ES2260431T3

ES2260431T3 - Aleacion de aluminio con resistencia a la corrosion intergranular, metodos de fabricaion y uso.

Info

Publication number: ES2260431T3
Application number: ES02728917T
Authority: ES
Inventors: Baolute Ren
Original assignee: Alcoa Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2022-04-22
Also published as: AU2008202738B2; CZ20032467A3; US6602363B2; PL198792B1; BR0208080B1; CN1496417A; CY1107329T1; HUP0303218A3; ATE328131T1; DK1381700T3; HU226507B1; EP1381700B1; CA2438883C; JP2004520488A; HUP0303218A2; CN100549200C; BR0208080A; US20010032688A1; US6660107B2; CA2438883A1

Abstract

Una composición de aleación de aluminio, que comprende, en porcentaje en peso: entre 0, 05 y 0, 5% de silicio; una cantidad de hierro entre 0, 05% y 1, 0%; una cantidad de manganeso de hasta 2, 0%; menos de 0, 1% de zinc; hasta 0, 10% de magnesio; hasta 0, 10% de níquel; hasta 0, 5% de cobre; entre 0, 03 y 0, 50% de cromo; entre 0, 01 y 0, 35% de titanio, siendo el resto aluminio e impurezas inevitables; en la que la relación de manganeso a hierro se mantiene entre 2, 0 y 6, 0, y las cantidades de cromo y titanio se controlan de manera que la relación de cromo a titanio sea de entre 0, 25 y 2, 0.

Description

Aleación de aluminio con resistencia a la corrosión intergranular, métodos de fabricación y uso.

Campo de la invención

La presente invención está dirigida a una aleación de aluminio, a los procedimientos para producirla y a su uso y, en especial, a una aleación de aluminio que tiene cantidades controladas de hierro, manganeso, cromo y titanio y niveles controlados de zinc para resistencia a la corrosión, en particular, resistencia a la corrosión intergranular.

Técnica antecedente

En la técnica anterior se han desarrollado varias aleaciones de aluminio resistentes a la corrosión para uso en aplicaciones de tubos redondos y planos tales como intercambiadores de calor, en especial, condensadores. Algunas de estas aleaciones se describen en las patentes de EE.UU. n^{os}. 5.906.689 y 5.976.278, ambas expedidas a Sircar.

La patente U.S. nº. 5.906.689 ("patente 689") describe una aleación de aluminio que emplea cantidades de manganeso, titanio, niveles bajos de cobre, y zinc.

La patente U.S. nº. 5.976.278 ("patente 278") describe una aleación de aluminio que tiene cantidades controladas de manganeso, zirconio, zinc, niveles bajos de cobre, y titanio. La patente 278 difiere en varios aspectos de la patente 689, e incluye, a modo de ejemplo, niveles más altos de manganeso y el uso de zirconio.

Las dos patentes mencionadas están diseñadas para producir aleaciones de aluminio resistentes a la corrosión mediante control de su química. Una razón de la mejor resistencia a la corrosión de la aleación de la patente 689 es la de la reducción de la cantidad del compuesto intermetálico Fe_{3}Al, como se encuentra en aleaciones de la técnica anterior tales como AA3102. Sin embargo, si bien mejora su resistencia a la corrosión, esta aleación tiene un número reducido de compuestos intermetálicos y puede carecer de la capacidad de conformación necesaria en ciertas aplicaciones, por ejemplo, en la manufactura de montajes de intercambiadores de calor.

Las aleaciones de la patente 278 también pueden carecer, en ciertos casos, de capacidad de conformación como resultado de la presencia de compuestos intermetálicos aciculares que, por lo general, son de MnAl_{6}.

La patente U.S. nº. 4.339.510 describe una aleación de soldadura fuerte basada en Al que, esencialmente, consiste en hasta 2% de cobre, de 0,01 a 0,08% de titanio, que opcionalmente incluye de 0,01 a 0,05% de zirconio, de 0,05 a 0,5% de manganeso y de 0,05 a 0,5% de cromo.

La patente U.S. nº. 4.039.298 describe un material compuesto de aluminio para soldadura fuerte en el que la aleación del núcleo consiste esencialmente en de 1 a 1,5% de manganeso, de 0,1 a 0,4% de cromo, de 0,1 a 0,4% de cobre, de 0,01 a 0,6% de silicio, de 0,01 a 0,7% de hierro, siendo el resto, esencialmente, aluminio; y la aleación de soldadura fuerte del plaqueado consiste, esencialmente en de 4 a 14% de silicio, de 0,005 a 0,2% de bismuto, siendo el resto, esencialmente, aluminio.

La patente U.S. nº. 4.828.794 describe una aleación de base aluminio para uso en intercambiadores de calor soldados por soldadura fuerte, que esencialmente consiste en de 0,11 a 0,30% de titanio, de 0,3 a 1,5% de manganeso, de 0,4 a 0,6% de cobre, hasta 0,7% de hierro, hasta 0,8% de silicio, hasta 1,5% de magnesio, siendo el resto aluminio.

