ES2302247T3 - Placa de moldeo de aluminio de alta dureza y metodo para producir dicha placa. - Google Patents
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Abstract
Placa de moldeo de una aleación de aluminio de forja, que comprende, en porcentaje en peso: - Si, 1,4 - 2,1 - Mn, 0,8 - 1,2 - Cu, 0,45 - 0,9 -Mg, 0,7 - 1,2 - Ti < 0,15 - Zn < 0,4 - Fe <0,7 - uno o más de los metales Zr, Cr, V, cada uno <0,25, - elementos incidentales e impurezas, cada uno < 0,05, total < 0,25 - resto aluminio, y que tiene un espesor final entre 5 y 300 mm y que en estado de bonificado T6 tiene una dureza de más de 105 HB.
Description
Placa de moldeo de aluminio de alta dureza y
método para producir dicha placa.
La invención se refiere a una placa de moldeo de
una aleación de forja de aluminio. La invención se refiere además a
un método para producir la mencionada placa de moldeo.
En el mercado de placas de estampación y de
moldeo para moldeo por soplado y termoconformación de caucho y
plásticos se hace un esfuerzo sostenido para reducir costes a la vez
que se mantienen en el material una resistencia al desgaste y una
soldabilidad para la reparación satisfactorias. Estos tipos de
placas para estampación se usan también ampliamente en muchas otras
aplicaciones industriales, incluidos componentes producidos por
varias operaciones de mecanización tales como taladrado, torneado y
rectificado. Las placas de estampación comúnmente usadas se hacen
de aleaciones seleccionadas entre aleaciones de la serie AA2000,
aleaciones de la serie AA6000 y aleaciones de la serie AA7000.
Para las aleaciones de placas de moldeo son
propiedades importantes una resistencia alta al desgaste en
combinación con una buena capacidad de mecanización. En las típicas
aleaciones de forja para estampación, esta resistencia al desgaste
se obtiene aleando con cobre (como en la serie AA2000), o zinc (como
en la serie (AA7000), o magnesio y silicio (como en la serie
AA6000) en combinación con un tratamiento termomecánico. En estas
clases de aleaciones tratables térmicamente, la manera típica de
alcanzar una dureza alta es mediante endurecimiento por
precipitación de fases coherentes. A menudo se considera que un
endurecimiento adicional por partículas relativamente groseras,
tales como de Si primario y Mg_{2}Si incoherente, es inapropiado a
causa de los riesgos asociados de fusión de eutécticos a elevadas
temperaturas. Tampoco se aplica fácilmente un endurecimiento
adicional por dispersoides de
\alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si puesto que se
cree que generalmente aumentan la sensibilidad de la aleación al
temple. Se considera que una sensibilidad al temple intensificada es
una característica desventajosa, en particular para productos de
mayor espesor.
Típicamente, con las aleaciones AA2000 y AA7000
se alcanza una dureza más alta que con las aleaciones AA6000. Sin
embargo, un inconveniente de la serie AA2000 es el alto contenido de
cobre que hace que la aleación sea cara así como muy sensible al
tratamiento térmico. También queda afectada la soldabilidad de la
aleación por el alto contenido de cobre. Para la serie AA7000 se
pueden aportar argumentos similares tales como altas tensiones
residuales, y mala soldabilidad y mal comportamiento a la corrosión
que causan complicaciones en cuanto a tolerancia dimensional,
soldabilidad para las reparaciones y durabilidad del molde.
Usualmente, la resistencia al desgaste de la serie AA6000 en estado
de bonificación T6, como es el caso de las aleaciones AA6010,
AA6013, AA6061, AA6066, AA6070 y AA6082, es adecuada para
aplicaciones industriales normales. Aunque para aplicaciones de
alto comportamiento se desea una mayor resistencia al desgaste sin
que queden perjudicialmente afectadas la soldabilidad y el
coste.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar una placa de moldeo de una aleación de aluminio de
forja con una resistencia al desgaste mejorada.
