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Title:
HEAT TREATMENT AND FORGE FOR VERY HIGH CARBON MARTENSITIC STAINLESS STEELS FOR THE PRODUCTION OF INFIBERED STRUCTURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/057328
Kind Code:
A2
Abstract:
The present invention relates to a process for heat forging martensitic stainless steels with very high carbon content, between 1.2 and 2.1 % by mass of said element and chromium in excess of 12 % by mass, in order to produce infibered structures. The proposed process is carried out in six steps: 1) fabrication and cutting of billets, sheets or bars; 2) heating at very high temperature followed by slow cooling in a protected argon atmosphere, or with the part introduced into a sealed refractory alumina ladle containing a mixture of graphite (60-70 % by mass) and barium carbonate (30-40 % by mass); 3) heat forging and finish machining; 4) quenching and final machining; 5) quality control, certification and engraving of the trade mark; 6) cleaning and final preparation of the surface by chemical etching. The heat forging at temperatures which oscillate between cherry red and blood red, that is to say between 650 and 850 °C is effected by hammering, either with a power-hammer or with a manual forging hammer or in a combined way with both. In some cases, it is possible to intercalate a heat lamination step in the same range of temperatures. The sharpening process is carried out with the use of a sharpening water stone or by conventional process. The main application of this process is the fabrication of steel weapons for sport, decorative, military, hunting users, etc., or for work tools with high tenacity and wear-resistant cutting edge, for high wear-resistant mechanical parts, tools for machine-tools, any type of tool used in mechanical workshops, etc.

