043

k ˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS 19 k kInt. Cl. : C22F 1/043 11 N´ umero de publicaci´on: 2 152 560 7 51 ˜ ESPANA B22F 3/115 C22C 1/

2 downloads 569 Views 91KB Size

Recommend Stories


Secretaría de Hacienda y Crédito Público Bienes Muebles del Gobierno Federal Auditoría de Desempeño: GB-043
Grupo Funcional Gobierno Secretaría de Hacienda y Crédito Público Bienes Muebles del Gobierno Federal Auditoría de Desempeño: 13-0-06100-07-0103 GB-0

PRINTSPEC-043 MAT Get started. All you need to know to get going. Todo lo que tienes que saber para empezar. Vamos
Vamos. Todo lo que tienes que saber para empezar. All you need to know to get going. Get started. MAT-18425-001 PRINTSPEC-043 Welcome And thank yo

Story Transcript

k

˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS

19

k kInt. Cl. : C22F 1/043

11 N´ umero de publicaci´on:

2 152 560

7

51

˜ ESPANA

B22F 3/115 C22C 1/04

k

TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

12

kN´umero de solicitud europea: 96930115.9 kFecha de presentaci´on : 28.08.1996 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 871 791 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 21.10.1998

T3

86 86 87 87

k

54 T´ıtulo: Procedimiento para fabricar camisas de cilindro.

k

73 Titular/es: Erbsl¨ oh Aktiengesellschaft

k

72 Inventor/es: Commandeur, Bernhard;

k

74 Agente: Arpe Fern´ andez, Manuel

30 Prioridad: 01.09.1995 DE 195 32 252

Siebeneicker Strasse 235 42553 Velbert, DE

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

01.02.2001

45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

ES 2 152 560 T3

01.02.2001

Aviso:

k k

Schattevoy, Rolf y Hummert, Klaus

k

En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

1

ES 2 152 560 T3

DESCRIPCION Procedimiento para fabricar camisas de cilindro. La invenci´on se refiere a un procedimiento para la fabricaci´ on de camisas de cilindro para motores de combusti´ on interna, de una aleaci´ on supereut´ectica de AlSi, resistentes al calor y a desgaste. Las camisas de cilindro son componentes expuestos a desgaste, que son insertados, introducidos a presi´ on o fundidos en orificios cil´ındricos del carter del cig¨ ue˜ nal del motor de combusti´ on interna. Las superficies de deslizamiento del cilindro de un motor de combusti´ on interna est´ an expuestas a fuertes solicitaciones de fricci´on por el pist´ on o bien por los anillos del pist´ on y a altas temperaturas que aparecen localmente. Por tanto, es necesario que estas superficies est´en constituidas de materiales resistentes a desgaste y resistentes al calor. Para conseguir este objetivo, existen, entre otras cosas, numerosos procedimientos para dotar a la superficie del cilindro de diferentes recubrimientos. Otra posibilidad consiste en disponer en el cilindro un casquillo de deslizamiento de material resistente a desgaste. As´ı, por ejemplo, entre otras cosas se utilizan camisas de cilindro de fundici´on gris, que poseen, sin embargo, una conductividad t´ermica reducida en comparaci´on con los materiales de aluminio y adem´ as presentan otros inconvenientes. El problema ha sido solucionado en principio por medio de un bloque de cilindros fundido de una aleaci´ on supereut´ectica de AlSi. Por razones de la t´ecnica de fundici´ on, el contenido de silicio est´a limitado a un m´ aximo del 20 % en peso. Como otro inconveniente del procedimiento de fundici´on se ha comprobado que durante la solidificaci´ on de la colada, se precipitan part´ıculas primarias de silicio con dimensiones relativamente grandes (aproximadamente 3080 µm). El tama˜ no y su forma angular con aristas vivas, conducen a desgaste del pist´ on y de los anillos del pist´on. Por tanto, resulta obligado proteger los pistones y los anillos de pist´on por medio de revestimientos/recubrimientos correspondientes. La superficie de contacto de las part´ıculas de Si con el pist´ on/anillo del pist´ on es alisada por mecanizaci´on. A una mecanizaci´ on de este tipo sigue entonces un tratamiento electroqu´ımico, con el que la matriz de aluminio entre granos de Si se reduce f´ acilmente, de manera que los granos de Si se proyectan en una medida insignificante como estructura de soporte desde la superficie cil´ındrica. El inconveniente de bandas de deslizamiento de cilindros ya fabricadas reside, por una parte, en un gasto considerable de fabricaci´ on (aleaci´ on cara, mecanizaci´on costosa, pist´ on recubierto de hierro, anillos de pist´ on armados) y, por otra, en la deficiente distribuci´ on de las part´ıculas primarias de Si. As´ı, por ejemplo, existen en la textura zonas muy grandes que est´an exentas de part´ıculas de Si y que, por tanto, est´an sometidas a un desgaste grande. Para evitar este desgaste es necesaria la existencia de una pel´ıcula de aceite relativamente gruesa como me2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

