Diseño, fabricación y caracterización microestructural de una aleación con aplicación en asientos de válvulas para motores de combustión interna de alto desempeño

Abstract

The present study analyses the effect of carbon and chromium additions on the microstructure and machinability of a Fe-C-Cr alloy to be used in the manufacture of valve seats for internal combustion engines. In the case of exhaust valves which are subjected to more severe working conditions, alloys with high C and Cr contents are used in order to obtain high hardness, resistance to oxidation and thermal stability. However, the high hardness of these alloys limits their machinability, so the present study aims to develop an alloy and a manufacturing process to obtain hollow bars with an acceptable degree of machinability to obtain rings that meet the characteristics required for this application. Therefore, in the present study, the different stages for the design and manufacture of the bars are detailed using 3 different alloys that vary in Cr and C contents which were subject to different heat treatments. The microstructure of the different alloys was characterized, showing that the increase in C and Cr produced an increase in the volume of carbides and, therefore, in the hardness of the alloys. It was observed that the hardness decreases slightly with the annealing heat treatment, however, the presence of a high content of carbides which are not affected at the treatment temperature did not allow to considerably improve the machinability. Generally, it was found that machinability decreases with the increase in hardness, so the best results were obtained by alloy 3, which has the lowest weight percent of carbon and eutectic carbide volume fraction, thus showing the highest degree of machinability [...]

En el presente trabajo de investigación, se estudia el efecto de las adiciones de carbono y cromo en la microestructura y la maquinabilidad de una aleación Fe-C-Cr para ser utilizadas en la fabricación de asientos de válvulas de escape para motores de combustión interna. En el caso particular de las válvulas de escape, las cuales son sometidas a condiciones de trabajo más severas se utilizan aleaciones con elevados contenidos de C y Cr con la finalidad de obtener una elevada dureza, resistencia a la oxidación y estabilidad térmica. Sin embargo, la elevada dureza de estas aleaciones limita su maquinabilidad, por lo que el presente estudio tiene como objetivo desarrollar una aleación y un proceso de fabricación para la obtención de barras huecas con un grado de maquinabilidad aceptable para obtener anillos que cumplan con las características requeridas para esta aplicación. Por lo tanto, en el presente trabajo, se detallan las diferentes etapas para el diseño y fabricación de las barras utilizando 3 diferentes aleaciones que varían en contenidos de Cr y C a las cuales también se les aplicaron diversos tratamientos térmicos. Las diferentes aleaciones fueron caracterizadas microestructuralmente encontrando que el incremento en C y Cr producen un incremento en el volumen de carburos y por lo tanto, de la dureza de las aleaciones. Se observó que la dureza disminuye ligeramente con el tratamiento de recocido, sin embargo, la presencia de un elevado contenido de carburos, los cuales no son afectados a la temperatura de tratamiento, no permitió que la maquinabilidad se mejorara considerablemente. De forma general, se encontró que la maquinabilidad disminuye con el incremento en la dureza, por lo que los mejores resultados fueron obtenidos por la cual tiene el menor porcentaje de carbono y carburos eutécticos, por lo que mostró el mayor grado de maquinabilidad [...]