ES2606217T3 - Fundido en láminas finas de metales inmiscibles - Google Patents

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Abstract

Un método para fundir metales que comprende las etapas de: - proporcionar una aleación de aluminio fundida a un aparato de fundición, la aleación de aluminio fundido que comprende al menos 0,1 por ciento en peso de metal modificador, donde el metal modificado comprende al menos uno de Sn, Pb, Bi y Cd, donde el metal modificador es inmiscible en la fase de fundición con aluminio fundido, el aparato de fundición con una primera superficie de fundición, una segunda superficie de fundición y un punto de contacto formado entre la primera y la segunda superficie de fundición, donde el punto de contacto tiene un grosor que varía de 2,03 mm (>= 0.08 pulgadas) a 6,35 mm (>=25 pulgadas) ; y - avanzar la aleación de aluminio fundido a una velocidad de fundición que varía entre 0,254 m/s (>= 50 pies/minuto) y 1,524 m/s (>= 300 pies/minuto), donde un frente de congelación de la aleación de aluminio se forma en el punto de contacto, donde la aleación de aluminio es avanzada a través del punto de contacto mediante rotación de la primera superficie de fundición, y donde las gotitas del metal modificador inmiscible se nuclean antes del frente de congelación y son sumergidas por el frente de congelación en el espacio entre grupos de dendritas secundarios (SDA) de la aleación de aluminio, y donde las gotitas del metal modificador inmiscible están uniformemente distribuidas en la lámina fina fundida.

Description

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DESCRIPCION
Fundido en laminas finas de metales inmiscibles REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente invencion reivindica el beneficio de la solicitud no provisional estadounidense numero de serie 11/734,113, titulada "Strip Casting of Immiscible Metals" [fundido en laminas finas de metales inmiscibles] presentada el 11 de abril de 2007.
CAMPO DE LA INVENCION
Una realization de la presente invencion se refiere a la fundicion de metales y a un metodo de fundido en laminas finas de metales inmiscibles en particular.
El documento EP 0 291 505 B1 se refiere a un motor que porta una composition de aleacion de aluminio y plomo y un metodo para realizar tal aleacion en forma de laminas finas mediante un proceso de velocidad de inactivation alta.
El documento US 2003/0205357 A1 se refiere a un metodo de aleaciones no ferrosas continuas que incluye suministrar aleaciones no ferrosas fundidas a un aparato de fundido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Las aleaciones a base de aluminio que contienen Sn, Pb, Bi y Cd se utilizan comunmente en cojinetes encontrados en motores de combustion interna. La funcion del cojinete en estas aleaciones es realizada por la partlcula suave de segunda fase del elemento de aleacion que se funde en caso de falla del lubricante y evita el contacto entre el aluminio en la aleacion y el acero protegido por el cojinete.
En la tecnica previa, la segunda fase suave en estas aleaciones se separa durante la solidification y generalmente aparece en la forma de distribucion no uniforme. En muchos casos la segunda fase se forma en llmites de grano como una capa continua, o el componente mas pesado (Sn, Pb, Bi, Cd) se asienta en el fondo debido a la segregation de gravedad. Tlpicamente, el tratamiento de calor es requerido luego del enrollamiento en frlo de la lamina fundida para redistribuir la fase suave. Para las aleaciones de Al-Sn por ejemplo, esto se hace mediante un tratamiento de anillamiento a 662 °F (350 °C) durante el cual la fase suave se funde y coagula en una distribution uniforme deseada de partlculas no conectadas. En una etapa de procesamiento final, la lamina fina se une a un soporte de acero para ser utilizada como cojinetes en motores.
El fundido de dos rodillos iguales de aleaciones de cojinetes a base de aluminio proporciona mejor distribucion de las partlculas de segunda fase en comparacion con el fundido de lingotes convencional. Una desventaja del fundido de dos rodillos iguales, sin embargo, es que el metodo es lento, proporciona productividad baja y crea una distribucion de fase o fases suaves que no es completamente deseable (no uniforme). Tambien se producen resultados adecuados utilizando un proceso de metalurgia de polvos; sin embargo, este metodo es costoso. Existe una necesidad, por lo tanto, de un metodo que tiene como resultado una mayor productividad y proporciona una distribucion uniforme de partlculas finas de la fase suave en la matriz de aluminio.
