IT201600126019A1

IT201600126019A1 - Pistone con anello alfin cofuso e processo per ottenerlo

Info

Publication number: IT201600126019A1
Application number: IT102016000126019A
Authority: IT
Inventors: Dimitri Anguillesi
Original assignee: Asso Werke S R L
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-06-14
Also published as: CA3046736A1; WO2018109685A1; EP3554746A1; US20200038948A1

Description

91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B)

1

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“PISTONE CON ANELLO ALFIN COFUSO E PROCESSO PER

OTTENERLO”

A nome: ASSO WERKE S.r.l.

Via del Battaglione, 26 - Frazione FORNACETTE

56012 CALCINAIA PI

Mandatari: D.ssa Elena ROSSETTI, Albo iscr. nr.1124B, Ing. Dario ALDE, Albo iscr. nr.1338 B, Ing. Marco BELLASIO, Albo iscr. nr.1088 B, D.ssa Cristina BIGGI, Albo iscr. nr.1239 B, D.ssa Michela ERRICO, Albo iscr. nr.1520 B, Ing. Simona INCHINGALO, Albo iscr. nr.1341 B, Ing. Giancarlo PENZA, Albo iscr. nr.1335 B, Elio Fabrizio TANSINI, Albo iscr. nr.697 BM, Ing. Luigi TARABBIA, Albo iscr. nr.1005 BM, Ing. Lucia VITTORANGELI, Albo iscr. nr.983 BM, Ing. Umberto ZERMANI, Albo iscr. nr.1518 B