Inventors:
CRIADO PORTAL ANTONIO JOSE (ES)
MARTINEZ GARCIA JUAN ANTONIO (ES)
CALABRES MOLINA RAFAEL (ES)
Application Number:
PCT/ES1999/000119
Publication Date:
November 11, 1999
Filing Date:
May 05, 1999
Export Citation:
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Assignee:
UNIV MADRID COMPLUTENSE (ES)
CRIADO PORTAL ANTONIO JOSE (ES)
MARTINEZ GARCIA JUAN ANTONIO (ES)
CALABRES MOLINA RAFAEL (ES)
International Classes:
C21D7/13; C21D8/00; (IPC1-7): C22C/
Foreign References:
ES2122945A
US5185044A1993-02-09
Attorney, Agent or Firm:
Oficina, Transferencia Resultados Investigacion DE. DE. DE. (65 Madrid, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES
1. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono para la obtención de estructuras enfibradas, caracterizado porque el proceso se realiza en seis etapas, que son : a. Fabricación y corte del lingote, pletina, chapa o redondo de acero. b. Calentamiento a muy alta temperatura seguido de enfriamiento lento. c. Forja en caliente y mecanizado de acabado d. Temple y mecanizado final e. Control de calidad, certificación y grabado de la marca f. Limpieza y ataque químico de la pieza.
2. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según la reivindicacion anterior, caracterizado porque la obtención del acero base se realiza en un horno de inducción y con crisol de alúmina fundiéndose hierro ARMCO, grafito en la proporción de 1,75% en masa de carbono y aleación de ferrocromo necesaria para alcanzar un porcentaje final en cromo superior al 12%. El metal fundido se cuela en un molde refractario o cerámico; obteniéndose, normalmente, un lingote de entre 12,5 y 16 Kg de peso.
3. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de calentamiento a muy alta temperatura, entre 1150 y 1300°C y por un tiempo de 6 a 20 horas, se realiza en un horno, que debe ser estanco y con una atmósfera controlada, siendo obligado pasar una corriente de argón, en ligera sobrepresión para evitar la decarburación del acero, o bien introduciendo la pieza en un crisol de alúmina refractaria conteniendo una mezcla de grafito (60 70% en masa) y carbonato de bario (3040% en masa), y posteriormente sellarse el conjunto.
4. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según la reivindicación anterior, caracterizado porque tras el calentamiento a muy alta temperatura, se produce la etapa de enfriamiento lento hasta los 650°C, que dependiendo del tamaño de grano austenítico alcanzado para cada acero se ajustará la velocidad de enfriamiento entre los 5 y 25° C por hora.
5. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de forja se realiza en caliente en el intervalo de temperaturas del rojo cereza al rojo sangre, o sea, entre 650 y 850°C, realizándose total o parcialmente en fragua artesanal conjunta o alternativamente con forja manual o mecánica (martinete), también puede utilizarse una laminadora empleada conjunta o alternativamente a la forja manual.
6. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el mecanizado, rectificado y alisado de las superficies de la hoja de acero mediante piedra de agua, para conseguir un acabado basto de las superficies y el filo o bien mediante rectificadora comercial.
7. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de temple, no siempre necesaria dependiendo del contenido en carbono, se realiza desde una temperatura superior a los 720, sin sobrepasar los 850°C; existiendo distintas posibilidades en cuanto a la realización de la operación de temple, según se realice de manera ininterrumpida o en varias etapas : a. Temple interrumpido en agua salinizada calentada a temperaturas superiores a 45°C. b. Temple en aceite hasta los 400°C y, a continuación, en agua salinizada. c. Temple en aceite. d. Temple en aire y/o aceite y/o agua salinizada. Interrumpiendo las diferentes etapas a distintas temperaturas. e. Temple en aire con corriente forzada o no.
8. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono para la obtención de estructuras enfibradas, según la reivindicacion anterior, caracterizado porque en los casos en que el temple se realice en agua, se recomienda efectuar una salinización con urea y cloruros de sodio y potasio. Esta composición se ajusta con los siguientes porcentajes : cloruro sódico (513 gr/l), cloruro potásico (47 gr/l) y urea (1019 gr/l). La acidificación se realiza con ácidos minerales como : ácido clorhídrico (4,5 gr/I) y ácido sulfúrico (1,152,5 gr/l).
9. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque la operación de temple se realiza sumergiendo la hoja de acero de perfil, en posición paralela a la superficie liquida, en la que se hará flotar un papel absorbente o paño basto impregnados en aceite de oliva, semillas vegetales o similar.
10. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones 7,8, y 9, caracterizado porque la etapa de temple se culmina extrayendo la hoja de acero de la solución de temple al cesar el fuerte chisporroteo, dejándola enfriar al aire hasta la aparición de manchas blancas en la superficie, y sumergiéndola de nuevo hasta el enfriamiento total.
11. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de acabado final de las superficies y el afilado se realizan en piedra de agua, después del temple si lo hay, efectuándose un desbaste y pulido con papel esmeril de hasta un grado de 600/800 y alúmina de los tamaños de grano correspondientes a los tipos a y Y en suspensión acuosa.
12. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la medida de la dureza de la hoja mediante dureza superficial Shore y másica Rockwell, debiendo conseguirse unos valores entre 30 y 50 Rockwell C.
13. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la medida del módulo de elasticidad, que deberá ajustarse a los de diseños iniciales, según las propiedades mecánicas requeridas a la pieza fabricada.
14. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una vez comprobado el cumplimiento de los parámetros de calidad se redacta una certificación y se procede al grabado de la marca, con punzón o quimicamente, y referencia de fabricación en la parte de la hoja que quedará oculta por la empuñadura.
15. Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa que proporciona el aspecto final de la hoja de acero se consigue mediante la limpieza de la hoja y el posterior ataque químico a temperatura ambiente con Nital al 4% (disolución de ácido nitrico concentrado en etanol), o solución alcohólica acidificada con ácido clorhidrico o con ácido nitrico; o bien, con sulfato o cloruro férrico. Otros ataques que se pueden usar son una mezcla de ácido nítrico y clorhidrico y cloruro cúprico, una mezcla de ácido nitrico, ácido fluorhidrico y agua, y finalmente una mezcla de cloruro de cobre, ácido clorhídrico, agua y alcohol etilico. El resultado del ataque químico se adjuntará a la hoja de certificación.
16. OTratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tras el ataque quimico se efectúa un lavado enérgico en agua, con posterior secado con un paño y/o con una corriente de aire.
17. Acero obtenido mediante el tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensiticos de muy alto contenido en carbono, reivindicado, caracterizado para el uso principal en la fabricación de armas blancas (usos deportivos, decorativos, militares, de caza, de despiece, etc.) o herramientas de trabajo con filo cortante resistentes al desgaste y de gran tenacidad (útiles de maquinaria, brocas, cualquier tipo de útiles de herramienta usada en talleres mecánicos).
Description:
TITULO Tratamiento térmico y forja de aceros inoxidables martensíticos de muy alto contenido en carbono, para la obtención de estructuras enfibradas OBJETO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un proceso para la forja en caliente de aceros inoxidables martensíticos con altos contenidos en carbono, que oscilan entre el 1,2 y el 2,1% en masa, y en cromo, cuyo contenido debe ser superior al 12% en masa, para la obtención de estructuras enfibradas de gran resistencia mecánica. La forja en caliente a temperaturas que oscilan entre el rojo cereza y el rojo sangre, esto es, entre 650 y 850°C, se realiza por golpeteo, bien con martillo pilón, bien con martillo de forja manual o bien de forma combinada de ambas maneras. En algún caso se puede intercalar alguna etapa de laminación en caliente en el mismo intervalo de temperaturas.