En respuesta a estas limitaciones, se han propuesto aleaciones de aluminio mejoradas en la solicitud número 09/564.053, presentada el 3 de mayo de 2000, que está basada en la solicitud provisional número 60/171.598, presentada el 23 de diciembre de 1999, y en la solicitud número 09/616.015, presentada el 13 de julio de 2000. En estas aleaciones mejoradas, la distribución de compuestos intermetálicos es mejor y la química de las partículas intermetálicas está controlada, para lograr una capacidad de conformación, una resistencia a la corrosión, una capacidad para ser trabajadas en caliente y una capacidad para soldadura fuerte mejoradas. Estas aleaciones también presentan una estructura de grano fino en el producto trabajado, en particular en aleaciones empleadas en estructuras de pared delgada tales como tubos planos o de multicanales. Al aumentar el número de granos mediante un tamaño de grano fino, el paso por el grano es más tortuoso y se dificulta la corrosión a lo largo de los bordes de grano.

Sin embargo, todavía, estas aleaciones mejoradas tienen inconvenientes en cuanto a que el desgaste del molde es mayor y a que se necesitan unas presiones de trabajo más altas. En ciertas aplicaciones, las aleaciones presentan unas tensiones de deslizamiento altas, la extrusión es más difícil y aumenta el desgaste del molde de extrusión.

Si bien estas aleaciones de aluminio mejoradas presentan una resistencia a la corrosión excelente en condiciones del ensayo SWAAT, la corrosión intergranular en los bordes de grano sigue siendo en mecanismo de corrosión predominante y la corrosión puede ser un problema a pesar de la química de partículas intermetálicas preferida y el tamaño de grano fino. La corrosión intergranular puede ser particularmente problemática una vez que se ha unido el tubo por soldadura fuerte junto con material de aletas en un montaje de condensador o similar. Primero, el montaje de tubo y aletas puede crear una célula galvánica debido a la diferencia de potencial entre la aleta, de una composición, y el tubo que tiene otra composición, y se puede producir corrosión galvánica. Segundo, la diferencia de potencial entre ciertos materiales de aletas y el tubo puede ser significativa y, en estos casos, un tubo que es particularmente susceptible a la corrosión intergranular se puede degradar rápidamente. Tal degradación puede dar por resultado una rotura prematura del dispositivo montado. Este problema puede ser especialmente dificultoso cuando el tubo es un tubo de pared delgada, por ejemplo, un tubo de múltiples microcanales de un condensador. Con espesores de pared delgados y un mecanismo de corrosión intergranular, la corrosión galvánica a lo largo de los bordes de grano puede comprometer la integridad de la pared hasta el punto que se rompe el tubo, debiendo reemplazarse todo el montaje del condensador.

Otros problema con estas aleaciones mejoradas es que, en algunos casos, el producto trabajado o extruido adicionalmente se debe trabajar o estirar en frío para cumplir con las limitaciones dimensionales del producto. Este trabajo en frío añadido imparte una energía almacenada más alta a la matriz del material, y esta energía adicional se manifiesta en sí como granos agrandados durante un posterior ciclo de soldadura en caliente. Consecuentemente, aunque estos materiales están diseñados para que tengan un tamaño de grano fino con el fin de controlar la corrosión intergranular, la producción de un tamaño de grano fino en el producto presoldado en caliente no siempre asegura que el material tenga una protección a la corrosión adecuada en su estado de montaje final.

A la luz de estos problemas, hay necesidad de proporcionar aleaciones de aluminio con una resistencia a la corrosión mejorada y menos sensibles al tamaño de grano. La presente invención resuelve esta necesidad al proporcionar una aleación de aluminio que emplea cantidades controladas de hierro, manganeso, cromo y titanio, con lo que el potencial electrolítico de los bordes de grano casa bien con el del material de la matriz y se minimiza la corrosión preferente a lo largo de los bordes de grano. Este ajuste de potenciales proporciona una fuerte protección en situaciones en las que incluso está presente la corrosión galvánica, esto es, los bordes de grano no se corroen preferentemente con respecto al material de la matriz y el material se corroe de manera más homogénea.

Sumario de la invención

Es un primer objetivo de la presente invención proporcionar una aleación de aluminio mejorada que presente una excelente resistencia a la corrosión, no tenga la corrosión intergranular como principal mecanismo de corrosión y que sea menos sensible a los requerimientos de un tamaño de grano fino para el control de la corrosión.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una aleación de aluminio que utilizan cantidades o niveles controlados de hierro, manganeso, cromo, zinc y titanio.

Otro objetivo de la invención es un procedimiento para usar las aleaciones de aluminio como componentes en aplicaciones de soldadura fuerte, por el que los potenciales electroquímicos similares de la matriz y los bordes de grano de los componentes minimizan la corrosión a lo largo de los bordes de grano, en particular en situaciones en que puede estar presente corrosión galvánica. Los componentes pueden ser chapa delgada, tubos, etc.

Otro objetivo más de la invención es un procedimiento para hacer una aleación de aluminio en la que la relación de manganeso a hierro, la relación de cromo a titanio y los niveles de zinc se controlan durante la etapa de producción para reducir la susceptibilidad de la aleación a la corrosión a lo largo de los bordes de grano cuando se pone en servicio.

Otros objetivos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a medida que se considere su descripción.