* ;La presente invenzione ha per oggetto un processo di produzione di un pistone in lega ipereutettica con anello Alfin in ghisa cofuso e ad un pistone ottenuto mediante detto procedimento. Il processo secondo l’invenzione permette di ottenere una elevata adesione dell’anello Alfin al corpo del pistone, rendendolo particolarmente adatto all’impiego in motori ad alte prestazioni. ;Stato dell’arte ;I pistoni utilizzati nei motori a 2 o 4 tempi sono generalmente realizzati con leghe di alluminio pressofuso contenenti prevalentemente Al e Si e quantità variabili di ulteriori elementi di lega, quali ad esempio il Cu. Questo materiale presenta un ottimale bilanciamento delle caratteristiche fisico-meccaniche per la realizzazione di pistoni per motori ad alte prestazioni, coniugando una elevata resistenza sia alle alte temperature 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;2 ;;che alle repentine variazioni di temperatura, con una elevata resistenza all’usura e alla corrosione. ;I moderni motori a combustione interna sia diesel che a benzina, a due o quattro tempi, presentano sempre più frequentemente pressioni e temperature di esercizio estremamente elevate, che sottopongono il pistone, in particolare la testa del pistone, a sollecitazioni termiche e meccaniche sempre più estreme. ;Per aumentare la vita utile del pistone e del motore, è prassi nel settore ormai da molti anni inserire nel pistone un anello in ghisa cofuso con il pistone stesso, detto “anello Alfin” o “Ring Carrier”, normalmente realizzato in ghisa tipo Ni-Resist con alti contenuti di nichel e cromo. ;All’interno dell’anello viene ricavata per lavorazione meccanica la cava del segmento elastico, cosicché durante l’esercizio la pressione del gas che agisce sul segmento non si scarica sul pistone, ma va a scaricarsi contro la superficie in ghisa dell’anello Alfin. ;E’ noto che la superficie in ghisa è enormemente più resistente all’abrasione sia rispetto al segmento elastico, normalmente realizzato in acciaio, sia rispetto alla lega di alluminio con cui è realizzato il pistone. Pertanto, l’inserimento di un anello Alfin permette di migliorare la resistenza del gruppo segmento/pistone alle alte pressioni di scoppio alle quali il gruppo è sottoposto. ;Normalmente, gli anelli Alfin vengono inseriti all’interno del pistone mediante un processo in cui l’anello viene posizionato all’interno dello stampo del pistone e successivamente la lega di alluminio fuso del pistone viene colata nello stampo. L’aspetto più critico di questo processo è riuscire a realizzare una adesione ottimale tra il materiale dell’anello, una lega ferrosa, e la lega non ferrosa di alluminio di cui è costituito il pistone. Per migliorare l’adesione tra l’anello e il pistone è noto immergere l’anello in un bagno di alluminatura (detto anche “bagno Alfin”), composto da una lega fusa di alluminio a basso contenuto di silicio. ;Il grado di adesione tra la lega di alluminio di cui è costituito il pistone e la 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;3 ;;lega ferrosa dell’anello e la sua durabilità sono maggiormente critici quando la lega di alluminio che costituisce il pistone è una lega ad alto tenore di silicio, cioè contenente percentuali di silicio anche molto superiori alla percentuale eutettica. ;Tali leghe sono generalmente utilizzate nella realizzazione di pistoni per motori ad alte prestazioni, in particolare per motori a due tempi, poiché permettono di ottenere uno strato vetroso sulla superficie del pistone che ne migliora significativamente la resistenza all’usura rispetto a pistoni realizzati con una lega al 12% circa di silicio (lega eutettica). ;Tuttavia, quando la percentuale di silicio nella lega madre è elevata, lo strato vetroso che si forma sulla superficie del pistone non permette la perfetta adesione della lega madre all’anello Alfin, anche se la compatibilità dei materiali viene aumentata dal bagno di alluminatura. ;In questo contesto, il compito tecnico precipuo della presente invenzione è proporre un procedimento per la produzione di un pistone in lega ipereutettica, comprendente almeno un anello Alfin o Ring Carrier in ghisa, in cui il pistone ottenuto o ottenibile mediante detto processo