Previa a la forja en caliente debe realizarse un tratamiento térmico de preparación del material mediante calentamiento a alta temperatura, entre 1150°C y 1300°C, en atmósfera controlada de argón, o con la pieza introducida en un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa), durante tiempos prolongados de entre 6 y 20 horas, independientemente de que la estructura sea de colada (lingote) o desbastada y afinada por forja. El enfriamiento se realiza muy lentamente, con velocidades de 5 a 25 °C por hora, también en atmósfera de argón, o con la pieza introducida en un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa) hasta los 650°C.

Después de la forja se realiza un temple al aire, con corriente forzada o no, en aceite o en agua desde una temperatura de 720 a 850°C. Para el caso de utilizar agua, ésta debe estar caliente, por encima de los 45°C y salinizada

con urea y cloruros de sodio y potasio, además de acidificada con ácidos minerales como : ácido clorhidrico, ácido sulfúrico o ácido nitrico.

Un proceso de acabado y afilado en piedra de agua, anteriores al temple, y un afilado y pulido finales, después del temple, con el mismo procedimiento dan la forma final a las piezas forjadas.

Después del acabado, afilado y pulido, se puede resaltar su estructura intima enfibrada, dándole el aspecto final mediante ataque ácido oxidante con Nital del 4-12 % en peso (solución alcohólica de ácido nítrico), o solución alcohólica acidificada con ácido clorhídrico o con ácido nitrico; o bien, con sulfato o cloruro férrico. Otros ataques que se pueden usar son una mezcla de ácido nitrico y clorhidrico y cloruro cúprico, una mezcla de ácido nitrico, ácido fluorhidrico y agua, y finalmente una mezcla de cloruro de cobre, ácido clorhidrico, agua y alcohol etilico.

El contenido de esta patente se encuadra dentro del campo de la metalurgia.

ANTECEDENTES La invención se refiere a un proceso de recocido y forja en caliente de aceros inoxidables martensiticos con el objeto de obtener estructuras enfibradas que den excelente resistencia mecánica y a la flexión de las piezas elaboradas. Aunque el proceso se ha diseXado, fundamentalmente, para la fabricación de cuchillos, puñales y espadas es, así mismo, válido para todas aquellas piezas fabricadas con estos aceros que necesiten una gran resistencia al desgaste junto con una buena resistencia mecánica sin pérdidas de tenacidad.

Estos aceros inoxidables martensíticos llevan varias décadas en su uso

industrial, siendo materiales muy apreciados, incluso para uso en cuchilleria.

Sin embargo, los tratamientos termomecánicos que se le aplican convencionalmente difieren ampliamente del propuesto en la presente invención.

La fabricación industrial actual trata de conseguir estructuras por forja en caliente a temperaturas controladas, obteniendo carburos de cromo de tamaño muy pequeffo, homogeneamente distribuidos en una matriz de acero de grano fino, procurando, en todo caso, evitar la precipitación de éstos en limite de grano. Por el contrario, el procedimiento objeto de la presente invención pretende, mediante el calentamiento a altas temperaturas seguido de un enfriamiento muy lento, el crecimiento del grano austenitico al máximo tamaño, favoreciendo la nucleación y crecimiento de los carburos de cromo en los limites de grano. La lenta velocidad de crecimiento impuesta provoca que el carburo de cromo engorde el precipitado de los limites de grano, impidiendo la aparición de cristales de carburo de cromo con estructuras de Widmansttätten hacia el interior del grano austenitico.

Si el acero inoxidable martensítico se adquiere ya forjado previamente, en forma de chapas o barras, el proceso de calentamiento prolongado y enfriamiento lento, favorece los procesos descritos y el crecimiento del tamaño de los carburos primarios en bandas. El tratamiento térmico puede, al mismo tiempo, provocar una esferoidización avanzada de todos los carburos presentes, lo que también redunda en una mejora de las propiedades esperadas.

