ITMI20061885A1 - METHOD FOR THE MANUFACTURE OF MECHANICAL COMPONENTS FOR HOT-END ALUMINUM CHAMBER DIE-CASTING SYSTEMS AND ITS OBTAINED COMPONENTS - Google Patents

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“METODO PER LA FABBRICAZIONE DI COMPONENTI MECCANICI PER IMPIANTI DI PRESSOFUSIONE A CAMERA CALDA DI LEGHE DI ALLUMINIO E COMPONENTI COSÌ OTTENUTI” "METHOD FOR THE MANUFACTURE OF MECHANICAL COMPONENTS FOR HOT CHAMBER DIE-CASTING PLANTS OF ALUMINUM ALLOYS AND COMPONENTS OBTAINED THUS"

La presente invenzione riguarda un metodo per la fabbricazione di componenti meccanici per impianti di pressofusione di leghe di alluminio, ed in particolare un metodo che prevede la fabbricazione di componenti in molibdeno, tungsteno o loro leghe ed il loro successivo trattamento di borurazione superficiale, consentendo di ottenere elevate caratteristiche di resistenza all’usura da parte dei flussi di lega allo stato fuso o semiliquido, nonché da parte di organi in strisciamento relativo. The present invention relates to a method for the manufacture of mechanical components for aluminum alloy die-casting plants, and in particular a method which provides for the manufacture of components in molybdenum, tungsten or their alloys and their subsequent surface borination treatment, allowing to obtain high wear resistance characteristics from the alloy flows in the molten or semi-liquid state, as well as from the relative sliding parts.

Nella costruzione di componenti meccanici per impianti di pressofusione delle leghe di alluminio devono essere impiegati materiali altamente resistenti alle alte temperature, in grado di sostenere l’azione corrosiva delle leghe di alluminio allo stato fuso o semiliquido. Le parti dell’impianto che ricevono, contengono e sono a contatto permanente con le leghe allo stato fuso o semiliquido, come, ad esempio, il crogiuolo di mantenimento installato su una pressa a camera fredda ed il condotto di alimentazione e dosaggio, sono solitamente realizzate utilizzando materiali refrattari. Componenti a contatto ciclico non continuativo come il contenitore di iniezione, il pistone e lo stampo, che sono molto sollecitati meccanicamente oltre che termicamente, devono invece essere realizzati con materiali che combinino caratteristiche di resistenza ai flussi di lega ad alta temperatura, e/o all’usura per strisciamento, con buone caratteristiche di tenacità, durezza e di resistenza alla trazione ed alla compressione. In the construction of mechanical components for aluminum alloy die-casting systems, materials that are highly resistant to high temperatures must be used, capable of withstanding the corrosive action of aluminum alloys in the molten or semi-liquid state. The parts of the plant that receive, contain and are in permanent contact with the alloys in the molten or semi-liquid state, such as, for example, the holding crucible installed on a cold chamber press and the supply and dosing duct, are usually made using refractory materials. Components in non-continuous cyclic contact such as the injection container, the piston and the mold, which are highly stressed mechanically as well as thermally, must instead be made with materials that combine characteristics of resistance to high temperature alloy flows, and / or wear due to sliding, with good characteristics of toughness, hardness and resistance to traction and compression.

Per la costruzione di questi componenti, sono generalmente utilizzati acciai legati in grado di sostenere temperature elevate e di trasmettere grandi quantità di energia termica. Tuttavia gli acciai presentano notevoli problemi di resistenza all’attacco ed all’usura da flussi di lega d’alluminio allo stato fuso o semiliquido, e sono pertanto inadatti alla costruzione di componenti costantemente a contatto con la lega. Per questo motivo i sistemi attuali di pressofusione delle leghe di alluminio sono sempre a camera fredda, cioè il metallo fuso è mantenuto in temperatura in appositi forni di mantenimento e viene successivamente prelevato e versato in un contenitore di iniezione (chiamato camera fredda) e introdotto rapidamente nello stampo mediante un pistone iniettore. For the construction of these components, alloy steels are generally used that can withstand high temperatures and transmit large amounts of thermal energy. However, steels have significant problems of resistance to attack and wear from flows of aluminum alloy in the molten or semi-liquid state, and are therefore unsuitable for the construction of components that are constantly in contact with the alloy. For this reason, the current systems for die-casting aluminum alloys are always cold chamber, i.e. the molten metal is kept at temperature in special holding furnaces and is subsequently taken and poured into an injection container (called cold chamber) and introduced rapidly. into the mold by means of an injector piston.