dio de separaci´ on entre la banda de deslizamiento y las partes implicadas en la fricci´on. Para ajustar el espesor de la pel´ıcula de aceite es decisiva, entre otras cosas, la profundidad de aplicaci´ on de las part´ıculas de Si. Una pel´ıcula de aceite relativamente gruesa conduce a elevadas p´erdidas de fricci´on en el motor y a un fuerte aumento de la emisi´on de substancias nocivas. En cambio, un bloque de cilindros seg´ un el documento DE 4230228, que est´ a fundido a partir de una aleaci´ on supereut´ectica de AlSi y que est´a provisto con camisas de material de aleaci´on supereut´ectica de AlSi, tiene un coste m´ as favorable. Pero tampoco aqu´ı se solucionan los problemas mencionados anteriormente. Para poder aprovechar las ventajas de las aleaciones supereut´ecticas de AlSi como material para camisas de cilindro, ha de modificarse la textura respecto de los granos de Si. Las aleaciones de aluminio, que no se pueden realizar conforme a la t´ecnica de fundici´ on, se pueden fabricar, como se conoce, a medida, por medio de procedimientos de la metalurgia de polvo o de compactaci´ on por pulverizaci´ on. As´ı, por ejemplo, de esta manera pueden fabricarse aleaciones supereut´ecticas de AlSi que, en virtud de alto contenido de Si, de la finura de las part´ıculas de Si y de la distribuci´ on homog´enea, poseen una resistencia a desgaste muy buena y que alcanzan la resistencia al calor requerida por medio de elementos adicionales como por ejemplo, Fe, Ni o Mn. Las part´ıculas primarias de Si, que est´ an presentes en estas aleaciones, tienen un tama˜ no de aproximadamente 0,5 a 20 µm. Con ello, las aleaciones fabricadas de esta manera son adecuadas como material para camisas de cilindro. Aunque las aleaciones de aluminio son, en general, f´ aciles de procesar, la transformaci´ on de estas aleaciones supereut´ecticas es m´as problem´atica. A partir del documento EP-0635318 se conoce un procedimiento para fabricar camisas de cilindro a partir de una aleaci´ on supereut´ectica de AlSi. Aqu´ı, la camisa de cilindro se fabrica mediante prensado por extrusi´ on a presiones y velocidades de prensado por extrusi´ on muy altas de 0,5 a 12 m/min. Para producir camisas de cilindro por medio de prensado por extrusi´ on a la medida final y a bajo coste, son necesarias velocidades de prensado muy altas. Se ha mostrado que en las aleaciones de este tipo, dif´ıciles de prensar, y con los espesores reducidos a conseguir de las camisas de cilindro, las altas velocidades de prensado conducen durante el prensado por extrusi´ on a la rotura de los perfiles. Por los documentos EP-A-411577 y WO87/03012 se conoce la compactaci´on por pulverizaci´on de cilindros huecos, los llamados tubos bastos de paredes gruesas, estando fabricados los tubos bastos de paredes gruesas seg´ un el documento EP-A-411577 de una aleaci´ on supereut´ectica de Al-Si. Por ejemplo, se describe la fabricaci´ on de tubos bastos de paredes gruesas con espesores de pared de 25 a 40 mm. Durante la transformaci´ on de estos tubos bastos de paredes gruesas en tubos de pared fina, por ejemplo, por medio de prensado por extrusi´ on, se plantean los mismos problemas que han sido descritos anteriormente.

