ES2311712T3 - Productos de aleacion al-mg para estructuras soldadas. - Google Patents
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Abstract
Producto forjado de aleación Al-Mg, caracterizado porque contiene (en porcentajes en peso) Mg 4,85-5,35 Mn 0,20-0,50 Zn 0,20-0,45 Si < 0,20 Fe < 0,30 Cu < 0,25 Cr < 0,15 Ti < 0,15 Zr < 0,15 el resto del aluminio con sus inevitables impurezas.
Description
Productos de aleación Al-Mg para
estructuras soldadas.
La presente invención se refiere a las
aleaciones de tipo Al-Mg de alta resistencia
mecánica, y más particularmente a las aleaciones destinadas a
estructuras soldadas tales como las carrocerías de automóviles, los
vehículos industriales y los depósitos fijos o móviles.
Para aumentar la resistencia mecánica de las
estructuras soldadas disminuyendo su peso, es interesante disponer
con respecto a las aleaciones 5083, 5086, 5182, 5186 ó 5383
actualmente utilizadas, características mecánicas mejoradas sin
perder nada en cuanto a las otras propiedades de empleo, tales como
la soldabilidad, la resistencia a la corrosión o la
conformabilidad, especialmente en los estados de poca acritud como
el estado 0 y el estado H111. La designación de estas aleaciones
sigue las reglas de The Aluminium Association (Asociación del
Aluminio), y la de los estados metalúrgicos está definida en la
norma europea EN 515.
Para el dimensionamiento de una estructura, los
parámetros que gobiernan la elección del usuario son esencialmente
las características mecánicas estáticas: la resistencia a la rotura
R_{m}, el límite elástico R_{p0,2} y el alargamiento a la
rotura A. Otros parámetros que entran en juego, en función de las
necesidades específicas de la aplicación a la que se apunta, son
las características mecánicas de la junta soldada, la resistencia a
la corrosión de la chapa y de la junta soldada, la resistencia a la
fatiga de la chapa y de la junta soldada, la resistencia a la
propagación de fisuras, la tenacidad, la aptitud para el plegado,
la aptitud para el soldado, la propensión a la formación de
tensiones residuales en condiciones de fabricación y de utilización
de chapas determinadas y la facilidad de producir chapas de calidad
regular con un costo de producción lo más bajo posible.
El estado de la técnica propone varias vías para
mejorar las características mecánicas de las aleaciones de tipo
Al-Mg.
La solicitud de patente europea EP 769 564 A1
(Pechiney Rhenalu) divulga una aleación de composición (en
porcentaje en peso):
- Mg
4,2-4,8
\hskip0.3cm
Mn < 0,5\hskip0.3cm
Zn < 0,4\hskip0.3cm
Fe < 0,45\hskip0.3cm
Si < 0,30\hskip0.3cm
con\hskip0.3cm
Mn + Zn < 0,7\hskip0.3cm
y\hskip0.3cm
Fe > 0,5 Mn
y puede contener, también, algunos
otros elementos que permiten fabricar chapas que presentan en un
estado de poca acritud un valor de R_{m} > 275 MPA, un valor
de A > 17,5% y un producto R_{m} x A > 6500; una
composición mejor controlada permite llevar este producto R_{m} x
A a un valor superior a 7000 e incluso superior a
7500.
Aleaciones de ese tipo se utilizan bajo la
designación 5186 en construcción de cisternas viales soldadas. Para
esta aplicación, el producto R_{m} x A se utiliza como parámetro
para estimar el comportamiento de estructuras bajo una gran
deformación plástica, por ejemplo en caso de avaría. El experto en
la materia sabe cómo aumentar en una de las aleaciones de tipo
Al-Mg conocidas uno de los dos parámetros R_{m} y
A a expensas del otro; dicha solicitud de patente enseña que pueden
obtenerse chapas con un mejor compromiso entre esos dos parámetros
si la chapa presenta una microestructura muy especial. Las chapas
de aleación 5186 se caracterizan no sólo por un producto R_{m} x
A elevado, sino también por un valor de A elevado, lo que favorece
el pliego de dichas chapas y facilita su utilización en
construcción mecánica.
En la solicitud de patente JP
62-207850 (Sky) se propone otra vía que divulga
aleaciones de composición (en porcentaje en peso):
- Mg
2-6
\hskip0.2cm
Mn 0,05-1,0\hskip0.2cm
Cr 0,03-0,3\hskip0.2cm
Zr 0,03-0,3\hskip0.2cm
V 0,03-0,3
y puede contener también Cu
0,05-2,0 y/o Zn 0,1-2,0 elaboradas
mediante colada continua y cuyas partículas intermetálicas tienen
un tamaño inferior o igual a 5 \mum. Estas aleaciones serían
aptas para la fabricación de chapas para carrocería de automóviles,
ya que permitirían elaborar, mediante gamas de tratamiento
termo-mecánico muy especiales, chapas de un espesor
de 1 mm que no presentan líneas de
Lüders.