I sistemi di iniezione a camera calda delle leghe di alluminio consentirebbero, rispetto ai sistemi a camera fredda universalmente impiegati, di ottenere getti con notevoli vantaggi qualitativi in termini di omogeneità e di resistenza meccanica, uniti a significativi vantaggi economici, derivanti dai risparmi sulle masse lorde dei getti e dai consumi energetici relativi. Poiché il processo a camera calda richiede minori temperature e minori pressioni di iniezione della lega nello stampo rispetto al processo a camera fredda, a questi vantaggi sono da sommare rilevanti risparmi sui costi deirimpianto e degli stampi, che risultano assai meno massicci. Grazie alle minori sollecitazioni termiche e meccaniche è possibile prevedere anche una maggiore vita utile degli stampi. Compared to universally used cold chamber systems, the hot chamber injection systems of aluminum alloys would allow to obtain castings with considerable qualitative advantages in terms of homogeneity and mechanical strength, combined with significant economic advantages deriving from savings on gross masses. of jets and relative energy consumption. Since the hot chamber process requires lower temperatures and lower pressures for the injection of the alloy into the mold compared to the cold chamber process, to these advantages must be added significant savings on the costs of the plant and of the molds, which are much less massive. Thanks to the lower thermal and mechanical stresses, it is also possible to foresee a longer useful life of the molds.

Il controllo della temperatura della lega lungo l’intero percorso crogiolostampo, consentito dal processo a camera calda e non consentito dai normali processi a camera fredda, permette di iniettare leghe a temperature nell'intorno del punto di fusione superiore, cioè anche inferiori allo stesso, producendo vantaggi rilevanti sulla microstruttura e sulla compattezza dei getti. A ciò si devono aggiungere una maggiore quantità di pezzi prodotti nell’unità di tempo, una migliore qualità e ripetibilità delle caratteristiche dei getti e minori scarti di produzione, che conseguono dalla possibilità di regolazione di tutti i parametri del ciclo deirimpianto a camera calda ad anello chiuso e dal fatto che la lega non si ossida né ingloba aria nelle fasi di trasferimento dal forno al contenitore e dal contenitore allo stampo, inconvenienti inevitabili nei normali processi a camera fredda. A quanto sopra menzionato si aggiungono i miglioramenti delle caratteristiche strutturali e meccaniche riscontrabili nei getti prodotti a camera calda, derivanti dalla facilità di impiego di leghe degassate, modificate o affinate nel corso del processo a camera calda. Inoltre, lo stampaggio sotto vuoto viene notevolmente facilitato. The temperature control of the alloy along the entire crucible mold path, allowed by the hot chamber process and not allowed by the normal cold chamber processes, allows alloys to be injected at temperatures around the higher melting point, i.e. even lower than it. producing significant advantages on the microstructure and compactness of the castings. To this must be added a greater quantity of pieces produced in the unit of time, a better quality and repeatability of the characteristics of the castings and less production waste, which derive from the possibility of regulating all the parameters of the cycle of the hot chamber system. closed and by the fact that the alloy does not oxidize or incorporate air in the phases of transfer from the oven to the container and from the container to the mold, which are unavoidable drawbacks in normal cold chamber processes. To the above mentioned are added the improvements of the structural and mechanical characteristics found in the hot chamber castings, deriving from the ease of use of degassed alloys, modified or refined during the hot chamber process. In addition, vacuum molding is greatly facilitated.

