ES2330713B2 - ALUMINUM BASED GRAIN TUNER. - Google Patents
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Abstract
Afinador de grano de base aluminio, que contiene cinc, titanio y carbono, sistetizado mediante la fusión de aluminio y la adición posterior de titanio, cinc y carbono. La microestructura de la aleación madre consta de una matriz de aluminio alfa, fase intermetálica de TiAl_{3} y partículas finas de un compuesto ternario de titanio-cinc-carburo. El contenido de titanio es como mínimo del 1% y como máximo del 20%, el contenido de carbono es como mínimo del 0,01% (100 ppm) y como máximo del 3% y el contenido de cinc es igual o superior al 1%.Aluminum based grain refiner, containing zinc, titanium and carbon, systematized by melting aluminum and the subsequent addition of titanium, zinc and carbon. The microstructure of the mother alloy consists of a matrix of alpha aluminum, TiAl3 intermetallic phase and fine particles of a ternary compound of titanium-zinc-carbide. The content Titanium is at least 1% and at most 20%, the Carbon content is at least 0.01% (100 ppm) and as maximum of 3% and the zinc content is equal to or greater than 1%.
Description
Afinador de grano de base aluminio.Aluminum based grain tuner.
La invención hace referencia a un afinador o afinante de grano de base aluminio.The invention refers to a tuner or aluminum base grain tuner.
Más concretamente, el objeto de la invención se centra en una novedosa aleación de aluminio (también denominada "aleación madre") que contiene aluminio, cinc, titanio y carbono, la cual se obtiene o sintetiza mediante la fusión de aluminio y la adición posterior de titanio, cinc y carbono. Después de que se obtiene la composición deseada y de que se homogeneiza, la aleación fundida se moldea por colada en la forma deseada. La microestructura de la aleación madre consta de una matriz de aluminio alfa, fase intermetálica de TiAl_{3} y partículas finas (partículas de tamaño comprendido en el intervalo de entre nm y uno pocos aun) de un compuesto ternario de titanio-cinc-carburo. La aplicación práctica de esta aleación madre cuaternaria es para el afino de grano del aluminio y sus aleaciones.More specifically, the object of the invention is focuses on a novel aluminum alloy (also called "mother alloy") containing aluminum, zinc, titanium and carbon, which is obtained or synthesized by the fusion of aluminum and the subsequent addition of titanium, zinc and carbon. After that the desired composition is obtained and that it is homogenized, The molten alloy is cast by casting as desired. The microstructure of the mother alloy consists of a matrix of alpha aluminum, TiAl3 intermetallic phase and fine particles (particles of size in the range between nm and one few yet) of a ternary compound of titanium-zinc-carbide. The application This quaternary mother alloy practice is for the refining of aluminum grain and its alloys.
El campo de aplicación de la presente invención se encuentra dentro de la industria metalúrgica del aluminio, concretamente para el afino de grano del aluminio y sus aleaciones.The field of application of the present invention It is located within the aluminum metallurgical industry, specifically for the refining of aluminum grain and its alloys
Como es sabido, el afino de grano del aluminio y de sus aleaciones es una práctica industrial ampliamente utilizada. El afinador de grano comercial estándar es la aleación madre de Al-Ti-B, que contiene partículas de TiB_{2} y que se encuentra disponible comercialmente con diferentes contenidos de Ti y de B. La aleación madre más comúnmente utilizada es el Al-5%Ti-1%B en forma de varilla (composiciones en % en peso, si no se indica otra cosa).As is known, the grain refining of aluminum and its alloys is an industrial practice widely used The standard commercial grain tuner is the alloy mother of Al-Ti-B, which contains TiB2 particles and that is available commercially with different contents of Ti and B. The alloy most commonly used mother is the Al-5% Ti-1% B rod-shaped (compositions in% by weight, if not indicated otherwise).
Se sabe que las aleaciones madre de Al-Ti-B son eficaces para aplicaciones generales, aunque causan los siguientes defectos en ciertas aplicaciones específicas, debido a la presencia de partículas gruesas y aglomeraciones de TiB_{2}:It is known that the mother alloys of Al-Ti-B are effective for general applications, although they cause the following defects in certain specific applications, due to the presence of Thick particles and agglomerations of TiB2:
- poros en las hojas de aluminio,- pores in aluminum sheets,
- estrías y defectos superficiales en chapas y productos similares que requieren un buen acabado superficial,- stretch marks and surface defects in sheets and similar products that require a good surface finish,
- grietas de rechupe y agrietamiento en lingotes, especialmente en algunas aleaciones de alta resistencia, como 7010/7050, que se utilizan en la industria aeronáutica.- cracking and cracking cracks in ingots, especially in some high strength alloys, like 7010/7050, which are used in the aviation industry.