En la patente EP 0 892 858 B1 (Hoogovens
Aluminium Walzprodukte GmbH) se propone otra vía que divulga
aleaciones de composición:
- Mg
5-6
\hskip0.2cm
Mn 0,6-1,2\hskip0.2cm
Zn 0,4-1,5\hskip0.2cm
Zr 0,05-0,25
y puede contener, también, algunos
otros elementos que permiten fabricar aleaciones muy duras,
especialmente con un contenido de zinc del orden del 0,8%. Estos
productos muestran un alargamiento a la rotura que no supera un
valor del orden del 10% en estado H321 y del 20% en estado
O.
La patente EP 823 489 B1 (Pechiney Rhenalu)
divulga productos de composición:
- 3,0<Mg<6,5
\hskip0.2cm
0,2<Mn<1,0\hskip0.2cm
Fe<0,8\hskip0.2cm
0,05<Si<0,6\hskip0.2cm
Zn<1,3
que también puede contener algunos
otros elementos, caracterizados por una microestructura muy
particular; estos productos no han sido diseñados para ser
utilizados en la construcción de cisternas, sino en las estructuras
soldadas utilizadas en contacto con el agua de mar o en medio
marítimo.
El problema al que trata de responder la
presente invención es el de mejorar las características mecánicas
de productos en aleación Al-Mg, especialmente en
vista de su utilización para realizar estructuras soldadas, tales
como cisternas para transporte vial o ferroviario de materias
peligrosas, manteniendo las otras características del material a un
nivel al menos comparable al de los materiales existentes.
El objeto de la invención es un producto de
aleación Al-Mg forjado, caracterizado porque
contiene (en porcentajes en peso)
- Mg
4,85-5,35
\hskip0.2cm
Mn 0,20-0,50\hskip0.2cm
Zn 0,20-0,45\hskip0.2cm
Si < 0,20\hskip0.2cm
Fe< 0,30\hskip0.2cm
Cu < 0,25\hskip0.2cm
Cr < 0,15\hskip0.2cm
Ti < 0,15\hskip0.2cm
Zr < 0,15
el resto del aluminio con sus
inevitables
impurezas.
Otro objeto de la invención es una cisterna vial
o ferroviaria realizada, al menos parcialmente, con chapas de
composición (en porcentaje en peso)
- Mg
4,90-5,35
\hskip0.2cm
Mn 0,20-0,50\hskip0.2cm
Zn 0,25-0,45\hskip0.2cm
Si 0,05-0,20\hskip0.2cm
Fe 0,10-0,30\hskip0.2cm
Cu < 0,25\hskip0.2cm
Cr < 0,15\hskip0.2cm
Ti < 0,15\hskip0.2cm
Zr < 0,10
el resto del aluminio con sus
inevitables
impurezas,
y dichas chapas tienen un producto
R_{m(TL)} x A_{(TL)} de al menos 8500 y,
preferentemente, de al menos 9000.
La designación de las aleaciones sigue las
reglas de The Aluminium Association. (Asociación del Aluminio).
Salvo mención en contrario, las composiciones químicas están
indicadas en porcentaje en peso. Los estados metalúrgicos están
definidos en la norma europea EN 515. Salvo mención en contrario,
las características mecánicas estáticas, es decir la resistencia a
la rotura R_{m}, el límite elástico R_{p0,2} y el alargamiento
a la rotura A están determinadas por una prueba de tracción de
acuerdo con la norma EN 10002-1, en probetas
proporcionales (y caracterizadas por una longitud inicial entre
marcas L_{o} = 5,65 \surdS_{o} en donde S_{o} representa el
área de la sección inicial) tomadas en el sentido TL
(Transversal-Longitudinal).
El solicitante ha descubierto en forma
sorprendente que para resolver el problema planteado hay que
seleccionar un campo de composición
Al-Mg-Mn-Zn muy
estrecho que se distingue netamente del de la aleación 5186.
Especialmente, hay que aumentar el contenido de magnesio, agregar
una pequeña cantidad de zinc y reducir los contenidos de elementos
de adición menores, Fe, Si y Mn, manteniéndolos por encima de un
nivel mínimo.
En efecto, el magnesio es muy conocido por
aumentar las características mecánicas (R_{0,2} y R_{m}) de
ciertos tipos de aleaciones de aluminio; el solicitante ha
comprobado que un contenido de magnesio de al menos 4,85%,
preferentemente superior al 4,90% y aun más preferentemente
superior al 4,95% o, incluso, 5% permite obtener el nivel de
características mecánicas requerido. Sin embargo, por encima del
5,35% de magnesio, la resistencia a la corrosión comienza a
degradarse; se prefiere un contenido máximo de 5,30%.
El agregado de zinc en cantidad suficiente
(mínimo 0,20%, preferentemente al menos 0,25% y aun más
preferentemente al menos 0,30%) muestra tener un efecto benéfico
sobre las características mecánicas de las chapas y sobre el límite
de elasticidad a nivel de las juntas soldadas. Por otra parte,
mejora la resistencia a la corrosión. Dentro del marco de la
presente invención, se prefiere no superar un contenido de 0,45%.