presenta un elevato grado di adesione tra il corpo del pistone in lega di alluminio e l’almeno un anello Alfin in ghisa. ;Ulteriore compito tecnico della presente invenzione è proporre un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin in ghisa ottenuto o ottenibile da detto procedimento. ;Sommario dell’invenzione ;In un primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin, comprendente le fasi di: ;(i) provvedere almeno un anello in ghisa; ;(ii) immergere detto almeno un anello in ghisa in almeno un bagno di alluminatura comprendente una lega Al-Si comprendente 8-12% in peso di Si alla temperatura di 650°-750°C; ;(iii) estrarre l’anello in ghisa dal bagno di alluminatura e inserirlo in uno 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;4 ;;stampo per fusione; ;(iv) colare nello stampo una lega ipereutettica Al-Si comprendente 16-24% in peso di Si ad una temperatura di colata di 760°-900°C, ottenendo un pistone comprendente almeno un anello Alfin; ;(v) raffreddare ed estrarre il pistone dallo stampo. ;In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione ha ad oggetto un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin ottenuto o ottenibile dal procedimento come precedentemente descritto, in cui la lega ipereutettica Al-Si comprende circa 16-24% in peso di Si, preferibilmente circa 18-22% in peso. ;In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione ha ad oggetto un motore a due o quattro tempi comprendente il pistone in lega ipereutettica Al-Si come sopra descritto. ;Breve descrizione delle figure ;Ulteriori vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione seguente, con riferimento anche alle allegate figure, in cui: ;- Figura 1 e Figura 2 riportano gli ingrandimenti al microscopio ottico 50x di una sezione trasversale presa in corrispondenza della superficie di adesione tra il corpo di un pistone in lega ipereutettica Al-Si ottenuto dal processo secondo l’invenzione e l’anello Alfin in esso cofuso; e ;- Figura 3 e Figura 4 riportano gli ingrandimenti al microscopio ottico 50x di una sezione trasversale presa in corrispondenza della superficie di adesione tra il corpo di diversi pistoni in lega ipereutettica Al-Si e l’anello Alfin in essi cofuso, in cui i pistoni sono stati ottenuti mediante processi in cui le fasi (ii) e (iv) sono state condotte a temperature al di fuori degli intervalli sopra indicati. ;Descrizione dettagliata dell’invenzione ;Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate le percentuali si intendono espresse in peso, salvo diversamente indicato. ;Con il termine “lega Al-Si” ci si riferisce nella presente descrizione e nelle 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;5 ;;rivendicazioni allegate ad una lega di fusione comprendente alluminio e silicio come elementi di lega principali, in cui la percentuale in peso complessiva di Al e Si è superiore al 90%, preferibilmente superiore al 95% in peso, della lega. Le leghe Al-Si possono comprendere percentuali variabili di ulteriori elementi di lega e/o impurezze inevitabilmente presenti. Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, si definiscono “leghe eutettiche Al-Si” le leghe Al-Si che comprendono circa 10-12% in peso di Si; si definiscono “leghe ipoeutettiche Al-Si” le leghe Al-Si che comprendono circa < 10% in peso di Si. Vengono definite “leghe ipereutettiche Al-Si” le leghe Al-Si che comprendono circa >12% in peso, preferibilmente circa 13% in peso di Si. ;Il termine “lega madre” si riferisce nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate alla lega ipereutettica Al-Si utilizzata per la realizzazione del corpo del pistone. ;Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, i termini “anello in ghisa”, “anello Alfin” e “Ring Carrier” sono utilizzati come sinonimi. ;Con il termine “ghisa austenitica” ci si riferisce nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate ad una ghisa con una matrice austenitica a base di ferro, carbonio e silicio comprendente almeno un ulteriore elemento di lega scelto tra nichel, manganese, rame, cromo e loro miscele e/o ulteriori impurezze inevitabilmente presenti. ;In un primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un processo per la produzione di