Per aumentare la resistenza all’attacco ed all’usura da parte dei flussi di lega allo stato fuso o semiliquido, sono noti i processi di borurazione degli acciai, che consentono di ottenere strati di boruri metallici sulle superfici di un componente meccanico mediante trattamenti termochimici di diffusione allo stato solido. La formazione degli strati di boruri metallici avviene mediante l’introduzione di agenti boruranti, prevalentemente allo stato solido, nell’ambiente in cui viene eseguito il processo, sottoponendo le superfici dei componenti meccanici a contatto con detti agenti ad alte temperature e per tempi che variano a seconda degli agenti boruranti adottati e dai risultati attesi. Il boro si diffonde attraverso le superfici dei componenti meccanici, formando strati di boruri di elevata durezza con spessori variabili tra 5 e 200 micrometri. Esempi di applicazione dei processi di borurazione agli acciai sono descritti in GB 1418807, DE 2127096, DE 10049036, US 6245162, EP 0387536 e CN 1093124. To increase the resistance to attack and wear by the alloy streams in the molten or semi-liquid state, the borination processes of steels are known, which allow to obtain layers of metal borides on the surfaces of a mechanical component by means of thermochemical treatments of solid state diffusion. The formation of the layers of metal borides takes place through the introduction of boron agents, mainly in the solid state, in the environment in which the process is carried out, subjecting the surfaces of the mechanical components to contact with said agents at high temperatures and for varying times. depending on the boron agents adopted and the expected results. Boron diffuses through the surfaces of mechanical components, forming layers of highly hard borides with thicknesses ranging from 5 to 200 micrometers. Examples of application of borination processes to steels are described in GB 1418807, DE 2127096, DE 10049036, US 6245162, EP 0387536 and CN 1093124.

L’impiego di acciai borurati nella costruzione di componenti meccanici a contatto continuo con leghe di alluminio allo stato fuso o semiliquido è tuttavia inaccettabile, a causa della pur sempre troppo elevata velocità di attacco e dissoluzione delle superfici borurate da parte della lega fusa o semiliquida. The use of borinated steels in the construction of mechanical components in continuous contact with molten or semi-liquid aluminum alloys is however unacceptable, due to the still too high etching and dissolution rate of the borinated surfaces by the molten or semi-liquid alloy.

Un altro metodo utilizzato per aumentare la resistenza all’attacco ed all’usura da parte dei flussi di lega allo stato fuso o semiliquido di componenti meccanici in acciaio è la spruzzatura ad alta velocità di polveri ceramiche eseguita ad alta temperatura. Questo procedimento consente di ottenere strati barriera variamente porosi che proteggono il metallo di base, tuttavia tali strati sono caratterizzati da una bassa aderenza al metallo di base e da una notevole fragilità, che non ne consentono l’impiego su componenti molto sollecitati meccanicamente e/o termicamente. Inoltre l’impiego di materiali ceramici causa notevoli problemi negli accoppiamenti dei diversi componenti meccanici, a causa delle differenti caratteristiche di dilatazione termica dei materiali ceramici rispetto a quelli metallici. Another method used to increase the resistance to attack and wear by the alloy flows in the molten or semi-liquid state of mechanical components in steel is the high-speed spraying of ceramic powders performed at high temperatures. This process allows to obtain variously porous barrier layers that protect the base metal, however these layers are characterized by a low adhesion to the base metal and by a considerable brittleness, which do not allow their use on highly mechanically and / or stressed components. thermally. Furthermore, the use of ceramic materials causes considerable problems in the coupling of the different mechanical components, due to the different thermal expansion characteristics of ceramic materials compared to metal ones.

Ancora un altro metodo per incrementare le caratteristiche di resistenza all’usura ed all’attacco alle alte temperature consiste nell’eseguire trattamenti di deposizione superficiale di tipo PVD (Physical Vapor Deposition) o CVD (Chemical Vapor Deposition), che consentono di conferire alle superfici dei componenti buone caratteristiche di resistenza all’abrasione, all’erosione ed alla penetrazione mediante la deposizione di film sottili di ossidi, carburi, nitruri o carbonitruri di diversi materiali. Yet another method to increase the characteristics of resistance to wear and attack at high temperatures consists in carrying out surface deposition treatments of the PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) type, which allow to give the surfaces of the components good characteristics of resistance to abrasion, erosion and penetration through the deposition of thin films of oxides, carbides, nitrides or carbonitrides of different materials.

Tuttavia, tali processi non permettono di ottenere incrementi sufficienti della vita ad usura dei componenti meccanici per l’impiego in camera calda, a causa delle scarse caratteristiche di resistenza agli sforzi di taglio e di penetrazione dei film di rivestimento e del fatto che gli spessori ottenibili sono dell’ordine di pochi micrometri e variamente porosi. Inoltre, i processi PVD e CVD non garantiscono sempre un’aderenza sufficiente del film sottile al metallo di base, e presentano la difficoltà o l impossibilità di rivestire superfici interne e/o cavità profonde, come, ad esempio, quelle di un tubo, causando discontinuità nelle caratteristiche di resistenza superficiale. However, these processes do not allow to obtain sufficient increases in the wear life of the mechanical components for use in the hot chamber, due to the poor characteristics of resistance to shear and penetration stresses of the coating films and the fact that the thicknesses that can be obtained they are of the order of a few micrometers and variously porous. Furthermore, PVD and CVD processes do not always guarantee sufficient adhesion of the thin film to the base metal, and present the difficulty or impossibility of coating internal surfaces and / or deep cavities, such as, for example, those of a pipe, causing discontinuity. in the characteristics of surface resistance.