De acuerdo con la invención, el objetivo se
logra proporcionando una placa de moldeo de una aleación de forja
de aluminio que comprende, en porcentaje en peso:
- -
- Si, 1,4 - 2,1
- -
- Mn, 0,8 - 1,2
- -
- Cu, 0,45 - 0,9
- -
- Mg, 0,7 - 1,2
- -
- Ti < 0,15
- -
- Zn < 0,4
- -
- Fe <0,7
- -
- uno o más de los metales Zr, Cr, V, cada uno <0,25, el total, preferiblemente < 0,35
- -
- elementos incidentales e impurezas, cada uno < 0,05, total < 0,25
- -
- resto aluminio,
- \quad
- y que tiene un espesor final entre 5 y 300 mm y que en estado de bonificado T6 tiene una dureza de más de 105 HB.
La dureza aumentada se consigue combinando el
endurecimiento por precipitación de fases
Mg-Si-Cu, compuestos intermetálicos
que contienen Fe y Mn y dispersoides, que se conoce que realmente
reducen el efecto de endurecimiento por maduración en aleaciones de
AlMgSi(Cu) equilibradas por su efecto sobre la sensibilidad
al temple, con un gran exceso de Si, que disminuye el nivel de Mg
en solución, para minimizar el efecto negativo de los dispersoides
que contienen Mn sobre la sensibilidad al temple. El nivel de
sobresaturación de las fases de Mg-Si no es tan
alto que resulten sensibilidades al temple particularmente altas
debidas a los contenidos de Mg, Si y Cu en solución La composición
de aleación equilibrada de acuerdo con la invención se cree que
combina el efecto de aumento de la resistencia por una adición de
silicio con una cantidad moderada de cobre, magnesio y manganeso.
Se encontró que esta aleación proporciona una soldabilidad adecuada
y una dureza de como mínimo 105 HB. Se señala que los valores de la
dureza se expresan en la escala Brinell y se midieron con una bola
de 2,5 mm de diámetro cargada con una masa de 62,5 kg. Los ensayos
de dureza se realizaron de acuerdo con ASTM E10 (versión 2002).
En una realización preferente de la invención,
la dureza en el estado de bonificado T6 es de como mínimo 115Hb,
más preferiblemente de como mínimo 120 HB. Estos valores de la
dureza pueden implicar una capacidad de mecanización aumentada así
como una mayor resistencia al desgaste. La composición química en
combinación con un tratamiento térmico asegura que se mantiene la
soldabilidad adecuada y, por tanto, la aptitud da la aleación para
ser reparada: se ha encontrado sorprendentemente que para niveles
de Cu de hasta 0,9% como máximo, la aleación de la placa tiene una
buena aptitud para ser reparada con, por ejemplo, un electrodo
normal de metal de aportación 4043.
En una realización, el Si está en el intervalo
de 1,53 a 2,0%, más preferiblemente en el intervalo de 1,55 a
1,9%. Se encontró que este intervalo de silicio proporciona una
combinación muy buena de las propiedades deseadas, mediante
endurecimiento por fase Mg-Si-Cu
coherentes y Si primario, fases incoherentes de Mg_{2}Si y
compuestos intermetálicos
\alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si y
dispersoides.
En una realización, el Mn está en el intervalo
de 0,85-1,10%. Se encontró que este intervalo de
manganeso proporciona una combinación muy buena de las propiedades
deseables, en particular, por estimular la formación de la fase
intermetálica \alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si
y los dispersoides. A niveles de Si altos, aumenta la tendencia a
formar la fase intermetálica frágil \beta-AlFeSi.
Sin embargo, asegurando la presencia de cantidades adecuadas de Mn
y Cu, se estabiliza la fase más favorable
\alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si.