un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin, che comprende le fasi di: ;(i) provvedere almeno un anello in ghisa; ;(ii) immergere detto almeno un anello in ghisa in almeno un bagno di alluminatura comprendente una lega Al-Si comprendente 8-12% in peso di Si, il bagno di alluminatura essendo alla temperatura di 650°-750°C; ;(iii) estrarre l’anello in ghisa dal bagno di alluminatura e inserirlo in uno stampo per fusione; ;(iv) colare nello stampo una lega ipereutettica Al-Si fusa comprendente 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;6 ;;16-24% in peso di Si ad una temperatura di colata di 760-900°C, ottenendo un pistone comprendente almeno un anello Alfin; ;(v) raffreddare ed estrarre il pistone dallo stampo. ;La fase (i) del processo secondo l’invenzione comprende provvedere almeno un anello in ghisa (detto anche anello Alfin o Ring Carrier) del tipo, forma e dimensione normalmente utilizzato nella produzione dei pistoni per motori a due o quattro tempi, preferibilmente per motori diesel a due o quattro tempi. ;E’ stato osservato che le dimensioni dell’anello in ghisa, così come la sua geometria, non hanno particolare influenza sull’adesione dell’anello stesso alla lega madre del pistone, purché l’almeno un anello in ghisa sia del tipo normalmente utilizzato nell’arte come anello Alfin. ;L’almeno un anello in ghisa può comprendere preferibilmente una ghisa austenitica del tipo “Ni-resist”, i.e. una ghisa austenitica ad alto contenuto di nickel caratterizzata da elevata resistenza alla corrosione, elevata resistenza all’ossidazione ad alte temperature, elevata resistenza all’usura e all’erosione, nonché elevata tenacità. ;Secondo una forma di attuazione, l’anello Alfin può comprendere una ghisa austenitica “Ni-resist” comprendente 12,0-22,0% in peso di Ni, preferibilmente 13,0-18,0% in peso, il restante essendo ferro e opzionalmente ulteriori elementi di lega scelti tra C, Si, Mn, Cr, Cu, impurezze inevitabilmente presenti e loro miscele. ;Secondo una ulteriore forma di attuazione, la ghisa austenitica utile alla realizzazione dell’anello della fase (i) può essere una ghisa EN-GJLA-XNiCuCr15-6-2 come definita dalla norma EN 13835-2012 (oppure una ghisa JLA/XNi15Cu6Cr2 come definita dalla norma ISO 2892-2007), avente la seguente composizione in peso: ;% % ;C max. 3 P max. 0,25 ;Si 1,0 – 2,8 Cr 1,0 – 3,5 ;Mn 0,5 – 1,5 Cu 5,5 – 7,5 ;Ni 13,5 – 17,5 Fe a 100% 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;7 ;;Opzionalmente detta ghisa austenitica può comprendere ulteriori elementi di lega presenti come inevitabili impurezze. ;Secondo una forma di attuazione, la ghisa austenitica può avere almeno una, preferibilmente tutte, le seguenti caratteristiche fisico-meccaniche: - durezza Brinell: 110 – 180 HBW; e/o ;- resistenza a trazione: 130 - 210 N/mm<2>; e/o ;- modulo elastico: 100.000 – 160.000 N/mm<2>. ;Nella fase (ii) del processo l’almeno un anello in ghisa viene immerso in un bagno di alluminatura (detto anche bagno di affinatura) comprendente una lega Al-Si in cui la lega comprende circa 8,0-12,0% in peso di Si, preferibilmente circa 10,0-11,5% in peso, più preferibilmente circa 10,0% in peso, detto bagno di alluminatura essendo alla temperatura di circa 650°-750°C, preferibilmente circa 690° - 730°C. ;Secondo una forma di attuazione, la lega Al-Si del bagno di alluminatura può ulteriormente comprendere ferro e rame in concentrazione complessiva minore o uguale a circa 4% in peso, preferibilmente minore o uguale a circa 3% in peso, più preferibilmente minore o uguale a circa 1% in peso. La presenza di Fe e Cu alle concentrazioni sopra indicate permette un miglior ancoraggio microstrutturale dell’anello in ghisa alla lega madre del pistone e pertanto un migliore comportamento in fase di espansione termica del gruppo pistone/anello nelle condizioni di esercizio. Secondo una forma di attuazione, la lega di affinatura può ulteriormente comprendere almeno un elemento di lega scelto tra Mn, Mg, Zn, Ni, Cr e loro miscele, in concentrazione individuale minore o uguale a circa 0,5 % in peso. Ulteriori elementi di lega diversi da quelli sopra riportati possono essere presenti come inevitabili impurezze in quantità complessivamente minore