El proceso puede parecer contrario a lo que se recomienda en el mundo cientifico y tecnológico actual para este tipo de aceros. En nuestro caso se persigue aumentar el tamaño de los carburos de cromo, por ese procedimiento poco convencional, con el fin de aumentar el enfibrado de estos materiales durante la forja en caliente y obtener estructuras damasquinas visibles a simple

vista.

El tratamiento térmico, propuesto en esta invención, resulta igualmente aplicable, independientemente de que la estructura original sea de colada (lingote) o de forja en caliente (chapa o barra). La evolución de los carburos primarios en bandas o en limites de grano seguirá un desarrollo semejante y, en todo caso, la forja en caliente del procedimiento propuesto terminará por enfibrar ambas estructuras.

Con respecto a la etapa de forja en caliente, también el proceso propuesto difiere del recomendado por la industria tradicional. El procedimiento de la presente invención pretende, con la forja en caliente a temperaturas muy bajas, entre el rojo cereza y el rojo sangre, es decir, entre 650 y 850°C, obtener una estructura en bandas, grosera y visible, con excelentes caracteristicas de resistencia al desgaste.

Con esta forja se obtiene una estructura enfibrada semejante a la obtenida para los aceros de Damasco de muy alto contenido en carbono, en la que, al contrario que en ésta, predomina el componente carburo de cromo sobre el carburo de hierro de los damascos.

El nuevo proceso que se propone recomienda la etapa de forja en caliente por métodos artesanales de fragua y forja por golpeteo con martinete o martillo sobre yunque para obtener los mejores resultados mecánicos y de estética superficial.

Respecto a la operación de temple, también hay diferencias con respecto a los tratamientos térmicos que se vienen aplicando convencionalmente.

Para nuestro propósito en muchos casos, y con el objeto de obtener el

más bello aspecto damasquinado, no se efectúa dicha operación de temple.

Solo en los casos en que se deba sacrificar el bello aspecto estriado en aras a un aumento de caracteristicas mecánicas resistentes, se hace necesario recurrir al mencionado temple.

La diferencia básica, en la invención objeto de esta patente, respecto a los temples convencionales radica en la composición del liquido del baño de temple. En la presente patente se propone un baño de temple compuesto por agua acidificada con ácidos minerales como ácido clorhidrico, ácido sulfúrico o ácido nitrico y salinizada con cloruros de sodio y potasio y urea. El temple debe realizarse siempre desde una temperatura máxima de 850°C y minima de 720°C. También puede templarse en aire, con corriente forzada o no, y en aceite como se viene haciendo en los procesos convencionales; pero siempre respetando la temperatura desde la cual se realiza dicho temple.

Finalmente, después de acabadas las superficies de las piezas, y obtenido el filo convenientemente, se puede pasar a una etapa de ataque quimico con soluciones acidas oxidantes, a base de Nital del 4-12 % en peso (solución alcohólica de ácido nítrico), o solución alcohólica acidificada con ácido clorhidrico o con ácido nitrico; o bien, con sulfato o cloruro férrico. Otros ataques que se pueden usar son una mezcla de ácido nitrico y clorhídrico y cloruro cúprico, una mezcla de ácido nitrico, ácido fluorhidrico y agua, y finalmente una mezcla de cloruro de cobre, ácido clorhidrico, agua y alcohol etilico. Esta operación de ataque químico tiene por objeto resaltar el bello damasquinado de la estructura obtenida.

Un claro antecedente al presente procedimiento de invención se encuentra recogido en la solicitud de patente n° 9701203 de 3 de Junio de 1997, titulada"Proceso para la forja de aceros de muy alto contenido en carbono".

EXPLICACION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento térmico y forja en caliente de aceros inoxidables martensiticos, con altos contenidos en carbono, entre el 1,2 y el 2,1% en masa, y en cromo, con un contenido superior al 12% en masa. Es una tecnologia diseñada para fabricar, por forja y temple artesanales, estructuras enfibradas de gran resistencia mecánica y al desgaste utilizables en la fabricación de armas blancas, útiles, herramientas y piezas mecánicas de gran calidad.

El proceso básico consiste en la forja en caliente, a temperaturas de 650 a 850°C, después de un calentamiento a alta temperatura-1150 a 1300°C-, durante tiempos prolongados de entre 6 y 20 horas, seguido de un enfriamiento muy lento-5 a 25°C por hora-, ambos casos en atmósfera controlada de argón, o con la pieza introducida en un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30- 40% en masa). La forja se realiza por métodos total o parcialmente artesanales.

