ES2344213T3 - Productos hechos de aleaciones de aluminio de alta tenacidad y procedimiento de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de elaboración de productos de aleación de aluminio de alta tenacidad y resistencia a la fatiga que consta de las etapas siguientes: (a) se prepara un baño con una aleación de aluminio, (b) se introduce en dicho baño un afinador, (c) se elabora una forma bruta fundida, como por ejemplo una palanquilla de extrusión, una palanquilla de forja o una placa de laminado, (d) se transforma en caliente dicha forma bruta, eventualmente tras su descascarillado, para formar una pieza bruta o un producto del grosor definitivo, (e) opcionalmente, se transforma en frío la pieza bruta hasta su grosor definitivo, (f) se somete el producto procedente de la etapa (d) o (e) a un tratamiento térmico de solución y temple, seguido de una distensión por tracción controlada con un alargamiento permanente comprendido entre el 0,5 y el 5%, y eventualmente seguido un revenido. caracterizado por contener el citado afinador partículas de fases del tipo AlTiC, por elegirse la cantidad de afinador de tal manera que la granulometría media de fundición de dicha forma bruta sea superior a 500 μm y por ser dicha aleación una aleación AA6056 o una aleación AA6156.
Description
Productos hechos de aleaciones de aluminio de
alta tenacidad y procedimiento de fabricación.
La presente invención se refiere a un nuevo
procedimiento de fabricación para productos laminados hechos de
aleaciones de aluminio de alta tenacidad y alta resistencia a la
fatiga, así como productos obtenidos mediante este procedimiento.
Este procedimiento comprende un tipo de afino particular del metal
líquido. Las planchas obtenidas pueden utilizarse como
revestimiento del fuselaje de los aviones.
Se sabe que, en la fabricación de semiproductos
y elementos estructurales para construcción aeronáutica, no pueden
optimizarse todas las propiedades de los materiales al mismo tiempo
ni unas independientemente de las otras. Cuando se modifica la
composición química de la aleación o los parámetros de los
procedimientos de elaboración de los productos, algunas propiedades
esenciales pueden mostrar incluso tendencias antagónicas. Éste es
el caso de, por un lado, un conjunto de propiedades que se agrupan
dentro del término de "resistencia mecánica estática" (en
particular, la resistencia a la rotura R_{m} y el límite de
elasticidad R_{p0.2}) y, por otro lado, otro conjunto de
propiedades agrupadas dentro del término de "tolerancia al
daño" (en particular, la tenacidad y la resistencia a la
propagación de las fisuras). Asimismo, algunas propiedades de uso,
como la resistencia a la fatiga, la resistencia a la corrosión, la
conformabilidad o el alargamiento de rotura, están vinculadas de
una forma muy compleja y, a menudo, imprevisible a las propiedades
(o "características") mecánicas. La optimización de todas las
propiedades de un material para construcción mecánica, por ejemplo
en el sector aeronáutico, implica a menudo un compromiso entre
varios parámetros clave.
A título de ejemplo, en los aviones civiles de
gran capacidad, para los elementos de la estructura del fuselaje se
pueden utilizar aleaciones de tipo
Al-Si-Mg-Cu. Estos
elementos tienen que tener, por un lado, una alta resistencia
mecánica y, por otro lado, una buena tenacidad y una buena
resistencia a la fatiga. Cualquier posibilidad de mejorar uno de
estos grupos de propiedades sin perjudicar a los demás será bien
recibida.
Hasta el momento, los esfuerzos más importantes
se han dirigido a optimizar la composición química de las
aleaciones y las condiciones de transformación de las planchas, es
decir, las secuencias de laminado y de tratamiento térmicos.
Es bien sabido que, en las aleaciones de las
series 2xxx y 7xxx, la reducción de las impurezas de hierro y de
silicio conlleva un aumento de la tenacidad (ver artículo de J.T.
Staley, "Microstructure and Toughness of
High-Strength Aluminium Alloys", publicado en el
libro Properties Related to Fracture Toughness, ASTM Special
Technical Publication 65, 1976, pp. 71-103). En
algunos casos, también provoca un aumento de la resistencia a la
fatiga.
Sólo se han realizado unos pocos estudios sobre
la influencia de las condiciones de afino del metal líquido y de
fusión de las formes brutas (como son las palanquillas y las placas)
en la tenacidad de los productos obtenidos a partir de estas formas
brutas.
La solicitud de patente EP 1.205.567 A (Alcoa
Inc.) demuestra que, al añadir Ti y B o C a una aleación forjada, a
razón del 0,003 al 0,010%, se consigue una granulometría de
fundición inferior o igual a 200 \mum.