Al satisfacer los objetivos y ventajas anteriores, la presente invención es una mejora de la vida en servicio de aleaciones de aluminio que usan niveles bajos de cobre, y manganeso, hierro, zinc, titanio y zirconio como elementos de aleación para lograr resistencia a la corrosión, capacidad de soldadura fuerte, capacidad de conformación y capacidad de ser trabajadas en caliente. La aleación de aluminio inventiva esencialmente consiste en, en porcentaje en peso:

: entre aproximadamente 0,05 y 0,5% de silicio;

: una cantidad de hierro entre aproximadamente 0,05% y hasta 1,0%;

: una cantidad de manganeso de hasta aproximadamente 2,0%;

: menos de 0,1% de zinc;

: hasta aproximadamente 0,1% de magnesio;

: hasta aproximadamente 0,10% de níquel;

: hasta aproximadamente 0,5% de cobre,

: entre aproximadamente 0,03 y 0,50% de cromo;

: entre aproximadamente 0,03 y 0,035% de titanio;

: siendo el resto aluminio e impurezas inevitables,

en la que la relación de manganeso a hierro se mantiene entre aproximadamente 2,0 y aproximadamente 6,0 y las cantidades de cromo y titanio se controlan de manera que la relación de cromo a titanio varía entre 0,25 y
2,0.

En realizaciones más preferentes, la composición de la aleación puede variar en términos de las cantidades de manganeso, hierro, cromo, titanio, niveles de cobre y zinc como sigue:

La cantidad de titanio puede variar entre aproximadamente 0,06 y 0,30%, más preferiblemente entre aproximadamente 0,08 y 0,25%. La cantidad de cromo varía entre aproximadamente 0,06 y 0,30%, más preferiblemente entre aproximadamente 0,08 y 0,25%. Los niveles de zinc pueden ser inferiores a 0,06% y la relación de cromo a titanio puede variar entre aproximadamente 0,5 y 1,5.

La invención también abarca el uso de la aleación en aplicaciones de soldadura fuerte, en particular como parte de la manufactura de montajes de intercambiadores de calor. La aleación es particularmente efectiva en montajes en los que la aleación se emplea como tubería, redonda, plana u otra, y se une por soldadura fuerte a materiales disimilares tales como aletas, cabezas colectoras u otros componentes de intercambiadores de calor.

Al hacer la aleación, la composición se controla de manera que cada una de las cantidades de manganeso a hierro y las cantidades de cromo y titanio se ajusten a las proporciones reivindicadas.

La composición de la aleación se puede convertir en cualquier artículo usando procesos de colada, homogeneización, trabajado en caliente/frío, tratamiento térmico, operaciones de envejecimiento, etc. Los artículos se pueden usar asimismo en combinación con otros artículos o componentes.

Breve descripción de los dibujos

Se hace referencia ahora a los dibujos de la invención.

La Fig. 1 es un gráfico que compara la densidad de corriente frente al tiempo y el potencial frente al tiempo para una composición de aleación de aluminio que tiene zinc y titanio y diferentes materiales de aletas.

La Fig. 2 es un gráfico que compara la densidad de corriente frente al tiempo y el potencial frente al tiempo para una composición de aleación de aluminio que tiene cromo y titanio y diferentes materiales de aletas.

La Fig. 3 es una micrografía que reproduce la configuración de corrosión intergranular de una aleación de la técnica anterior.

Y la Fig. 4 es una micrografía que reproduce la corrosión homogénea de una aleación de acuerdo con la invención.

Descripción de las realizaciones preferentes

La presente invención ofrece ventajas significativas en el campo de aleaciones de aluminio resistentes a la corrosión y, en particular, de las usadas para hacer tubos, tanto redondos como planos, para aplicaciones en intercambiadores de calor tales como los usados en vehículos, por ejemplo, condensadores, y para otros usos, por ejemplo, acondicionadores de aire, refrigeradores, etc.

La presente invención se desvía de los métodos de la técnica anterior en cuanto a una química controlada de los compuestos intermetálicos y unos tamaños de grano finos buscados para inhibir la resistencia a la corrosión. Las aleaciones inventivas utilizan cantidades y relaciones de elementos de aleación para que casen el potencial electroquímico de la matriz de la aleación y el de los bordes de grano. Especificando/controlando las cantidades de los elementos de aleación y su proporción relativa, se puede mantener un equilibrio entre el potencial electroquímico de la matriz y el de los bordes de grano, esto es, se minimiza la diferencia entre el potencial de corrosión de los bordes de grano y el de la matriz. Con este equilibrio, no se activa la acción de una celda local en los bordes de grano, o se reduce significativamente o minimiza la activación. Este ajuste mutuo de los potenciales mejora significativamente el comportamiento en servicio de la tubería cuando se monta en dispositivos que exponen inherentemente la tubería a un medio que conduce a la corrosión, y es particularmente efectivo frente a ambientes en los que la corrosión galvánica puede ser un problema. La invención también reduce la necesidad de tener un tamaño de grano fino y una química correcta de partículas en la aleación, como es el caso en aleaciones de la técnica
anterior.