El temple, de ser necesario, se realiza en agua acidificada y salinizada, en aire, con corriente forzada o no, o en aceite, según la dureza que se persiga para el cometido al que vaya a ser destinada la pieza.

El proceso, objeto de la invención, contempla seis etapas : 1.-Etapa de fabricación y corte de la pletina, chapa o redondo.

2.-Calentamiento a muy alta temperatura seguido de enfriamiento lento, en atmósfera protegida de argón, o con la pieza introducida en un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa).

3.-Forja en caliente y mecanizado de acabado.

4.-Temple y mecanizado final.

5.-Control de calidad, grabado de la marca y certificación.

6.-Limpieza y preparación final de la superficie mediante ataque quimico.

1.-La primera etapa consiste en la obtención del acero base y su corte a sus dimensiones adecuadas.

La primera etapa consiste en la obtención del acero base. Los aceros de muy alto contenido en carbono deben ser disenados y fabricados según las caracteristicas que se le vayan a exigir en servicio. En todo caso, el acero base se diseña y se encarga a una aceria, o bien, si existe en el mercado, se adquiere en la forma geométrica más adecuada al proceso de forja, esto es, en forma de pletina, chapa o redondo.

En el caso de encargar el acero base en una aceria, el procedimiento de trabajo es el siguiente : en horno de inducción y con crisol de alúmina se funde hierro ARMCO, grafito en la proporción de 1,75% en masa de carbono y aleación de ferrocromo necesaria para alcanzar un porcentaje final en cromo superior al 12%. El metal fundido se cuela en un molde refractario o cerámico; obteniéndose, normalmente, un lingote de entre 12,5 y 16 Kg de peso.

Las estructuras originales del acero diseñado pueden ser muy distintas según el estado de recepción del mismo. Si la estructura es de colada (en forma de lingote) el comportamiento inicial ante los tratamientos térmicos puede ser diferente al de una estructura desbastada y afinada por forja, como es el caso de chapa o redondo. De todas maneras, la diferencia fundamental en la estructura consiste en el enfibramiento de los carburos y su tamaño, además del afino de grano. El comportamiento durante el proceso del tratamiento térmico será semejante, excluyendo que los carburos enfibrados continuarán con esta morfologia hasta la forja en caliente. Aún asi, el proceso de forja terminará por igualar ambos tipos de morfologias consiguiendo, o mejorando, el enfibrado de los carburos.

Se trata de aceros inoxidables martensíticos, con altos contenidos en carbono, entre el 1,2 y el 2,1% en masa, y en cromo, con un contenido superior al 12% en masa, presentando en niveles bajos las impurezas típicas de este tipo de aceros, como el silicio, manganeso, azufre y fósforo y otros elementos de traza.

El lingote, pletina, chapa o redondo se trocea con sierra mecánica, en piezas que se ajusten en peso y volumen a la pieza que se vaya a forjar, tratando de cortar paralelepipedos que resulten adecuados para el trabajo de forja manual, mecánica (martinete) o en laminadora.

2.-La segunda etapa consiste en un calentamiento a muy alta temperatura seguido de enfriamiento lento, en atmósfera protegida de argón, o con la pieza introducida en un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa).

Una vez cortada la pieza al tamaño adecuado se introduce en el horno y se calienta a una temperatura de entre 1150 y 1300°C.

El horno debe ser estanco y con una atmósfera controlada, siendo obligado pasar una corriente de argón, en ligera sobrepresión para evitar la decarburación del acero. Si ésto no es posible, debe introducirse la pieza en un crisol de alúmina refractaria conteniendo una mezcla de grafito (60-70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa), y posteriormente sellarse el conjunto. El tiempo de calentamiento depende del tamaño de grano inicial del acero fabricado; pero en todo caso, éste oscilará entre seis y veinte horas. El motivo de un tratamiento térmico tan largo es el obtener el máximo tamaño de grano austenitico.

Si el calentamiento es fundamental para la futura estructura forjada y la estética de las bandas de carburos, también lo es el enfriamiento desde la temperatura de calentamiento. Dependiendo del tamaño de grano austenitico alcanzado para cada acero asi se ajustará la velocidad de enfriamiento, que en todos los casos debe estar comprendida entre los 5 y 25°C por hora, hasta la temperatura de 650°C. El objeto de este enfriamiento tan lento es hacer crecer los carburos en los limites de grano austeniticos evitando que aparezcan estos con estructuras de Widmansttátten hacia el interior de dichos granos. En los casos en que el material utilizado venga enfibrado previamente por forja, en productos de chapas o redondos, los carburos primarios con morfologias en bandas crecerán notablemente sin perder esta tipologia de distribución.