Se prefiere un contenido comprendido entre el 0,25% y el 0,40%.
El solicitante comprobó que un contenido mínimo
del 0,20% de manganeso debe ser mantenido para controlar la
estructura granular, pero que debe mantenerse inferior al 0,50% y,
de preferencia, 0,40% a fin de evitar la formación de fases
intermetálicas gruesas y de facilitar la recristalización en el
estado final. El campo preferido es del 0,25 al 0,35%. La
presencia de manganeso en cantidad suficiente contribuye igualmente
a la obtención de las características mecánicas.
En las aleaciones 5xxx, el cobre es conocido por
degradar la resistencia general en corrosión. El solicitante
descubrió que es preferible mantener el contenido de cobre inferior
al 0,25%; se prefiere un contenido inferior al 0,20%, inferior al
0,15% o incluso inferior al 0,10%.
El hierro y el silicio son impurezas habituales
del aluminio. Dentro del marco de la presente invención, el
contenido de hierro no debe exceder el 0,30% y el de silicio,
0,20%. Sin embargo, el solicitante comprobó en forma sorprendente
que la presencia de cierta cantidad de hierro y de silicio
contribuye a alcanzar el objetivo de la presente invención: a modo
de ejemplo, un contenido de al menos 0,05% de silicio favorece una
microestructura granular finamente recristalizada. Para el hierro,
se prefiere un contenido de al menos 0,10%.
El producto según la invención puede contener
una pequeña cantidad de cromo, de titanio y de circonio. El
contenido de cada uno de estos elementos no debe superar el 0,15%
y, más preferentemente, el 0,10%, puesto que un contenido muy
elevado de estos elementos limita la recristalización y conduce a
una disminución del valor de A.
Los productos según la invención siempre son
elaborados por colada semicontinua, seguida por etapas de
transformación que corresponden a la forma de producto deseada:
extrusión para los productos extrudidos o estirados (barras, tubos,
perfiles, hilos); laminado para los productos laminados (chapas,
bandas, chapas gruesas). En el caso de los productos laminados, las
placas de laminado elaboradas por colada semicontinua son laminadas
en caliente y luego, eventualmente, en frío. Luego, las bandas son
aplanadas y cortadas en chapas. En este procedimiento de
fabricación, se debe ajustar cuidadosamente la temperatura de
salida del laminador en caliente y la temperatura de enrollamiento,
así como el grado de endurecimiento, que influyen sobre las
características mecánicas del producto. El espesor final preferido
está comprendido entre 3 y 12 mm. En un modo de realización
preferido de la invención, se obtiene directamente la chapa con el
espesor final por laminado en caliente. En este caso, se elegirá
ventajosamente una temperatura de salida del laminador en caliente
comprendida entre 260ºC y 330ºC, y preferentemente comprendida
entre 290ºC y 330ºC. Por debajo de los 260ºC, la microestructura
obtenida no es muy apropiada para la aplicación prevista, y por
encima de los 330ºC, a veces se observa un engrosamiento del grano,
que degrada las características mecánicas buscadas. Este modo de
ejecución particular de la invención, a saber: la obtención directa
de las chapas con el espesor final por laminado en caliente también
facilita la fabricación de chapas muy anchas, por ejemplo
superiores a 3000 mm, y preferentemente superiores a 3300 mm, y aun
mas preferentemente, superiores a 3500 mm.
En un modo de realización preferido, el producto
según la invención se caracteriza por un alargamiento a la rotura A
de al menos 24%, y preferentemente de al menos 27%. Esta
característica facilita la utilización del producto. A modo de
ejemplo, otorga a las chapas laminadas una excelente capacidad para
el plegado y la conformación.
En otro modo de realización preferido, se busca
optimizar los tres parámetros R_{p0,2(TL)},
R_{m(TL)}, y A_{(TL)}. El índice "TL" indica que
estas características mecánicas se miden en probetas de tracción
tomadas en el sentido Transversal-Longitudinal
(perpendicular al sentido de laminado) de las chapas. Ajustando en
forma apropiada la composición química en el interior de las zonas
indicadas, se obtiene un producto que presenta un límite de
elasticidad R_{p0,2(TL)} de al menos 145 MPa,
preferentemente de al menos 150 MPa e incluso más preferentemente
al menos 170 MPa, una resistencia a la rotura R_{m(TL)} de
al menos 290 MPa y, preferentemente, al menos 300 MPa, y un
alargamiento a la rotura A_{(TL)} de al menos 24% y,
preferentemente, de al menos 27%.
A modo de ejemplo, se puede elegir
ventajosamente Mn 0,20-0,40, Zn > 0,25 y
preferentemente > 0,30, un contenido de hierro de al menos 0,10%
de hierro, y un contenido de silicio de al menos 0,10%.