3

ES 2 152 560 T3

Por tanto, el cometido de la invenci´ on consiste en proporcionar un procedimiento mejorado y, adem´ as, de bajo coste, para la fabricaci´ on de tubos de pared fina, en particular para camisas de cilindro de motores de combusti´ on interna, debiendo presentar las camisas de cilindro terminadas las propiedades mejoradas requeridas con relaci´ on a la resistencia a desgaste, la resistencia al calor y la reducci´on de las emisiones de substancias nocivas. Seg´ un la invenci´on, este cometido se alcanza mediante un procedimiento con las etapas del procedimiento indicadas en la reivindicaci´on 1 de patente. Otras configuraciones de la invenci´on se indican en las reivindicaciones dependientes. Las propiedades tribol´ ogicas necesarias se consigue en particular porque est´ an presentes part´ıculas de silicio como precipitaciones primarias comprendidas en un intervalo de magnitud de 0,5 a 20 µm, o como part´ıculas a˜ nadidas en el material comprendidas en un intervalo de magnitud de hasta 80 µm. Para la fabricaci´ on de tales aleaciones de Al deben aplicarse procedimientos que permitan una velocidad de solidificaci´ on muy elevada de una colada de aleaci´on mayor que la posible con procedimientos de fundici´ on convencionales. A ellos pertenece el procedimiento de compactaci´on por pulverizaci´ on (en adelante “compactaci´on por pulverizaci´ on”). Para la consecuci´on de las propiedades deseadas, se atomiza una colada de aleaci´on de aluminio altamente aleada con silicio y se refrigera con chorro de nitr´ ogeno a una velocidad de refrigeraci´ on de 1000◦C/s. Las part´ıculas de polvo en parte a´ un l´ıquidas son pulverizadas sobre un tubo de soporte horizontal, giratorio alrededor del eje longitudinal, de un material del mismo tipo o de un material de aluminio convencional (por ejemplo, AlMgSi0,5). Durante el proceso, el tubo de soporte, que tiene preferentemente espesores de pared de 2 - 3 mm, es desplazado linealmente por debajo del chorro de pulverizaci´ on. Mediante la superposici´on del movimiento de rotaci´ on y de translaci´ on se obtiene un tubo cil´ındrico con un di´ ametro interior fijamente predeterminado. El di´ ametro exterior resulta de la velocidad de avance y de la velocidad efectiva de compactaci´on. De esta manera pueden fabricarse tubos con espesores de pared de 6 a 20 mm. Por medio de sistemas adecuados de alimentaci´on y de conducci´ on de los tubos de soporte puede conseguirse una operativa de producci´ on casi continua. En virtud de las altas velocidades de refrigeraci´on se obtienen en este proceso de compactaci´on por pulverizaci´ on precipitaciones primarias de part´ıculas de hasta 20 µm de magnitud. Se consigue una adaptaci´ on de la magnitud de la precipitaci´on de Si mediante la “relaci´ on gas-metal” (metro c´ ubico de gas normalizado por kilogramo de colada), con la que puede ajustarse la velocidad de solidificaci´ on del proceso. Debido a las altas velocidades de solidificaci´on y a la saturaci´ on de la colada pueden conseguirse contenidos de Si en las aleaciones de hasta el 40 % en peso. En virtud del enfriamiento r´ apido de la colada de aluminio con chorro de gas, casi se “congela” el estado