Este hecho es fundamental para el aspecto enfibrado final del acero forjado, presentando una estructura damasquinada muy visible.

3.-La tercera etapa consiste en la forja en caliente y mecanizado de acabado de la pieza fabricada.

La forja en caliente de estos materiales, según el proceso propuesto, y para conseguir un fuerte enfibramiento y una estética superficial de bandas sinuosas, es necesario llevarla a cabo a temperaturas comprendidas entre el rojo cereza y el rojo sangre, es decir, entre 650 y 850°C.

La forja se realiza en fragua artesanal por golpeteo, empleando bien un martillo de forja manual, o bien un martillo mecánico (martinete o martillo pilón), de forma altemativa y/o combinada de ambos procedimientos. En algún caso se puede utilizar la laminación en caliente mediante pasadas con reducciones de 0,5 mm en el mismo intervalo de temperaturas, teniendo en cuenta que esta ultima forma de trabajo puede, del mismo modo, emplearse conjuntamente o como alternativa a la forja manual o mecánica.

El proceso de forja o laminado debe realizarse trabajando el metal en caliente en el intervalo del rojo cereza y el rojo sangre (650-850°C). El objetivo de utilizar ese intervalo de temperaturas y la forja por golpeo, es obtener estructuras enfibradas de calidad y de gran estética superficial. El tiempo de trabajo debe minimizarse al máximo con el objeto de evitar la decarburación.

Por ningún motivo, y en ningún instante, la pieza puede adquirir una temperatura por encima del intervalo antes referido, ya que se arruinaria el material. La operación se realiza parcial o totalmente en fragua tradicional.

A continuación se realiza la operación de mecanizado para conseguir el acabado basto de las superficies y el filo. La operación se debe realizar en piedra de agua. En los casos en que la hoja de acero presente caras planas de geometría sencilla se podrá realizar el rectificado y alisado en rectificadora comercial.

4.-La cuarta etapa consiste en el temple y mecanizado final de la pieza.

Forjada la pieza convenientemente se pasa a la operación de temple.

Teniendo en cuenta el alto contenido en carbono y en cromo, la templabilidad de estos aceros es elevada. En primer lugar, y dependiendo del servicio al que se destine la pieza, hay que decidir si es necesaria esta operación ya que las caracteristicas mecánicas que se derivan de la forja en caliente de estos aceros son excelentes. Aunque el temple mejora notablemente la dureza y la resistencia al desgaste puede introducir pérdidas en la tenacidad.

El temple debe realizarse siempre desde una temperatura superior a los 720°C y que no sobrepase los 850°C. Existen distintas posibilidades en cuanto a la realización de la operación de temple, según se realice de manera ininterrumpida o en varias etapas :

a.-Temple interrumpido en agua salinizada calentada a temperaturas superiores a 45°C. b.-Temple en aceite hasta los 400°C y, a continuación, en agua salinizada. c.-Temple en aceite. d.-Temple en aire y/o aceite y/o agua salinizada. Interrumpiendo las diferentes etapas a distintas temperaturas. e.-Temple en aire con corriente forzada o no.

En los casos en que el temple se realice en agua, se recomienda efectuar una salinización con urea y cloruros de sodio y potasio. Esta composición se ajusta con los siguientes porcentajes : cloruro sódico (5-13 gr/l), cloruro potásico (4-7 gr/l) y urea (10-19 gr/l). La acidificación se realiza con ácidos minerales como : ácido clorhidrico (4,5 gr/I) y ácido sulfúrico (1,15-2,5 gr/l).

La operación de temple en agua se realiza sumergiendo la hoja de acero de perfil, en posición paralela a la superficie liquida, en la que se hará flotar un papel absorbente o paño basto impregnados en aceite de oliva, semillas vegetales o similar.

En el momento que cesa el fuerte chisporroteo de la hoja en el liquido, se procede a la extracción de la hoja, enfriándose al aire hasta la aparición de unas manchas blancas. Posteriormente se introduce la hoja de nuevo en la solución templante hasta el enfriamiento total.

Las diferentes posibilidades de realizar la operación de temple, de forma artesanal o tecnológica, permiten elegir el temple adecuado a cada aplicacidn; permitiendo un ajuste de propiedades mecánicas importante.