En otro modo de realización preferido, se busca
optimizar esencialmente el producto R_{m(TL)} x A_{(TL)}.
Ajustando de manera apropiada la composición química en el
interior de las zonas indicadas, se obtiene un producto que
presenta un producto R_{m(TL)} x A_{(TL)}, en el que
R_{m(TL)} está expresado en MPa y A_{(TL)} en porcentaje,
medido en probetas en el sentido TL, es superior a 8200,
preferentemente superior a 8500 y aún más preferentemente superior a
9000, conservando un nivel suficiente de R_{p0,2(TL)}.
Este producto, especialmente en forma de chapas, es particularmente
apto para la fabricación de cisternas, especialmente para el
transporte vial o ferroviario de materiales peligrosos.
Los productos según la invención muestran una
resistencia a la corrosión al menos tan buena como los productos en
aleaciones Al-Mg comparables que se conocen, y ello
pese a un contenido de magnesio notablemente más elevado. Dentro
del marco de la presente invención, esta resistencia a la corrosión
se caracteriza en forma preferida ya sea por la pérdida de masa y
por la profundidad máxima de metal que presenta defectos debidos a
la corrosión intergranular luego de un ensayo de corrosión
intergranular (Diario Oficial de las Comunidades Europeas,
19/11/1984, Nº L300-35 a 43), o por una prueba de
corrosión bajo tensión realizada de acuerdo con la norma ASTM G30,
G39, G44 y G49. La prueba de corrosión bajo tensión puede ser
realizada ventajosamente con referencia a la norma ASTM G 129,
dado que el solicitante estableció en el pasado la buena
correlación entre estas normas y la norma ASTM G 129 (ver R. Dif
et al, Proceedings of the 6^{th} International Conference
on Aluminium Alloys [Actas de la 6a Conferencia Internacional sobre
Aleaciones de Aluminio], 1998, Toyohashi, Japón, pp.
1615-1620, así como R. Dif et al.,
Proceedings of the Eurocorr Conference 1997 [Actas de la
Conferencia Eurocorr], Trondheil, Noruega, pp.
259-264).
La prueba de corrosión intergranular elegida se
considera representativa de una exposición natural en atmósfera
marina (R. Dif et al., Proceedings of the EUROCORR
Conference [Actas de la Conferencia Eurocorr], 1999,
Aix-la-Chapelle, Alemania).
El comportamiento en corrosión se evalúa en el
estado inicial, pero también luego de los tratamientos de
envejecimiento artificial, cuyas condiciones pueden variar. Un
tratamiento de 7 días a 100ºC es clásicamente utilizado en
aleaciones de la serie 5xxx a fin de reproducir el envejecimiento
natural a temperatura ambiente durante veinte años (E.H.Dix et
al., Proceedings of the 4^{th} annual Conference of NACE
[Actas de la 4a Conferencia Anual de NACE], San Francisco, EE.UU,
1958).
En casos de utilización muy particulares, las
estructuras pueden estar sometidas a temperaturas relativamente
elevadas (por encima de los 60ºC). El hombre del arte sabe que, en
estas condiciones, algunas aleaciones de la serie 5xxx pueden
desarrollar, por encima de cierta duración de exposición, cierta
sensibilidad a la corrosión. Con el fin de estudiar este fenómeno
denominado de sensibilización, es conveniente realizar tratamientos
térmicos más perfeccionados que 7 días a 100ºC. Habitualmente, se
utiliza el concepto del tiempo equivalente para limitar la cantidad
y la duración de los tratamientos que se van a efectuar. Más
precisamente, un tratamiento de duración t_{1} efectuado a una
temperatura T_{1} será equivalente a un tratamiento de duración
t_{2} efectuado a una temperatura T_{2} dado para la ecuación
(R. Dif. et al., Proceedings of the 6^{th} International
Conference on Aluminium Alloys [Actas de la 6a Conferencia
Internacional sobre Aleaciones de Aluminio], 1998. Tovohashi,
Japón, pp. 1489-1494):
en donde las temperaturas están
expresadas en Kelvin. Q representa la energía de activación térmica
de la difusión del magnesio (en J/mol). R es la constante de los
gases
perfectos.
El valor de la relación \frac{Q}{R} que
aparece en la literatura es del orden de 10.000K a 13.500K.
En un modo de realización particular de la
presente invención, los productos según la invención, al realizarse
el ensayo intergranular, muestran una resistencia a la corrosión
intergranular que se caracteriza al menos por una pérdida de masa
inferior a 20 mg/cm^{2} luego de un envejecimiento de 7 días a
100ºC, y por una profundidad máxima de ataque de menos de 130
\mum, y preferentemente menos de 70 \mum.
