ES2286556T3 - Aleacion de aluminio forjado. - Google Patents
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Abstract
Una aleación elaborada de composición, en tanto por ciento en peso: Mg 3, 0-4, 0 Si 0, 65-1, 0 Cu hasta 0, 3 Fe hasta 0, 4 Mn hasta 0, 3 Zn hasta 0, 8 impurezas cada una hasta 0, 05 y total hasta 0, 25 aluminio el resto.
Description
Aleación de aluminio forjado.
Esta invención se refiere a una nueva aleación
de aluminio forjado que contiene Mg y Si, que es apropiada para
chapa y, en particular, para chapa de carrocería y/o chapa
estructural de automoción. La invención se refiere además a un
método para hacer la aleación de aluminio forjado.
La chapa de carrocería de automoción en
particular se hace típicamente a partir de aleaciones de las series
AA5xxx o AA6xxx. Las aleaciones de la serie AA5xxx 10 comprenden Mg
como su elemento aleador más importante y el Mg está generalmente
presente en una concentración por encima de 2% en peso mientras que
los niveles de Si son normalmente bajos. Las aleaciones de la serie
AA5xxx se usan típicamente para paneles interiores de automoción.
Las 15 aleaciones de la serie AA6xxx comprenden generalmente tanto
Mg como Si. Si y Mg están generalmente presentes hasta una
concentración de 1,5% en peso cada uno. Las aleaciones de la serie
AA6xxx se usan típicamente para paneles exteriores de
automoción.
Algunas descripciones encontradas en la técnica
anterior incluyen:
El documento US-6.248.193
describe un procedimiento para la producción de chapa de aleación de
aluminio que tiene resistencia aumentada al agrietamiento por
corrosión por esfuerzo bajo esfuerzo y fijabilidad de forma
mejorada. El procedimiento incluye colada en continuo, laminado y un
tratamiento de estabilización con una ventana de trabajo
específica. El procedimiento se aplica para aleaciones de AlMg de la
serie AA5xxx.
El documento JP 03039440 describe un método para
manufacturar una chapa de aleación de Al que tiene excelente
conformabilidad y es apropiada para uso como paneles en
aplicaciones de automoción.
El documento US-5.908.518
describe una aleación de AlMgMn para construcciones mecánicas
soldadas y que tiene una microestructura que comprende partículas
de Mg_{2}Si en un tamaño e intervalo de densidad definidos.
El documento US-6.086.690
describe un procedimiento para producir productos de chapa de
aleación de aluminio usando un fundidor de doble banda y una serie
de etapas de laminado sin enrollamiento intermedio o recocido
completo de un artículo de chapa intermedio. El procedimiento se
aplica para aleaciones de aluminio no tratables con calor de la
serie AA5xxx.
El documento
US-2001/0006606-A1 describe una
aleación con base de aluminio para la producción de aleaciones
fundidas y en la que contiene al menos 50% de metal de chatarra de
una base de aluminio primaria y como residuo principalmente
aluminio y/o metal de chatarra en una base de aluminio secundario.
El metal de chatarra sobre la base primaria es principalmente metal
obtenido de embalaje de producto alimenticio o alimentación animal.
La aleación es para la producción de bloques motor, culatas y
bombas de aceite, por medio de fundición en arena, fundición en
molde metálico, moldeado a presión, fundición tixotrópica
("thixocasting") y forja tixotrópica ("thixoforging").
El documento EP 0 992 598 A1 describe una
aleación de Al elaborada y su método de manufactura apropiados para
componentes de automoción. En particular, la aleación es apropiada
para producción mediante el uso de altos niveles (>50%) de
material de chatarra.
Es un objeto de la invención obtener una
composición de aleación elaborada que se pueda usar para
aplicaciones de chapa, por ejemplo, chapa de carrocería y chapa
estructural de automoción, puesto que tiene un equilibrio de
suficiente resistencia así como buena conformabilidad y resistencia
a la corrosión.
