ES2232584T3 - Aleacion de colada del tipo aimgsi. - Google Patents

Abstract

Aleación de colada del tipo AlMgSi, estando caracterizada la aleación porque contiene magnesio de 3, 0 a 7, 0 % en peso silicio de 1, 7 a 4, 0 % en peso manganeso de 0, 2 a 0, 48 % en peso hierro de 0, 15 a 0, 35 % en peso titanio como máximo 0, 2 % en peso facultativamente además de 0, 1 a 0, 4 % en níquel peso así como aluminio como resto y las impurezas debidas a la fabricación, individualmente como máximo 0, 02 % en peso, en total como máximo 0, 2 % en peso, con la condición adicional de que el magnesio y el silicio en la aleación han de presentarse en una relación en peso de Mg : Si de 1, 7 : 1 correspondiente a la composición del eutéctico casi binario con las fases sólidas Al y Mg2Si, siendo la desviación con respecto a la composición exacta, correspondiente al eutéctico casi binario, para el magnesio de como máximo -0, 5 a +0, 3 % en peso y para el silicio de -0, 3 a +0, 5 % en peso.

Description

Aleación de colada del tipo AlMgSi.

El invento se refiere a una aleación de colada del tipo AlMgSi. Dentro del marco del invento se encuentran también la utilización de la aleación de colada para la colada a presión, la reocolada y la tixocolada, la utilización de la aleación de colada para producir piezas componentes de grandes áreas y paredes delgadas con una alta capacidad de absorción para la energía cinética mediante deformación plástica, así como la utilización de la aleación de colada para la producción de una pieza componente que se ha de utilizar como pieza componente de seguridad en la construcción de automóviles.

Con los modernos procedimientos de colada se pueden producir hoy en día piezas moldeadas con alta capacidad de aguantar carga, también a partir de aleaciones de aluminio. Los materiales de aluminio que se emplean deben cumplir no obstante una serie de requisitos. Una premisa esencial para la idoneidad de un material es el respeto o mantenimiento de determinados valores mecánicos característicos. Así, por ejemplo, unos valores mínimos del limite de estiramiento y de la resistencia mecánica determinan la capacidad de soporte de una construcción o estructura. En el caso de la construcción de automóviles se añade a ello el requisito de que las piezas componentes, que se deforman en el caso de un choque, deben absorber por deformación plástica la mayor cantidad de energía que sea posible antes de la rotura, lo cual exige una alta ductilidad del material empleado. El procedimiento de colada a presión, la reocolada y la tixocolada (éstos últimos son procedimientos de moldeo por colada, recientemente desarrollados para metales ligeros, que se podrían denominar colada reológica y colada tixotrópica respectivamente) hacen posible, en el caso de altos números de piezas producidas, una fabricación barata de piezas moldeadas por colada de paredes delgadas, tal como se emplean como piezas componentes relevantes para el choque violento (en inglés crash) en la construcción de automóviles. Las piezas de paredes delgadas plantean elevados requisitos en cuanto a la aptitud para el moldeo por colada. Las aleaciones de aluminio, que pueden cumplir los requisitos establecidos en cuanto al comportamiento de fluidez o bien a la capacidad de llenado de los moldes, son hoy en día, sobre todo, aleaciones con un eutéctico con Si.

A partir del documento de solicitud de patente europea EP-A-0.792.380 se conoce una aleación del tipo
AlMgSiMn, que es apropiada para la colada a presión, la reocolada y la tixocolada de piezas componentes de seguridad empleadas en la construcción de automóviles. La aleación tiene un exceso de magnesio, en comparación con la composición correspondiente al eutéctico casi binario. Debido a la alta proporción de manganeso, se evita la adherencia en el molde y se garantiza una buena capacidad de desmoldeo. Junto a esto, la aleación tiene un contenido muy pequeño de hierro.