En forma preferencial, dichos productos también
muestran, luego de un envejecimiento de 20 días a 100ºC, una
pérdida de masa inferior a 50 mg/cm^{2} y preferentemente
inferior a 30 mg/cm^{2}, y una profundidad máxima de ataque de
menos de 250 \mum, y preferentemente menos de 100 \mum. Los
productos más preferidos dentro del marco de la presente invención,
luego de un envejecimiento de 20 días a 120ºC, muestran una
pérdida de masa inferior a 95 mg/cm^{2}, y preferentemente
inferior a 80 mg/cm^{2}, y aun más preferentemente inferior a 60
mg/cm^{2}, con una profundidad máxima de ataque de menos de 450
\mum y, preferentemente, menos de 400 \mum, quedando entendido
que esta característica se agrega, al menos, a una de las
características mencionadas más arriba, a saber: luego de un
envejecimiento de 20 días a 100ºC o de 20 días a 120ºC. Estos
productos, si además poseen excelentes características mecánicas
(por ejemplo un producto R_{m} x A de al menos 8500 o incluso
9000) se prestan particularmente bien a la fabricación de
estructuras soldadas, tales como cisternas viales o ferroviarias,
como se explica más abajo.
En lo que se refiere al estudio de la
resistencia a la corrosión bajo tensión, el solicitante prefiere el
método de la tracción lenta ("Slow Strain Rate Tetsing"),
descrita por ejemplo en la norma ASTM G129. Este ensayo es más
rápido y mostró ser más discriminante que los métodos clásicos
consistentes en determinar el umbral de esfuerzo de no rotura en
corrosión bajo tensión, con la condición de controlar bien las
condiciones experimentales.
El principio de la prueba en tracción lenta
consiste en comparar las propiedades de tracción en medio inerte
(área de laboratorio) y en medio agresivo. La disminución de las
propiedades mecánicas estáticas en medio corrosivo corresponde a la
sensibilidad a la corrosión bajo tensión. Las características del
ensayo de tracción más sensibles son el alargamiento a la rotura A
y la tensión máxima (a la estricción) R_{m}. El solicitante ha
comprobado que el alargamiento a la rotura es un parámetro netamente
más discriminante que la tensión máxima. Es necesario asegurar que
la disminución de las características mecánicas estáticas
corresponden efectivamente a corrosión bajo tensión, definida como
acción sinérgica y simultánea del requerimiento mecánico y del
medio ambiente. Por ello, el solicitante también efectuó ensayos de
tracción en medio inerte (área de laboratorio), luego de una
pre-exposición previa de la probeta, sin tensión,
en medio agresivo, durante el mismo tiempo que el ensayo de
tracción efectuado en este medio. Si las características de
tracción obtenidas no difieren de las que se obtienen en medio
inerte, la sensibilidad a la corrosión bajo tensión puede entonces
definirse mediante un índice I de "sensibilidad a la CBP"
definido
como:
como:
Los aspectos críticos de la prueba de tracción
lenta se refieren a la elección de la probeta de tracción, de la
velocidad de deformación y de la solución corrosiva. El solicitante
utilizó una probeta (tomada en el sentido
Transversal-Longitudinal), que presenta una forma
cóncava con un radio de curvatura de 100 mm, lo que permite
localizar la deformación y tornar la prueba aun más severa.
En cuanto a la velocidad de requerimiento, una
velocidad demasiado rápida no permite que se desarrollen los
fenómenos de corrosión bajo tensión, pero una velocidad demasiado
lenta enmascara la corrosión bajo tensión. El solicitante utilizó
una velocidad de deformación de 5.10^{-5} S^{-1}
(correspondiente a una velocidad de desplazamiento del recorrido de
4,5.10^{-2} mm/min) que permite maximizar los efectos de la
corrosión bajo tensión (R. Dif. et al., Proceedings of the
6^{th} International Conference on Aluminium Alloys [Actas de la
6a Conferencia Internacional sobre Aleaciones de Aluminio], 1998,
Toyohashi, Japón, pp. 1615-1620).
En lo que se refiere al entorno agresivo a
utilizar, el mismo tipo de problema se plantea en la medida en que
un medio demasiado agresivo enmascara la corrosión bajo tensión,
pero en el que un entorno muy poco severo no permite poner en
evidencia fenómenos de corrosión. Una solución de
3%NaCl+0.3%H_{2}O_{2} fue utilizada con éxito en el marco de la
presente invención.
Los productos según la invención pueden ser
utilizados ventajosamente para la realización de estructuras
soldadas, para la construcción de cisternas viales o ferroviarias o
para la fabricación de vehículos industriales. También pueden ser
utilizados para la fabricación de carrocerías de automóviles,
especialmente como piezas de refuerzo. Muestran una buena aptitud
para la conformación.
En una utilización preferida, se utilizan los
productos según la invención en forma de chapas laminadas en un
estado metalúrgico poco endurecido, como el estado O o el estado
H111, de espesor comprendido entre 3 mm y 12 mm, y preferentemente
entre 4,5 mm y 10 mm, para la construcción de cisternas viales o
ferroviarias; dichas chapas se caracterizan por un producto
R_{m(TL)} x A_{(TL)} superior a 8200, preferentemente
superior a 8500 y aun más preferentemente superior a 9000, y por
una buena resistencia a la corrosión. Para esta utilización, en
forma preferida, la pérdida de masa durante un ensayo de
resistencia a la corrosión intergranular es inferior a 30
mg/cm^{2} luego de un envejecimiento de 20 días a 100ºC, y el
índice CBP en tracción lenta es inferior al 50% luego de un
envejecimiento de 20 días a 100ºC.