Además, se necesita adicionar mayores cantidades de Al-Ti-B para el afino de grano de aleaciones para alta temperatura que contienen Cr y Zr, los cuales se cree que son un veneno para el afinador de grano convencional de Al-Ti-B.In addition, you need to add older amounts of Al-Ti-B for refining Grain of high temperature alloys containing Cr and Zr, which are believed to be a poison for the grain tuner Al-Ti-B conventional.
A la vista de la existencia de los problemas antedichos en un amplio campo de aplicaciones específicas, el inventor principal Dr. Abinash Banerji desarrolló un afinador de grano ternario Al-Ti-C libre de boro, que contiene partículas de TiC, que forman núcleos de granos de aluminio (Dr. Abinash Banerji, Tesis Doctoral Universidad Técnica de Berlín, 1987).In view of the existence of problems above in a wide range of specific applications, the lead inventor Dr. Abinash Banerji developed a tuner for Al-Ti-C ternary grain free of boron, which contains TiC particles, which form kernels of grains Aluminum (Dr. Abinash Banerji, Doctoral Thesis University Berlin Technique, 1987).
El procedimiento de producción de este afinador de grano ternario se patentó posteriormente en 1985 (Patentes U.S.A. nº 4748001 y 4842821, patentes de la UE nº 0214220 (Reino Unido), 0214220 (Francia), 0214220 y P3679263.2 (Alemania), 0214220 (Países Bajos), patente australiana nº 595187, patente canadiense nº 1289748, patente japonesa nº 2121452, patente noruega nº 167589).The production procedure of this tuner of ternary grain was later patented in 1985 (Patents USES. No. 4748001 and 4842821, EU patents No. 0214220 (Kingdom United), 0214220 (France), 0214220 and P3679263.2 (Germany), 0214220 (Netherlands), Australian Patent No. 595187, Canadian Patent No. 1289748, Japanese Patent No. 2121452, Norwegian Patent No. 167589).
Durante más de una década y hasta ahora, el afinador de grano de Al-Ti-C se ha producido comercialmente en todo el mundo por varios fabricantes, aunque las aleaciones madre de Al-Ti-C se encuentran disponibles con distintos contenidos de Ti y C. Sin embargo, la aleación madre comúnmente utilizada tiene una composición de aproximadamente Al-3%Ti-0,2%C.For more than a decade and so far, the Al-Ti-C grain tuner has produced commercially worldwide by various manufacturers, although the mother alloys of Al-Ti-C are available with different contents of Ti and C. However, the mother alloy commonly used has a composition of approximately Al-3% Ti-0.2% C.
A pesar de ser una práctica industrial durante más de una década, el afinador de grano de Al-Ti-C disponible hasta ahora no ha sido capaz de resolver de forma eficaz los problemas asociados con el afinador de grano de Al-Ti-B convencional, ya que se necesita adicionar cantidades mayores para obtener un nivel de tamaño de grano similar al obtenido con el afinador de grano de Al-Ti-B comercial.Despite being an industrial practice during more than a decade, the grain tuner of Al-Ti-C available so far no has been able to effectively solve the associated problems with the Al-Ti-B grain tuner conventional, since you need to add larger amounts to obtain a level of grain size similar to that obtained with the Al-Ti-B grain tuner commercial.
Visto lo que antecede, el objeto de la presente invención se centra en desarrollar otro afinador que supera el rendimiento de los afinadores de grano de Al-Ti-C, disponibles comercialmente hasta ahora, y que resuelva de forma eficaz los problemas bien conocidos asociados con el afinador de grano de Al-Ti-B convencional, debiendo señalarse que, por parte del solicitante se desconoce que se haya producido ninguna aleación ni ninguna aleación madre de base aluminio que contengan cinc, titanio y carbono y que muestren capacidad de afino de grano, tal como la que reivindica la presente invención.Having seen the above, the purpose of this invention focuses on developing another tuner that exceeds the performance of grain tuners Al-Ti-C, commercially available so far, and that effectively solve problems well known associated with the grain tuner of Conventional Al-Ti-B, owing It should be noted that it is unknown for the applicant that produced no alloy or base alloy aluminum containing zinc, titanium and carbon and showing grain refining capacity, such as the one claimed by the present invention.