COMPENDIO DE LA INVENCION
La presente invencion describe un metodo de fundir en laminas finas una aleacion de aluminio de llquidos inmiscibles que proporciona una lamina fina con una estructura altamente uniforme de partlculas de segunda fase finas. Los resultados de la presente invencion se logran al utilizar un proceso de fundido conocido para fundir la aleacion en una lamina fina a velocidades altas, el metodo de una realizacion de la presente invencion, la velocidad de fundido es de alrededor de 50 a alrededor de 300 pies por minuto (0,254 a 1,524 m/s) y el grosor de la lamina en el intervalo de alrededor de 0,08 a alrededor de 0,25 pulgadas (2,03 a 6,35 mm). En estas condiciones, los resultados favorables se logran cuando gotitas de la fase llquida inmiscible se nuclean en el llquido antes del frente de solidificacion establecido en el proceso de fundido. Las gotitas de la fase inmiscible son sumergidas por el frente de congelation que se mueve rapidamente en el espacio entre los grupos de dendritas secundarias (SDA, por sus siglas en ingles).
Dado que los SDA son pequenos en condiciones de solidificacion rapidas (en el intervalo de 2-10 pm) las gotitas de la fase inmiscible se distribuyen de forma uniforme en las laminas fundidas y son muy finas.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La FIGURA 1 es un diagrama de flujo que describe el metodo de la presente invencion;
La FIGURA 2 es un esquema que describe un ejemplo de un aparato que puede realizar el metodo de la presente invencion;
La FIGURA 3 es una vista en perspectiva que detalla el aparato que se puede operar de acuerdo con la presente invencion;
La FIGURA 4 es una vista transversal de la entrada de metal fundido al aparato ilustrado en las Figuras 2 y 3; y la FIGURA 5 es una fotomicrografla de una section transversal de una lamina producida de acuerdo con la
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presente invention.
DESCRIPCION DETALLADA
Los dibujos que acompanan y la description que sigue establecen esta invencion en sus realizaciones preferidas.
El metodo de la presente invencion se describe de forma esquematica en el diagrama de flujo de la FIGURA 1. Tal como se describe all!, en la etapa 100 un metal fundido que comprende aluminio y al menos una fase inmiscible se introduce en un aparato de fundido adecuado. En la etapa 102, el aparato de fundido funciona a una velocidad de fundido mayor que 50-300 fpm (0,254 a 1,524 m/s). En la etapa 104, el grosor de la lamina fina fundida se mantiene a 0,08-0,25 pulgadas (2,03 a 6.35 mm) o mas pequeno.
El metodo de la presente invencion es adecuado para utilizar con metodos de fundido tal como aquellos descritos, por ejemplo, en las patentes estadounidenses 5,515,908 y 6,672,368. Estos metodos producen laminas finas a velocidades altas que tienen como resultado una productividad en el intervalo de 600 a 2000 lb/hr por pulgada (29,76 a 99,21 g/s por cm) de ancho de fundido.
Un ejemplo de aparato que se puede emplear en la practica de la presente invencion se ilustra en las FIGURAS 2, 3 y 4 de las figuras. El aparato descrito all! concuerda con lo descrito en la patente estadounidense de titularidad conjunta n.° 5,515,908 y se presenta como solo un ejemplo de aparato que se puede utilizar para lograr los resultados del metodo de la presente invencion.
El proceso ahora se ilustrara con respecto al aparato descrito en la Figura 2, pero tambien se aplica al equipo descrito en las Figuras 3 y 4. Y tal como se describe en la FIGURA 2, el aparato incluye un par de cintas sin fin 10 y 12 que actuan como moldes de fundido llevados por un par de poleas superiores 14 y 16 y un par de poleas inferiores correspondientes 18 y 20. Cada polea se monta para la rotation alrededor de un eje 21, 22, 24 y 26 respectivamente de la FIGURA 2. Las poleas son de un tipo resistente al calor adecuado, y cualquiera o ambas poleas superiores 14 y 16 son llevadas por un medio a motor adecuado (no mostrado). Lo mismo se puede decir para las poleas inferiores 18 y 20. Cada una de las cintas 10 y 12 es una cinta sin fin, y se puede formar de un metal que tiene reactividad baja o que no es reactivo con el metal que se esta fundiendo. Se puede emplear una buena cantidad de aleaciones de metal adecuadas tal como es sabido por los expertos en la tecnica. Se han logrado buenos resultados utilizando cintos de aleaciones de acero y cobre. Otras cintas metalicas tambien se pueden utilizar tal como aluminio. Cabe destacar que en esta realization de la invencion los moldes de fundido se implementan como cintos de fundido 10 y 12. Sin embargo, los moldes de fundido pueden comprender un solo molde, uno o mas rodillos o un conjunto de bloques de ejemplo.
