ES2205783T3 - Procedimiento para producir una aleacion de aluminio que contiene magnesio y silicio. - Google Patents
Procedimiento para producir una aleacion de aluminio que contiene magnesio y silicio.Info
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Abstract
Un proceso para producir una aleación termoprocesada de aluminio Al-Mg-Si que, tras ser modelada, es sometida a un proceso de envejecimiento que se lleva a cabo después de enfriar el producto extruido en un primer estadio, en el cual la extrusión se calienta a una temperatura entre 100 y 170ºC y un segundo estadio, en el cual la extrusión se calienta hasta la temperatura final mantenida entre 160 y 220ºC, caracterizado porque la velocidad de calentamiento del primer estadio es de al menos 100ºC/hora y del segundo estadio oscila entre 5 y 50ºC/hora y porque la totalidad del ciclo de envejecimiento se lleva a cabo durante un período que dura entre 3 y 24 horas.
Description
Procedimiento para producir una aleación de
aluminio que contiene magnesio y silicio.
La invención se refiere a una aleación
termoprocesada de aluminio Al-Mg-Si
que, después de ser modelada, es sometida a un proceso de
envejecimiento que incluye un primer estadio, durante el cual se
calienta la extrusión a una velocidad de calentamiento superior a
30ºC/hora, hasta una temperatura entre 100 y 170ºC; un segundo
estadio en el cual se calienta la extrusión a una velocidad de
calentamiento entre 5 y 50ºC/hora, hasta la temperatura final
mantenida entre 160 y 220ºC, y en la que la totalidad del ciclo de
envejecimiento se lleva a cabo durante un período que dura entre 3
y 24 horas.
Una práctica de envejecimiento similar se
describió en el documento WO 95.06759. De acuerdo con esta
publicación, el envejecimiento se realiza a una temperatura entre
150 y 200ºC, y la velocidad de calentamiento oscila entre 10 y
100ºC/hora, con preferencia 10 a 70ºC/hora. Como alternativa
equivalente se propone un esquema de calentamiento en dos pasos, en
el cual se sugiere una temperatura sostenida de entre 80 y 140ºC, a
fin de obtener una velocidad de calentamiento global dentro del
rango especificado anterior.
La invención tiene por objeto proporcionar una
aleación de aluminio con propiedades mecánicas superiores a las
obtenidas mediante los procedimientos de envejecimiento
tradicionales, y con períodos de envejecimiento total más cortos
respecto de la práctica de envejecimiento descrita en el documento
WO 95.06759. Con el procedimiento de envejecimiento de tasa dual
propuesto se maximiza la resistencia con un tiempo de
envejecimiento total mínimo.
El efecto positivo sobre la resistencia mecánica
del procedimiento de envejecimiento de tasa dual se puede explicar a
través del hecho de que, en general, un tiempo prolongado a baja
temperatura incrementa la formación de una mayor densidad de los
precipitados de Mg-Si. Si toda la operación de
envejecimiento se realiza a dicha temperatura, el tiempo total de
envejecimiento excederá los límites prácticos y el resultado final
en los hornos de envejecimiento será demasiado bajo. Mediante un
lento incremento de la temperatura en el envejecimiento final,
continúa el crecimiento de la elevada cantidad de precipitados
nucleados a baja temperatura. El resultado será una elevada
cantidad de precipitados y valores de resistencia mecánica asociados
con el envejecimiento a baja temperatura, pero con un tiempo de
envejecimiento total considerablemente más reducido.
El envejecimiento de dos pasos también confiere
mejoramientos en la resistencia mecánica, pero con un calentamiento
rápido desde la primera temperatura sostenida hasta la segunda
temperatura sostenida se observa una sustancial posibilidad de
reversión de los precipitados más pequeños, con menor cantidad de
precipitados de endurecimiento, y en consecuencia se obtiene menor
resistencia mecánica. Otro beneficio del procedimiento de
envejecimiento de tasa dual, respecto del envejeecimiento normal y
también de envejecimiento de dos pasos, se refiere a que una tasa
de calentamiento lenta asegura una mejor distribución de la
temperatura sobre la carga. Los antecedentes de la temperatura de
las extrusiones de la carga son casi independientes del tamaño de la
carga, la densidad del empaquetamiento y el espesor de la pared de
las extrusiones. Se obtienen como resultado propiedades mecánicas
más consistentes que con otros tipos de procedimientos de
envejecimiento.
