BRPI0502521B1

BRPI0502521B1 - Liga de alumínio para fundição em matrizes

Info

Publication number: BRPI0502521B1
Application number: BRPI0502521-4A
Authority: BR
Inventors: Hubert Koch
Original assignee: Rheinfelden Aluminium Gmbh
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2015-08-11
Also published as: CA2510545A1; MXPA05006962A; PL1612286T3; JP2006016693A; ES2368923T3; SI1612286T1; DK1612286T3; KR101295458B1; ATE516379T1; CN1737176A; PT1612286E; KR101490581B1; NO339588B1; NO20053158D0; CA2510545C; US20060011321A1; US7108042B2; EP1612286A2; BRPI0502521A; NO20053158L

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LIGA DE A- LUMÍNIO PARA FUNDIÇÃO EM MATRIZES". A presente invenção refere-se a uma liga de alumínio para fun- dição em matrizes de componentes com alto alongamento em seu estado de fundição. A tecnologia de fundição em matrizes tem se desenvolvido tanto hoje em dia que é possível produzir-se componentes com alto padrão de qualidade. A qualidade de uma fundição em matrizes, entretanto, depende não apenas do conjunto de maquinaria e do processo selecionado mas, em grande parte, depende também da composição química e da estrutura da liga de alumínio usada. Estes dois últimos parâmetros são conhecidos como influenciadores da moldabilidade, o comportamento da alimentação (G. S- chindelbauer, J. Czikel "Capacidade de enchimento de um molde e déficit de volume de ligas de alumínio convencionais para fundição em matrizes", Gi- essereiforschung 42, 1990, páginas 88/89), as propriedades mecânicas e - particularmente importante na fundição em matrizes - a vida das ferramentas de fundição (L.A. Norstrõm, B. Klarenfjord, M. Svenson "Aspectos gerais do mecanismo de desgaste nos moldes da fundição em matrizes do alumí- nio”,17° Congresso Internacional de Fundição em Matrizes NADCA, 1993, Cleveland, OH).

No passado foi dada pouca atenção ao desenvolvimento de ligas de alumínio que fossem particularmente adequadas para fundição em matri- zes de componentes de alta qualidade. Produtores da indústria de automó- veis são agora grandemente requisitados para produzir, por exemplo, com- ponentes soldáveis com alta ductibilidade no processo de fundição em ma- trizes, desde que a fundição em matrizes é o método de produção mais eco- nômico para grandes quantidades. O refinamento da tecnologia de fundição em matrizes permite agora a produção de componentes soldáveis de alta qualidade. Isto expan- diu a área de aplicação para fundição em matrizes para incluir componentes de chassis. A ductibilidade é crescentemente importante, em particular em componentes de projeto complexo.

Para se alcançar as propriedades mecânicas necessárias, em particular um alto alongamento à fratura, a fundição em matrizes deve ge- ralmente ser submetida ao tratamento térmico. Esse tratamento térmico é necessário para formar a fase de fundição, e portanto alcançar o comporta- mento de fratura dúctil. O tratamento térmico geralmente significa recozi- mento em solução a temperaturas logo abaixo da temperatura de solidifica- ção com o subseqüente resfriamento brusco em água ou outro meio a tem- peraturas < 100°C. O material tratado dessa forma tem agora um baixo limite de alongamento e resistência à tração. De forma a aumentar essas proprie- dades para o valor necessário, é executado o envelhecimento artificial. Isto pode ser também induzido no processo, por exemplo, por choque térmico na pintura ou recozimento de alivio de estresse de um conjunto completo.

Como as fundições em matrizes são fundidas próximas às di- mensões finais, elas geralmente têm uma geometria complexa com paredes finas. Durante o recozimento em solução, e em particular durante o processo de resfriamento brusco, deve ser esperada uma distorção que pode requerer retoque, por exemplo, pela retificação do molde ou, no pior caso, rejeição. O recozimento em solução também transmite custos adicionais, e a eficácia desse método de produção pode ser substancialmente aumentada se estive- rem disponíveis ligas que preencham as propriedades necessárias sem tra- tamento térmico.

