ES2150208T5 - Tornillo o remache a base de una aleacion de aluminio. - Google Patents
Tornillo o remache a base de una aleacion de aluminio.Info
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Abstract
PARA LA PRODUCCION DE ELEMENTOS APROPIADOS DE UNION PARA LA UNION DE ELEMENTOS DE ALUMINIO, MAGNESIO O SUS ALEACIONES SE PROPONEN ALEACIONES DE ALUMINIO DEL TIPO ALZNMGCU, QUE ESTAN COMPUESTAS DE ENTRE 6,0 Y 8,0 % EN PESO DE ZINC ENTRE 2,0 Y 3,5 % EN PESO DE MAGNESIO ENTRE 1,0 Y 3,0 % EN PESO DE COBRE ENTRE 0,05 Y 0,30 % EN PESO DE ZIRCONIO COMO MAXIMO 0,30 % EN PESO DE CROMO COMO MAXIMO 0,50 % EN PESO DE MANGANESO COMO MAXIMO 0,10 % EN PESO DE TITANIO COMO MAXIMO 0,20 % EN PESO DE SILICIO COMO MAXIMO 0,20 % EN PESO DE HIERRO COMO MAXIMO 0,05 % EN PESO DE OTROS, EN TOTAL UN MAXIMO DE 0,15 % EN PESO Y EL RESTO DE ALUMINIO E IMPUREZAS INEVITABLES. EL ELEMENTO DE UNION SE CARACTERIZA POR UNA ELEVADA ESTABILIDAD CON UNA EXPANSION SUFICIENTE, ASI COMO ELEVADA RESISTENCIA A LA CORROSION.
Description
Tornillo o remache a base de una aleación de
aluminio.
La invención concierne a un tornillo o un remache
a base de una aleación de aluminio del tipo AlZnMgCu, para unir
piezas de montaje de aluminio, magnesio o sus aleaciones.
En la unión de piezas de montaje se utilizan
frecuentemente tornillos y remaches troquelados en forma de
remaches macizos o semihuecos. Un dispositivo de fijación
autotroquelable para establecer una unión remachada empleando
remaches semihuecos se conoce, por ejemplo, por el documento
WO-A-95/09307.
Un campo de utilización importante de tales
elementos de unión es la construcción de vehículos. Al aumentar la
utilización de materiales de aluminio y magnesio en este sector,
adquiere también importancia la utilización de tornillos y remaches
troquelados a base de materiales de aluminio. Hasta ahora, se
emplean principalmente tornillos de acero y remaches troquelados de
acero que, por motivos de corrosión galvánica y corrosión en
grietas, han de fabricarse en acero fino. Las diferencias entre
aluminio y acero respecto de las propiedades físicas, como
coeficiente de dilatación térmica, módulo de elasticidad y otros,
pueden conducir a tensiones adicionales o a un aflojamiento de la
unión, especialmente bajo un cambio de temperatura. Por tanto, sería
de gran utilidad el empleo de un material con propiedades químicas,
electroquímicas y físicas semejantes para los elementos de
unión.
La fabricación de tornillos y remaches
troquelados a base de materiales de aluminio es técnicamente
posible. En volumen limitado se fabrican, por ejemplo, tornillos a
base del conocido material AA7075, en donde se consigue una
resistencia a la tracción de aproximadamente 500 a 600 MPa. Una
ampliación de las posibilidades de utilización sería posible
únicamente cuando los elementos de unión citados pudieran fabricarse
económicamente a base de materiales con mayor resistencia.
Materiales conocidos con mayor resistencia son las aleaciones
AA7049, 7049A, 7149, 7249, 7349, 7449 y 7055, pero su fabricación no
es sencilla. Además, en el documento
WO-A-96/34993 se ha citado, para la
fabricación de remaches, la aleación AA7050 con una composición de
6,2% de Zn, 2,2% de Mg, 2,3% de Cu y 0,12% de Zr. A causa de su
tendencia a la formación de fisuras al solidificarse, estos
materiales no se pueden moldear con facilidad y la fabricación de
lingotes y tochos grandes como material de partida para laminación
o prensado se configura muy complicada y, por tanto, resulta
antieconómica. A esto se añade el que estos materiales en todos los
estados de tratamiento térmico son sensibles a la corrosión en
fisuras debidas a tensiones y a la corrosión en capas.
