BR112018014843A2 - liga de alumínio curável à base de al-mg-si - Google Patents
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Abstract
É mostrada uma liga de alumínio curável à base de Al-Mg-Si. Para prover uma liga de alumínio amigável à reciclagem, resistente à estocagem e especialmente curável a quente, é proposto que esta aliga de alumínio apresente de 0,6 a 1% em peso de magnésio (Mg), de 0,2 a 0,7% em peso de silício (Si), de 0,16 a 0,7% em peso de ferro (Fe), de 0,05 a 0,4% em peso de cobre (Cu), o máximo de 0,15% em peso de manganês (Mn), o máximo de 0,35 % em peso de cromo (Cr), o máximo de 0,2% em peso de zircônio (Zr), o máximo de 0,25 % em peso de zinco (Zn), o máximo de 0,15 % em peso de titânio (Ti), 0,005 a 0,075% em peso de estanho (Sn) e/ou índio (In) e como resto alumínio e impurezas inevitáveis condicionadas pela produção, sendo que a relação das percentagens em peso de Si/Fe é menor que 2,5 e o teor de Si se determina de acordo com a equação % em peso de Si = A + [0,3 * (% em peso de Fe)] com o parâmetro A na faixa de 0,17 a 0,4 % em peso.
Description
UT Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LIGA DE ALUMÍNIO CURÁVEL À BASE DE Al-Mg-Si". Campo técnico
[001] A invenção se refere a uma liga de alumínio curável à base de Al-Mg-Si. Estado da Técnica
[002] Para melhorar a capacidade de têmpera a quente de um liga de alumínio à base de Al-Mg-Si A6061 temperada a frio, através de estocagem a temperatura ambiente, o documento WOZ2013/124472A1 propõe alimentar à solução consistente da liga de alumínio um oligoelemento ativo de espaço vazio, a saber: zinco (Sn) e/ou índio (In).
[003] Além disso, é conhecido (,Statistical and thermodynamic optimization of trace-element modified Al-Mg-Si-Cu Alloys", Stefan Pogatscher et. al.) que determinados elementos principais e secundários da liga de alumínio A6O061 reduzam a solubilidade de Zinco ou índio na liga de alumínio, o que tem efeitos negativos sobre a estabilidade de estocagem das ligas de alumínio 6xxx. Assim, por exemplo, um teor elevado de Mg, Si, Cu ou Zn na liga de alumínio 6xxx deve reduzir a solubilidade, enquanto que um teor elevado de Fe, Ti e Mn eleva a solubilidade. Além disso, efeitos de interação também, por exemplo, entre Si e Mg e/ou entre Cu e Mg, têm um papel importante na solubilidade de Sn na liga de alumínio.
[004] Entretanto, os elementos principais e secundários não podem ser variados arbitrariamente em seu teor na liga de alumínio, porque, alén de uma capacidade de têmpera a quente desejavelmente elevada, outras exigências mecânicas e/ou químicas — como por exemplo, deformabilidade, solidez, ductilidade e/ou resistência à corrosão — devem ser satisfeitas. Isto precisa, por exemplo, de altas concentrações de elementos principais da liga na liga de alumínio, para poder formar precipitações a quente.
[005] Portanto, no ajuste da composição da liga de alumínio à base de Al-Mg-Si, são necessárias, no caso dos elementos principais e secundários, relações de quantidade opostas uma à outra, ou seja: por um lado, relações de quantidade que são úteis à solubilidade de Sn na liga de alumínio para possibilitar uma alta estabilidade de estocagem a temperatura ambiente e, por outro lado, as relações de quantidade que proporcionam altos valores característicos ou propriedades mecânicas e/ou químicas da liga de alumínio, na maioria das vezes agem desvantajosamente sobre a solubilidade de Sn. Representação da Invenção
[006] Portanto, o objetivo da invenção é alterar uma liga de alumínio curável à base de AI-Mg-Si com Sn como elemento traço na composição, de tal modo que uma elevada propriedade mecânica e química da liga de alumínio possa ser combinada com uma elevada estabilidade de estocagem à temperatura ambiente após a têmpera. Além disso, a liga de alumínio deve ser especialmente apropriada para o emprego de alumínio secundário.