I rivestimenti citati non sono impermeabili all’alluminio fuso e sono variamente sradicati dal metallo di base ad opera dei prodotti risultanti dagli attacchi puntiformi dell' alluminio che penetra fino al metallo di base. The cited coatings are not impermeable to molten aluminum and are variously eradicated from the base metal by the products resulting from the point attacks of the aluminum that penetrates to the base metal.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un metodo di fabbricazione di componenti meccanici per impianti di pressofusione di leghe di alluminio che consenta di ottenere componenti meccanici con una elevata resistenza all’attacco ed all’usura da parte dei flussi di lega ed una elevata resistenza all’usura per strisciamento, adatti alla costruzione di impianti di pressofusione delle leghe di alluminio a camera calda. Detto scopo viene conseguito con un metodo le cui caratteristiche principali sono specificate nella rivendicazione 1, mentre altre vantaggiose caratteristiche sono specificate nelle rivendicazioni secondarie. The purpose of the present invention is therefore to provide a method for manufacturing mechanical components for aluminum alloy die-casting plants which allows mechanical components to be obtained with a high resistance to attack and wear by the alloy flows and a high wear resistance due to sliding, suitable for the construction of hot chamber aluminum alloy die-casting plants. Said object is achieved with a method whose main characteristics are specified in claim 1, while other advantageous characteristics are specified in the secondary claims.

Il metodo secondo la presente invenzione combina le caratteristiche di elevata durezza, resistenza all’usura e resistenza alla dissoluzione da parte dell'alluminio fuso, ottenibili con processi di borurazione superficiale, con le buone caratteristiche meccaniche del molibdeno, del tungsteno o di loro leghe e con le loro caratteristiche di resistenza all’attacco da parte della lega fusa, idonee ad evitare lo sradicamento degli strati superficiali borurati. The method according to the present invention combines the characteristics of high hardness, wear resistance and resistance to dissolution by molten aluminum, obtainable with surface borination processes, with the good mechanical characteristics of molybdenum, tungsten or their alloys and with their characteristics of resistance to attack by the molten alloy, suitable for avoiding the eradication of the boronated surface layers.

Il primo e più importante vantaggio del metodo secondo la presente invenzione consiste nella possibilità di ottenere componenti meccanici aventi un’elevata resistenza meccanica unita ad una elevata resistenza all’attacco ed all’usura da parte dei flussi delle leghe di alluminio allo stato fuso o semiliquido. The first and most important advantage of the method according to the present invention consists in the possibility of obtaining mechanical components having a high mechanical strength combined with a high resistance to attack and wear by the flows of the aluminum alloys in the molten or semi-liquid state. .

Il metodo secondo la presente invenzione consente inoltre di ottenere grandi spessori di boruri metallici su tutte le superfici dei componenti meccanici, comprese quelle interne e le cavità profonde, conferendo a tali superfici durezze molto elevate e mantenendo nel contempo le caratteristiche di resistenza a trazione e di tenacità al cuore richieste dalle applicazioni. The method according to the present invention also allows to obtain large thicknesses of metal borides on all surfaces of the mechanical components, including internal ones and deep cavities, giving such surfaces very high hardness and at the same time maintaining the characteristics of tensile strength and core toughness required by applications.

Un altro vantaggio del metodo secondo la presente invenzione è che esso permette di ottenere una vita utile dei componenti meccanici adatta a garantire costi di esercizio e di manutenzione industrialmente sostenibili per impianti di pressofusione a camera calda delle leghe di alluminio, nonostante gli alti costi delle materie prime impiegate per detti componenti. Another advantage of the method according to the present invention is that it allows to obtain a useful life of the mechanical components suitable for guaranteeing industrially sustainable operating and maintenance costs for hot chamber die casting plants for aluminum alloys, despite the high costs of materials. raw materials used for said components.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche del metodo secondo la presente invenzione saranno evidenti ad un esperto del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa. These and other advantages and characteristics of the method according to the present invention will be evident to an expert in the art from the following detailed description of an embodiment thereof.