o uguale a circa 0,150 % in peso. ;La fase (ii) del processo può essere attuata a diverse condizioni di pressione, secondo metodi e processi noti al tecnico del ramo, preferibilmente il bagno di alluminatura può essere mantenuto a pressione ambiente. La fase (ii) può avere una durata variabile, compresa tra 2 e 90 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;8 ;;minuti in funzione delle dimensioni dell’anello Alfin. ;Al termine della fase di alluminatura, nella fase (iii) l’almeno un anello in ghisa viene estratto dal bagno e inserito in uno stampo per fusione, che può essere uno stampo permanente oppure uno stampo temporaneo (non riutilizzabile), avente la geometria desiderata per la realizzazione del postone. Preferibilmente possono essere utilizzati stampi permanenti normalmente impiegati nella produzione di pistoni per motori a due o quattro tempi. Il posizionamento dell’almeno un anello in ghisa nello stampo può avvenire manualmente movimentando l’anello con opportuni attrezzi oppure meccanicamente. ;La lega ipereutettica Al-Si della fase (iv), detta anche lega madre, può comprendere circa 16-24% in peso di Si, preferibilmente circa 18-22% in peso. La temperatura di colata della lega madre (misurata a pressione ambiente) può esse di circa 760°-900°C, preferibilmente di circa 820°-870°C. ;Secondo una forma di attuazione, la fase (iv) può essere attuata colando una lega ipereutettica Al-Si come sopra descritta in uno stampo permanente per gravità (cioè a pressione ambiente), a bassa pressione (20-100 kPa), sotto vuoto (pressione inferiore a 20 kPa) oppure per pressofusione (die casting) utilizzando pressioni maggiori o uguale a circa 2 MPa, generalmente comprese tra 2 e 150 MPa, o superiori. ;Secondo una forma di attuazione, durante la fase (iv) del processo secondo l’invenzione una lega ipereutettica Al-Si come sopra descritta può essere preferibilmente colata per gravità (a pressione ambiente) all’interno della conchiglia, ad una temperatura di colata di circa 760-900°C, preferibilmente di circa 820°-870°C ;La lega madre può comprendere ulteriori elementi di lega tra cui Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Ni, P, Ca, Sr, Na e loro miscele e/o ulteriori elementi quali impurezze inevitabilmente presenti. ;Secondo una forma di attuazione, la lega madre ipereutettica Al-Si può avere la composizione riportata nella seguente tabella: ;91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;9 ;;Elemento % in peso ;Si 16-24, pref.18-22 ;Fe 0,4 ;Cu 0,5 – 2,0 ;Mn < 0,15 ;Mg < 1,50 ;Zn < 0,10 ;Ti < 0,10 ;Ni 0,5 – 2,0 ;;P < 0,015 ;altri < 0,05 cadauno ;elementi < 0,15 totale ;Al a 100% ;;Con il termine “altri elementi” sono indicati gli ulteriori elementi inevitabilmente presenti come impurezze. ;La fase (iv) di colata può essere attuata in impianti convenzionalmente impiegati per la fabbricazione industriale di pistoni. ;La fase di colata può avere una durata variabile in funzione della geometria del pistone e della composizione della lega madre e può essere determinata da un tecnico del settore sulla base delle proprie conoscenze tecniche. ;Successivamente (fase (v)) il pistone comprendente l’almeno un anello Alfin viene raffreddato e separato dallo stampo. ;La durata complessiva delle fasi (iv) e (v) può essere indicativamente ma non esaustivamente, compresa nell’intervallo 3-20 minuti, a seconda delle dimensioni del pistone e dell’almeno un anello Alfin. La durata della fase (v) (raffreddamento) è generalmente superiore rispetto alla durata della fase (iv) (colata). ;Al termine della fase (v) si ottiene un pistone grezzo (semilavorato) che normalmente necessita di ulteriori lavorazioni. Opzionalmente, e preferibilmente, il pistone comprendente l’almeno un anello Alfin può essere successivamente sottoposto a ulteriori fasi di lavorazione per 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;10 ;;ottenere il pistone finito, pronto per l’installazione su un motore a due o quattro tempi. ;Le ulteriori fasi di lavorazione possono essere almeno una scelta tra: ;(a) sgrossatura: lavorazione meccanica che permette di eliminare la maggior parte del materiale superfluo (materozza, bave, etc.) dal pistone; ;(b) shot-blasting con materiale