En una realización, el Cu está en el intervalo
de 0,5-0,7%. Se encontró que este intervalo de cobre
proporciona una combinación muy buena de las propiedades deseables
mediante las fases coherentes de
Mg-Si-Cu y
\alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si estabilizada,
mientras que se mantiene bajo el coste de alear y se asegura una
buena soldabilidad para la reparación.
En una realización, el Zn está por debajo de
0,3%, preferiblemente en el intervalo de
0,17-0,3%.
En una realización, preferiblemente, el Fe es de
como mínimo 0,2%, más preferiblemente está en el intervalo de
0,2-0,5% y, aún más preferiblemente, en el intervalo
de 0,3-0,5% para asegurar la formación de cantidades
suficientes de los compuestos intermetálicos
\alpha-Al(Fe,Mn,Cu)Si que aumentan
la dureza.
En una realización, cada uno de Zr, Cr, V
preferiblemente está por debajo de 0,18%, más preferiblemente por
debajo de 0,12% para reducir más la sensibilidad al temple.
En una realización, la placa de moldeo tiene una
puntuación de su actitud para mecanización de "B" o mejor,
definida en el ASM Specialty Handbook - Aluminium and Aluminium
Alloys, (ed. J.R. Davis), ASM International 1993, págs.
328-331.
En una realización, la placa de moldeo tiene un
espesor final de 300 mm, pudiendo encontrarse todavía los valores
de dureza reivindicados en el centro de la placa. Preferiblemente,
el espesor final está en el intervalo entre 5 y 300 mm, más
preferiblemente en el intervalo entre 5 y 260 mm. Estos intervalos
de espesor permiten el empleo de la placa de moldeo prácticamente
para toda aplicación que implique una placa de moldeo.
En una realización, la placa se ha laminado a su
espesor final sólo por laminación en caliente.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se
proporciona un método de fabricación de una placa de moldeo que
comprende las etapas sucesivas de:
* colar un lingote que tiene una composición
que comprende (en porcentaje en peso):
- -
- Si, 1,4 - 2,1 Mn, 0,8 - 1,2
- -
- Cu, 0,45 - 0,9
- -
- Mg, 0,7 - 1,2
- -
- Ti < 0,15
- -
- Zn < 0,4
- -
- Fe <0,7
- -
- uno o más de los metales Zr, Cr, V, cada uno <0,25, el total, preferiblemente < 0,35
- -
- elementos incidentales e impurezas, cada uno < 0,05, total < 0,25, siendo el resto aluminio, y con intervalos de composición preferidos presentados en esta memoria en lo que antecede.
* homogeneizar y/o precalentar el lingote,
* conformar mecánicamente la mencionada placa a
un espesor final de entre 5 y 300 mm, preferiblemente por
laminación en caliente y/o laminación en frío, más preferiblemente
por sólo laminación en caliente,
* someter a un tratamiento térmico que comprende
el tratamiento térmico de solubilización seguido de un enfriamiento
rápido a menos de 250ºC a una velocidad de enfriamiento de como
mínimo 1ºC/s,
* maduración,
en el que la velocidad de enfriamiento durante
el enfriamiento rápido se selecciona para obtener una dureza de la
placa de moldeo de como mínimo 105 HB.
Al fabricar una placa de moldeo de acuerdo con
la invención, se obtiene un producto de una dureza alta con un
contenido alto de compuestos intermetálicos que rompen las virutas.
La velocidad de enfriamiento durante el enfriamiento rápido después
de la solubilización determina la cuantía de solutos de Mg, Si y Cu
contenidos que se disolvieron durante el tratamiento térmico de
solubilización.
En una realización de la invención, el
tratamiento térmico después de la laminación en caliente o el
prensado en caliente es un tratamiento del estado T6.
En una realización, la temperatura de
homogeneización es como mínimo de 450ºC, preferiblemente de como
mínimo 500ºC, más preferiblemente de entre 500 y 595ºC;
preferiblemente durante entre 1 y 25 horas, más preferiblemente
durante entre 10 y 16 horas. La temperatura de precalentamiento es
como mínimo de 570ºC, entre aproximadamente 300ºC y 570ºC,
preferiblemente entre 350 y 530ºC, preferiblemente durante entre 1 y
25 horas, más preferiblemente entre 1 y 10 horas.