Otro rasgo de la invención es que el control del potencial de corrosión de los bordes de grano y la matriz aminora la sensibilidad del material al tamaño de grano y el requerimiento de un cierto porcentaje de compuestos intermetálicos. Esto es, puesto que se reduce o elimina el ataque intergranular en los bordes de grano, el material puede tener un tamaño de grano mayor sin perder resistencia a la corrosión. Esta tolerancia de un tamaño de grano mayor es significativa en aplicaciones en las que el material acabado puede ser sometido a trabajo en frío adicional, por ejemplo, a estiramiento. En tales procedimientos, aunque el tamaño de grano aumente como resultado del estiramiento, la aleación resiste una corrosión localizada en los bordes de grano en vez de corroerse de modo más general u homogéneo. Al disminuir la necesidad de tener un tamaño de grano fino, es también menos crítico el corolario de tener un número de compuestos intermetálicos finos para controlar el tamaño de grano durante el procesamiento y/o las condiciones de manufactura, por ejemplo, en la extrusión o los ciclos de soldadura fuerte. Consecuentemente, el control de la composición de la aleación de acuerdo con la invención ofrece no sólo mejoras significativas en la corrosión, sino también facilita el control del tamaño de grano y la química necesaria para las aleaciones de la técnica anterior. Consecuentemente, la aleación es más fácil de ser trabajada, en particular para obtener artículos tales como tubos de uso en montajes tales como intercambiadores de
calor.

La invención es una mejora de composiciones detalladas en las solicitudes pendientes de tramitación con la presente n^{os}. 09/564.053 y 09/616.015. La aleación de aluminio de la invención es una mejora en cuanto a que los niveles de zinc, cromo y titanio se controlan ahora junto con el control de la relación de manganeso a hierro, como se describe en la solicitud pendiente 09/564.053.

La aleación de la presente invención consiste esencialmente, en porcentaje en peso, de

: entre aproximadamente 0,05 y 0,5% de silicio,

: una cantidad de hierro de entre aproximadamente 0,05 y hasta 1,0%,

: una cantidad de manganeso de hasta aproximadamente 2,0%,

: menos de aproximadamente 0,1% de zinc, esto es, a nivel de impureza,

: hasta aproximadamente 0,10% de magnesio,

: hasta aproximadamente 0,10% de níquel,

: hasta aproximadamente 0,5% de cobre,

: entre aproximadamente 0,03 y 0,50% de cromo,

: entre aproximadamente 0,03 y 0,35% de titanio,

: siendo el resto aluminio e impurezas inevitables,

Las relaciones más preferidas de cromo a titanio varían de 0,5 a 1,5, siendo más preferidas las de 0,8 a 1,2.

En cuanto a las cantidades porcentuales en peso de cromo y titanio, los intervalos preferidos de titanio son de entre aproximadamente 0,06 y aproximadamente 0,30%, ambas inclusive, más preferidos de entre 0,08 a 0,25%, aún más preferidos de entre 0,10 a 0,20%. Análogamente, los intervalos de cromo preferidos son de entre aproximadamente 0,06 y 0,30%, más preferidos de entre 0,08 y 0,25% y, aún más preferidos, de entre aproximadamente 0,10 a 0,20%. Las cantidades de cromo y titanio se ajustan para cumplimentar las relaciones especificadas
antes.

Otras preferencias incluyen la especificación de que el umbral inferior de la relación Mn/Fe sea de 2,25 o incluso 2,5.

El umbral superior de la relación Mn/Fe puede variar de 6,0, indicado antes, o un límite superior preferido de 5,0, a uno más preferido de 4,0 o incluso a uno aún más preferido de aproximadamente 3,0.

En términos de las cantidades porcentuales en peso de manganeso y hierro, el límite superior preferido de hierro es de aproximadamente 0,7% inclusive, más preferiblemente de aproximadamente 0,5 inclusive, aún más preferiblemente de aproximadamente 0,4%, 0,3% y 0,2% inclusive. De modo preferido, las cantidades totales de hierro y manganeso conjuntamente son de más de aproximadamente 0,30%.

Análogamente, el umbral superior de contenidos de manganeso preferido es de 2,0% según se ha mencionado antes a un valor más preferido de aproximadamente 1,5% y, aún más preferido de aproximadamente 0,75%, de 0,7%, de 06%, de 0,5% o incluso de más de 0,4%.

Un límite inferior del hierro preferido es 0,10%. El límite inferior más preferido de manganeso es de aproximadamente 0,5%.

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Otro intervalo preferido para el hierro es de entre aproximadamente 0,07% y 0,3%, siendo el del manganeso de entre aproximadamente 0,5 y 1,0%.

La cantidad de zinc se considera que es una cantidad de impureza; el zinc no se emplea a niveles efectivos cuando se controla el cromo y el titanio. Una cantidad impureza se fija a aproximadamente 0,10%, pero el nivel de zinc puede ser estrechamente controlado a niveles de menos de 0,08%, de menos de 006% e incluso a menos de 0,05%, por ejemplo a 0,02% o 0,03%. En esta cuestión, la invención difiere significativamente de las aleaciones de la técnica anterior para las que se cree que el zinc es un factor importante en cuanto a su contribución de las propiedades globales de esta aleaciones de una vida en servicio prolongada. Como se verá más adelante, la presencia de zinc puede ser efectiva en el control de la corrosión en condiciones similares a las encontradas en el ensayo SWAAT. Sin embargo, se cree que la presencia de zinc contribuye a la corrosión intergranular en estas aleaciones que contienen zinc, y la corrosión a lo largo de los bordes de grano puede manifestarse a velocidades de corrosión altas en condiciones propicias, por ejemplo, corrosión galvánica.