La scelta dei materiali per la costruzione di componenti meccanici per impianti di pressofusione delle leghe di alluminio, che possano essere utilizzati nella costruzione di impianti di pressofusione ed in particolare anche di impianti a camera calda, richiede di ottimizzare caratteristiche meccaniche molto diverse tra loro, come, ad esempio, tenacità, durezza e resistenza all’usura a temperature elevate, a costi accettabili. The choice of materials for the construction of mechanical components for aluminum alloy die-casting systems, which can be used in the construction of die-casting systems and in particular also of hot chamber systems, requires the optimization of very different mechanical characteristics, such as , for example, toughness, hardness and wear resistance at elevated temperatures, at acceptable cost.

L’inventore è partito dalla considerazione che il molibdeno, il tungsteno e/o le loro leghe presentano una resistenza all’attacco, all’usura ed alla corrosione da parte dei flussi delle leghe di alluminio allo stato fuso o semiliquido molto maggiore di quella degli acciai normalmente impiegati nella attuale costruzione degli impianti a camera fredda. Il molibdeno, il tungsteno e le loro leghe inoltre mantengono buone caratteristiche meccaniche a temperature elevate, ad esempio dell’ordine di 650 -700°C, tipicamente utilizzate nella pressofusione delle leghe di alluminio. The inventor started from the consideration that molybdenum, tungsten and / or their alloys have a much greater resistance to attack, wear and corrosion by flows of aluminum alloys in the molten or semi-liquid state than that of steels normally used in the current construction of cold chamber plants. Molybdenum, tungsten and their alloys also maintain good mechanical characteristics at high temperatures, for example of the order of 650 -700 ° C, typically used in the die casting of aluminum alloys.

Il molibdeno, il tungsteno o le loro leghe, nonostante gli elevati costi specifici, possono dunque essere vantaggiosamente utilizzati per la costruzione di componenti meccanici per impianti di pressofusione con sistemi di iniezione a camera calda. Tuttavia, essi non offrono una resistenza all’usura economicamente accettabile, soprattutto per pezzi di massa rilevante, quindi i componenti realizzati con tali materiali necessitano di trattamenti di rivestimento superficiale, tali da allungarne sufficientemente la vita utile. Molybdenum, tungsten or their alloys, despite the high specific costs, can therefore be advantageously used for the construction of mechanical components for die casting plants with hot chamber injection systems. However, they do not offer an economically acceptable wear resistance, especially for pieces of significant mass, therefore the components made with these materials require surface coating treatments, such as to sufficiently lengthen their useful life.

Poiché i trattamenti di rivestimento superficiale tradizionalmente conosciuti ed utilizzati con molibdeno, tungsteno e le loro leghe, come ad esempio i processi PVD e CVD, non consentono di ottenere miglioramenti soddisfacenti della vita utile di tali componenti, l’inventore ha pensato di eseguire su tali materiali un trattamento di borurazione, non noto nella tecnica su tali materiali. Since the surface coating treatments traditionally known and used with molybdenum, tungsten and their alloys, such as the PVD and CVD processes, do not allow satisfactory improvements in the useful life of these components to be obtained, the inventor decided to perform on these materials a borination treatment, not known in the art on such materials.

I boruri metallici risultanti dalla combinazione del boro con gli elementi costituenti delle suddette leghe di cui sono fatti i componenti meccanici, infatti presentano caratteristiche di elevata durezza a caldo e caratteristiche di resistenza alle azioni corrosive, abrasive ed erosive dei flussi delle leghe di alluminio allo stato fuso o semiliquido, ed anche all’usura per strisciamento. Se tali boruri metallici vengono generati direttamente sulle superfici dei componenti meccanici realizzati in molibdeno, tungsteno o loro leghe, combinando così le caratteristiche positive della superficie con quelle del metallo di base, detti componenti possono diventare idonei alle applicazioni negli impianti di pressofusione delle leghe di alluminio a camera calda. The metal borides resulting from the combination of boron with the constituent elements of the aforementioned alloys of which the mechanical components are made, in fact have characteristics of high hot hardness and characteristics of resistance to corrosive, abrasive and erosive actions of the flows of aluminum alloys in the state melted or semi-liquid, and also to wear due to sliding. If these metal borides are generated directly on the surfaces of mechanical components made of molybdenum, tungsten or their alloys, thus combining the positive characteristics of the surface with those of the base metal, these components can become suitable for applications in aluminum alloy die-casting plants. hot chamber.