Las piezas componentes con unos espesores de pared en parte pequeños, tal como se emplean por ejemplo en calidad de piezas componentes estructurales en la construcción de automóviles, se deforman al enfriar muy bruscamente con agua y por lo tanto se deben someter posteriormente a costosas operaciones de enderezamiento. Además de esto, una alta temperatura de recocido para solubilización, como consecuencia de una porosidad gaseosa restante, puede conducir a la formación de burbujas junto a la superficie de las piezas componentes. Para la producción de piezas componentes del tipo mencionado por medio de colada a presión, reocolada y tixocolada, se buscaron por lo tanto posibilidades de conseguir los requeridos valores mínimos de la resistencia mecánica y del alargamiento también sin llevar a cabo un recocido a alta temperatura con un subsiguiente enfriamiento rápido con agua.

Para piezas componentes relevantes para el choque violento en la construcción de automóviles, el centro de importancia se sitúa en la ductilidad, es decir la capacidad de deformación, y en la rotura dúctil, expresada por el alargamiento de rotura. La resistencia mecánica, expresada por el límite de estiramiento, puede adoptar en tal caso unos valores relativamente bajos.

El invento se basa en la misión de indicar una aleación de aluminio, con la que se pueda conseguir un alto alargamiento de rotura junto con un suficiente límite de estiramiento, que contiene

magnesio	de 3,0 a 7,0% en peso
silicio	de 1,7 a 4,0% en peso
manganeso	de 0,2 a 0,48% en peso
hierro	de 0,15 a 0,35% en peso
titanio	como máximo 0,2% en peso
facultativamente además
níquel	de 0,1 a 0,4% en peso

así como aluminio como resto y las impurezas debidas a la fabricación, individualmente como máximo en 0,02% en peso, en total como máximo en 0,2% en peso, con la condición adicional de que el magnesio y el silicio han de presentarse en la aleación en una relación en peso de Mg : Si de 1,7 : 1, de modo correspondiente a la composición del eutéctico casi binario con las fases sólidas Al y Mg_{2}Si, siendo la desviación con respecto a la composición exacta, correspondiente al eutéctico casi binario, para el magnesio de como máximo -0,5 a +0,3% en peso y para el silicio de -0,3 a +0,5% en peso.

La aleación conforme al invento, mediante la elección especial de la relación en peso de Mg : Si, conduce a un comportamiento de segregación (precipitación), extremadamente favorable para la ductilidad, de la fase eutéctica Mg_{2}Si, que está estructurada de una forma extremadamente fina y está distribuida uniformemente, lo cual a fin de cuentas se manifiesta en una ductilidad mejorada con respecto a aleaciones comparables de acuerdo con el estado de la técnica. Mediante el más alto contenido de hierro se puede utilizar además como base de la aleación un aluminio de menor pureza, con lo cual se reducen los costos de producción para la aleación. El contenido aumentado de hierro permite también disminuir la adición de manganeso, que se utiliza con el fin de disminuir la tendencia a la adherencia de la aleación en el molde de colada a presión. Para conseguir unas propiedades mecánicas óptimas, debería prestarse atención a que la desviación con respecto a la composición exacta, correspondiente al eutéctico casi binario, sea para el magnesio como máximo de -0,2 a +0,1% en peso y para el silicio como máximo de -0,1 a +0,2% en peso.

En el caso de una aleación de colada, que está compuesta de una manera óptima, el magnesio y el silicio están presentes en la aleación en lo esencial en una relación en peso de Mg : Si de 1,7 : 1, correspondiente a la composición del eutéctico casi binario.

La adición opcional de 0,1 a 0,4% en peso de níquel conduce a un mejoramiento adicional de las propiedades de desmoldeo o a la disminución de la tendencia a la adherencia, con lo cual el contenido de manganeso de la aleación se puede mantener junto al límite inferior del intervalo.

El contenido más alto de hierro y eventualmente de níquel, en comparación con la aleación conocida con anterioridad a partir del documento de solicitud de patente europea EP-A-0.792.380, tiene una influencia positiva sobre las propiedades mecánicas, puesto que las fases de Al_{12}(Mn,Fe)_{3}Si, que aparecen en estas aleaciones, están estructuradas de una forma manifiestamente más fina y están distribuidas en la estructura de una manera más uniforme.