En una realización, la temperatura del
tratamiento térmico de solubilización es de como mínimo 500ºC,
preferiblemente de como mínimo 520ºC y, más preferiblemente, de
como mínimo 540ºC. En una realización, la velocidad de enfriamiento
después del tratamiento de solubilización, desde la temperatura del
tratamiento de solubilización a por debajo de 250ºC,
preferiblemente a por debajo de 150ºC y, más preferiblemente, a por
debajo de 100ºC es como mínimo de 1ºC/s, preferiblemente de como
mínimo 2ºC/s, más preferiblemente de 5ºC/s y, aún más
preferiblemente, de como mínimo 10ºC/s. Debe señalarse que la
velocidad de enfriamiento del producto durante el temple depende de
la situación dentro del producto. El centro del producto se enfría
más lentamente que la superficie del producto. Consecuentemente,
puesto que la dureza final depende de la velocidad de enfriamiento,
la dureza será menor si la velocidad local de enfriamiento durante
el temple es más baja. El punto crítico del producto se define como
el punto en el que la velocidad de enfriamiento durante el temple es
la más baja. Las velocidades de enfriamiento mencionadas se
refieren a la velocidad de enfriamiento en el punto crítico.
En otra realización, el método de maduración
comprende la maduración natural de una duración máxima de 28 días,
preferiblemente de una duración máxima de 14 días, más
preferiblemente de una duración máxima de 7 días, aún más
preferiblemente, con una duración máxima de 2 días, seguida de un
tratamiento de maduración artificial equivalente a una maduración a
aproximadamente de 180 a 200ºC durante aproximadamente
1-10 horas.
Los expertos en la técnica conocen que,
usualmente, la temperatura y el tiempo de una maduración no se
escogen independientemente. El proceso de maduración se activa
térmicamente dando por resultado una situación en la que, después
del tratamiento de maduración, un tratamiento a alta temperatura
acoplado con un tiempo corto es equivalente a un tratamiento a una
temperatura más baja durante un tiempo más largo, esto es, a que se
alcance el mismo estado metalúrgico.
En una realización de la invención, la etapa de
conformación mecánica comprende una etapa de laminación o prensado.
En otra realización, la etapa de laminación comprende una etapa de
laminación en caliente y/o de prensado en caliente, y/o una etapa
de laminación en frío. Preferiblemente, la etapa de conformación
mecánica comprende laminación en caliente y/o prensado en caliente
solos.
En una realización de la invención, la etapa de
colada es una etapa de colada casi a tamaño, en la que las
dimensiones del producto colado son próximas a las del producto
final.
Se explicará ahora una realización particular de
la invención mediante los siguientes ejemplos no limitativos y la
Figura. Debe señalarse que se variaron las composiciones químicas de
las aleaciones mezclando recortes de una aleación de soldadura
fuerte que principalmente estaba constituida por un núcleo de una
aleación de la serie AA3000 plaqueado con una aleación de la serie
AA4000 rica en silicio con una pureza técnica de 99,0 de Al,
pudiendo añadirse posteriormente Cu y/o Mg y/u otros elementos para
conseguir la composición química final.
Estas aleaciones se homogeneizaron a una
temperatura superior a 510ºC, opcionalmente se laminaron en
caliente, se sometieron a un tratamiento de solubilización a 550ºC,
se enfriaron a como mínimo 10ºC/s para maximizar el contenido de
Mg, Si y Cu en solución, se dejaron a temperatura ambiente durante
14 días, y se maduraron siguiendo un tratamiento de maduración
equivalente a 190ºC durante 2-6 horas. De esta
manera se obtiene un producto de alta dureza en estado T6 con un
alto contenido de compuestos intermetálicos que rompen la viruta,
obteniéndose una dureza de como mínimo 120 HB. El Ejemplo 7 se
sometió a un tratamiento de solubilización a 530ºC y se mantuvo a
temperatura ambiente durante un período de 1 día, siendo las
restantes condiciones de proceso las dadas antes para las otras
aleaciones.