La solicitud de patente EP 1.158.068 A (Pechiney
Rhenalu) demuestra que la tenacidad de las planchas gruesas de
aleación de aluminio con endurecimiento estructural en los estados
metalúrgicos poco recristalizados, es decir, cuya fracción de
granos recristalizados es inferior al 35%, se ve influida por la
microestructura de colada: en determinados casos, una granulometría
de colada grande puede conducir a una mejor tenacidad que una
granulometría pequeña. Este resultado se obtiene, en particular,
controlando cuidadosamente el contenido de titanio y boro,
elementos que, incorporados en forma de TiB_{2}, afinan el grano
del metal al solidificarse.
La patente US 5.104.616 (Baeckerud) trata, en
particular, sobre los problemas que plantean las partículas duras
de los boruros en las industrias de las latas para bebidas o del
papel de aluminio, y demuestra que puede resultar ventajoso
sustituir un afinador que contenga boro por uno que contenga
carbono. No obstante, los problemas con que se encuentra la
industria del embalaje de aluminio, como son las perforaciones, no
son comparables a los que pueden afectar a la industria
aeronáutica.
La presente invención tiene por objeto proponer
un nuevo procedimiento para obtener productos forjados altamente
recristalizados, preferiblemente laminados y, en particular,
planchas finas de aleación de la serie 6xxx de alta resistencia
mecánica que presenten también una excelente tenacidad y resistencia
a la fatiga.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para fabricar productos hechos de aleaciones de
aluminio y, en particular, productos altamente recristalizados, de
alta tenacidad y resistencia a la fatiga, que consta de las etapas
siguientes:
- (a)
- se prepara un baño con una aleación de aluminio,
- (b)
- se introduce en dicho baño un afinador,
- (c)
- se elabora una forma bruta fundida, como por ejemplo una palanquilla de extrusión, una palanquilla de forja o una placa de laminado,
- (d)
- se transforma en caliente dicha forma bruta, eventualmente tras su descascarillado, para formar una pieza bruta o un producto del grosor definitivo,
- (e)
- opcionalmente, se transforma en frío la pieza bruta hasta su grosor definitivo,
- (f)
- se somete el producto procedente de la etapa (d) o (e) a un tratamiento térmico de solución y temple, seguido de una distensión por tracción controlada con un alargamiento permanente comprendido entre el 0,5 y el 5%, y eventualmente un revenido
caracterizado por contener el citado afinador
partículas de fases del tipo AlTiC, por elegirse la cantidad de
afinador de tal manera que la granulometría media de fundición de
dicha forma bruta sea superior a 500 \mum y por ser dicha
aleación una aleación AA6056 o una aleación AA6156.
Otro objeto de la presente invención es una
placa de laminado obtenible mediante el procedimiento de colada.
Otro objeto más de la presente invención es una
plancha obtenible a partir del procedimiento o a partir de la placa
de laminado de acuerdo con la invención.
El dibujo 1 muestra la influencia del afinador y
del contenido de titanio en el parámetro p*. El dibujo 2 muestra la
influencia del afinador y del contenido de titanio en el parámetro
s*. En estos dos dibujos, el triángulo negro representa una
aleación afinada con TiB_{2}, mientras que las demás aleaciones
están afinadas con AlTiC.
A menos que se indique lo contrario, todas las
indicaciones relativas a la composición química de las aleaciones
se expresan en tantos por ciento en masa. Cuando la concentración se
exprese en ppm (partes por millón), esta indicación se referirá
también a la concentración en masa.
La denominación de las aleaciones se basa en las
reglas de The Aluminum Association. Los estados metalúrgicos se
definen en la norma europea EN 515. La composición química de las
aleaciones de aluminio normalizadas se define, por ejemplo, en la
norma EN 573-3, así como en las publicaciones de The
Aluminum Association. Estas reglas, normas y publicaciones son
conocidas por los expertos en la materia. En la presente, se
entenderá por "aleación de la serie 6xxx" o "aleación de
tipo Al-Mg-Si" las aleaciones de
aluminio (i) cuya composición química encaje dentro de una de las
denominaciones normalizadas de una aleación de la serie 6xxx, o (ii)
que se deriven de una aleación correspondiente a tal denominación
normalizada al añadir o eliminar alguno de sus elementos químicos,
excepto el silicio y el magnesio, y/o al rebasar (por exceso o por
defecto) el límite de concentración normalizado de uno o varios
elementos químicos (incluido el silicio y el magnesio),
entendiéndose que en ambos casos (i) y (ii), la aplicación de las
reglas de nomenclatura normalizadas debe permitir clasificar dicha
aleación modificada en la serie 6xxx.
A menos que se indique lo contrario, las
características mecánicas estáticas, es decir, la resistencia a la
rotura R_{m}, el límite de elasticidad R_{p0,2} y el
alargamiento de rotura A, vienen determinadas por un ensayo de
tracción según la norma EN 10002-1, estando
definidos el lugar y el sentido de la toma de las muestras de
ensayo en la norma EN 485-1. La resistencia a la
fatiga se determina mediante un ensayo según la norma ASTM E 466,
la velocidad de propagación de las fisuras en fatiga (ensayo
denominado da/dn) según la norma ASTM E 647, y la resistencia a la
fractura por deformación plana K_{C}, K_{CO} o K_{ap} según
la norma ASTM E 561. El término "producto extrudido" incluye
los productos "estirados", es decir, los productos elaborados
por extrusión seguida de estirado.