Según la invención, el objeto se alcanza
mediante una aleación elaborada de composición en % en peso de:
- Mg 3,0-4,0
- Si 0,65-1,0
- Cu hasta 0,3
- Fe hasta 0,4
- Mn hasta 0,3
- Zn hasta 0,8
- impurezas cada una hasta 0,05 y total hasta 0,25 aluminio el resto.
La aleación elaborada de la invención es
tolerante a altos niveles tanto de Mg como de Si, mientras que
proporciona un equilibrio deseable de propiedades en términos de
conformabilidad, resistencia y resistencia a la corrosión.
Una ventaja de la aleación elaborada de la
presente invención es su buena capacidad para absorber chatarra
mientras que es aún particularmente apropiada para chapa, por
ejemplo, chapa de carrocería y/o chapa estructural de automoción
puesto que tiene suficiente conformabilidad, resistencia y
resistencia a la corrosión mientras que los costes de producción se
mantienen bajos puesto que la aleación se puede hacer a partir de
una mayoría, preferentemente mayor que 50%, de material de chatarra
y una minoría de material de calidad de fundición.
Reciclar material de chatarra para producir una
aleación es efectivo en costes en comparación con producir material
de calidad de fundición. No obstante, debido a la presencia de
niveles relativamente altos de elementos tales como Si y/o Mg y/o
Zn y/o Cu y/o Mn y/o Fe en la chatarra, normalmente es necesario
usar también cantidades significativas de material de calidad de
fundición así como material de chatarra con el fin de obtener
propiedades mecánicas deseables. Se ha encontrado que la aleación
elaborada de la presente invención requiere la adición de menos
material de calidad de fundición puesto que puede absorber
cantidades relativamente grandes de Mg, Si, Cu, Fe, Mn y Zn sin que
tenga un efecto negativo sobre sus propiedades mecánicas. La
aleación elaborada de la presente invención por lo tanto tiene
considerables ventajas de coste sobre las aleaciones de aluminio
que requieren la adición de cantidades sustanciales de material de
calidad de fundición.
Algunas de las razones para el control de los
elementos de aleación de la aleación de aluminio forjado según la
invención se describen a continuación. Todas las composiciones son
en peso.
El Mg es la principal adición reforzadora a la
solución de sólidos en la aleación elaborada y el contenido de Mg
relativamente alto de la presente invención de entre 3,0% y 4,0%
tiene como resultado resistencia y conformabilidad aumentadas. La
resistencia y conformabilidad no son suficientes si el nivel de Mg
está por debajo de 3,0% en peso. No obstante, si el nivel de Mg se
eleva por encima de 4,0% se ha encontrado que el nivel de
resistencia se hace demasiado alto. La producción de chapa, por lo
tanto, se hace difícil. El Mg puede estar presente preferentemente
en el intervalo de 3,2%-4,0% y más preferentemente 3,4%-3,8%. El
nivel de Mg a entre 3,0% en peso y 4,0% en peso proporciona buena
resistencia y conformabilidad pero sorprendentemente, a pesar de
este relativamente alto nivel de Mg, la aleación de la invención
tiene una alta resistencia a la corrosión intergranular o en el
borde del grano.
El Si es un elemento que mejora la resistencia
y, con el fin de optimizar la resistencia de la aleación elaborada
de la presente invención, está presente al menos 0,65%.
Se ha encontrado que niveles de Mg por encima de
4,0% en peso combinados con niveles de Si por debajo de 0,65% en
peso conducen a mal comportamiento de corrosión porque el Mg y el
Al forman la fase Mg_{5}Al_{8} en los bordes del grano. Esta
fase es muy anódica con respecto a la matriz y conduce a corrosión
localizada en los bordes del grano. Cuando el Si está presente por
encima de 0,65% en peso está disponible para combinarse con Mg y
formar Mg_{2}Si. Como resultado, hay menos Mg disponible para
formar Mg_{5}Al_{8} y el material es menos susceptible a la
corrosión en el borde del grano. El Mg_{2}Si también contribuye a
aumentar la resistencia mecánica después de la operación de
cochura. No obstante, un contenido de Si por encima de 1,0% da
lugar a ductilidad y conformabilidad reducidas puesto que los
constituyentes de Mg_{2}Si tienen un efecto negativo sobre la
conformabilidad a mayores concentraciones. El contenido de Si puede
ser 0,65%-1,0% y preferentemente 0,65%-0,9%.
