BR9917097B1

BR9917097B1 - processo de envelhecimento de ligas de alumìnio.

Info

Publication number: BR9917097B1
Application number: BRPI9917097-3A
Authority: BR
Inventors: Ulf Tundal; Reiso Oddvin
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2011-06-28
Also published as: US6679958B1; JP4495859B2; NO333530B1; JP2002536552A; EA200100886A1; EP1155161A1; UA73113C2; ES2205783T3; IS6044A; HUP0200160A3; ATE247181T1; KR100566359B1; BG65036B1; DE69910444D1; NO20013781L; SK285689B6; IL144605A; IL144605A0; EP1155161B1; CZ300651B6

Description

"PROCESSO DE ENVELHECIMENTO DE LIGAS DE ALUMÍNIO".

A invenção refere-se a um processo de envelhecimento deligas de alumínio Al-Mg-Si, o qual inclui um primeiro estágio no qual oextrudado é aquecido com uma velocidade de aquecimento acima de 30 °C/haté uma temperatura entre 100-170 °C, um segundo estágio no qual oextrudado é aquecido com uma velocidade de aquecimento entre 5 e 50 °C/haté uma temperatura final mantida entre 160 e 220 0C e em que o ciclo totalde envelhecimento é executado em um tempo entre 3 e 24 horas.

Uma prática de envelhecimento similar a esta foi descrita noWO 95.06759. De acordo com esta publicação o envelhecimento é executadoa uma temperatura entre 150 e 200 °C, e a velocidade de aquecimento ficaentre 10-100 °C/h de preferência 10-70 °C/h. Como uma alternativaequivalente a esta, é proposto um programa de aquecimento em duas etapas,onde é sugerida uma temperatura mantida na faixa de 80-140 0C para se obteruma velocidade total de aquecimento dentro da faixa especificada acima.

Um objetivo da invenção é fornecer uma liga de alumínio aqual tem propriedades mecânicas melhores do que com os procedimentostradicionais de envelhecimento e tempos de envelhecimento totais maiscurtos do que com a prática de envelhecimento descrita no WO 95.06759.Com o procedimento de envelhecimento proposto de duas velocidades aresistência é maximizada com um mínimo de tempo total de envelhecimento.

O efeito positivo sobre a resistência mecânica doprocedimento de envelhecimento em duas velocidades pode ser explicadopelo fato de que um tempo prolongado em baixa temperatura geralmenteaumenta a formação de uma densidade maior de precipitados de Mg-Si. Setoda a operação de envelhecimento é executada a esta temperatura, o tempototal de envelhecimento estará além dos limites práticos e a produtividade nosfornos de envelhecimento será muito baixa. Através de um aumento lento datemperatura até a temperatura final de envelhecimento, o número elevado deprecipitados formados na temperatura baixa continuará a crescer. O resultadoserá um alto número de precipitados e de valores de resistência mecânicaassociados com o envelhecimento em baixa temperatura mas com um tempode envelhecimento total consideravelmente mais curto.

Um envelhecimento em duas etapas também melhorará aresistência mecânica, mas com um aquecimento rápido da primeiratemperatura mantida até a segunda temperatura mantida há uma chancesubstancial de reversão dos precipitados menores, com um número menor deprecipitados endurecedores e, portanto como resultado uma resistênciamecânica menor. Outro beneficio do procedimento de envelhecimento emduas velocidades comparado com o envelhecimento normal e também com oenvelhecimento em duas etapas, é que uma velocidade de aquecimento lentaassegurará uma distribuição de temperatura melhor na carga. O histórico detemperatura dos extrudados na carga será quase que independente dotamanho da carga, da densidade de compactação da carga e da espessura deparede dos extrudados. O resultado será de propriedades mecânicas maisconsistente do que com outros tipos de procedimentos de envelhecimento.

Comparado com o procedimento de envelhecimento descritono W0.95.06759 onde a velocidade lenta de aquecimento começa a partir datemperatura ambiente, o procedimento de envelhecimento em duasvelocidades irá reduzir o tempo total de envelhecimento aplicando-se umavelocidade de envelhecimento alta da temperatura ambiente até temperaturasentre 100 e 170°C. A resistência resultante será quase que tão boa quando oaquecimento lento é iniciado a uma temperatura intermediária quanto se oaquecimento lento começasse da temperatura ambiente.

A invenção também se refere a uma liga de Al-Mg-Si na qualdepois da primeira etapa de envelhecimento uma manutenção de 1 a 3 horas éaplicada a uma temperatura entre 130 e 160 °C.

Em uma realização preferida da invenção a temperatura finalde envelhecimento é de pelo menos 165 0C e mais de preferência atemperatura de envelhecimento é no máximo 205 °C. Quando se usava estastemperaturas preferidas constatou-se que a resistência mecânica émaximizada enquanto que o tempo total de envelhecimento permanece dentrode limites razoáveis.

Para se reduzir o tempo total de envelhecimento na operaçãode envelhecimento em duas velocidades é preferível executar-se o primeiroestágio de aquecimento na velocidade de aquecimento mais alta possíveldisponível, embora como regra isto seja dependente do equipamento disponível. Assim sendo, é preferível usar-se no primeiro estágio deaquecimento uma velocidade de aquecimento de pelo menos 100 °C/h.

No segundo estágio de aquecimento a velocidade deaquecimento deve ser otimizada em vista da eficiência total de tempo e daqualidade final da liga. Por essa razão a segunda velocidade de aquecimento é de preferência de pelo menos 7 °C/h e no máximo 30 °C/h. Em velocidadesde aquecimento menores do que 7 °C/h o tempo total de envelhecimento serálongo resultando em uma baixa produtividade nos fornos de envelhecimento,e em velocidades de aquecimento maiores do que 30 °C/h as propriedadesmecânicas serão piores do que o ideal.