La dureza y la resistencia disminuyen paulatinamente según el temple

se realice en agua, en aceite, al aire, o bien en sus distintas combinaciones.

Después del temple, si lo ha habido, se terminan las superficies de la pieza y su filo en piedra de agua. Finalmente se pasa al desbaste con papel de esmeril hasta el grado 600/800 y pulido con alúmina de los tamaños de grano correspondientes a los tipos ou y; llegándose al acabado final de la hoja de acero. Las operaciones de acabado, afilado y pulido, deben hacerse de forma muy cuidadosa con el fin de no afectar a la microestructura interna y propiedades mecánicas obtenidas.

5.-La quinta etapa consiste en el control de calidad, grabado de la marca y certificación.

Terminada la pieza de acero se examina por microscopia óptica y se determinan sus caracteristicas mecánicas de dureza Rockwell C y de módulo de elasticidad por ultrasonidos.

Comprobada la calidad se pasa al grabado de la marca mediante punzón o quimicamente y de la referencia de fabricación en la parte de la hoja que quedará oculta por la empuñadura.

A continuación se redacta la certificación correspondiente, según las caracteristicas obtenidas y el diseno inicial de la pieza.

6.-La sexta etapa consiste en la limpieza y preparación final de las superficies mediante ataque quimico.

En esta etapa se limpia la pieza adecuadamente con agua y/o disolventes orgánicos como alcohol y acetona y se procede a su correcto secado. Posteriormente, se pasa al ataque quimico para resaltar las vetas producidas por los carburos de hierro enfibrados. Este ataque quimico debe

realizarse con reactivos que resalten las estructuras de los carburos. Como el contenido en Cromo supera el 12% en masa, la aleación se presenta muy resistente al ataque, siendo conveniente utilizar substancias oxidantes muy agresivas aconsejadas para los aceros inoxidables.

El ataque químico se realizará empleando diferentes mezclas de reactivos químicos, A modo de ejemplo, se elegirán entre algunos de los siguientes : ataque ácido oxidante con Nital del 4-12 % en peso (solución alcohólica de ácido nitrico), solución alcohólica acidificada con ácido clorhidrico y/o con ácido nitrico, sulfato o cloruro férrico. Otros ataques que se pueden usar son una mezcla de ácido nítrico, clorhidrico y cloruro cúprico, una mezcla de ácido nitrico, ácido fluorhidrico y agua, o finalmente una mezcla de cloruro cúprico, ácido clorhidrico, agua y alcohol etilico.

Después del ataque químico, se efectúa un lavado enérgico en agua y se seca con un parte y/o con una corriente de aire.

El resultado del ataque quimico se adjuntará a la hoja de certificación.

El producto obtenido mediante estos procesos termomecánicos tienen un uso preferente en la fabricación de armas blancas (usos deportivos, decorativos, militares, de caza, de despiece, de cocina y corte de alimentos en general, etc.) o herramientas de trabajo con filo cortante resistente al desgaste, de gran tenacidad (útiles de maquinaria-herramienta, cualquier tipo de útiles de herramientas usadas en talleres).

MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION Para facilitar una explicación más detallada y su comprensión, exponemos un modo de realización preferente de la invención.

La fabricación de un ejemplar de espada en acero de Damasco exige una secuencia cuidadosa de operaciones encadenadas que se describen a continuación.

1a). Fabricación del acero base.

En horno de inducción y con crisol de alúmina se funde hierro ARMCO, grafito en la proporción de 1,75% en masa de carbono y aleación de ferrocromo necesaria para alcanzar un porcentaje final en cromo superior al 12%. El metal fundido se cuela en un molde refractario o cerámico; obteniéndose, normalmente, un lingote de entre 12,5 y 16 Kg de peso.

1 b). Corte del lingote, pletina, chapa o redondo de acero.

El lingote de acero se trocea con sierra mecánica en piezas que se ajusten en peso y volumen a la pieza que se vaya a forjar tratando de cortar paralelepipedos que resulten adecuados para el trabajo de forja manual, mecánica (martinete) o en laminadora.

2). Tratamiento térmico de homogeneización y crecimiento de grano austenitico en el acero obtenido.