El Cu puede estar presente hasta 0,3%. El Cu
hasta esta concentración aumenta la resistencia y propiedad de
combado de la aleación elaborada. La resistencia aumentada por el
Cu se mantiene después de un ciclo de horneado de la pintura. Se ha
encontrado que el Cu presente en concentraciones por encima de 0,3%
conduce a picado y corrosión filiforme aumentados. El Cu puede estar
presente preferentemente hasta 0,25% y más preferentemente entre
0,1% y 0,2%.
El Fe puede estar presente hasta 0,4%. El Fe
contribuye al fortalecimiento de la dispersión y al refinamiento del
grano pero reduce la conformabilidad a concentraciones por encima de
0,4%. El Fe puede estar presente hasta 0,3%, y más preferentemente
entre 0,15% y 0,23%.
El Mn refina eficazmente los granos
recristalizados y reunifica la estructura de la aleación elaborada.
Cuando el Mn está presente a un contenido que excede del 0,3%, se
deteriora la conformabilidad puesto que se forman compuestos
intermetálicos gruesos durante la colada. Preferentemente, puede
estar presente hasta 0,2% de Mn o más preferentemente
0,1-0,2% en peso.
El Zn puede estar presente hasta 0,8% y
preferentemente hasta 0,5% y más preferentemente hasta 0,3%. Puede
estar presente en los materiales de chatarra a partir de los cuales
se produce la presente aleación elaborada y también se puede añadir
a la aleación. En este intervalo el Zn mejora adicionalmente la
resistencia a la corrosión intergranular de la aleación
elaborada.
En la aleación elaborada pueden estar presentes
otras impurezas tales como Zr, Ti y Cr, cada una en una
concentración de hasta 0,05% con un total de hasta 0,25%. Aunque a
nivel de impureza, el Ti está presente como un elemento de
refinamiento del grano en la operación de colada. El nivel de
impurezas total puede ser preferentemente hasta 0,15% con cada
impureza presente a una concentración de hasta 0,05%.
El aluminio constituye el resto de la
composición de aleación elaborada.
Se ha encontrado que el intervalo de Mg de
3,0-4,0% en peso y el intervalo de Si de
0,65-1,0% en peso en particular significa que el
material de chatarra tal como una combinación de aleaciones del
tipo AA6xxx y AA5xxx en diferentes relaciones puede comprender la
mayoría (mayor que 50%) del material a partir del cual se hace la
aleación elaborada. El metal de chatarra, que comprende la mayoría
del material a partir del cual se hace la aleación elaborada, es
preferentemente metal elaborado en chatarra. Las aleaciones de tipo
AA6xxx y AA5xxx en chatarra pueden originarse de chatarra de
producción no separada o de chatarra de vehículos al final de su
vida útil no separada tal como, por ejemplo, chatarra de chapa de
carrocería mezclada. La chatarra de vehículos al final de su vida
útil no separada puede estar en forma de chapas de carrocería de
automoción tanto interiores como exteriores y puede comprender
capós, techos, tapas, etc. hechos trizas. La chatarra de vehículos
al final de su vida útil no separada puede comprender
preferentemente dos o más de las aleaciones AA6016, AA6111 y
AA5182.
La composición de la aleación elaborada de la
presente invención en estado recocido blando tiene las siguientes
propiedades mecánicas: carga de rotura de al menos 100 MPa y
preferentemente 100-115 MPa, y resistencia a la
rotura por tracción de al menos 220 MPa y preferentemente
220-230 MPa, y alargamiento A50 de al menos 17%, y
preferentemente en el intervalo de 17-25%, medidas
según Euronorm. La aleación estándar AA5754 en estado recocido
blando tiene propiedades típicas de carga de rotura de al menos 80
MPa, resistencia a la rotura por tracción de 190-240
MPa, y alargamiento A50 de al menos 14%, medidas según Euronorm.