Los perfiles de dureza de las placas con la
composición de acuerdo con el Ejemplo 7, con espesores de 80, 100 o
150 mm se presentan en la Figura 1. Se da la distancia (L) en mm a
lo largo del eje X al centro de la placa en la dirección del
espesor, y a lo largo del eje Y se da la dureza en valores de HB en
diferentes puntos según el espesor de la placa. Todos los valores
medidos son de como mínimo 120HB en cualquier punto del espesor de
la placa.
Ha de entenderse, obviamente, que la presente
invención no está limitada a las realizaciones descritas y los
ejemplos dados, y que abarca cualquiera y todas las realizaciones
dentro del ámbito de la descripción y reivindicaciones
siguientes.
Claims (11)
1. Placa de moldeo de una aleación de aluminio
de forja, que comprende, en porcentaje en peso:
- -
- Si, 1,4 - 2,1
- -
- Mn, 0,8 - 1,2
- -
- Cu, 0,45 - 0,9
- -
- Mg, 0,7 - 1,2
- -
- Ti < 0,15
- -
- Zn < 0,4
- -
- Fe <0,7
- -
- uno o más de los metales Zr, Cr, V, cada uno <0,25,
- -
- elementos incidentales e impurezas, cada uno < 0,05, total < 0,25
- -
- resto aluminio,
y que tiene un espesor final entre
5 y 300 mm y que en estado de bonificado T6 tiene una dureza de más
de 105
HB.
2. Placa de moldeo de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que el Si está en el intervalo de 1,53
-2,0%, más preferiblemente en el intervalo de 1,55 - 1,9%.
3. Placa de moldeo de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, en la que el Mn está en el intervalo de 0,85 -
1,10%.
4. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en la que el Cu está en el intervalo de
0,5 - 0,7%.
5. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, en la que el Mg está en el intervalo
de 0,9 - 1,1%.
6. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en la que el Zn está por debajo de
0,3%, preferiblemente en el intervalo de 0,17 - 0,3%.
7. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en la que la placa de moldeo tiene una
aptitud para ser mecanizada de la calificación "B" o mejor.
8. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, en la que la placa de moldeo tiene un
espesor final en el intervalo de 5 a 260 mm.
9. Placa de moldeo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8, en la que la placa de moldeo se ha
laminado al espesor final solamente por laminación en caliente.
10. Método de fabricación de una placa de
moldeo, que comprende las etapas sucesivas de:
* colar una composición que comprende (en
porcentaje en peso):
- -
- Si, 1,4 - 2,1
- -
- Mn, 0,8 - 1,2
- -
- Cu, 0,45 - 0,9
- -
- Mg, 0,7 - 1,2
- -
- Ti < 0,15
- -
- Zn < 0,4
- -
- Fe <0,7
- -
- uno o más de los metales Zr, Cr, V, cada uno <0,25 o elementos incidentales e impurezas, cada uno <0,05, total < 0,25, el resto aluminio.
* homogeneizar y/o precalentar,
* trabajar la mencionada placa a un espesor
final de entre 5 y 300 mm,
* someter a un tratamiento térmico que comprende
el tratamiento de solubilización seguido de un enfriamiento rápido
a menos de 250ºC a una velocidad de enfriamiento de como mínimo
1ºC/s,
* madurar,
en el que la velocidad de enfriamiento durante
el enfriamiento rápido se selecciona para obtener una dureza de la
placa de moldeo de como mínimo 105 HB.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el tratamiento térmico es un tratamiento T6.
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|---|---|---|---|
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| EP04077718 | 2004-10-05 |
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