En comparación con el procedimiento de
envejecimiento descrito en el documento WO 95.06759, en el cual se
inicia la velocidad de calentamiento lento a partir de la
temperatura ambiente, el procedimiento de envejecimiento de tasa
dual reduce el tiempo de envejecimiento total debido a la
aplicación de una tasa de calentamiento rápido desde la temperatura
ambiente hasta temperaturas entre 100 y 170ºC. La resistencia
obtenida será casi igualmente adecuada, cuando se inicia el
calentamiento lento a una temperatura intermedia y cuando se inicia
el calentamiento lento a temperatura ambiente.
La invención también se refiere a una aleación de
Al-Mg-Si, en la cual tras el primer
paso de envejecimiento se lo sostiene durante 1 a 3 horas a una
temperatura de entre 130 y 160ºC.
En una realización de preferencia de la
invención, la temperatura de envejecimiento final es de al menos
165ºC, y con mayor preferencia la temperatura de envejecimiento es
como máximo de 205ºC. Se ha observado que cuando se usan estas
temperaturas de preferencia la resistencia mecánica se maximiza,
mientras que el tiempo de envejecimiento total se mantiene dentro de
límites razonables.
Con el fin de reducir el tiempo de envejecimiento
total de la operación de envejecimiento de tasa dual se prefiere
realizar el primer estadio de calentamiento a la mayor velocidad de
calentamiento posible disponible, mientras que como regla general
depende del equipamiento disponible. En consecuencia, en el primer
estadio de calentamiento se usa una velocidad de calentamiento de al
menos 100ºC/hora.
En el segundo estadio de calentamiento se debe
optimizar la velocidad de calentamiento, teniendo en cuenta la
eficiencia total en el tiempo y la calidad final de la aleación.
Por ese motivo, la segunda velocidad de calentamiento es entre 5 y
50ºC/hora, con preferencia de al menos 7ºC/hora y como máximo
30ºC/hora. Con velocidades de calentamiento inferiores a 7ºC/hora,
el tiempo de envejecimiento total será largo, y se obtiene escasa
elasticidad en los hornos de envejecimiento, y con velocidades de
calentamiento superiores a 30ºC/hora, las propiedades mecánicas
serán inferiores a las ideales.
De preferencia, el primer estadio de
calentamiento finaliza a 130-160ºC, y con estas
temperaturas hay suficiente precipitación de la fase
Mg_{5}Si_{6} como para obtener un resistencia mecánica elevada
de la aleación. En general, una temperatura final inferior del
primer estadio genera un aumento del tiempo de envejecimiento total
sin producir resistencia adicional significativa. Con preferencia,
el tiempo máximo de envejecimiento total es de 12 horas como
máximo.
Tres aleaciones diferentes con la composición
presentada en la Tabla 1 se fundieron como lingotes pequeños de 95
mm de diámetro, en condiciones estándar de fundición para
aleaciones AA6060. Los lingotes se homogeneizaron con una velocidad
de calentamiento de aproximadamente 250ºC/hora, el período sostenido
fue de 2 horas y 15 minutos a 575ºC, y la velocidad de enfriamiento
posterior a la homogeneización fue de aproximadamente 350ºC/hora.
Por último se cortaron las barras en lingotes de 200 mm de
largo.
Aleación | Si | Mg | Fe |
1 | 0,37 | 0,36 | 0,19 |
2 | 0,41 | 0,47 | 0,19 |
3 | 0,51 | 0,36 | 0,19 |
El estudio de extrusión se efectuó en una prensa
de 800 ton, equipada con un contenedor de 100 mm de diámetro y un
horno de inducción para calentar los lingotes antes de la
extrusión.
Con el fin de obtener buenas determinaciones de
las propiedades mecánicas de los perfiles, se efectuó un ciclo de
estudio con un cuño que producía una barra de 2 * 25mm^{2}. Los
lingotes se precalentaron a aproximadamente 500ºC antes de la
extrusión. Después de la extrusión se enfriaron los perfiles en aire
sin turbulencias, y se permitió un tiempo de enfriamiento de
aproximadamente 2 minutos para descender hasta temperaturas
inferiores a 250ºC. Tras la extrusión se estiraron los perfiles un
0,5%. El tiempo de almacenamiento a temperatura ambiente se
controló en 4 horas, antes del envejecimiento. Se obtuvieron las
propiedades mecánicas mediante pruebas de tensión.