Al igual que sus capacidades para absorber chatarra, la aleación
elaborada de la presente invención por lo tanto también tiene
propiedades mecánicas al menos comparables a las de AA5754, una
aleación que se usa típicamente para aplicaciones de auto-
moción.
moción.
La aleación elaborada de la presente invención
es apropiada para colada en coquilla directa
(DC-casting, en sus siglas en inglés) semicontinua,
más bien que requerir colada continua.
En otro aspecto, la invención se refiere a un
método para fabricar la aleación elaborada según esta invención que
comprende las etapas de:
- i)
- colada en coquilla directa de un lingote para laminado que tiene una composición química como la definida en la presente descripción y compuesta preferentemente de material de chatarra como se define en esta invención,
- ii)
- precalentamiento u homogeneización,
- iii)
- laminado en caliente,
- iv)
- laminado en frío,
- v)
- recocido de recristalización en un intervalo de temperatura de 330°C-480°C o recocido de solubilización en un intervalo de temperatura de 480°C-570°C, preferentemente 520°C-570°C,
- vi)
- apagado,
- vii)
- opcionalmente, pre-envejecimiento o estabilización hasta 200°C.
\vskip1.000000\baselineskip
El recocido de recristalización se usa
generalmente para aleaciones no tratables con calor tales como la
serie AA5xxx, mientras que el recocido de solubilización se usa
para aleaciones tratables con calor tales como la serie AA6xxx.
No obstante, se ha encontrado que el recocido de
solubilización de la aleación elaborada según la presente
invención tiene como resultado un endurecimiento por horneado
adicional debido a los altos niveles tanto de Mg como de Si. Cuando
la aleación elaborada de la presente invención se endurece por
horneado después del recocido de solubilización, aumenta la carga de
rotura en 60-85 MPa y posiblemente incluso más. La
resistencia a la rotura por tracción también aumenta en
15-45 MPa. Tal endurecimiento por horneado
adicional no se produce en las aleaciones regulares de la serie
AA5xxx que se usan típicamente para paneles interiores de
automoción. El endurecimiento por horneado se puede usar como una
etapa de procesamiento opcional adicional después de las etapas vi)
o vii) anteriores. El recocido de solubilización se puede llevar a
cabo por lo tanto cuando se requiera resistencia adi-
cional.
cional.
La invención se ilustrará ahora por medio de un
ejemplo no limitativo.
\newpage
Ejemplo
Composición de aleación elaborada en tanto por
ciento en peso:
Como se puede ver, la aleación elaborada de la
presente invención tiene niveles relativamente altos de Mg y Si y
Cu en comparación con las AA5754 y AA5454 estándar.
Las siguientes propiedades mecánicas se
obtuvieron para la muestra 1 según la invención, que tenía la
composición mostrada en la tabla 1. Después de la colada en
coquilla directa, la muestra según la invención se homogeneizó a
560°C durante 5 horas. El material se laminó en caliente
posteriormente hasta un espesor de 4 mm, se recoció blando a 360°C
y se laminó en frío hasta un espesor de 1 mm. El material se
recoció blando posteriormente a 420°C durante 1 s o se recoció para
solubilización, o se trató con calor, a 560°C durante 10 s. El
material recocido para solubilización se sometió también a una
operación de horneado simulada usando un baño de aceite. El material
se pre-estiró 2% y se horneó a 185°C durante 20
minutos o se recoció a 205°C durante 30 minutos sin
pre-estiramiento.
La muestra 1 en estado recocido blando por lo
tanto tiene propiedades que son al menos comparables con las de
AA5754, y tiene mejo conformabilidad que tanto la AA5454 como la
AA5754. Como se puede ver de la tabla 2, endureciendo por horneado
la muestra 1 después del recocido de solubilización la carga de
rotura de la muestra 1 aumenta considerablemente en 72 hasta 76 MPa
mientras que la resistencia a la rotura por tracción aumenta en
25-35 MPa.