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

de supersaturaci´on en el tubo obtenido. El proceso de compactaci´ on por pulverizaci´ on ofrece, adem´as, la ventaja de introducir part´ıculas en el tubo basto por medio de un inyector de part´ıculas, que no estaban presentes en la colada. Puesto que estas part´ıculas pueden presentar una geometr´ıa discrecional y un tama˜ no discrecional entre 2 µm y 400 µm, existen una multitud de posibilidades de ajuste de textura. Estas part´ıculas pueden ser, por ejemplo, part´ıculas de Si comprendidas en el intervalo de 2 µm y 400 µm o part´ıculas de o´xido cer´ amico (por ejemplo, amico (por ejemplo, SiC, Al2 O3 ) o no de o´xido cer´ no de part´ıcula B4 C, etc.) en el espectro de tama˜ mencionado anteriormente, tal como pueden obtenerse en el mercado y son convenientes desde el aspecto tribol´ ogico. El estado de la textura del tubo compactado por pulverizaci´ on puede modificarse por medio de recocidos de superenvejecimiento subsiguientes. Por medio del recocido la textura puede ser ajustada a un tama˜ no del grano de Si de 2 a 30 µm, como es deseable para las propiedades tribol´ ogicas requeridas. El crecimiento adicional de las part´ıculas de Si mayores durante el proceso de recocido se realiza por medio de difusi´on en el cuerpo s´olido a costa de part´ıculas de Si m´ as peque˜ nas. Esta difusi´ on depende de la temperatura de superenvejecimiento y de la duraci´on del tratamiento de recocido. Cuanto m´ as elevada se elige la temperatura, tanto m´ as r´apidamente crecen los granos de Si. Las temperaturas adecuadas se encuentran en torno a 500◦ C, siendo suficiente una duraci´ on del recocido de 3-5 horas. La textura ajustada de esta manera y, por tanto, hecha a medida no se modifica ya en las etapas siguientes del procedimiento o se modifica favorablemente en el sentido de las propiedades tribol´ ogicas requeridas. En funci´ on del espesor de pared de partida de los tubos fabricados de esta manera se consigue por medio de transformaci´ on en caliente (son posibles diferentes procedimientos) una reducci´on del espesor de pared a la medida final deseada. Las temperaturas del proceso est´ an preferentemente comprendidas entre 300◦ C y 500◦C. En este caso, la transformaci´ on en caliente no s´olo sirve para la conformaci´on, sino tambi´en para cerrar la porosidad condicionada por el proceso (15 %) del material de partida compactado por pulverizaci´on. El tubo conformado al espesor de pared final se divide entonces en porciones de tubo con la longitud requerida. El procedimiento de fabricaci´ on de camisas seg´ un la invenci´ on tiene como ventaja que el material puede ser cortado. Al mismo tiempo, por medio del tipo de fabricaci´ on descrito se evita con ´exito el alto gasto ocasionado durante el prensado por extrusi´ on en una sola etapa de tubos de pared fina tanto respecto de la presi´on de prensado y la velocidad de prensado como tambi´en con relaci´on a la calidad del producto y la rentabilidad. Ejemplo 1 Una aleaci´on de composici´on AlSi24Cu2,5Mg1Ni1 se compact´o a una temperatura de fundici´ on de 830◦C con una relaci´on gas / metal de 4,5 m3 / kg (metro c´ ubico normalizado de gas por kilo3

5

ES 2 152 560 T3

gramo de colada) por medio de compactaci´ on por pulverizaci´ on sobre un tubo de soporte (di´ ametro interior: 69,5 mm, espesor de pared: 2,0 mm) a una velocidad de avance de aproximadamente 0,6 m/min. para obtener un tubo con un espesor de pared de 15,0 mm. En el material compactado por pulverizaci´on exist´ıan, en las condiciones mencionadas, precipitaciones de Si comprendidas en el intervalo de magnitud de 1 µm y 10 µm. El tubo compactado por pulverizaci´ on se someti´o a un tratamiento de recocido de 4 h a 520◦ C. Despu´es de este tratamiento de recocido, las precipitaciones de Si se encontraban en el orden de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

6

magnitud de 2 µm y 30 µm. Mediante la transformaci´on en caliente subsiguiente por conformaci´on on a 420◦ C, el tubo compactado por pulverizaci´ fue transformado desde un di´ ametro exterior de 98 mm hasta un di´ ametro exterior de 79 mm y a un di´ ametro interior de 69 mm, que se form´ o mediante un mandril. El grado de transformaci´ on era suficiente para cerrar completamente la porosidad residual del tubo compactado por pulverizaci´on mencionada anteriormente. Durante la conformaci´ on no se produjo ning´ un tipo de modificaci´on de la estructura.