A questo scopo l’inventore ha svolto un’intensa attività di sperimentazione, realizzando campioni e prototipi di componenti in molibdeno, tungsteno e loro leghe e mettendo a punto processi di borurazione adeguati all’applicazione di tali prototipi in impianti di pressofusione a camera calda. For this purpose, the inventor has carried out an intense experimentation activity, creating samples and prototypes of components in molybdenum, tungsten and their alloys and developing borination processes suitable for the application of these prototypes in hot chamber die casting systems.

Nelle attività di sperimentazione, i campioni sono stati posti in forno in apposite cassette contenenti gli stessi campioni posti a contatto con agenti boruranti allo stato solido, costituiti da miscele di polveri che possono variare per composizione e granulometria a seconda delle esigenze. I campioni sono stati completamente immersi negli agenti boruranti in modo da raggiungere e rivestire anche le superfici interne e le cavità profonde dei pezzi, ciò che non è ottenibile con trattamenti di rivestimento superficiale come i processi PVD, CVD e la spruzzatura. In the experimentation activities, the samples were placed in the oven in special boxes containing the same samples placed in contact with borurants in the solid state, consisting of mixtures of powders that can vary in composition and granulometry according to the needs. The samples were completely immersed in borurants in order to reach and coat the internal surfaces and deep cavities of the pieces as well, which is not obtainable with surface coating treatments such as PVD, CVD and spraying processes.

I processi di borurazione sono stati eseguiti direttamente sulle superfici dei pezzi finiti. Sono stati eseguiti diversi cicli termici a temperature comprese tra 850°C e 1300°C per tempi compresi tra 1 e 100 ore. Per migliorare il processo di borurazione, sono state inoltre preventivamente introdotte in forno e nelle cassette atmosfere di gas inerti, quali azoto, argon o loro miscele, anche alternate alla generazione di vuoto, ad esempio a pressioni assolute di 0,1 mbar (10 Pa) allo scopo di eliminare completamente l’ossigeno presente. Al termine del processo di borurazione, i campioni sono stati sottoposti ad un trattamento di diffusione termica degli strati borurati verso il metallo di base. Borination processes were performed directly on the surfaces of the finished pieces. Several thermal cycles were performed at temperatures between 850 ° C and 1300 ° C for times between 1 and 100 hours. In order to improve the borination process, atmospheres of inert gases, such as nitrogen, argon or their mixtures, were also previously introduced in the furnace and in the boxes, also alternating with the generation of vacuum, for example at absolute pressures of 0.1 mbar (10 Pa ) in order to completely eliminate the oxygen present. At the end of the borination process, the samples were subjected to a thermal diffusion treatment of the borin layers towards the base metal.

I diversi processi hanno consentito di ottenere nei campioni trattati microstrutture diverse dello strato borurato e spessori variabili da 0,1 a 200 micrometri. Come rilevato con esami al microscopio ottico ed elettronico, gli strati borurati avevano differenze di stratificazione, composizione e struttura, con diversi radicamenti e diffusioni nella matrice del metallo di base in funzione dei parametri di tempo, temperatura e pressione e delle atmosfere di gas. The different processes allowed to obtain in the treated samples different microstructures of the borurate layer and thicknesses ranging from 0.1 to 200 micrometers. As detected with optical and electron microscope examinations, the boron layers had differences in stratification, composition and structure, with different rooting and diffusions in the base metal matrix as a function of time, temperature and pressure parameters and gas atmospheres.

I campioni sono stati inoltre sottoposti a trattamenti di distensione termica, con l’obiettivo di eliminare le tensioni residue degli strati borurati e della zona di transizione verso il metallo di base, onde migliorare le caratteristiche di tenacità del rivestimento. The samples were also subjected to thermal stress relieving treatments, with the aim of eliminating the residual stresses of the boron layers and of the transition area towards the base metal, in order to improve the toughness characteristics of the coating.