Con la aleación conforme al invento se pueden cumplir todos los requisitos establecidos en lo que se refiere a la resistencia mecánica y a la ductilidad de una pieza componente de seguridad en el construcción de automóviles. después de haber llevado a cabo los siguientes tres tipos de tratamientos térmicos, A, B y C:

Tipo A:

Estado de colada, resistencia mecánica intermedia y buena ductilidad, no se necesita ningún tratamiento térmico,

Tipo B:

Máxima resistencia mecánica y ductilidad intermedia, se necesitan dos tratamientos térmicos

Tipo C:

Resistencia mecánica intermedia y ductilidad máxima, se necesita un tratamiento térmico.

Un tratamiento térmico del tipo A conduce a un límite de estiramiento Rp_{0,2} de hasta 180 Mpa y un alargamiento de rotura A5 de hasta 13%. Estas propiedades de resistencia mecánica y ductilidad no se pueden conseguir con las usuales aleaciones para colada a presión, reocolada y tixocolada en el estado de colada, es decir sin ningún tratamiento térmico.

Con un tratamiento térmico del tipo B, es decir con un recocido para solubilización y un endurecimiento estructural (por precipitación), se pueden conseguir unos valores de la resistencia mecánica, expresados por el límite de estiramiento Rp_{0,2}, de hasta 380 Mpa, lo cual no es posible con las aleaciones para colada a presión, reocolada y tixocolada, usuales en el comercio.

Con un tratamiento térmico de acuerdo con el tipo C mediante un recocido a temperaturas entre 380 y 460ºC con subsiguiente enfriamiento en aire, se puede prescindir de un adicional recocido para endurecimiento. Mediante la segregación o precipitación finamente dispersa de la fase Mg_{2}Si se efectúa una ductilización o deformación plástica ya a una temperatura de recocido de menos que 400ºC. La aleación de colada conforme al invento, en el estado de tratamiento térmico de acuerdo con el tipo C, es como consecuencia de ello una variante preferida en particular para piezas componentes con requisitos muy altos en cuanto al comportamiento de choque violento. Junto al hecho de que las piezas componentes, en el caso de un recocido a temperaturas por debajo de 400ºC en combinación con un enfriamiento en aire en reposo, presentan solamente poca deformación, mediante este recocido a una temperatura comparativamente baja se puede evitar una formación de burbujas como consecuencia de la porosidad gaseosa.

El recocido con deformación plástica del eutéctico a unas temperaturas situadas en torno a 500ºC, como es usual actualmente en el caso de aleaciones para colada a presión, reocolada y tixocolada del tipo AlSi, puede suprimirse para la consecución de propiedades de piezas componentes relevantes para el choque violento.

Tal como ya se ha mencionado, la aleación de colada conforme al invento se emplea de modo preferido para la colada a presión, la reocolada y la tixocolada.

El sector preferido de aplicaciones para la aleación de colada conforme al invento está situado en la producción de piezas componentes de grandes áreas y paredes delgadas con una alta capacidad de absorción para la energía cinética por deformación plástica. Estas propiedades corresponden a los requisitos establecidos a una pieza componente de seguridad en la construcción de automóviles, por lo que la aleación es apropiada en particular para la producción de las mencionadas piezas componentes de seguridad.

Otras ventajas, características y particularidades del invento se ponen de manifiesto a partir de la descripción subsiguiente de ejemplos preferidos de realización, así como con ayuda del dibujo; éste muestra en una representación simplificada en

- la Figura 1 la relación de Mg : Si en la aleación conforme al invento con límites de tolerancia.