Con el control de hierro, manganeso, cromo y titanio, la aleación es más tolerable en cuanto a las cantidades de cobre. Esto es, en la técnica anterior se creía que se debían minimizar los niveles de cobre. Sin embargo, alterando el mecanismo principal de corrosión de uno intergranular a uno que afecta de forma similar tanto a la matriz como a los bordes de grano, los niveles de cobre pueden elevarse hasta aproximadamente 0,5%, más preferiblemente hasta, 0,35%, hasta 0,20%, hasta 0,1%, hasta 0,5%. El objetivo es asegurar que el contenido de cobre sea tal que el cobre presente en la aleación esté en solución y no en una cantidad que cause que el cobre precipite (los compuestos intermetálicos son indeseables para la resistencia a la corrosión).

La invención abarca también la producción de artículos usando la composición de la aleación inventiva mediante métodos de fusión y colada conocidos en la técnica. Durante la fusión y/o colada, la composición de aleación se controla de manera que se consigan las cantidades y proporciones adecuadas de manganeso y hierro y de cromo y titanio. También se controlan los niveles de zinc, como se ha detallado antes. Una vez que se ha fundido y colado la aleación apropiada, la forma colada se puede transformar en un artículo o dispositivo usando técnicas de procesamiento convencionales.

Un uso preferido de la composición inventiva es el procesamiento de la aleación de aluminio en tubos para aplicación en intercambiadores de calor. Frecuentemente, este tubo se hace por extrusión de un material colado o de material trabajado, tal como una palanquilla. La palanquilla se somete a una calentamiento apropiado para extrusión y se trata térmicamente o se templa/envejece de la forma apropiada dependiendo de las propiedades finales deseadas. El tubo se puede luego montar con otros accesorios, por ejemplo, cabezales colectores, aletas, etc. y someterlo a un ciclo de soldadura fuerte para unir las varias piezas como un montaje unitario.

La aleación inventiva es particularmente deseable cuando se monta con otros materiales que pueden dar origen a efectos de corrosión galvánica. De esta manera, la aleación inventiva, se use como tubo redondo o plano, o como chapa fina u otro producto conformado, se corroe de forma más homogénea que los artículos de la técnica anterior cuya química es susceptible de corrosión intergranular. Por ejemplo, el material de las aletas que se une por soldadura fuerte al tubo en un conjunto intercambiador de calor puede crear una celda galvánica con el tubo en ciertas condiciones corrosivas. Empleando una química de aleaciones que reduce o elimina la diferencia de potencial entre los bordes de grano y la matriz, los efectos de la corrosión intergranular se reducen considerablemente y la aleación se corroe de forma general u homogénea. Esta corrosión homogénea da por resultado un deterioro global de la superficie del material, y se evita una corrosión rápida y localizada a lo largo de los bordes de grano y el consiguiente fallo del
tubo.

Si bien la aleación inventiva preferiblemente se usa en procesos de extrusión para hacer tubos, en particular procesos de extrusión diseñados para producir tubos para intercambiadores de calor, la aleación se puede convertir también en productos de chapa delgada u otras formas y usarse en aplicaciones en las que la capacidad de conformación es importante.

Junto con la invención, se realizaron investigaciones con varias aleaciones de aluminio, centradas en el problema de la corrosión intergranular. La Tabla 1 presenta elementos de una serie de materiales experimentales. Sólo se dan los elementos hierro, manganeso, cromo, zinc y titanio, puesto que se considera que son esos elementos los que afectan a las propiedades de la aleación de aluminio para las aplicaciones previstas. Los otros elementos, como silicio, cobre, níquel, impurezas y el resto de aluminio hasta el total, están dentro de los intervalos considerados
antes.

TABLA I Composición de materiales experimentales*

Aleación	Fe	Mn	Cr	Zn	Ti
1	0,54	0,01	0,005	0,02	0,01
2	0,21	0,70	0,001	0,02	0,02
3	0,21	0,71	0,001	0,02	0,17
4	0,20	0,70	0,001	0,18	0,03
5	0,13	0,52	0,11	0,03	0,02
6	0,14	0,53	0,12	0,32	0,03
7	0,16	0,59	0,001	0,17	0,12
8	0,16	0,60	0,001	0,17	0,15
9	0,14	0,52	0,11	0,03	0,10
10	0,15	0,53	0,11	0,31	0,10
11	0,19	0,68	0,005	0,18	0,14
12	0,24	0,68	0,001	0,16	0,15
* \begin{minipage}[t]{157mm}La composición de la aleación no describe los niveles de silicio, cobre, níquel, restos hasta el total de aluminio u otras impurezas.\end{minipage}

Las cantidades de los elementos de aleación varían en las aleaciones 1-12 de la Tabla I. Por ejemplo, la Aleación 1 difiere de las Aleaciones 2-12 en cuanto a la relación de manganeso a hierro, representando la Aleación 1 una típica aleación AA1100. La Aleación 1 tiene un contenido de hierro alto y bajo de manganeso para producir una relación Mn/Fe baja, mientras que las Aleaciones 2-12 tienen un contenido de hierro más bajo y un contenido de manganeso más alto para que la relación Mn/Fe sea más alta. Por ejemplo, la Aleación 2 tiene una relación Mn/Fe de 3:3. Por lo general, la relación Mn/Fe se mantiene igual para las Aleaciones 2-12 (aproximadamente entre 3,0 y 4,0) y no se restablece luego para las Aleaciones 3-12. Los cambios de las cantidades de cromo, zinc y titanio de la Tabla I indicadas posteriormente están basados en los niveles encontrados en la Aleación 1, que esencialmente está exenta de cromo, zinc y titanio. Esto es, una aleación que fuera similar a la Aleación 1 pero con una adición de cromo se describiría como que tiene una cantidad de cromo. Los siguiente describe la presencia de elementos de aleación en términos de cada una de las Aleaciones 1-12.