Inoltre, alcuni campioni sono stati sottoposti a successive lavorazioni di levigatura meccanica. Eseguendo prove meccaniche di penetrazione sono stati rilevati valori di durezza fino a 3000 HV negli strati superficiali, che si riducono verso l’interno dei pezzi fino a 350 HV, con una buona resistenza agli urti. In addition, some samples were subjected to subsequent mechanical polishing processes. By carrying out mechanical penetration tests, hardness values up to 3000 HV were detected in the surface layers, which are reduced towards the inside of the pieces up to 350 HV, with good impact resistance.

I campioni sono stati sottoposti a diversi test di usura in ambiente di lega di alluminio allo stato fuso, come cicli di strisciamento alternato, correnti veloci di lega fusa e contatto alternato con lega fusa ed aria ad alta temperatura. The specimens were subjected to various wear tests in the molten aluminum alloy environment, such as alternating sliding cycles, fast molten alloy currents, and alternating contact with molten alloy and high temperature air.

Tali test hanno evidenziato ottime caratteristiche di resistenza all’usura adesiva ed abrasiva, alla corrosione, all’erosione ed al grippaggio, nonché alle dilatazioni meccaniche ed alla fatica termica, con un significativo aumento della resistenza all’ossidazione. These tests have shown excellent resistance to adhesive and abrasive wear, corrosion, erosion and seizure, as well as mechanical expansion and thermal fatigue, with a significant increase in resistance to oxidation.

L’opportuna regolazione dei parametri termodinamici del ciclo di borurazione, nonché dei successivi trattamenti di diffusione e distensione degli strati borurati, consente dunque di ottenere componenti meccanici aventi caratteristiche di resistenza all’attacco, all’usura, alla corrosione ed all’erosione da parte dei flussi delle leghe di alluminio, ed aventi anche elevate caratteristiche di resistenza all’usura per attrito, tali da consentire la costruzione e l’esercizio economicamente proficuo di impianti di pressofusione delle leghe di alluminio con sistemi di iniezione a camera calda. The appropriate regulation of the thermodynamic parameters of the borination cycle, as well as of the subsequent diffusion and stress relieving treatments of the boron layers, therefore allows to obtain mechanical components with characteristics of resistance to attack, wear, corrosion and erosion by flows of aluminum alloys, and also having high characteristics of resistance to wear due to friction, such as to allow the construction and economically profitable operation of die-casting plants for aluminum alloys with hot chamber injection systems.

È chiaro che la forma realizzativa del metodo secondo l'invenzione sopra descritta costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni. In particolare, ad esempio, il processo di borurazione può essere eseguito utilizzando in alternativa agenti boruranti allo stato liquido o gassoso, in funzione delle caratteristiche dei componenti trattati e della loro applicazione finale. Analogamente possono essere impiegati altri sistemi di riscaldamento e dissociazione dell’agente borurante e di diffusione del boro, nonché differenti composizioni delle atmosfere di gas nel forno e nelle cassette. It is clear that the embodiment of the method according to the invention described above constitutes only an example susceptible of numerous variations. In particular, for example, the borination process can be carried out using alternatively boron agents in the liquid or gaseous state, depending on the characteristics of the treated components and their final application. Similarly, other heating and dissociation systems of the boron agent and boron diffusion can be used, as well as different compositions of the gas atmospheres in the furnace and in the cassettes.

Claims (20)