En la representación de acuerdo con la Figura 1, la relación en peso óptima de Mg : Si de 1,7 : 1, correspondiente a la composición del eutéctico casi binario Al/Mg_{2}Si, se representa por la recta E, siendo el intervalo que aquí interesa para el contenido de magnesio de 3,0 a 7,0% en peso y para el contenido de silicio de 1,7 a 4,0% en peso. Los valores de tolerancia máximamente admisibles para el magnesio o bien para el silicio están definidos por las dos rectas A1 y A2, y los valores preferidos del límite de tolerancia están definidos por las rectas B1 y B2, estando situadas A1 y B1, en lo que se refiere a la composición eutéctica de las fases Al y Mg_{2}Si, por el lado del exceso de magnesio, y estando situadas A2 y B2 por el lado del exceso de silicio. La aleación de colada conforme al invento tiene su mayor intervalo de tolerancia en el lado de exceso de silicio.

Ejemplos

A partir de una aleación con la composición (% en peso)

Mg	Si	Mn	Ni	Fe	Ti
3,25	1,91	0,25	0,19	0,19	0,08

así como aluminio como resto y las impurezas debidas a la fabricación, individualmente como máximo 0,02%, en total como máximo 0,2%, se moldeó por colada en una máquina de colada a presión una pieza colada con un espesor de pared de 2,5 mm. A partir de la pieza colada se produjeron barras de probetas, y en éstas, después de haber llevado a cabo unos tratamientos térmicos correspondientes a los tipos A, B y C, se determinaron las propiedades mecánicas. Se llevaron a cabo los siguientes tratamientos térmicos:

Tipo A:

estado de colada, ningún tratamiento térmico

Tipo B:

recocido para solubilización a 540ºC durante 3 h, enfriamiento rápido con agua, endurecimiento estructural a 170ºC durante 8 h

Tipo C:

recocido a 390ºC durante 50 min, enfriamiento en aire en reposo.

Los resultados se recopilan en la siguiente Tabla. En este caso Rp0,2 significa el límite de alargamiento, Rm significa la resistencia a la tracción y A5 significa el alargamiento de rotura. En los casos de los valores medidos indicados, se trata de valores medios a partir de cinco mediciones individuales.

Tratamiento térmico	Rp0,2 [Mpa]	Rm [Mpa]	A5 [%]
Tipo A	186,2	324,6	12,0
Tipo B	355,8	430,2	4,1
Tipo C	110,3	240,2	16,5

Claims (6)

1. Aleación de colada del tipo AlMgSi, estando caracterizada la aleación porque contiene

magnesio de 3,0 a 7,0% en peso silicio de 1,7 a 4,0% en peso manganeso de 0,2 a 0,48% en peso hierro de 0,15 a 0,35% en peso titanio como máximo 0,2% en peso facultativamente además níquel de 0,1 a 0,4% en peso

así como aluminio como resto y las impurezas debidas a la fabricación, individualmente como máximo 0,02% en peso, en total como máximo 0,2% en peso, con la condición adicional de que el magnesio y el silicio en la aleación han de presentarse en una relación en peso de Mg : Si de 1,7 : 1 correspondiente a la composición del eutéctico casi binario con las fases sólidas Al y Mg_{2}Si, siendo la desviación con respecto a la composición exacta, correspondiente al eutéctico casi binario, para el magnesio de como máximo -0,5 a +0,3% en peso y para el silicio de -0,3 a +0,5% en peso.

2. Aleación de colada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la desviación desde la composición exacta, correspondiente al eutéctico casi binario, es para el magnesio como máximo de -0,2 a +0,1% en peso y para el silicio de -0,1 a +0,2% en peso.

3. Aleación de colada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el magnesio y el silicio en la aleación se presentan en lo esencial en una relación en peso de Mg : Si de 1,7 : 1 correspondiente a la composición del eutéctico casi binario.

4. Utilización de una aleación de colada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 para la colada a presión, la reocolada y la tixocolada.

5. Utilización de una aleación de colada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 para la producción de piezas componentes de grandes áreas y paredes delgadas, con una alta capacidad de absorción para la energía cinética por deformación plástica.

6. Utilización de una aleación de colada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, para la producción de una pieza componente como pieza componente de seguridad en la construcción de automóviles.