[007] A invenção alcança o objetivo determinado pelo fato de que a liga de alumínio apresenta 0,6 a 1% em peso de magnésio (Mg), 0,2 a 0,7% em peso de silício (Si), 0,16 a 0,7% em peso de ferro (Fe), 0,05 a 0,4% em peso de cobre (Cu), no máximo 0,15% em peso (ou 0 a 0,15% em peso de manganês (Mn), máximo de 0,35% em peso (ou O a 0,35% em peso) de cromo (Cr), máximo 0,2% em peso (ou O a 0,2% em peso) de zircônio (Zr), máximo 0,25% em peso (ou O a 0,25% em peso) de zinco (Zn), máximo 0,15% em peso (ou O a 0,15% em peso) de titânio (Ti), 0,005 a 0,075 em peso de estanho (Sn) e/ou índio (In) e como resto alumínio e impurezas inevitáveis condicionadas pela produção, sendo que a relação das percentagens em peso de Si/Fe é menor do que 2,5 e o teor de Si de determina de acordo com a equação percentagem em peso de Si = A + [0,3 * (percentagem em peso de Fe)] com o parâmetro A na faixa de 0,17 a 0,4% em peso.
[008] Através da prescrição da restrição do teor de Si a 0,2 bis 0,7% em peso e do teor de Fe a 0,16 a 0,7% em peso, bem como do ajuste do teor de Si com o teor de Fe, pode-se influenciar a estabilidade de estocagem e a capacidade de têmpera a quente da liga de alumínio à base de Al-Mg.Si, de maneira altamente vantajosa, quando esse ajuste é suficiente tanto para a relação das percentagens em peso de Si/Fe menor do que 2,5 quanto para a equação % em peso = A + [0,3 * (%em peso de Fe)] com o parâmetro A na faixa de 0,17 a 0,4% em peso.
[009] Uma liga de alumínio ajustada de modo tão estreito em teor de Si e teor de Fe, cujo ajuste pode ser reconhecido, por exemplo, na região hachurada na figura 1, pode garantir uma solubilidade suficiente de estanho e/ou índio na solução consistente da liga de alumínio, em virtude da prescrição para uma solubilidade suficiente, o que retarda o processo de separação quando da têmpera a frio e, assim, é necessário à estabilidade de estocagem da liga de alumínio. Além disso, em virtude dos limites inferiores no ajuste, pode-se contar com um comportamento de separação suficiente quando da têmpera a quente — pelo que altos valores de resistência são alcançados quando da têmpera a quente e a própria liga de alumínio pode alcançar ou melhorar aquelas propriedades mecânicas e químicas que são conhecidas de ligas de alumínio 6xxx com teor mais elevado de elementos principais e secundários de liga.
[0010] Entretanto, é surpreendente que essa prescrição, em comparação com ligas de alumínio 6xxx conhecidas, apresentando Sn para supressão da têmpera a frio, pode-se observar um comportamento de separação prolongado em um múltiplo à temperatura ambiente. Sabe-se que um teor de Si comparativamente baixo pode ser responsável por uma têmpera a frio retardada, o ajuste do teor de Si de acordo com a invenção indo além desses efeitos conhecidos e mostrando uma estabilidade de estocagem extraordinariamente alta na liga de alumínio.
[0011] De acordo com a invenção, portanto, as vantagens de uma estabilidade de estocagem especialmente alta à temperatura ambiente e de uma capacidade especialmente boa de têmpera a quente da liga de alumínio podem ser combinadas.
[0012] Além disso, esta composição de acordo com a invenção através do teor de Fe comparativamente alto pode ser especialmente boa para o emprego de alumínio secundário para isto.
[0013] Em geral, menciona-se que, na liga de alumínio AIl-Mg-Si, podem ocorrer impurezas com máximo de 0,05% em peso e total de no máximo 0,15% em peso. Além disso, é mencionado geralmente que podem ser observadas especificações máximas de % em peso, como por exemplo no caso de Mn, Cr, Zr, Zn ou titânio, partindo-se de o.
[0014] Por questão de inteireza, menciona-se ainda que como alumínio secundário pode-se entender alumínio ou uma liga de alumínio obtida a partir de sucata de alumínio.