Por tanto, la invención se basa en el problema de
proporcionar una aleación con la que se puedan fabricar de forma
sencilla y económica tornillo o remaches de la clase citada al
principio con alta resistencia.
Conduce a la solución del problema según la
invención el hecho de que la aleación consiste en
6,0 a 8,0% en peso de zinc
2,0 a 3,5% en peso de magnesio
1,6 a 1,9% en peso de cobre
0,05 a 0,30% en peso de circonio
máx. 0,10% en peso de cromo
máx. 0,50% en peso de manganeso
máx. 0,10% en peso de titanio
máx. 0,20% en peso de silicio
máx. 0,20% en peso de hierro
más otros constituyentes, cada uno máx. 0,05% en
peso, en total máx. 0,15% en peso, y como resto aluminio e impurezas
inevitables.
El material utilizado según la invención se puede
moldear más fácilmente que materiales comparables altamente
resistentes de los grupos AA7xxx y se puede elaborar también más
fácilmente en caliente por prensado y laminación. La estabilidad
frente a la corrosión es también sensiblemente mejor que en
aleaciones comparables según el estado de la técnica.
Debido a las propiedades químicas y físicas
semejantes de materiales de aluminio y magnesio, la unión de piezas
de montaje a base de materiales de magnesio o de materiales de
aluminio y magnesio se realiza preferiblemente con el elemento según
la invención a base de una aleación de aluminio.
Para los distintos elementos de aleación se
cumplen los rangos preferentes siguientes (% en peso):
Zinc 6,6 a 7,3, especialmente 6,7 a 7,1
Magnesio 2,3 a 3,2, especialmente 2,6 a 2,9
Circonio máx. 0,20, especialmente 0,13 a 0,18
Cromo máx. 0,05
Manganeso máx. 0,25, especialmente máx. 0,15
Titanio máx. 0,05,
Silicio máx. 0,15, especialmente máx. 0,12
Hierro máx. 0,15, especialmente máx. 0,12.
Un material de partida adecuado para la
fabricación de tornillos y remaches son las barras extruídas, siendo
imaginable también, por ejemplo, la utilización de chapa como
material de partida para remaches troquelados.
En la fabricación de tornillo o remaches por
medio de material en forma de barra se moldea primero la aleación en
forma de un tocho de prensado y se prensa el tocho después de un
recocido de homogeneización hasta obtener un material de partida en
forma de barra. Después de un recogido de disolución y un
enfriamiento brusco del material de partida, se elabora éste en
general por transformación en frío en los tornillos o remaches, los
cuales se someten seguidamente a un endurecimiento en caliente con
una dilatación suficiente para lograr la resistencia deseada. En una
variante de fabricación especialmente preferida, que admite un grado
de transformación en frío mayor con una resistencia
correspondientemente incrementada y que además conduce a una mejor
estabilidad frente a la corrosión, se realiza antes de la
transformación en frío del material de partida para obtener un
tornillo o un remache un recocido de reformación a una temperatura
de aproximadamente 180 a 260ºC durante un período de tiempo de
aproximadamente 5 s a 120 min. Se aplica aquí un corto tiempo de
tratamiento para una temperatura elevada de tratamiento térmico.
En los tornillos o remaches según la invención se
pueden lograr resistencias de hasta 740 MPa con un endurecimiento en
caliente hasta el estado T 6 o T 7.
Los tornillos o remaches terminados de tratar
térmicamente pueden eloxidarse, revestirse, barnizarse o protegerse
adicionalmente de otra manera frente a influencias de corrosión,
según su campo de aplicación. Para mejorar la capacidad de suelta de
la unión, los tornillos pueden estar sellados también, por ejemplo,
con una capa de Teflon o una capa de ormocera. En ciertos casos, es
ventajosa también una empaquetadura y pegadura correspondiente al
procedimiento "sped-cap" conocido.
La ventaja de las aleaciones utilizadas según la
invención se desprende de la descripción siguiente de ejemplos de
ejecución preferidos.
Cinco aleaciones con una composición según la
Tabla 1 se moldean formando cada una un tocho de colada continua de
220 mm de diámetro y una longitud de aproximadamente 1500 mm. Se
realiza directamente en el canal de colada un afinado del grano con
alambre de Ti5B1.