Las propiedades mecánicas de las diferentes
aleaciones envejecidas en los distintos ciclos de envejecimiento se
muestran en las Tablas 2-4.
Como explicación de estas Tablas, se hace
referencia a la Fig. 1, en la cual se muestran gráficamente
distintos ciclos de envejecimiento y se identifican mediante una
letra. En la Fig. 1 se muestra el tiempo total de envejecimiento
sobre el eje x, y la temperatura usada se presenta a lo largo del
eje y.
Además, las distintas columnas tienen el
siguiente significado:
Tiempo total = tiempo total del ciclo de
envejecimiento;
Rm = resistencia final a la tensión;
R_{PO2} = límite elástico;
AB = elongación hasta la fractura;
Au = elongación uniforme.
Todos estos datos son promedios de dos muestras
paralelas del perfil de extrusión.
En base a estos resultados, se aplican los
siguientes comentarios.
La resistencia final a la tensión (UTS) de la
aleación Nº 1 está ligeramente por sobre 180 MPa después del ciclo
A y un tiempo total de 6 horas. Los valores de UTS son de 195 MPa
después del ciclo B de 5 horas y de 204 MPa después del ciclo C de
7 horas. Con el ciclo D, los valores de UTS alcanzan aproximadamente
210 MPa después de 10 horas y 219 MPa después de 13 horas.
Con el ciclo A, la aleación Nº 2 muestra un valor
de UTS de aproximadamente 216 MPa después de un tiempo total de 6
horas. Con el ciclo B y un tiempo total de 5 horas, el valor de UTS
es de 225 MPa. Con el ciclo D y un tiempo total de 10 horas, el
valor de UTS se incrementó hasta 236 MPa.
La aleación Nº 3 tiene un valor de UTS de 222 MPa
después del ciclo A y un tiempo total de 6 horas. Con el ciclo B con
un tiempo total de 5 horas, el valor de UTS es de 231 MPa. Con el
ciclo C con un tiempo total de 7 horas, el valor de UTS es de 240
MPa. Con el ciclo D de 9 horas, el valor de UTS es de 245 MPa. Con
el ciclo E pueden obtenerse valores de UTS de hasta 250 MPa.
Los valores de elongación total parecen ser casi
independientes del ciclo de envejecimiento. Con una resistencia
pico, los valores de elongación total, AB, rondan el 12%, aun si
los valores de resistencia son mayores para los ciclos de
envejecimiento de tasa dual.
Claims (9)
1. Un proceso para producir una aleación
termoprocesada de aluminio Al-Mg-Si
que, tras ser modelada, es sometida a un proceso de envejecimiento
que se lleva a cabo después de enfriar el producto extruido en un
primer estadio, en el cual la extrusión se calienta a una
temperatura entre 100 y 170ºC y un segundo estadio, en el cual la
extrusión se calienta hasta la temperatura final mantenida entre
160 y 220ºC, caracterizado porque la velocidad de
calentamiento del primer estadio es de al menos 100ºC/hora y del
segundo estadio oscila entre 5 y 50ºC/hora y porque la totalidad
del ciclo de envejecimiento se lleva a cabo durante un período que
dura entre 3 y 24 horas.
2. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, modificado en que después de la primera etapa de
envejecimiento, se lo mantiene durante 1 a 3 horas a una
temperatura entre 130 y 160ºC.
3. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la temperatura de
envejecimiento final es de 165ºC como máximo.
4. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la temperatura de
envejecimiento final es de 205ºC como máximo.
5. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque en el segundo estadio de
calentamiento la velocidad de calentamiento es de al menos
7ºC/hora.
6. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque en el segundo estadio de
calentamiento la velocidad de calentamiento es de 30ºC/hora como
máximo.
7. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque al final de la primera
etapa de calentamiento, la temperatura oscila entre 130 y
160ºC.
8. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el tiempo de
envejecimiento total es de al menos 5 horas.
9. Un proceso para preparar una aleación de
aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el tiempo de
envejecimiento total es de 12 horas como máximo.
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