[0015] A estabilidade de estocagem e a capacidade de têmpera a quente da liga de alumínio podem ser melhoradas ainda se o parâmetro A ficar na faixa de 0,26 a 0,34% em peso. Através desta prescrição a solubilidade de Sn pode se tornar relativamente grande e então Si só pode exercer uma pequena influência sobre uma têmpera a frio. Assim se pode obter uma estabilidade inesperadamente alta à temperatura ambiente. Além disso, pode-se verificar que esta liga ajustada dessa maneira após uma têmpera a quente — por exemplo através de estocagem a quente — pode alcançar uma resistência surpreendentemente alta, embora esta liga apresente um teor de Si comparativamente baixo.
[0016] Um nível ótimo de estabilidade e de capacidade de têmpera a quente pode se verificar quando o parâmetro A é 0,3% em peso.
[0017] Se o teor de Si se determina de acordo com a equação % em peso de Si = A + [0,3 * (% em peso de Fe)] - % em peso de Ti, os componentes que influenciam a solubilidade de Sn podem ser ajustados uns aos outros de maneira ainda mais aperfeiçoada. Especialmente Ti pode configura fases com Si, o que pode ter uma influência positiva sobre a solubilidade de Sn. A estabilidade de estocagem da liga de alumínio é, portanto, melhorável.
[0018] Se a relação das percentagens em peso de Si/Fe for menor que 2, pode-se reduzir consideravelmente a proporção de Si dissolvido na liga de alumínio por ligação aumentada de Si através de Fe. Assim a solubilidade de estanho e/ou índio na solução consistente da liga de alumínio Al-Mg-Si pode ser melhorada, o que pode elevar ainda mais a estabilidade de estocagem.
[0019] Uma solubilidade comparativamente alta de estanho e/ou índio na solução consistente da liga AIl-Mg-Si pode ser alcançada quando a relação das percentagens em peso de Si/Mg ficar na faixa de 0,3 a 0,9.
[0020] Se a liga de alumínio apresentar pelo menos 0,25% em peso de cobre (Cu), pode-se recorrer, de maneira compensadora, aos efeitos desvantajosos de Mg e Si em relação à solubilidade de Sn na solução consistente da liga de alumínio Al-Mg.Si, com base nesse teor comparativamente alto de Cu.
[0021] Uma excelente estabilidade de estocagem da liga de alumínio pode ser alcançada quando esta apresenta estanho (Sn) em solução consistente no cristal misto de alumínio na faixa de 0,005 a 0,05% em peso. Em geral é mencionado que o conceito "solução consistente" pode designar um estado em que um elemento de liga está distribuído em uma matriz consistente.
[0022] Preferivelmente, a liga de alumínio pertence à série 6%xxx. Preferivelmente a liga de alumínio é uma liga de alumínio EN AW-6061.
[0023] Se a liga de alumínio apresenta no máximo 0,05% em peso de cromo (Cr) e mais de 0,05% em peso de zircônio (Zr), a sensibilidade de têmpera para Sn pode ser reduzida e Sn pode ser mantido em solução consistente no cristal misto de alumínio mesmo em taxas de têmpera comparativamente baixas. Além disso, assim se pode alcançar um nível ótimo de estabilidade de estocagem e capacidade de têmpera a quente mesmo no caso de chapas grossas.
[0024] A liga de alumínio pode apresentar pelo menos 0,01 % em peso de cromo (CR, para assim melhorar eventualmente o comportamento de corrosão. Modos de realizar a invenção
[0025] Para comprovar os efeitos alcançados, foram produzidas chapas finas de diversas ligas de alumínio à base de AI-Mg-Si (6%00- Reihe). As composições das ligas examinadas estão apresentadas na Tabela 1. [1 em os Tom [022 om [on [01 1005 | 005 | | 2 [om [o [04 [036 [046 | 011 014 [005 | 005 |
[0026] Tabela 1: Visão geral das ligas examinadas em % em peso.
[0027] A liga de alumínio 1 da tabela 1 corresponde substancialmente à liga padrão AA6061 após adição do elemento traço Sn, sendo que é possível empregar índio ou uma combinação de Sn e In, ao invés de estanho. A liga 2 representa a composição de acordo com a invenção da série 6XxXxx e é amigável à reciclagem através do teor de Fe comparativamente alto.