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la fabbricazione di componenti meccanici per impianti di pressofusione a camera calda di leghe di alluminio, caratterizzato dal fatto di comprendere un processo di borurazione superficiale dei suddetti componenti meccanici, detti componenti meccanici essendo fatti di molibdeno, tungsteno o loro leghe. CLAIMS 1. Method for manufacturing mechanical components for aluminum alloy hot chamber die casting plants, characterized in that it comprises a surface borination process of the aforesaid mechanical components, said mechanical components being made of molybdenum, tungsten or their alloys. 2. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione comprende uno o più cicli termici in forno, con temperature comprese tra 850°C e 1300°C e tempi compresi tra 1 e 100 ore. 2. Method according to the preceding claim, characterized in that said borination process comprises one or more thermal cycles in an oven, with temperatures between 850 ° C and 1300 ° C and times between 1 and 100 hours. 3. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione superficiale prevede l’uso di agenti boruranti allo stato solido. 3. Method according to one of the preceding claims, characterized by the fact that said surface borination process involves the use of solid state borurants. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione superficiale prevede l’uso di agenti boruranti allo stato liquido. 4. Method according to claim 1 or 2, characterized by the fact that said surface borination process involves the use of liquid state borurants. 5. Metodo secondo una la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione superficiale prevede l’uso di agenti boruranti allo stato gassoso. 5. Method according to claim 1 or 2, characterized by the fact that said surface borination process provides for the use of borurants in the gaseous state. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i componenti meccanici sottoposti a borurazione sono inseriti in apposite cassette e completamente immersi negli agenti boruranti, detti agenti boruranti essendo a diretto contatto con opportune superfici di detti componenti meccanici. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical components subjected to borination are inserted in suitable boxes and completely immersed in the boron agents, said borurants being in direct contact with suitable surfaces of said mechanical components. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione viene eseguito su componenti meccanici finiti. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that said borination process is performed on finished mechanical components. 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione superficiale comprende inoltre la formazione di vuoto spinto nel forno e/o nelle cassette contenenti i componenti meccanici e gli agenti boruranti. Method according to one of the preceding claims, characterized in that said surface borination process further comprises the formation of a high vacuum in the oven and / or in the cassettes containing the mechanical components and the boron agents. 9. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la pressione assoluta nel forno e/o nelle cassette contenenti i componenti meccanici e gli agenti boruranti è dell’ordine di 0,1 mbar (10 Pa). 9. Method according to the previous claim, characterized in that the absolute pressure in the oven and / or in the boxes containing the mechanical components and borurants is of the order of 0.1 mbar (10 Pa). 10. Metodo secondo ima delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto processo di borurazione superficiale comprende inoltre F introduzione di un’atmosfera di gas inerte nel forno e/o nelle cassette contenenti i componenti meccanici e gli agenti boruranti. 10. Method according to one of the preceding claims, characterized by the fact that said surface borination process also comprises the introduction of an atmosphere of inert gas into the oven and / or into the boxes containing the mechanical components and borurants. 11. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto gas inerte ha una pressione uguale o superiore alla pressione atmosferica. 11. Method according to the preceding claim, characterized in that said inert gas has a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure. 12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che detto gas inerte è scelto tra azoto, argon o loro miscele. 12. Method according to claim 10 or 11, characterized in that said inert gas is selected from nitrogen, argon or their mixtures. 13. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un trattamento di diffusione termica degli strati borurati verso il metallo di base. 13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a thermal diffusion treatment of the borinated layers towards the base metal. 14. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un trattamento di distensione termica degli strati borurati e della zona di transizione verso il metallo di base. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a thermal stress relieving treatment of the boron layers and of the transition zone towards the base metal. 15. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una lavorazione finale di levigatura meccanica su porzioni superficiali dei componenti meccanici. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a final machining of mechanical polishing on surface portions of the mechanical components. 16. Componenti meccanici per impianti di pressofusione a camera calda delle leghe di alluminio, caratterizzati dal fatto che detti componenti sono fabbricati secondo il metodo di una o più delle precedenti rivendicazioni. 16. Mechanical components for hot chamber die casting plants for aluminum alloys, characterized in that said components are manufactured according to the method of one or more of the preceding claims. 17. Componenti meccanici secondo la rivendicazione precedente, caratterizzati dal fatto che lo spessore dello strato borurato è compreso tra 0,1 e 200 micrometri. 17. Mechanical components according to the preceding claim, characterized in that the thickness of the boronate layer is comprised between 0.1 and 200 micrometers. 18. Componenti meccanici secondo la rivendicazione 16 o 17, caratterizzati dal fatto che la durezza dello strato borurato è compresa tra 350 HV e 3000 HV. 18. Mechanical components according to claim 16 or 17, characterized in that the hardness of the boronate layer is between 350 HV and 3000 HV. 19. Componenti meccanici secondo una delle rivendicazioni da 16 a 18, caratterizzati dal fatto che detti componenti presentano porzioni superficiali levigate meccanicamente. 19. Mechanical components according to one of claims 16 to 18, characterized in that said components have mechanically polished surface portions. 20. Impianti per la pressofusione di leghe di alluminio, caratterizzati dal fatto di comprendere un sistema di iniezione a camera calda costituito da uno o più componenti meccanici secondo una delle rivendicazioni da 16 a 19.20. Plants for the die casting of aluminum alloys, characterized in that they comprise a hot chamber injection system consisting of one or more mechanical components according to one of claims 16 to 19.