Las poleas 14, 16, 18, 20 estan ubicadas, tal como se ilustra en las FIGURAS 2 y 3, una sobre la otra con un espacio de moldeo (G1) entre medio. El espacio (G1) esta dimensionado para corresponderse con el grosor deseado (T1) de la cinta de metal 50 que se esta fundiendo. Por lo tanto, el grosor (T1) de la cinta de metal 50 que se esta fundiendo esta determinada por las dimensiones de los puntos de contacto (n) entre las cintas 10 y 12 que pasan sobre las poleas 14 y 18 a lo largo de una llnea que pasa a traves del eje de las poleas14 y 18 que es perpendicular a las cintas de fundicion 10 y 12. El metal fundido que se va a emitir es suministrado a la zona de moldeo a traves del medio de suministro de metal 28 tal como una artesa. El interior de la artesa 28 corresponde en ancho al ancho del producto que se va a fundir, y puede tener un ancho de hasta el ancho de las cintas de fundicion mas angostas 10 y 12. La artesa 28 incluye una punta de fundido de suministro y entrega de metal 30 para entregar una corriente horizontal de metal fundido a la zona de moldeo entre las cintas 10 y 12.
Por lo tanto, la punta 30, tal como se muestra en la FIGURA 4, define, junto con las cintas 10 y 12 inmediatamente adyacentes a la punta 30, una zona de fundido o moldeo 46 en la cual fluye la corriente horizontal de metal fundido. Por lo tanto, la corriente de metal fundido (M) que fluye de forma sustancialmente horizontal desde la punta llena la zona de moldeo 46 entre la curvatura de cada cinta 10, 12 al punto de contacto de las poleas 14, 18. Se comienza a solidificar y se encuentra considerablemente solidificado al punto en el que la lamina fina fundida 50 alcanza el punto de contacto (n) de las poleas 14, 18. Suministrar la corriente que fluye de forma horizontal de metal fundido (M) a la zona de moldeo 46 donde se encuentra en contacto con una section curvada de las cintas 10, 12 que pasan alrededor de poleas 14 y 18, sirve para limitar la distorsion y por lo tanto mantener mejor contacto termico entre el metal fundido (M) y cada una de las cintas 10, 12 as! como mejorar la calidad de las superficies superiores e inferiores de la lamina fina fundida 50.
El aparato de fundicion mostrado en las Figuras 2 y 3 incluye un par de medios de enfriamiento 32 y 34 ubicados opuestos a esa parte de la cinta sin fin 10, 12 en contacto con el metal fundido (M) que se esta vertiendo en el espacio de moldeo (G1) entre las cintas 10 y 12. Los medios de enfriamiento 32 y 34 por lo tanto sirven para enfriar las cintas 10, 12 justo despues de que pasan sobre las poleas 16 y 20, respectivamente, y antes de que entran en contacto con el mental fundido (M). Tal como se ilustra en las FIGURAS 2 y 3, los enfriadores 32 y 34 se colocan tal como se muestra en la corrida de regreso de las cintas 10, 12, respectivamente. Los medios de enfriamiento 32 y 34 pueden ser medios de enfriamiento convencionales tal como puntas de enfriamiento de fluido ubicadas para pulverizar un fluido de
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enfriamiento directamente en la parte de adentro y/o afuera de las cintas 10, 12 para enfriar las cintas a traves de sus grosores.
Por lo tanto, el metal fundido (M) fluye de forma horizontal desde la artesa a traves de la punta de fundicion 30 hacia la zona de fundicion o moldeo 46 definida entre las cintas 10, 12 donde las cintas 10, 12 se calientan mediante transferencia de calor desde la lamina fina fundida 50 hacia las cintas 10, 12. La lamina fina fundida 50 permanece en medio y es transportada por las cintas de fundicion 10, 12 hasta que cada uno de ellos pasa por la llnea del centro de las poleas 16, 20. Despues, en el bucle de regreso, los medios de enfriamiento 32, 34 enfrlan las cintas 10, 12, respectivamente, y quitan de all! sustancialmente todo el calor transferido a las cintas en la zona de moldeo 46. El suministro de metal fundido (M) de la artesa a traves de la punta de fundicion 30 se muestra en mayor detalle en la FIGURA 4 de los dibujos. Tal como se muestra en esa figura, se forma la punta de fundicion 30 de una pared superior 40 y una pared inferior 42 que define una abertura central 44 en medio cuyo ancho se puede extender sustancialmente sobre el ancho de las cintas 10, 12.
Los extremos distales de las paredes 40, 42 de la punta de fundicion 30 se encuentran en proximidad sustancial a la superficie (S) de las cintas de fundicion 10, 12, respectivamente, y definen junto con las cintas 10, 12 una cavidad de fundicion o zona de moldeo 46 en la que el metal fundido (M) fluye a traves de la abertura central 44. A medida que el metal de fundicion (M) en la cavidad de fundicion 46 fluye entre las cintas 10, 12, transfiere su calor a las cintas 10, 12, enfriando de forma simultanea el metal fundido (M) para formar una lamina fina solida 50 mantenida entre las cintas de fundicion 10 y 12. Se proporciona un retroceso suficiente (definido como la distancia entre el primer contacto 47 del metal fundido (M) y el punto de contacto (n) definido como el acercamiento mas cercano de las poleas de entradas 14, 18) para permitir solidificacion sustancialmente completa antes del punto de contacto (n).