(1): baja relación manganeso a hierro, sin cromo, zinc ni titanio;

(2): alta relación de manganeso a hierro, siendo aproximadamente los mismos los niveles de las impurezas cromo, zinc y titanio que los de la Aleación 1;

(3): sin cromo, sin zinc, una cantidad de titanio;

(4): sin cromo, una cantidad de zinc, sin titanio;

(5): una cantidad de cromo, sin zinc, sin titanio;

(6): una cantidad de cromo, una cantidad de zinc, sin titanio;

(7): sin cromo, una cantidad de zinc y una cantidad de titanio;

(8): similar a la Aleación 7, sin cromo, cantidades de zinc y titanio, siendo el titanio algo más alto que en la Aleación 7;

(9): una cantidad de cromo, sin zinc, una cantidad de titanio;

(10): una cantidad de cromo, una cantidad de zinc, una cantidad de titanio;

(11): sin cromo, cantidades de zinc y titanio;

(12): similar a la Aleación 11, sin cromo, cantidades de zinc y titanio.

Cada una de las Aleaciones 1-12 se sometió a ensayo de corrosión SWAAT de acuerdo con ASTM G85 A3. Puesto que este procedimiento de ensayo de corrosión es bien conocido, no se cree que sea necesaria una descripción de sus particularidades para comprender la investigación. Los resultados de los ensayos para dos períodos de tiempo diferentes, por ejemplo, 20, 30 y 40 días, se presentan en la Tabla II.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 2 Resultados de corrosión (número de muestras pasadas de SWAAT*)

Aleación	20 días	30 días	40 días
1	0	0	0
2	5	1	1
3	5	4	3
4	5	5	3
5	5	4	3
6	1	0	0
7	5	5	1
8	5	5	5
9	5	4	5
10	5	5	3
11	5	5	4
12	5	5	4
* \begin{minipage}[t]{157mm}El ensayo SWAAT se realizó de acuerdo con ASTM G85 A3. Después de cada período de exposición, las muestras se ensayaron a la presión de 1,40 kg/cm^{2}.\end{minipage}

\vskip1.000000\baselineskip

La Tabla II evidencia que las aleaciones que tienen una relación Mn/Fe baja no proporcionan una resistencia a la corrosión aceptable. La Aleación I ha dado unos resultados totalmente inaceptables en el ensayo SWAAT. Esto es debido al hecho de que los compuestos intermetálicos son principalmente FeAl_{3}, compuestos intermetálicos que exacerban la corrosión debido a la diferencia de su potencial electrolítico con el de la matriz de aluminio.

Otra conclusión de la consideración de la Tabla II se obtiene cuando se comparan las aleaciones en términos de la presencia o ausencia de los elementos cromo, zinc y titanio. La Aleación 2, que no tienen cromo, zinc ni titanio, proporciona una mala resistencia a la corrosión.

Cada una de las aleaciones 3, 4 y 5 usa sólo uno de los elementos cromo, zinc y titanio. Considerando el número de pasadas durante 40 días, la Aleación 5, que sólo contenía cromo, o la Aleación 4 que sólo contenía zinc, o la Aleación 3 que sólo contenía titanio, producían una resistencia marginal a la corrosión, esto es, de sólo 3 de 5 pasadas. Esto indica que uno cualquiera de estos elementos solo no proporciona una óptima resistencia a la corrosión.

La aleación 6 es similar a la Aleación 5, pero contiene también zinc. El ensayo SWAAT revela que esta combinación es particularmente mala en cuanto a la resistencia a la corrosión. Esto es, si bien el cromo dio resultados marginales en la Aleación 5, la adición de zinc produjo una pérdida significativa de la resistencia a la corrosión, y es evidente que el zinc es un mal factor cuando se usa la relación preferida de Mn/Fe y cromo.

La aleación 7, que tiene sólo zinc y titanio, tiene también una mala resistencia a la corrosión; sólo una probeta de ensayo pasó después de 40 días de ensayo.

La Aleación 8 revela que niveles más elevados de titanio que los de la Aleación 7 intensifican la resistencia a la corrosión. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las Aleaciones 7 y 8 son representativas de la mentalidad de la técnica anterior en cuanto al uso de zinc como elemento de aleación. Como se explicará posteriormente, si bien la Aleación 8 tiene una buena resistencia a la corrosión en el ensayo SWAAT, predomina un mecanismo de corrosión intergranular en condiciones de corrosión galvánica. Consecuentemente, este tipo de composición no proporciona una resistencia a la corrosión consistente en todas las condiciones.