Uma liga AISI com bons valores mecânicos no estado de fusão é conhecida da EP-A-0 687 742. Também por exemplo a EP-A-0 911 420 des- creve ligas do tipo AIMg que no estado de fundição têm uma ductibilidade muito alta, mas com um projeto de forma complexa, entretanto, tendem a fraturas a quente ou a frio e são portanto inadequadas. Uma outra desvanta- gem de fundições em matrizes dúcteis é seu envelhecimento lento no estado de fusão que pode levar a uma mudança temporária nas propriedades me- cânicas - incluindo uma perda de alongamento. Esse comportamento é tole- rado em muitas aplicações desde que os limites das propriedades não sejam excedidos, mas não pode ser tolerado em algumas aplicações e pode ser apenas excluído pelo tratamento térmico objetivado. A invenção é baseada no objetivo de preparar-se uma liga de alumínio que seja adequada para fundição em matrizes que seja fácil de fundir-se tenha um alto alongamento no estado fundido e após o molde não envelheça mais. Adicionalmente a liga deve ser facilmente soldável e dobrá- vel, capaz de ser rebitado e ter boa resistência à corrosão.

De acordo com a invenção o objetivo é alcançado por uma liga de alumínio com 8,0 a 11.5% em peso de silício 0,3 a 0,8% em peso de manganês máximo 0,08 a 0,4% em peso de magnésio máximo 0,4% em peso de ferro máximo 0,1% em peso de cobre máximo 0,1% em peso de zinco máximo 0,15% em peso de titânio 0,05 a 0,5% em peso de molibdênio opcionalmente também 0,05 a 0,3% em peso de zircônio 30 a 300 ppm de estrôncio ou 5 a 30 ppm de sódio e/ou 1 a 30 ppm de cálcio para refinamento permanente fosfeto de gálio e/ou fosfeto de índio em uma quantidade corres- pondente a 1 a 250 ppm de fósforo para refinamento do grão titânio e boro adicionados por meio de uma liga principal de alu- mínio com 1 a 2% em peso de Ti e 1 a 2% em peso de B para refinamento do grão, e o restante sendo alumínio e as inevitáveis impurezas.

Com a composição da liga conforme a invenção, para a fundição em matrizes no estado fundido um alto alongamento pode ser alcançado com bons valores para a resistência ao rendimento e resistência à tração, de forma que a liga seja adequada em particular para a produção de compo- nentes de segurança na produção de carros. Surpreendentemente, foi des- coberto que pela adição de molibdênio o alongamento pode ser substanci- almente aumentado sem perdas nas outras propriedades mecânicas. O efei- to desejado pode ser alcançado com a adição de 0,05 a 0,5% em peso de Mo, o nível de comportamento preferido é 0,08 a 0,25% em peso de Mo.

Com a adição combinada de molibdênio e 0,05 a 0,3% em peso de Zr, o alongamento pode ser melhorado ainda mais. O teor preferido é de 0,10 a 0,18% em peso de Zr. A proporção relativamente alta de silício eutético é refinada pelo estrôncio. Em contraste às ligas de fundição em matrizes granulares com altos níveis de contaminadores, a liga conforme a invenção tem também vantagens em relação à resistência à fadiga. A resistência à fratura é mais alta devido aos muito poucos cristais misturados presentes e ao refinado eutético. O teor de estrôncio está preferivelmente entre 50 e 150 ppm e em geral não deve cair abaixo de 50 ppm caso contrário o comportamento do fundido pode se deteriorar. Ao invés do estrôncio, pode ser adicionado sódio e/ou cálcio. O teor preferido de silício é de 0,8 a 10,0% em peso de Si.

Restringindo-se o teor de magnésio para preferivelmente 0,08 a 0,25% em peso de Mg, a estrutura eutética não é tornada grosseira e a liga tem apenas um potencial de endurecimento por precipitação insignificante o que contribui para um alto alongamento.