De forma concreta, el afinador de grano objeto de la invención, se produce del modo siguiente:Specifically, the object grain tuner of the invention, it is produced as follows:
En un horno se funde aluminio puro disponible comercialmente (generalmente aluminio 99,7%), a las temperaturas normales de fusión del aluminio (aproximadamente 700-1000ºC), se añade la cantidad necesaria de titanio, en forma de esponja de titano o de chatarra de titanio (por ejemplo, virutas). Otra fuente de titanio puede ser una sal que contenga titanio, por ejemplo, K_{2}TiF_{6}. En este último caso, inicialmente se puede producir una mezcla binaria de Al-Ti, mediante la adición de la cantidad requerida de sal al aluminio fundido, y después de que la mezcla binaria de Al-Ti esté lista y de que la escoria se sea retirada de la superficie fundida, puede comenzar el proceso posterior. De forma alternativa, también se puede fundir directamente una aleación madre de Al-Ti.Pure aluminum is melted in an oven commercially (usually 99.7% aluminum), at temperatures normal melting of aluminum (approximately 700-1000 ° C), the necessary amount of titanium, in the form of titanium sponge or titanium scrap (for example, chips). Another source of titanium can be a salt containing titanium, for example, K 2 TiF 6. In this last case, initially a binary mixture of Al-Ti, by adding the required amount of salt to molten aluminum, and after the binary mixture of Al-Ti is ready and that the scum be removal of the molten surface, the process can begin later. Alternatively, it can also melt directly a mother alloy of Al-Ti.
A continuación, se añade a la masa fundida cinc puro o una aleación que contenga cinc (por ejemplo, una aleación Zn-Al) seguido de polvo de carbono, que puede ser grafito o carbono amorfo.It is then added to the zinc melt pure or an alloy containing zinc (for example, an alloy Zn-Al) followed by carbon dust, which can be Graphite or amorphous carbon.
El proceso habitual es que la adición del titanio vaya seguida del cinc y del carbono, aunque la secuencia de adición de los elementos no supone una limitación para la invención. La adición puede ser de los tres elementos juntos o de uno después de otro.The usual process is that the addition of titanium is followed by zinc and carbon, although the sequence of adding the elements does not constitute a limitation for the invention. The addition can be of the three elements together or of one after another.
El tiempo de mantenimiento necesario de la aleación en el horno ("holding"), después de que se han añadido todos los elementos, es habitualmente de entre 30 y 60 minutos para que la completa reacción de los tres elementos produzca las partículas de carburo ternarias de titanio, cinc y carbono. El tiempo de mantenimiento dependerá de la composición de la colada, del volumen de la misma, de la temperatura de fusión y del tipo de horno. En el caso de fusión por inducción, un efecto de agitación puede reducir el tiempo de mantenimiento.The necessary maintenance time of the alloy in the oven ("holding"), after they have added all the elements, it is usually between 30 and 60 minutes for the complete reaction of the three elements produce the ternary carbide particles of titanium, zinc and carbon. The maintenance time will depend on the composition of the laundry, the volume thereof, the melting temperature and of the type of oven. In the case of induction fusion, an effect of Stirring can reduce maintenance time.
La aleación madre obtenida se moldea por colada mediante el procedimiento habitual en lingotes ("waffles"), bloques o barras que se pueden procesar posteriormente en forma de varilla o alambre. De acuerdo con el estado de la técnica, se puede utilizar directamente un equipo de colada en continuo junto con un dispositivo de enrollamiento para procesar directamente la aleación madre en rollos de varilla o alambre. De forma alternativa, se pueden utilizar otros procedimientos de colada y conformado para obtener el afinador de grano en la forma y el tamaño deseados.The mother alloy obtained is cast by casting by the usual bullion procedure ("waffles"), blocks or bars that can be subsequently processed in the form of rod or wire According to the state of the art, it can be directly use a continuous casting equipment together with a winding device to directly process the alloy mother in rolls of rod or wire. Alternatively, it they can use other casting and forming procedures to Get the grain tuner in the desired shape and size.
La aleación madre es apta para ser utilizada para el afino de grano de aluminio y de sus aleaciones. Se puede utilizar en forma de lingotes, barras o varilla según las técnicas de afino de grano.The mother alloy is suitable for use for the refining of aluminum grain and its alloys. It can use in the form of ingots, bars or rod according to the techniques of grain refining.
Es importante destacar que la microestructura de la aleación madre obtenida mediante el procedimiento descrito contiene las tres fases siguientes:It is important to note that the microstructure of the mother alloy obtained by the procedure described It contains the following three phases:
- Fase matriz, compuesta de \alpha-Al.- Matrix phase, composed of α-Al.