La Aleación 9 emplea cromo y titanio, pero no zinc, siendo la Aleación 10 similar a la Aleación 9 pero con zinc. Comparando las Aleaciones 9 y 10, resulta evidente que un contenido de cromo y de titanio, sin contenido alguno de zinc, proporciona una excelente resistencia a la corrosión en condiciones de SWAAT. El efecto perjudicial de zinc para la Aleación 10 es consistente con el efecto del zinc en la Aleación 6. Lo que es más importante, como está plasmado en las micrografías posteriores, la Aleación 9 presenta un comportamiento de corrosión homogénea, lo que se diferencia mucho con el de las aleaciones de la técnica anterior, por ejemplo, las Aleaciones 7 y 8, que presentan un mecanismo de corrosión intergranular.

Las Aleaciones 11 y 12 son similares a las Aleaciones 7 y 8 en cuanto a que presentan una buena resistencia a la corrosión en el ensayo SWAAT. Nuevamente, usando zinc y titanio, estas Aleaciones presentan un mecanismo de corrosión intergranular, y no se comportan satisfactoriamente cuando se someten a corrosión galvánica.

Considerando ahora las Figuras 1 y 2 y las Aleaciones 7-12, se realizaron estudios de investigación sobre los efectos de la corrosión intergranular cuando se alteraron las composiciones en cuanto a zinc y cromo. La Fig. 1 presenta la sensibilidad de la aleación de aluminio que contiene niveles de zinc y titanio en presencia de material de aletas. Cuando la aleación de aluminio que contiene zinc y titanio se acopla con un material de aletas, existe una pequeña densidad de corriente galvánica, y la combinación de los dos tiene buena resistencia a la corrosión, siendo mínima la corrosión. Sin embargo, cuando se acopla con la aleación de aluminio que contiene zinc y titanio otro material de aletas, se generan grandes densidades de corriente y la resistencia a la corrosión no es buena. Además, puesto que la aleación de aluminio que contiene zinc y titanio se corroe principalmente en los bordes de grano, la corrosión es especialmente mala en aplicaciones de tubos de pared delgada. Las aleaciones de aluminio Zn-Ti de la Fig. 1 son similares a las Aleaciones 7, 8, 11 y 12 de las Tablas I y II.

La Fig. 2 demuestra el descubrimiento del aspecto crítico de minimizar el contenido de zinc, mientras que, simultáneamente, la aleación de aluminio tiene contenidos suficientes de cromo y titanio así como cantidades apropiadas de hierro y manganeso. En esta Figura se emplea una aleación de aluminio que tiene cromo y titanio, y no zinc y titanio como se usa en la Fig. 1. La Figura 2 demuestra claramente que la corriente galvánica generada entre el tubo en que se usa cromo y titanio y otro tipo de material de aletas es casi la misma. Si bien todavía se produce corrosión con la aleación de aluminio que contiene cromo y titanio, la corrosión se produce de manera mucho más homogénea, no intergranularmente como es el caso con las aleaciones de aluminio Zn-Ti de la Fig. 1. A causa de la corrosión mucho más homogénea, se reducen los fallos de los intercambiadores de calor por efecto de la corrosión a través del espesor de la pared de tubos de pared delgada.

El contraste entre la corrosión homogénea de la aleación de aluminio que contiene cromo y titanio y la corrosión intergranular de la aleación de aluminio que contiene zinc y titanio se ilustra más en las Figs. 3 y 4. La Fig. 3 es una micrografía de la aleación de aluminio que contiene zinc y titanio, que presenta una severa corrosión intergranular. Por contraste, la Fig. 4, que ilustra la aleación de aluminio que contiene cromo y titanio, presenta una corrosión mucho más homogénea. Estas micrografías conforman que el uso de cromo con titanio así como las relaciones de manganeso y hierro proporcionan, inesperadamente, una aleación de aluminio significativamente mejorada en términos de resistencia a la corrosión, en particular, de resistencia a la corrosión intergranular.

En resumen, el ensayo SWAAT y las observaciones de las muestras reales que se ensayaron revelan claramente que, para minimizar la cuantía de la corrosión en bordes de grano, es importante al menos el control de los niveles de zinc, cromo y titanio. Unos niveles altos de zinc son perjudiciales. Los elementos cromo y titanio en sí son insuficientes para proporcionar una resistencia a la corrosión excelente. Sin embargo, cantidades de cromo y titanio con zinc a niveles de impureza, por ejemplo, de menos de 0,1% o menos como se ha detallado antes, producen una aleación de aluminio que tiene una excelente resistencia a la corrosión. Como se ha señalado antes, se cree que esta resistencia a la corrosión se logra ajustando mutuamente el potencial electrolítico de la matriz y el de los bordes de grano de manera que ninguna de estas zonas, en particular los bordes de grano, sean sitios preferidos de corrosión.

La invención incluye también un procedimiento para producir la aleación de aluminio controlando al menos los niveles de hierro, manganeso, cromo, zinc y titanio para satisfacer los intervalos y relaciones descritas antes. El procedimiento incluye proporcionar un baño fundido de aluminio o aleación de aluminio y ajustar la composición según se hace en la técnica de manera que la aleación tenga la composición diana cuando se haya colado o haya solidificado.