Los productos según la invención pueden ser
soldados por todos los procedimientos de soldadura utilizables para
las aleaciones de tipo Al-Mg, tales como la
soldadura MIG o TIG, la soldadura por fricción, la soldadura por
láser, la soldadura por haz de electrones. Más particularmente, el
solicitante comprobó que la soldadura MIG de los productos según la
invención conduce a juntas soldadas caracterizadas por un límite a
la rotura al menos tan elevado como con las aleaciones conocidas,
tales como la 5186. Estas pruebas de soldadura fueron realizadas en
el sentido Transversal-Longitudinal en chapas en
estado H111, unidas una a continuación de la otra con un chaflán en
V por soldadura MIG semiautomática en corriente lisa, con un hilo
de aporte en aleación 5183. Las pruebas mecánicas fueron efectuadas
sobre probetas tomadas en el sentido Longitudinal
(perpendicularmente al cordón de soldadura) con cordón nivelado
simétricamente y con cordón no nivelado, o en el sentido TL. En la
probeta tomada en el sentido Longitudinal aparece un valor de
R_{m} de al menos 275 MPa, lo que destaca la excelente aptitud
del material para su utilización en estructuras soldadas.
La invención se comprenderá mejor mediante
ejemplos que, sin embargo, no tienen carácter limitativo.
Se ha elaborado por colada semicontinua placas
de laminado en diferentes aleaciones. Su composición se indica en
el cuadro 1. El análisis químico de los elementos ha sido efectuado
por espectroscopia centelleante sobre un peón de espectrometria
obtenido a partir de metal líquido extraído del canal de
colada.
Las placas de laminado fueron recalentadas y
luego laminadas en caliente. A modo de ejemplo, la placa
correspondiente al ejemplo H1 ha sido recalentada en tres etapas:
10 h a 490ºC, 10 h a 510ºC, 3 h 45 a 490ºC y luego laminada en
caliente con una temperatura de entrada de 490ºC y una temperatura
de enrollamiento de 310ºC. Para las placas que corresponden a los
ejemplos H2, I1, I2, I3 e I4, el recalentamiento se realiza en dos
etapas (21 h a 510ºC + 2 h a 490ºC), las temperaturas de entrada en
el laminado eran, respectivamente, de 477ºC, 480ºC, 479ºC, 474ºC y
478ºC, mientras que las temperaturas de enrollamiento eran,
respectivamente, de 290ºC, 300ºC, 270ºC, 310ºC y 300ºC. Luego del
enrollamiento, todas las chapas fueron aplanadas y cortadas.
Las aleaciones A, B, C, D, E y F son aleaciones
de acuerdo con el estado de la técnica. Las aleaciones G, H e I
son aleaciones según la invención.
Las propiedades de las chapas elaboradas a
partir de estas aleaciones están indicadas en el Cuadro 2. Las
chapas tienen la misma letra de referencia que la aleación con las
que fueron elaboradas.
Dos chapas correspondientes al ejemplo H1 de
espesor 5,0 mm en estado H111 fueron soldadas una con otra en el
sentido Transversal-Longitudinal con un chaflán en
V (ángulo 45º) por soldadura MIG semiautomática en corriente lisa.
Se utilizó un hilo de aporte en aleación 5183 (Mg 4,81%, Mn 0,651%,
Ti 0,120%, Si 0,035%, Fe 0,130%, Zn 0,001%, Cu 0,001%, Cr 0,075%)
de espesor 1,2 mm provisto por la sociedad Soudure Autogène
Française (Soldadura Autógena Francesa).
La probeta fue tomada en el sentido Longitudinal
a través de la junta soldada, de forma tal que la junta se
encuentre en el medio. Con el cordón nivelado simétricamente, se
halló un valor de R_{m} de 285 MPa, y con un cordón no nivelado,
un valor de 311 MPa.
El mismo ensayo ha sido realizado en dos chapas
correspondientes a la chapa H2. Con el cordón de soldadura nivelado
simétricamente, se halla un valor de R_{m} de 290 MPa. Con un
cordón no nivelado, se halla un valor de 318 MPa. A modo de
comparación, se obtiene 283 MPa con un cordón nivelado en dos
chapas de acuerdo con el arte anterior de espesor comparable (ver
L. Cottignies et al., "AA 5186: a new aluminium alloy for
welded constructions" [Una nueva aleación de aluminio para
estructuras soldadas], Journal of Light Metal Welding and
Construction,
1999).
1999).