- Fase primaria intermetálica de aluminuro TiAl_{3}.- Primary intermetallic aluminum phase TiAl_ {3}.
- Fase ternaria de titanio-cinc-carburo.- Ternary phase of titanium-zinc-carbide.
Además, en la microestructura se pueden encontrar algunas trazas de carbono libre.In addition, in the microstructure you can Find some traces of free carbon.
En resumen, en la aleación preconizada el contenido de titanio es como mínimo del 1% y como máximo del 20%, el contenido de carbono es como mínimo del 0,01% (100 ppm) y como máximo del 3% y el contenido de cinc es como mínimo del 1%.In summary, in the recommended alloy the Titanium content is at least 1% and at most 20%, the carbon content is at least 0.01% (100 ppm) and as 3% maximum and zinc content is at least 1%.
En un ejemplo de realización del afinador de grano objeto de la invención, en las Fig. 1 y 2 se presenta la micro estructura típica de una aleación Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C obtenida en forma de varilla.In an exemplary embodiment of the tuner of grain object of the invention, in Figs. 1 and 2 the typical micro structure of an alloy Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C obtained in the form of a rod.
Se llevaron a cabo, asimismo, ensayos de afino de grano TP1 utilizando el nuevo afinador y se compararon los resultados con los obtenidos con afinadores de grano comerciales disponibles de Al-Ti-B y Al-Ti-C. En las Fig. 3, 4, 5 y 6 se incluyen las típicas macrografías de los ensayos TP1 realizados.Tuning tests were also carried out. of TP1 grain using the new tuner and the results with those obtained with commercial grain tuners available from Al-Ti-B and Al-Ti-C. In Figs. 3, 4, 5 and 6 it is include the typical macrographs of the TP1 trials made.
Puede verse que en el ensayo convencional corto de 2 min., llevado a cabo con aluminio comercial puro de 99,7%, con el nuevo afinador Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C se obtuvo un tamaño de grano de 110 \mum, que es ligeramente mas fino que el obtenido con Al-5%Ti-1%B (115 \mum) y considerablemente mas fino que el obtenido con Al-3,5%Ti-0,2%C (170 \mum).It can be seen that in the short conventional trial 2 min., carried out with 99.7% pure commercial aluminum, with the new tuner Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C a grain size of 110 µm was obtained, which is slightly more fine than that obtained with Al-5% Ti-1% B (115 µm) and considerably finer than that obtained with Al-3.5% Ti-0.2% C (170 µm).
Para una mejor interpretación de la invención, se acompaña la presente memoria descriptiva de unas fotografías en las que se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, la micro estructura típica y los resultados obtenidos con un afinador de grano con una composición Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C, como el que el que es objeto de la invención, según los principios de las reivindicaciones.For a better interpretation of the invention, The present descriptive report of some photographs is accompanied in those illustrated, by way of non-limiting example, the micro typical structure and the results obtained with a tuner of grain with a composition Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C, such as that which is the subject of the invention, according to the principles of the claims.
En dichas fotografías:In these photographs:
La figura 1, muestra la micro estructura típica de un afinador de grano Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C obtenido en forma de varilla.Figure 1 shows the typical microstructure of a grain tuner Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C obtained in the form of a rod.
La figura 2, muestra la misma micro estructura típica de un afinador de grano Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C obtenido en forma de varilla, a menor número de aumentos.Figure 2 shows the same microstructure typical of a grain tuner Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C obtained in the form of a rod, at a lower number of increases.
La figura 3, muestra la típica macrografía de Al 99,7% sin adición de afinador.Figure 3 shows the typical macrography of At 99.7% without adding tuner.
La figura 4, muestra la típica macrografía de Al 99,7% afinado con 2 Kg/Tm. de Al-5%Ti-1%B varilla.Figure 4 shows the typical macrography of At 99.7% tuned with 2 Kg / Tm. from Al-5% Ti-1% B rod.
La figura 5, muestra la típica macrografía de Al 99,7% afinado con 2 Kg/Tm. de Al-3,5%Ti-0,2%C varilla.Figure 5 shows the typical macrography of At 99.7% tuned with 2 Kg / Tm. from Al-3.5% Ti-0.2% C rod.
La figura 6, muestra la típica macrografía de Al 99,7% afinado con 2 Kg/Tm. de Al-6%Zn-3,5%Ti-0,4%C varilla.Figure 6 shows the typical macrography of At 99.7% tuned with 2 Kg / Tm. from Al-6% Zn-3.5% Ti-0.4% C dipstick.
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091214 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2330713B2 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20211118 |