También se hicieron ensayos de corrosión
intergranular o corrosión en el borde del grano sobre 5754 en
estado recocido blando, 5454 en estado recocido blando, muestra 1
en estado recocido blando y muestra 1 en estado recocido de
solubilización. La composición de recocido blando se alcanzó
homogeneizando a 560°C durante 5 horas, laminando en caliente
posteriormente hasta un espesor de 4 mm, haciendo recocido blando a
360°C y laminando en frío hasta un espesor de 1 mm antes del
recocido blando a 420°C durante 1 s.
El estado recocido blando se obtuvo
homogeneizando la muestra a 560°C durante 5 horas, laminando en
caliente posteriormente hasta un espesor de 4 mm, haciendo recocido
blando a 360°C y laminando en frío hasta un espesor de 1 mm antes de
ser recocida de solubilización (o tratada con calor) a 560°C
durante 10 s.
Las muestras de recocido blando y de recocido de
solubilización fueron primero "sensibilizadas" recociendo
durante 100 horas a 100°C o recociendo durante 20 días a 100°C.
Este proceso de sensibilización hace a las muestras más sensibles a
la corrosión intergranular y permite que se haga una predicción
razonablemente exacta referente a las propiedades de corrosión
intergranular del material durante periodos de tiempo más
largos.
Los ensayos de corrosión intergranular se
hicieron siguiendo la norma ASTM G67 según la cual el método de
ensayo consiste en sumergir las probetas de ensayo en ácido nítrico
concentrado a 30°C durante 24 horas y determinar la pérdida de masa
por área unidad como una medida de la susceptibilidad a la corrosión
intergranular.
Se obtuvieron los resultados como se muestran en
la tabla 3.
Estos resultados indican que la aleación de la
presente invención tiene una mayor resistencia a la corrosión
intergranular que las aleaciones estándar AA5754 y AA5454.
Claims (12)
1. Una aleación elaborada de composición, en
tanto por ciento en peso:
- Mg 3,0-4,0
- Si 0,65-1,0
- Cu hasta 0,3
- Fe hasta 0,4
- Mn hasta 0,3
- Zn hasta 0,8
- impurezas cada una hasta 0,05 y total hasta 0,25 aluminio el resto.
2. La aleación elaborada de la reivindicación
1, en la que el contenido de Cu es hasta 0,2% en peso, y
preferentemente en el intervalo de 0,1-0,2% en
peso.
3. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que el contenido de Fe es hasta
0,3% en peso, y preferentemente en el intervalo de
0,15-0,23% en peso.
4. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que el contenido de Mn es hasta
0,2% en peso, y preferentemente en el intervalo de
0,1-0,2% en peso.
5. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que el contenido de Si está en el
intervalo de 0,65-0,9% en peso.
6. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que el contenido de Mg está en el
intervalo de 3,2-4,0% en peso, y preferentemente en
el intervalo de 3,4-3,8% en peso.
7. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que la aleación elaborada es un
producto laminado.
8. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente, en la que la aleación elaborada comprende
metal en chatarra, y preferentemente comprende chatarra de
automoción.
9. La aleación elaborada de cualquier
reivindicación precedente que comprende chatarra reciclada de
aleaciones tanto AA6xxx como AA5xxx, y que comprende preferentemente
mayor que 50% de chatarra reciclada de aleaciones AA6xxx y
AA5xxx.
10. Un método para manufacturar la aleación
elaborada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que
comprende las etapas de:
- i)
- colada en coquilla directa,
- ii)
- precalentamiento u homogeneización,
- iii)
- laminado en caliente,
- iv)
- laminado en frío,
- v)
- recocido de recristalización en un intervalo de temperatura de 330°C-480°C o recocido de solubilización en un intervalo de temperatura de 480°C-570°C, preferentemente 520°C-570°C,
- vi)
- apagado,
- vii)
- opcionalmente, pre-envejecimiento o estabilización hasta 200°C.
11. Un método según la reivindicación 10, que
comprende adicionalmente una etapa de endurecimiento por horneado
después de la etapa vi) o vii).
12. Pieza de una carrocería y/o chapa
estructural de automoción hechas a partir de la aleación elaborada
de cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 9 u obtenida
por el método según las reivindicaciones 10 o 1.
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