Para producir los resultados proporcionados por el metodo de la presente invencion utilizando el aparato descrito en las Figuras 2-4, se introduce una aleacion a base de aluminio fundido que comprende una fase que es inmiscible en el estado llquido mediante una artesa 28 de la FIGURA 3 a traves de la punta de fundicion 30 en la zona de fundicion o moldeo 46 definida entre las cintas 10, 12. Preferentemente, las dimensiones del punto de contacto (n) entre las cintas 10, 12 que pasan sobre las poleas 14 y 18 deberlan encontrarse en el rango de alrededor de 0,08 a alrededor de 0,25 pulgadas (2,03 a 6,35 mm) y la velocidad de fundicion en el rango de alrededor de 50 a alrededor de 300 fbm (0,254 a 1,524 m/s). En estas condiciones, las gotitas de la fase llquida inmiscible se nuclean en el llquido antes del frente de solidificacion y son sumergidas por el frente de congelacion que se mueve rapidamente en el espacio entre los grupo SDA. Por lo tanto, la lamina fina fundida resultante contiene una distribucion uniforme de las gotitas de la fase inmiscible.
La mezcla fundida de una realizacion de la presente invencion puede incluir al menos Sn al 0,1 %.
La mezcla fundida de una realizacion de la presente invencion puede incluir al menos Pb al 0,1 %.
La mezcla fundida de una realizacion de la presente invencion puede incluir al menos Bi al 0,1 %.
La mezcla fundida de una realizacion de la presente invencion puede incluir al menos Cd al 0,1 %.
Con referencia ahora a la FIGURA 5, se muestra una fotomicrografla de una seccion de una lamina fina Al-6Sn 400 producida de acuerdo con la presente invencion. La lamina fina muestra una distribucion brillante, altamente uniforme de partlculas Sn finas 401 que miden 3 mm o menos. Este resultado es varias veces mas pequeno que las partlculas que resultarlan de material hecho de un lingote o mediante fundicion con rodillos que miden tlpicamente 40-400 mm. Ademas, la lamina fina producida por la presente invencion no requiere un tratamiento con calor para la redistribucion de la fase suave y es ideal para proporcionar las propiedades lubricantes para utilizar en cojinetes, por ejemplo. Si as! se desea, la lamina fina se puede utilizar tal como se fundio sin ser sujeta a fabricacion adicional tal como rodamiento, por ejemplo.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para fundir metales que comprende las etapas de:
    - proporcionar una aleacion de aluminio fundida a un aparato de fundicion, la aleacion de aluminio fundido que comprende al menos 0,1 por ciento en peso de metal modificador, donde el metal modificado comprende al menos uno de Sn, Pb, Bi y Cd, donde el metal modificador es inmiscible en la fase de fundicion con aluminio fundido, el aparato de fundicion con una primera superficie de fundicion, una segunda superficie de fundicion y un punto de contacto formado entre la primera y la segunda superficie de fundicion, donde el punto de contacto tiene un grosor que varla de 2,03 mm (= 0.08 pulgadas) a 6,35 mm (=25 pulgadas) ; y
    - avanzar la aleacion de aluminio fundido a una velocidad de fundicion que varla entre 0,254 m/s (= 50 pies/minuto) y 1,524 m/s (= 300 pies/minuto),
    donde un frente de congelacion de la aleacion de aluminio se forma en el punto de contacto, donde la aleacion de aluminio es avanzada a traves del punto de contacto mediante rotacion de la primera superficie de fundicion, y donde las gotitas del metal modificador inmiscible se nuclean antes del frente de congelacion y son sumergidas por el frente de congelacion en el espacio entre grupos de dendritas secundarios (SDA) de la aleacion de aluminio, y donde las gotitas del metal modificador inmiscible estan uniformemente distribuidas en la lamina fina fundida.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, donde el metal modificador comprende al menos 0,1 % en peso de Sn.
  3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, donde el metal modificador comprende al menos 0,1 % en peso de Pb.
  4. 4. El metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el metal modificador comprende al menos 0,1 % en peso de Bi.
  5. 5. El metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, donde el metal modificador comprende al menos 0,1 % en peso de Cd.
  6. 6. El metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, donde la aleacion de aluminio es la aleacion Al-6Sn, y donde las gotitas del modificador inmiscible miden tres micrones o menos que tres micrones.
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