Devido à proporção de manganês, a adesão no molde é evitada e boas propriedades de remoção do molde são garantidas. O teor de man- ganês dá ao fundido uma alta resistência estrutural a uma alta temperatura de forma que na remoção do molde, muito pouca ou nenhuma distorção é esperada. O teor de ferro é restrito a preferivelmente máximo 0,25% de Fe.

Com o recozimento de estabilização por 1 a 2 horas em uma faixa de temperatura de cerca de 280 a 320°C, valores de alongamento mui- to altos podem ser alcançados. A liga conforme a invenção é preferivelmente produzida como uma barra de fundição em matrizes horizontal. Assim, sem limpezas onero- sas dos fundidos, uma liga de fundição em matrizes com baixa contamina- ção por óxidos pode ser fundida: uma importante condição para alcançar altos valores de alongamento na fundição em matrizes.

Na fusão, qualquer contaminação do fundido, em particular por cobre ou ferro, deve ser evitada. A liga AISI refinada permanentemente con- forme a invenção é preferivelmente limpa por tratamento de lavagem com gás com gases inertes por meio de impulsores.

Preferivelmente o refinamento dos grãos é executado na liga conforme a invenção. Para isso o fosfeto de gálio e/ou o fosfeto de índio po- dem ser adicionados à liga em uma quantidade correspondente de 1 a 250 ppm, preferivelmente 1 a 30 ppm, de fósforo. Alternativamente ou adicional- mente a liga pode conter titânio e boro para refinamento dos grãos, onde o titânio e o boro são adicionados por meio de uma liga principal com 1 a 2% em peso de Ti e 1 a 2% em peso de B, o restante sendo alumínio. Preferi- velmente, a liga principal de alumínio contém 1,3 a 1,8% em peso de Ti e 1,3 a 1,8% em peso de B e tem uma razão de peso Ti/B de cerca de 0,8 a 1,2. O teor da liga principal na liga conforme a invenção é preferivelmente ajustado para 0,05 a 0,5% em peso. A liga de alumínio conforme a invenção é particularmente ade- quada para a produção de componentes de segurança no processo de fun- dição em matrizes.

Claims

1. Liga de alumínio para fundição em matrizes de componentes com alto alongamento no estado fundido com 8,0 a 11,5% em peso de silício, 0,3 a 0,8% em peso de manganês, 0,08 a 0,4% em peso de magnésio, máximo 0,4% em peso de ferro, máximo 0,1% em peso de cobre, máximo 0,1 % em peso de zinco, máximo 0,15% em peso de titânio, 0,05 a 0,5% em peso de molibdênio, opcionalmente também 0,05 a 0,3% em peso de zircônio, 30 a 300 ppm de estrôncio ou 5 a 30 ppm de sódio e/ou 1 a 30 ppm de cál- cio para refinamento permanente, fosfeto de gálio e/ou fosfeto de índio em uma quantidade correspondente a 1 a 250 ppm de fósforo para refinamento do grão, titânio e boro adicionados por meio de uma liga principal de alumínio com 1 a 2% em peso de Ti e 1 a 2% em peso de B para refinamento do grão, e o restante sendo alumínio e as inevitáveis impurezas.

2. Liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zada por 50 a 150 ppm de estrôncio.

3. Liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizada por 8,0 a 10,0% em peso de silício.

4. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por 0,08 a 0,25% em peso de magnésio.

5. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada por máximo 0,25% em peso de ferro.

6. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por 0,10 a 0,18% em peso de zircônio.

7. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizada por 0,08 a 0,25% em peso de molibdênio.

8. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizada por fosfeto de gálio e/ou fosfeto de índio em uma quanti- dade correspondente a 1 a 30 ppm de fósforo.

9. Liga de alumínio de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizada por uma liga principal de alumínio com 1,3 a 1,8% em pe- so de titânio e 1,3 a 1,8% em peso de boro e uma razão de peso de titâ- nio/boro entre 0,8 e 1,2.

10. Liga de alumínio de acordo com a reivindicação 9, caracteri- zada por 0,05 a 0,5% em peso de liga principal de alumínio.

11. Uso de uma liga de alumínio como definida em qualquer das reivindicações 1 a 10, para fundição em matrizes de componentes de segu- rança na produção de automóveis.