abrasivo (eg. corindone, graniglia di acciaio, ceramica, vetro o altri prodotti normalmente utilizzati nell’arte); ;(c) finitura e/o rettifica: lavorazione meccanica che permette di portare il pistone alle dimensioni e tolleranze specificate. ;In una forma di attuazione preferita tutte le fasi (a)-(c) possono essere attuate al termine della fase (v). ;Oltre ai trattamenti meccanici possono inoltre essere svolti dei trattamenti chimici con acidi o basi, secondo metodi noti al tecnico del ramo, per la rimozione di sostanze indesiderate eventualmente presenti sulla superficie del pistone. ;Il processo secondo l’invenzione permette di ottenere un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin in cui l’almeno un anello Alfin è cofuso nel corpo stesso del pistone, cioè un pistone con un grado di adesione elevato tra il corpo del pistone e l’almeno un anello Alfin. ;Inoltre, il processo secondo l’invenzione ha una resa estremamente elevata, poiché i pistoni che presentano distacchi della superficie dell’almeno un anello maggiori di circa 4% rispetto alla superficie di contatto complessiva tra l’anello e il corpo del pistone sono minori o uguali a circa 30% (il distacco della superficie dell’almeno un anello può essere misurato mediante metodi noti di analisi ad ultrasuoni). ;In Figura 1 e in Figura 2 sono riportate le immagini al microscopio ottico con un ingrandimento 50x di una sezione trasversale presa in corrispondenza dell’anello Alfin, di pistoni in lega ipereutettica Al-Si 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;11 ;;ottenuti dal processo secondo l’invenzione. Si può notare che la lega madre che costituisce il corpo del pistone (rispettivamente (11) in Figura 1 e (21) in Figura 2) aderisce con continuità all’anello Alfin (12), Figura 1, e (22), Figura 2. Lo strato costituito dalla lega di alluminatura (rispettivamente (13) e (23) nelle Figure 1 e 2) è interposto tra la lega madre e l’anello Alfin. Le superficie di adesione non presentano alcuna discontinuità, sia dal punto di vista metallurgico sia dal punto di vista strutturale: è evidente la continuità metallurgica delle diverse leghe e l’assenza di micro-cricche, discontinuità, pori, cavità da ritiro ed altri difetti tipici della tecnologia di cofusione che possono compromettere le prestazioni fisico-meccaniche del pistone quando sollecitato alle elevate temperature di esercizio. ;Le Figure 3 e 4 mostrano alcune delle problematiche dovute ad una imperfetta adesione della struttura della lega madre (34), Figura 3, e (44), Figura 4, del pistone verso l’anello Alfin rispettivamente (35) e (45) in Figura 3 e 4 in pistoni ottenuti con processi di cofusione condotti a temperature diverse rispetto a quelle delle fasi (ii) e (iv) del processo secondo l’invenzione. Sono ben visibili cricche e cavità nella lega madre del pistone e discontinuità nello strato costituito dalla lega di affinazione (rispettivamente (36) e (46) in Figura 3 e 4) che incapsula l’anello. ;Un ulteriore oggetto della presente invenzione è un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin ottenuto o ottenibile dal procedimento come precedentemente descritto, in cui la lega ipereutettica Al-Si comprende circa 16-24% in peso di Si, preferibilmente circa 18-22% in peso. ;Secondo una forma di attuazione, il pistone ottenuto o ottenibile dal processo secondo l’invenzione può comprendere una lega madre ipereutettica Al-Si avente la seguente composizione: ;91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;12 ;;Elemento % in peso ;Si 16-24, pref.18-22 ;Fe 0,4 ;Cu 0,5 – 2,0 ;Mn < 0,15 ;Mg < 1,50 ;Zn < 0,10 ;Ti < 0,10 ;Ni 0,5 – 2,0 ;;P < 0,015 ;altri < 0,05 cadauno ;elementi < 0,15 totale ;Al a 100% ;;Con il termine “altri elementi” sono indicati gli ulteriori elementi inevitabilmente presenti come impurezze. ;Secondo una forma di attuazione, il pistone ottenuto o ottenibile dal processo secondo l’invenzione può comprendere almeno un anello Alfin in ghisa austenitica “Ni-resist”. In una forma di attuazione la ghisa austenitica Ni-resist può comprendere 12,0-22,0% in peso di Ni, preferibilmente 13,0-18,0% in peso, il restante essendo ferro e opzionalmente ulteriori elementi di lega scelti tra C, Si, Mn, Cr, Cu, impurezze