De preferência, o primeiro estágio de aquecimento terminaráem 130-160 0C e nestas temperaturas existe uma precipitação suficiente dafase de Mg5Sie para obter-se uma resistência mecânica elevada da liga. Umatemperatura final menor no primeiro estágio geralmente levará a um tempototal de envelhecimento aumentado sem produzir resistência adicionalsignificativa. De preferência o tempo total de envelhecimento é de, nomáximo, 12 horas.

Exemplo 1

Três diferentes ligas com a composição apresentada na tabela1 foram fundidas como tarugos de diâmetro de 95 mm em condições normaisde vazamento para ligas AA6060. Os tarugos foram homogeneizados comuma velocidade de aquecimento de aproximadamente 250 °C/h, o período detratamento era de 2 horas e 15 minutos a 575 °C, e a velocidade deresfriamento depois da homogeneização era de aproximadamente 350 °C/h.

As toras foram cortadas no final em tarugos de 200 mm de comprimento.

Tabela 1

<table>table see original document page 5</column></row><table>

O ensaio de extrusão foi executado em uma prensa de 800toneladas equipada com um acumulador de 100 mm de diâmetro, e umafornalha de indução para aquecer os tarugos antes da extrusão.

Para se obter boas medições das propriedades mecânicas dosperfis, foi feita uma experiência com uma matriz a qual produziu uma barrade 2x25 mm . Os tarugos era preaquecidos a aproximadamente 500 0C antesda extrusão. Depois da extrusão os perfis eram resfriados em ar paradoresultando em um tempo de resfriamento de aproximadamente 2 minutos atétemperaturas abaixo de 250 °C. Depois da extrusão os perfis foram estirados0,5%. O tempo de estocagem na temperatura ambiente foi mantido sobcontrole até 4 horas antes do envelhecimento. As propriedades mecânicasforam obtidas através de teste de tração.

As propriedades mecânicas das ligas diferentes envelhecidasem ciclos diferentes de envelhecimento são mostradas nas tabelas 2-4.

Como uma explicação para estas tabelas, é feita referência àfigura 1 na qual ciclos diferentes de envelhecimento são mostradosgraficamente e identificados por uma letra. Na figura 1 é mostrado o tempototal de envelhecimento no eixo x, e a temperatura usada está no eixo y.

Além disso, as colunas diferentes têm os seguintes significados:Tempo total = tempo total do ciclo de envelhecimento..

oR = limite de resistência à tração;

σε = limite de escoamento;

e-f= alongamento total;

eu = alongamento uniforme.Todos estes dados são médias de duas amostras em paralelodo perfil extrudado.

Tabela 2

<table>table see original document page 7</column></row><table>Tabela 3

<table>table see original document page 8</column></row><table>Tabela 4

<table>table see original document page 9</column></row><table>Com base nestes resultados os seguintes comentários são

aplicáveis:

O limite de resistência à tração (aR) da liga número 1 éligeiramente acima de 180 MPa depois do ciclo A e do tempo total de 6horas. Os valores de oR são 195 MPa depois de um ciclo B de 5 horas, e 204MPa depois de um ciclo C de 7 horas. Com o ciclo D os valores de aRalcançam aproximadamente 210 MPa depois de 10 horas, e 219 MPa depoisde 13 horas.

Com o ciclo A a liga número 2 mostra um valor de aR deaproximadamente 216 MPa depois de 6 horas de tempo total. Com o ciclo B e5 horas de tempo total o valor de aR é 225 MPa. Com o ciclo De 10 h detempo total o valor de gr aumentou para 236 MPa.

A liga número 3 tem um valor de UTS de 222 MPa depois dociclo A de 6 horas de tempo total. Com o ciclo B de 5 horas de tempo total ovalor de oR é 231 MPa. Com o ciclo C de 7 horas de tempo total o valor de aRé 240 MPa. Com o ciclo D de 9 horas o valor de oR é 245 MPa. Com o cicloE, valores de aR até 250 MPa podem ser obtidos.

Os valores do alongamento total parecem ser quase queindependentes do ciclo de envelhecimento. Com resistência máxima osvalores de alongamento total, eT, estão em torno de 12%, mesmo os valoresde resistência sendo maiores para os ciclos de envelhecimento em duasvelocidades.

Claims

1. Processo de envelhecimento de ligas de alumínio Al-Mg-Si,em que o envelhecimento depois do resfriamento do produto extrudado éexecutado em um primeiro estágio no qual o extrudado é aquecido a umatemperatura entre 160-170 °C, e em um segundo estágio no qual o extrudadoé aquecido à temperatura mantida final entre 160 e 220 °C, caracterizado pelofato de que a velocidade de aquecimento do primeiro estágio é pelo menos- 100 °C/h e do segundo estágio entre 5 e 50 °C/h e em que o ciclo total deenvelhecimento é executado em um tempo entre 3 e 24 horas.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que após a primeira etapa de envelhecimento, uma manutençãode 1 a 3 horas é aplicada a uma temperatura entre 130 e 160 °C.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que a temperatura final de envelhecimento é nomáximo 165 °C.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura final de envelhecimento é,no máximo, 205 °C.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que no segundo estágio de aquecimento avelocidade de aquecimento é de, pelo menos, 7 °C/h.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que no segundo estágio de aquecimento avelocidade de aquecimento é, no máximo, 30 °C/hora

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que no final da primeira etapa de aquecimentoa temperatura está entre 130 e 160 0C.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que o tempo total de envelhecimento é de, pelomenos, 5 horas.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que o tempo total de envelhecimento é, nomáximo, 12 horas.