Una vez que se ha colado la aleación inventiva, se puede procesar convencionalmente para formar cualquier artículo que requiriera una o más de las propiedades de resistencia a la corrosión, capacidad de soldadura fuerte, capacidad para trabajarlo en caliente y capacidad de conformación. Una aplicación preferida de la aleación es la producción de tubos, típicamente por extrusión o por trabajado en caliente. El tubo se puede emplear en aplicaciones de intercambiadores de calor en los que el tubo se conjunta con otros componentes del intercambiador de calor y se somete a una operación de soldadura fuerte para asegurar que los varios componentes del intercambiador de calor formen una estructura integral. La aleación de la invención es especialmente útil en estas aplicaciones, puesto que la aleación tiene una buena capacidad para ser trabajada en caliente para el proceso de extrusión, buena capacidad de conformación para operaciones de manufactura tales como las etapas de expansión para el proceso de montaje del condensador, buena capacidad de la soldadura fuerte para la operación de soldadura fuerte y buena resistencia a la corrosión.

Como tal, la invención se ha descrito en términos de algunas de sus realizaciones preferentes, que satisfacen cada uno de los objetivos de la presente invención según se ha presentado antes, y proporciona una nueva y mejorada aleación de aluminio, artículos hechos con la aleación y un procedimiento para producir y usar artículos de aleación de aluminio hechos de la aleación de aluminio.

Claims

1. Una composición de aleación de aluminio, que comprende, en porcentaje en peso: entre 0,05 y 0,5% de silicio; una cantidad de hierro entre 0,05% y 1,0%; una cantidad de manganeso de hasta 2,0%; menos de 0,1% de zinc; hasta 0,10% de magnesio; hasta 0,10% de níquel; hasta 0,5% de cobre; entre 0,03 y 0,50% de cromo; entre 0,01 y 0,35% de titanio, siendo el resto aluminio e impurezas inevitables; en la que la relación de manganeso a hierro se mantiene entre 2,0 y 6,0, y las cantidades de cromo y titanio se controlan de manera que la relación de cromo a titanio sea de entre 0,25 y 2,0.

2. La aleación de la reivindicación 1, en la que el contenido de hierro es de 0,05 a 0,7%.

3. La aleación de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la cantidad de titanio es de entre 0,06 y 0,30% y la cantidad de cromo es de entre 0,06 y 0,30%.

4. La aleación de la reivindicación 3, en la que la cantidad de titanio es de entre 0,08 y 0,25 y la cantidad de cromo es de entre 0,08 y 0,25%.

5. La aleación de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los niveles de zinc son menores que 0,06%.

6. La aleación de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la relación de cromo a titanio es de entre 0,5 y 1,5.

7. Un artículo hecho con la aleación de cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

8. El artículo de la reivindicación 7, artículo que es un tubo.

9. Un intercambiador de calor que tiene un tubo unido por soldadura fuerte a material de aletas, que comprende un tubo hecho de la aleación de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6.

10. Un procedimiento para hacer una aleación de aluminio resistente a la corrosión, en el que se funde una aleación y al menos se cuela para obtener una pieza que comprende, en porcentaje en peso:

: entre 0,05 y 0,5% de silicio;

: una cantidad de hierro entre 0,05 y 1,0%;

: una cantidad de manganeso de hasta 2,0%;

: una cantidad de zinc;

: hasta 0,10% de magnesio;

: hasta 0,10% de níquel;

: hasta 0,5% de cobre;

: hasta 0,50% de cromo;

: entre aproximadamente 0,03 y 0,35% de titanio,

: siendo el resto aluminio e impurezas inevitables,

en el que la relación de manganeso a hierro se mantiene entre 2,0 y 6,0 y las cantidades de cromo y titanio se controlan de manera que la relación de cromo a titanio sea de entre 0,25 y 2,0.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la cantidad de titanio es de entre 0,06 y 0,30%, y la cantidad de cromo es de entre 0,06 y 0,30%.

12. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la cantidad de titanio es de entre 0,08 y 0,25%, y la cantidad de cromo es de entre 0,08 y 0,25%.

13. El procedimiento de la reivindicación 10, 11 o 12, en el que el nivel de zinc se controla a menos de 0,06%.

14. El procedimiento de la reivindicación 10, 11, 12 o 13, en el que la pieza colada se transforma en tubo.

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15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el tubo se monta con material de aletas para hacer un intercambiador de calor.

16. Un procedimiento para hacer un intercambiador de calor según la reivindicación 9, en el que una pluralidad de tubos que tienen una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 se une por soldadura fuerte a unas aletas.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la cantidad de titanio es de entre 0,06 y 0,30% y la cantidad de cromo es de entre 0,06 y 0,30%.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que la cantidad de titanio es de entre 0,08 y 0,25%, y la cantidad de cromo es de entre 0,08 y 0,25%.

19. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 16-18, en el que el contenido de zinc es de menos de 0,06%.

20. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 16-19, en el que la relación de cromo a titanio es de entre 0,5 y 1,5.

21. Una composición de aleación de aluminio según la reivindicación 1, en la que el contenido de hierro es de entre 0,10% y 0,50%; el contenido de manganeso es mayor que 0,4 y hasta de 1,0%; el contenido de cobre es de como máximo 0,1%; el contenido de cromo es de entre 0,06 y 0,30%, y el contenido de titanio es de entre 0,06 y 0,30%.