La misma prueba ha sido realizada en dos chapas
correspondientes a las chapas I2 e I4; para este ensayo, las
probetas fueron tomadas en el sentido TL a través de la junta
soldada. Se hallan los siguientes resultados:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En chapas realizadas como se describe en el
ejemplo 1, se efectuaron pruebas de LDH (Limit Dome Height). El LDH
es una prueba de embutido con panel bloqueado en la periferia (R.
Thompson, "The LDH test to evaluate sheet metal
formability-Final report of the LDH committee of
the North American Deep Drawing Research Group", SAE Conference,
Detroit, 1993, SAE Paper Nº 93-0815). (Ensayo de
LDH para evaluar la conformabilidad de chapas metálicas. Informe
final del comité de LDH del grupo Norteamericano de Investigación
en Estampado Profundo'', Conferencia SAE, Detroit, 1993, Documento
SAE Nº 93-0815). El panel, que mide 490 mm x 490
mm, es requerido en biexpansión equiaxial. La lubricación entre el
punzón (diámetro 250 mm) y la chapa se realiza mediante un film
plástico y grasa. El valor LDH es el desplazamiento del punzón a la
rotura, es decir la profundidad límite del
embutido.
embutido.
Se obtiene un valor de 101 mm para la chapa H1,
y un valor de 94,1 mm para la chapa H2. A modo de comparación, se
había obtenido mediante una aleación del arte anterior con un
espesor comparable el valor de LDH de 94,3 mm (ver L. Cottignies
et al., "AA 5186: a new aluminium alloy for welded
constructions" [Una nueva aleación de aluminio para estructuras
soldadas], Journal of Light Metal Welding and Construction,
1999).
\newpage
En una chapa del arte anterior y la chapa
correspondiente al ejemplo H1, hemos realizado pruebas de tracción
lenta de acuerdo con el método y con los parámetros descritos en el
párrafo "Descripción detallada de la invención". Los valores
de alargamiento obtenidos para las dos aleaciones y las diferentes
condiciones de envejecimiento se presentan en el cuadro 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se observa que la aleación según la invención
presenta una mejor resistencia en corrosión bajo tensión luego del
envejecimiento, especialmente para niveles de envejecimiento
intermedios, a pesar de un contenido de magnesio más elevado.
Se realizaron ensayos de corrosión intergranular
en las chapas H1, H2, I2 e I4, correspondientes a la invención,
así como en una chapa de aleación 5186 de acuerdo con el estado de
la técnica, de acuerdo con las indicaciones del Diario Oficial de
Comunidades Europeas, 19/11/84, Nº L300, 35 a 43, utilizando la
solución B (NaCl 30 g/l + HCl 5 g/l), en muestras de tamaño 30 mm *
30 mm * 5 mm. Los resultados obtenidos en estos ensayos se muestran
en el Cuadro 4, con referencia a los resultados del arte
anterior.
La aleación según la invención presenta un nivel
de resistencia a la corrosión intergranular comparable, incluso
mejor, que la del arte anterior.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha elaborado, por colada semicontinua, una
placa de laminado de composición:
Mg 5,0%, Zn 0,30%, Mn 0,35%, Si 0,01%, Fe 0,15%,
Cu 0,03%, Zr 0,02%, Cr 0,03%, Ni < 0,01%, Ti 0,02%. Luego de
una homogeneización durante 19 h a 505ºC, la placa fue laminada en
caliente hasta un espesor de 7 mm. Luego de un ligero aplanado, las
chapas fueron recocidas con un aumento de temperatura a 378ºC
durante 8 h, seguido de un mantenimiento durante 30 minutos a una
temperatura comprendida entre 378ºC y 390ºC.
Las chapas así obtenidas tienen las
características mecánicas promedio (sentido T-L)
siguientes:
- R_{m} = 297 MPa, R_{p0,2} = 139 MPa, A = 28,9%.
Claims (32)
1. Producto forjado de aleación
Al-Mg, caracterizado porque contiene (en
porcentajes en peso)
- Mg
4,85-5,35
\hskip0.2cm
Mn 0,20-0,50\hskip0.2cm
Zn 0,20-0,45\hskip0.2cm
Si < 0,20\hskip0.2cm
Fe < 0,30\hskip0.2cm
Cu < 0,25\hskip0.2cm
Cr < 0,15\hskip0.2cm
Ti < 0,15\hskip0.2cm
Zr < 0,15
el resto del aluminio con sus
inevitables
impurezas.
2. Producto según la reivindicación 1,
caracterizado porque Mg 4,90-5,30%.
3. Producto según una de las reivindicaciones 1
ó 2, caracterizado porque Mn 0,20-0,40%, y
preferentemente 0,25-0,35%.
4. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque Zn
0,25-0,40%.
5. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque Cu < 0,20,
preferentemente < 0,15 y aun más preferentemente < 0,10%.
6. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque contiene al
menos 0,10% de hierro.
7. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque contiene al
menos 0,05% de silicio.
8. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque contiene al
menos 4,95% de magnesio.
9. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque contiene al
menos 5,0% de magnesio.
10. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque su alargamiento
a la rotura A_{(TL)} es al menos 24% y preferentemente al menos
27%.
11. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque su límite de
elasticidad R_{p0,2(TL)} es al menos 145 MPa, su
resistencia a la rotura R_{m(TL)} es al menos 290 MPa, y
su alargamiento a la rotura A_{(TL)} es al menos 24%.
12. Producto según la reivindicación 11,
caracterizado porque su límite de elasticidad
R_{p0,2(TL)} es al menos 150 MPa, y preferentemente de al
menos 170 MPa.
13. Producto según una de las reivindicaciones
11 ó 12, caracterizado porque el alargamiento a la rotura
A_{(TL)} es al menos 27%.
14. Producto según una de las reivindicaciones
10 a 13, caracterizado porque su resistencia a la rotura
R_{m(TL)} es al menos 300 MPa.
15. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el producto
R_{m(TL)} x A_{(TL)}, en el cual R_{m(TL)} está
expresado en MPa y A_{(TL)} en porcentaje, es superior a 8200,
preferentemente superior a 8500 y aun más preferentemente superior
a 9000.
16. Producto según una de las reivindicaciones 1
a 15, caracterizado porque la pérdida de masa luego del
ensayo de corrosión intergranular después del envejecimiento de 7
días a 100ºC es inferior a 20 mg/cm^{2}.
17. Producto según una de las reivindicaciones 1
a 15, caracterizado porque la pérdida de masa luego del
ensayo de corrosión intergranular después del envejecimiento de 20
días a 100ºC es inferior a 50 mg/cm^{2} y preferentemente
inferior a 30 mg/cm^{2}.
18. Producto según una de las reivindicaciones 1
a 15, caracterizado porque la pérdida de masa luego del
ensayo de corrosión intergranular después del envejecimiento de 20
días a 120ºC es inferior a 95 mg/cm^{2}, preferentemente inferior
a 80 mg/cm^{2} y más preferentemente aun, inferior a 60
mg/cm^{2}.
19. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque se trata de
una chapa laminada.
20. Chapa según la reivindicación 19,
caracterizada porque su espesor está comprendido entre 3 mm
y 12 mm.
21. Chapa según la reivindicación 20,
caracterizada porque su espesor está comprendido entre 4,5
mm y 10 mm.
22. Chapa según una de las reivindicaciones 19 a
21, caracterizada porque ha sido elaborada por laminado en
caliente a partir de una pieza obtenida por colada
semicontinua.
23. Chapa según la reivindicación 22,
caracterizada porque la temperatura de salida del laminador
en caliente está comprendida entre 260ºC y 330ºC, y
preferentemente comprendida entre 290ºC y 330ºC.
24. Utilización de una chapa según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 23 para estructuras soldadas.
25. Utilización de una chapa según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 23 para la construcción de cisternas
viales o ferroviarias.
26. Utilización de una chapa según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 23 para la fabricación de vehículos
industriales.
27. Utilización de una chapa según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 23 para la fabricación de carrocerías de
automóviles.
28. Cisterna vial o ferroviaria realizada al
menos parcialmente con chapas de composición (en porcentaje en
peso)
- Mg
4,95-5,35
\hskip0.2cm
Mn 0,20-0,50\hskip0.2cm
Zn 0,25-0,45\hskip0.2cm
Si 0,05-0,20\hskip0.2cm
Fe 0,10-0,30\hskip0.2cm
Cu < 0,25\hskip0.2cm
Cr < 0,15\hskip0.2cm
Ti < 0,15\hskip0.2cm
Zr < 0,10
el resto del aluminio con sus
inevitables
impurezas,
y dichas chapas tienen un producto
R_{m(TL)} x A_{(TL)} de al menos 8500 y,
preferentemente, de al menos 9000.
29. Cisterna según la reivindicación 28,
caracterizada porque dichas chapas presentan una resistencia
a la corrosión caracterizada por una pérdida de masa durante
el ensayo de corrosión intergranular inferior a 50 mg/cm^{2}
luego de un envejecimiento de 20 días a 100ºC, y preferentemente
inferior a 30 mg/cm^{2}.
30. Cisterna según una de las reivindicaciones
28 ó 29, caracterizada porque dichas chapas presentan una
resistencia a la corrosión bajo tensión caracterizada por un
índice de CBP inferior al 50% luego de un envejecimiento de 20 días
a 100ºC.
31. Estructura soldada realizada al menos
parcialmente con chapas según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 23.
32. Estructura soldada según la reivindicación
31, caracterizada porque la junta de soldadura, obtenida
por soldado una a continuación de la otra en el sentido
Transversal-Longitudinal con un chaflán en V (ángulo
45º) por soldadura MIG con un hilo de aporte en aleación 5183,
presenta un valor de R_{m} de al menos 275 MPa, medido en probeta
tomada en el sentido Longitudinal a través de la junta soldada y
dispuesta de manera que dicha junta soldada se encuentre en el
medio de la longitud de la probeta, luego del nivelado simétrico
del cordón de soldadura.
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