inevitabilmente presenti e loro miscele. Secondo una ulteriore forma di attuazione il pistone ottenuto o ottenibile dal processo secondo l’invenzione può comprendere almeno un anello Alfin in ghisa austenitica “Ni-resist”, preferibilmente avente la seguente composizione ;;;% ;C max. 3 ;Si 1,0 – 2,8 ;Mn 0,5 – 1,5 ;Ni 13,5 – 17,5 ;P max. 0,25 ;Cr 1,0 – 3,5 ;Cu 5,5 – 7,5 ;Fe a 100% ;91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;13 ;;Opzionalmente detta ghisa austenitica può comprendere ulteriori elementi di lega quali inevitabili impurezze. ;Secondo una forma di attuazione, il pistone ottenuto o ottenibile dal processo secondo l’invenzione può comprendere 1-3 anelli Alfin come sopra descritti, preferibilmente 1 anello Alfin. ;Grazie all’elevato grado di adesione tra l’almeno un anello Alfin e il corpo del pistone, il pistone ottenuto o ottenibile da processo secondo l’invenzione è in grado di sopportare elevate temperature e pressioni di esercizio anche per lunghi periodi senza che si verifichino fenomeni di distacco dell’almeno un anello Alfin dal corpo del pistone. Il distacco anche parziale dell’anello dal corpo del pistone può causare danni gravissimi al motore. ;Queste caratteristiche rendono il pistone ottenuto o ottenibile dal processo secondo l’invenzione particolarmente adatto all’utilizzo in un motore a combustione interna a 2 o 4 tempi ad elevate prestazioni, preferibilmente in un motore diesel a 2 o a 4 tempi. ;Forma quindi un ulteriore oggetto della presente invenzione un motore a due o quattro tempi comprendente il pistone in lega ipereutettica Al-Si come sopra descritto. ;Preferibilmente detto motore a due o quattro tempi può essere un motore diesel. ;L’invenzione viene di seguito illustrata per mezzo di alcuni esempi realizzativi non limitativi. ;Esempio 1 ;Per la produzione di un pistone con un anello Alfin cofuso è stato utilizzato un anello in ghisa Ni-resist tipo EN-GJLA-XNiCuCr15-6-2 (EN 13835). L’anello è stato immerso in un bagno di alluminatura alla temperatura di circa 700°C contenente una lega Al-Si al 10% in peso di Si, comprendente inoltre Fe e Cu in concentrazione massima complessiva del 1% quali ulteriori elementi di lega, oltre ad impurezze metalliche inevitabilmente 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;14 ;;presenti. ;Successivamente l’anello è stato posizionato all’interno della conchiglia di fusione e una lega ipereutettica Al-Si al 21% in peso di Si è stata colata nella forma per gravità. ;La lega madre ipereutettica Al-Si aveva una temperatura di colata di 854°C e conteneva Al e ulteriori elementi di lega in concentrazione compresa negli intervalli indicati nella seguente tabella: ;;Elemento % in peso ;Si 16-24, pref.18-22 ;Fe 0,4 ;Cu 0,5 – 2,0 ;Mn < 0,15 ;Mg < 1,50 ;Zn < 0,10 ;Ti < 0,10 ;Ni 0,5 – 2,0 ;;P < 0,015 ;altri < 0,05 cadauno ;elementi < 0,15 totale ;Al a 100% ;;Il pistone così ottenuto è stato analizzato al microscopio ottico per verificare l’effettiva assenza di difetti di adesione tra la lega madre e l’anello Alfin. Una sezione trasversale del pistone presa in corrispondenza dell’anello è riportata in Figura 1. ;Esempio 2 ;Per la produzione di un pistone con anello Alfin cofuso è stato utilizzato un anello in ghisa come descritto nell’esempio 1. L’anello è stato immerso in un bagno di alluminatura alla temperatura di circa 700°C contenente una lega Al-Si al 10% in peso di Si, comprendente inoltre Fe e Cu quali ulteriori elementi di lega in concentrazione massima complessiva del 1% e ulteriori impurezze metalliche inevitabilmente presenti. ;Successivamente l’anello è stato posizionato all’interno della conchiglia di 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) ;;;15 ;;fusione e una lega ipereutettica Al-Si al 24% in peso di Si è stata colata nella forma per gravità. La lega madre ipereutettica Al-Si aveva una temperatura di colata di 872°C e composizione come nell’Esempio 1. Il pistone così ottenuto è stato analizzato per verificare l’effettiva assenza di difetti di adesione tra la lega madre e l’anello Alfin. Una sezione trasversale del pistone presa in corrispondenza dell’anello è riportata in Figura 2. ;IL MANDATARIO ;D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) *