[0028] A liga de alumínio 1 fica nitidamente fora do teor Si/Fe ajustado de acordo com a invenção, como isto pode ser observado, por exemplo, na figura 1. A liga de alumínio 1 fica colocada substancialmente no centro deste teor Si/Fe ajustado.
[0029] Ambas as ligas de alumínio 1 e 2 foram postas em solução consiste através de calcinação de solução, resfriadas bruscamente e temperadas a frio e depois a quente através de estocagem à temperatura. A calcinação de solução ocorreu a uma temperatura superior a 530ºC - o resfriamento brusco com uma taxa de resfriamento superior a 20ºC/segundo. Ambas as ligas 1 e 2 foram submetidas a um tempo de estocagem ou a uma têmpera a frio de 180 dias [d] e a uma têmpera a quente de 30 minutos a diferentes temperaturas. Durante a estocagem a frio ou após a estocagem a quente foram determinadas durezas Brinell [HBW].
[0030] Em relação à estabilidade de estocagem pode-se ver pela figura 2 que a liga 1 está submetida a uma têmpera a frio comparativamente muito crescente, à temperatura ambiente, já após 14 dias — o que, por um tempo de estocagem mais longo, leva desvantajosamente a dureza de Brinell comparativamente alta e crescente e tem efeito desvantajoso sobre uma transformação antes da têmpera a quente.
[0031] Ao contrário disto, uma têmpera a frio só se torna clara na liga 1 após cerca de 180 dias, pelo que a liga 2 de acordo com a invenção é considerada como especialmente resistente à estocagem. Uma resistência à estocagem tão surpreendentemente elevada não foi observada em nenhuma liga 6xxx até agora. Isto leva a um ganho enorme, inesperado, no tempo de manipulação da liga após o resfriamento brusco em estado mole.
[0032] Na têmpera a quente subsequente, pode-se observar na figura 3, em comparação com as duas ligas, que a liga 2 inicialmente fica para trás em relação à liga 1, a temperaturas de estocagem mais baixas, na dureza de Brinell. A temperaturas de estocagem mais elevadas a dureza de Brinell da liga 1 pode ser superada nitidamente.
Claims (11)
1. Liga de alumínio curável à base de Al-Mg-Si, caracterizada pelo fato de que apresenta: de 0,6a1 % em peso de magnésio (Mg), de 0,2 a 0,7 % em peso de silício (Si), de 0,16 a 0,7 % em peso de ferro (Fe), de 0,05 a 0,4 % em peso de cobre (Cu), no máximo 0,15 % em peso de manganês (Mn), no máximo 0,35 % em peso de cromo (Cr), no máximo 0,2 % em peso de zircônio (Zr), no máximo 0,25 % em peso de zinco (Zn), no máximo 0,15 % em peso de titânio (Ti), 0,005 bis 0,075 % em peso de estanho (Sn) e/ou de índio (In) e como resto de alumínio e impurezas inevitáveis condicionadas pela produção, sendo que a relação das percentagens em peso de Si/Fe é menor que 2,5, e o teor de Si se determina de acordo com a equação: % em peso de Si = A + [0,3 * (%º em peso de Fe)] com o parâmetro A na faixa de 0,17 a 0,4% em peso.
2. Liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o parâmetro A está na faixa de 0,26 a 0,34% em peso.
3. Liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o parâmetro A é 0,3% em peso.
4. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o teor de Si se determina de acordo com a equação: % em peso de Si = A + [0,3 * (% em peso de Fe)] - % em peso de Ti.
5. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a relação das percentagens em peso de Si/Fe é menor que 2.
6. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a relação das percentagens em peso de Si/Mg fica na faixa de 0,3 a 0,9.
7. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a liga de alumínio apresenta pelo menos 0,25% em peso de cobre (Cu).
8. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a liga de alumínio apresenta estanho (Sn) em solução consistente no cristal misto de alumínio na faixa de 0,005 a 0,05 % em peso.
9. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a liga de alumínio pertence à série 6Xxx.
10. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a liga de alumínio apresenta no máximo 0,05% em peso de cromo (Cr) e mais de 0,05% em peso de zircônio (Zr).
11. Liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a liga de alumínio apresenta pelo menos 0,02% em peso de cromo (Cr).
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