7

ES 2 152 560 T3

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para fabricaci´ on de camisas de cilindro para motores de combusti´ on de una aleaci´on supereut´ectica de AlSi, caracterizado porque - una colada de aleaci´ on de AlSi es depositada mediante compactaci´ on por pulverizaci´on sobre un tubo de soporte giratorio, de manera que se obtiene directamente un tubo de pared gruesa con un espesor de pared de 6 a 20 mm de un material supereut´ectico de AlSi, poseyendo las part´ıculas primarias de Si obtenidas un tama˜ no de 0,5 a 20 µm, con preferencia de 1 a 10 µm, - este tubo de pared gruesa es sometido, en caso necesario, a un recocido de superenvejecimiento para aumentar el tama˜ no de las part´ıculas primarias de Si obtenidas, donde las part´ıculas primarias de Si crecen hasta un tama˜ no de 2 a 30 µm, - este tubo es reducido hasta un espesor de pared de 1,5 a 5 mm., mediante un procedimiento de transformaci´ on en caliente a temperaturas de 250 a 500◦ C. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci´on 1, caracterizado porque para la fabricaci´on del tubo se emplea una colada de aleaci´ on con la siguiente composici´on: AlSi(17-35) Cu(2,5-3,5) Mg(0,2-2,0) Ni(0,5-2) 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci´on 1, caracterizado porque para la fabricaci´on del tubo se emplea una colada de aleaci´ on con la siguiente composici´on:

5

10

15

20

25

30

35

40

AlSi(17-35) Fe(3-5) Ni(1-2). 4. Procedimiento seg´ un la reivindicaci´ on 1, caracterizado porque para la fabricaci´ on del tubo se emplea una colada de aleaci´on con la siguiente composici´on:

45

AlSi(25-35). 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci´on 1, caracterizado porque para la fabricaci´on del tubo se emplea una colada de aleaci´ on con la siguiente composici´on:

50

AlSi(17-35) Cu(2,5-3,3) Mg(0,2-2,0) Mn(0,5-5).

55

60

8

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque durante la compactaci´on por pulverizaci´ on, una parte del silicio es introducida en el tubo a trav´es de la colada de la aleaci´on de AlSi empleada y otra parte del silicio es introducida en forma de polvo de Si por medio de un inyector de part´ıculas. 7. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque durante la compactaci´on por pulverizaci´ on se introducen adicionalmente, por medio de un inyector de part´ıculas, part´ıculas resistentes a desgaste de naturaleza de o´xido cer´ amico o de no-´ oxido cer´ amico. 8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el recocido de superenvejecimiento para el incremento del tama˜ no de las part´ıculas primarias de Si se realiza a temperaturas de 460 a 540◦C durante un periodo de tiempo de 0,5 a 10 horas. 9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza por medio de conformaci´on o martilleo. 10. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza por medio de laminaci´ on tubular con herramienta interna. 11. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza por medio de laminaci´ on a presi´ on. 12. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza mediante estiramiento del tubo. 13. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza mediante laminaci´on anular. 14. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la transformaci´ on en caliente del tubo de pared gruesa se realiza por medio de extrusionadora hueca de avance o de retroceso opcionalmente con o sin contrapresi´ on. 15. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el tubo formado con la medida final en cuanto a di´ ametro y espesor de pared es dividido en porciones de tubo de longitud deseada.

NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposici´ on Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicaci´ on del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a Espa˜ na y solicitadas antes del 7-10-1992, no producir´ an ning´ un efecto en Espa˜ na en la medida en que confieran protecci´ on a productos qu´ımicos y farmac´euticos como tales.

65

Esta informaci´ on no prejuzga que la patente est´e o no inclu´ıda en la mencionada reserva.

5

Get in touch

Social

© Copyright 2013 - 2024 MYDOKUMENT.COM - All rights reserved.