La pieza de acero se calienta a temperaturas comprendidas entre los 1150 y 1300°C en horno eléctrico, durante tiempos que van desde 6 horas a 20 horas, dejándose enfriar lentamente a una velocidad comprendida entre los 5 y 25°C/h, hasta los 650°C, en atmósfera de argón, o con la pieza introducida en

un crisol de alúmina refractaria sellado, conteniendo una mezcla de grafito (60- 70% en masa) y carbonato de bario (30-40% en masa).

3a). Forja en caliente del acero.

La pieza de acero seleccionada se calienta en el horno entre 650 y 850°C y se forja mediante martilleado manual y/o de forma mecánica empleándose un martillo pilón o martinete. La forja mediante martilleado se combina con la laminación de la pieza de acero en pasadas con reducciones de 0,5 milímetros. Llegando al espesor adecuado a la hoja, se acaba la forja de forma manual en la fragua a temperaturas comprendidas entre 650 y 850°C para darle la forma definitiva. Esta ultima etapa de fragua puede ser sustituida, en algunos modelos de acabados muy geométricos, por mecanizado en maquina herramienta.

3b. Rectificado y alisado de las superficies de la hoja de acero.

En el caso de que el perfil de la hoja de acero no presente caras planas, la operación de rectificado y alisado de las superficies se lleva a cabo manualmente con piedra de agua. En los casos en que la hoja presente caras planas de geometria sencilla se podrá realizar el rectificado y alisado en rectificadora comercial.

4a). Operación de temple de la hoja de acero.

Una vez obtenido el perfil final, se lleva a cabo la operación de temple.

Para ello se prepara un baño de temple de agua salinizada con cloruro sódico (5-13 gr/l), cloruro potásico (4-7gr/l) y urea (10-19 gara). La acidificación se realiza con ácidos minerales como : ácido clorhidrico (4,5 gr/l) y ácido sulfúrico (1,15-2,5 gr/l). La temperatura del baño debe ser superior a 45°C.

Se calienta la hoja de acero en fragua hasta una temperatura entre 720 y 850°C y se introduce la hoja de acero, de perfil y en posición paralela a la superficie liquida, en el baño de temple sobre el que flota un papel de estraza impregnado en aceite de oliva, semillas vegetales o similares. En otros ejemplos del método de fabricación se emplearian soluciones templantes como figuran en los puntos b, c, d y e del apartado 4 de la explicación de la invención.

En el momento que cesa el fuerte chisporroteo de la hoja en el liquido, se procede a la extracción de la hoja, enfriándose al aire hasta la aparición de unas manchas blancas. Posteriormente se introduce la hoja de nuevo en la solución templante hasta el enfriamiento total.

4b). Operación de mecanizado o acabado final de la hoja de acero.

Una vez templada la hoja de acero, se procede a la mecanización, afilado y pulido final, mediante piedra de agua, papel de esmeril hasta el grado 600/800 y alúmina de los tamaños de grano correspondientes a los tipos a y y.

Este conjunto de operaciones da a la hoja de acero su forma y aspecto geométrico final.

5a). Operación de control de la hoja de acero.

En esta etapa se mide la dureza de la hoja mediante dureza superficial Shore y másica Rockwell, debiendo conseguirse unos valores entre 30 y 50 Rockwell C. Los valores del módulo de elasticidad deben adecuarse a los de diseños iniciales.

5b). Operación de marcado y certificación de calidad de la hoja de acero.

Comprobado que los datos obtenidos se corresponden con el diseño

inicial, se redacta su certificación y se procede al grabado de la marca, con punzón o quimicamente, y de la referencia de fabricación en la parte de la hoja que quedará oculta por la empuñadura.

6a). Limpieza y secado de la pieza.

La pieza se limpia adecuadamente con agua y/o disolventes orgánicos como alcohol y acetona, y posteriormente se realiza un secado conveniente.

6b). Operación de ataque quimico.

Limpiada la hoja de acero, se ataca con Nital al 4% (disolución de ácido nitrico concentrado en etanol), o solución alcohólica acidificada con ácido clorhidrico o con ácido nitrico; o bien, con sulfato o cloruro férrico. Otros ataques que se pueden usar son una mezcla de ácido nítrico y clorhidrico y cloruro cúprico, una mezcla de ácido nitrico, ácido fluorhidrico y agua, y finalmente una mezcla de cloruro de cobre, ácido clorhidrico, agua y alcohol etilico. Posteriormente se realiza un lavado enérgico con agua y secado con paño de algodón o con chorro de aire. El examen de las marcas dejadas por el ataque en la hoja se observa mediante microscopia óptica y los resultados se adjuntan al certificado de calidad.