La fundición continua se realizó en todas las
aleaciones en las condiciones siguientes:
| Velocidad de descenso | 6,5 a 7 m/min |
| Agua de refrigeración | 75 l/min |
| Nivel del menisco | 42 mm |
| Nivel del agua | 40 cm por debajo de la coquilla |
Antes de la división en dos tochos de 660 mm de
longitud se realizó un recocido a 460º durante 6 h. A continuación,
se efectuó un recocido alto a 470º/3 h + 480º/18 h.
En cada aleación se prensó indirectamente un
perfil plano de 10 x 50 mm y una barra redonda de 40 mm de diámetro.
La temperatura del tocho fue de aproximadamente 230 a 260ºC y la
temperatura del recipiente estaba en aproximadamente 300ºC. La
velocidad de prensado fue de aproximadamente 2 a 2,8 m/min.
El recocido de disolución se realizó a una
temperatura de 470 \pm 3ºC durante un período de tiempo de 0,5
h.
En la Tabla 2 se reproducen los datos de todas
las aleaciones que se han obtenido en el perfil plano de 10 x 50 mm.
El tratamiento térmico se realizó en cada caso de la manera
siguiente:
| Recocido de disolución: | 470ºC/0,5 h |
| Alargamiento: | \leq 1% |
| Almacenamiento intermedio: | \leq 1 día |
| Endurecimiento: | Estado T 651: 130ºC/14 h |
| Estado T 7351: 105ºC/5 h + 175ºC/7 h |
Con todas las aleaciones se realizaron ensayos de
tracción y ensayos de tracción con entallado en dirección
longitudinal. En todas las aleaciones se midieron en dirección
transversal los valores característicos mecánicos de rotura.
En relación con los valores de resistencia
indicados en la Tabla 2 es de consignar que la resistencia a la
tracción alcanza valores más altos en el elemento de unión, puesto
que se añade una consolidación en frío.
Todas las aleaciones en los dos estados de
tratamiento térmico se sometieron a un ensayo de corrosión en
fisuras debidas a tensiones. Todas las probetas superaron la prueba
sin fisuras de corrosión por tensiones.
Claims (10)
1. Tornillo o remache a base de una aleación de
aluminio del tipo AlZnMgCu, para la unión de piezas de montaje a
base de aluminio, magnesio o sus aleaciones, caracterizado
porque la aleación consta de
6,0 a 8,0% en peso de zinc
2,0 a 3,5% en peso de magnesio
1,6 a 1,9% en peso de cobre
0,05 a 0,30% en peso de circonio
máx. 0,10% en peso de cromo
máx. 0,50% en peso de manganeso
máx. 0,10% en peso de titanio
máx. 0,20% en peso de silicio
máx. 0,20% en peso de hierro
más otros constituyentes, cada uno máx. 0,05% en
peso, en total máx. 0,15% en peso, y como resto aluminio e impurezas
inevitables.
2. Tornillo o remache según la reivindicación 1,
caracterizado porque la aleación contiene 6,6 a 7,3,
preferiblemente 6,7 a 7,1% en peso de zinc.
3. Tornillo o remache según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque la aleación contiene 2,3 a 3,2,
preferiblemente 2,6 a 2,9% en peso de magnesio.
4. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,20, preferiblemente 0,13 a 0,18% en peso de
circonio.
5. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,05% en peso de cromo.
6. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,25, preferiblemente un máximo de 0,15% en
peso de manganeso.
7. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,05% en peso de titanio.
8. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,15, preferiblemente un máximo de 0,12% en
peso de silicio.
9. Tornillo o remache según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la aleación
contiene un máximo de 0,15, preferiblemente un máximo de 0,12% en
peso de hierro.
10. Procedimiento para fabricar un tornillo o
remache según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 por colada de
la aleación en forma de un tocho de prensado, recocido de
homogeneización del tocho y prensado del tocho para obtener un
material de partida, recocido de disolución y enfriamiento brusco
del material de partida, elaboración del material de partida en
forma de tornillos o remaches por transformación en frío y
endurecimiento en caliente de los tornillos o remaches,
caracterizado porque antes de la transformación en frío se
realiza un recocido de reformación a una temperatura de 180 a 260ºC
durante 5 s a 120 min.
Applications Claiming Priority (1)
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