Claims

91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) 1 RIVENDICAZIONI 1. Processo per la produzione di un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin, comprendente le fasi di: (i) provvedere almeno un anello in ghisa; (ii) immergere detto almeno un anello in ghisa in almeno un bagno di alluminatura comprendente una lega Al-Si comprendente 8-12% in peso di Si alla temperatura di 650°-750°C, preferibilmente alla temperatura di 690° - 720°C; (iii) estrarre l’anello in ghisa dal bagno di alluminatura e inserirlo in uno stampo per fusione; (iv) colare nello stampo una lega ipereutettica Al-Si comprendente 16-24% in peso di Si, preferibilmente 18-22% in peso, ad una temperatura di colata di 760-900°C, preferibilmente di 820°-870°C, ottenendo un pistone comprendente almeno un anello Alfin; (v) raffreddare ed estrarre il pistone dallo stampo.
2. Il processo secondo la rivendicazione 1, in cui l’almeno un anello in ghisa comprende una ghisa austenitica Ni-resist preferibilmente comprendente 12,0-22,0% in peso di Ni, preferibilmente 13,0-18,0% in 5 peso, il restante essendo ferro e opzionalmente ulteriori elementi di lega scelti tra C, Si, Mn, Cr, Cu, impurezze inevitabilmente presenti e loro miscele.
3. Il processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il bagno di alluminatura comprende una lega Al-Si comprendente 8,0-12,0% in 10 peso di Si, preferibilmente 10,0-11,5% in peso, più preferibilmente 10,0% in peso.
4. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il bagno di alluminatura comprende una lega Al-Si comprendente Fe e Cu come elementi di lega in quantità complessiva 4% in peso, 15 preferibilmente 3% in peso, più preferibilmente 1% in peso.
5. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui la lega ipereutettica Al-Si comprende 91.A1160.12.IT.1 D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B) 2 Elemento % in peso Si 16-24, pref.18-22 Fe 0,4 Cu 0,5 – 2,0 Mn < 0,15 Mg < 1,50 Zn < 0,10 Ti < 0,10 Ni 0,5 – 2,0 P < 0,015 altri < 0,05 cadauno eleme nti < 0,15 totale Al a 100%
6. Un pistone in lega ipereutettica Al-Si comprendente almeno un anello Alfin ottenuto o ottenibile dal procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, in cui la lega ipereutettica Al-Si comprende 5 circa 16-24% in peso di Si, preferibilmente circa 18-22% in peso.
7. Un pistone secondo la rivendicazione 6, comprendente almeno un anello Alfin in ghisa austenitica “Ni-resist” preferibilmente comprendente 12,0-22,0% in peso di Ni, preferibilmente 13,0-18,0% in peso, il restante essendo ferro e opzionalmente ulteriori elementi di 10 lega scelti tra C, Si, Mn, Cr, Cu, impurezze inevitabilmente presenti e loro miscele.
8. Un motore a due o quattro tempi comprendente almeno un pistone in lega ipereutettica Al-Si secondo la rivendicazione 6 o 7.
9. Un motore a due o quattro tempi secondo la rivendicazione 8 in cui 15 detto motore è un motore diesel. IL MANDATARIO D.ssa Elena ROSSETTI (Albo iscr. n.1124B)