A menos que se indique lo contrario, las
definiciones de la norma europea EN 12258-1 serán de
aplicación.
En la presente, se denominará "elemento de
estructura" o "elemento estructural" de una construcción
mecánica a una pieza mecánica cuyo fallo puede poner en peligro la
seguridad de dicha construcción, de sus usuarios o de otras
personas. En el caso de un avión, estos elementos de estructura
abarcan, en particular, los elementos que componen el fuselaje,
como son la piel, los rigidizadores o larguerillos, los mamparos,
las cuadernas circulares, elementos de las alas (como el forro, los
larguerillo y otros elementos rigidizadores, las costillas y los
largueros) y el empenaje, compuesto principalmente por los
estabilizadores horizontales y verticales, así como los largueros
del suelo, los rieles para los asientos y las escotillas.
La presente invención puede aplicarse a
aleaciones forjadas AA6056 y AA 6156, y se basa en el descubrimiento
de que el afino de una aleación de aluminio con la ayuda de un
afinador que contiene fases del tipo AlTiC, añadido en la
proporción adecuada, permite obtener una microestructura muy
particular de la forma bruta colada, y en particular una
granulometría superior a 500 \mum y una distribución regular de
las fases intermetálicas, observadas al microscopio óptico,
típicamente a 50 aumentos. Después de una transformación en caliente
según procedimientos conocidos, seguida eventualmente de una
transformación en frío y de un tratamiento térmico, se obtienen,
especialmente para productos altamente recristalizados, productos
forjados que presentan, sorprendentemente, una tenacidad
significativamente mayor y una menor velocidad de propagación de las
fisuras que los productos elaborados a partir de formas brutas
obtenidas mediante los procedimientos conocidos hasta el momento. Se
entiende por producto altamente recristalizado un producto en el
que la fracción de granos recristalizados medida entre un cuarto
del espesor y el semiespesor de los productos acabados es superior
al 70%. En una forma de realización ventajosa de la invención, los
productos procedentes de la etapa (f) están altamente
recristalizados.
Se sabe que, en productos poco recristalizados,
la microestructura de colada puede repercutir en las propiedades
del producto transformado (por ejemplo laminado en caliente, en frío
y tratado térmicamente), pero, en el caso que nos ocupa, el
mecanismo de este sorprendente fenómeno no se ha llegado a
comprender todavía en términos de metalurgia estructural. El
producto elaborado mediante el procedimiento según la invención se
distingue de los productos actuales por la presencia de fases del
tipo AlTiC. Se entiende por "fases del tipo AlTiC" cualquier
fase ternaria Al-Ti-C, así como
cualquier fase binaria Ti-C en una matriz de
aluminio; este término incluye, en particular, las fases
AlTiC_{2} y TiC. Estas fases se añaden normalmente en un alambre
de afinador. A pesar de la escasa cantidad de estas fases, su
efecto en la microestructura fundida es muy evidente. Dado que el
afino mediante un alambre con fases del tipo AlTiC puede sustituirse
por el afino con un alambre con boro (como el AT5B), comúnmente
utilizado, la forma bruta elaborada mediante el procedimiento de la
invención puede contener menos del 0,0001% de boro.
La microestructura de colada obtenida con el
procedimiento de la invención se caracteriza por dos parámetros: p*
(expresado en \mum) y s* (expresado en \mum^{-1}). En
concreto, estos parámetros determinan la finura y la uniformidad de
la microsegregación. El parámetro p* determina la distancia media
entre precipitados en las estructuras de solidificación y, por
tanto, el tamaño medio de las zonas sin precipitados. El parámetro
s* determina la uniformidad con la que están repartidas estas
distancias. La definición precisa de estos dos parámetros, así como
el método para determinarlos, se explican en el artículo
"Quantification of Spatial Distribution of
as-cast Microstructural Features" de Ph. Jarry,
M. Boehm y S. Antoine, publicado en Proceedings of the Light
Metals 2001 Conference, Ed. J.L. Anjier, TMS, p. 903 - 909. Para
determinar el parámetro p*, hace falta un ensayo interlaboratorio
en el marco del proyecto europeo VIRCAST, (ver artículo de Ph. Jarry
y A. Johansen "Characterisation by the p* method of eutectic
aggregates spatial distribution in 5xxx and 3xxx aluminum alloys
cast in wedge moulds and comparison with SDAS measurements",
publicado en Solidification of Alloys, ed. M.G. Chu, D.A.
Granger y Q. Han, TMS 2004.
Los parámetros p* y s* se basan en el análisis
al microscopio óptico de cortes pulidos de la forma bruta
normalmente a 50 aumentos, o cualquier aumento que consiga un buen
compromiso entre una muestra representativa de la microestructura
estudiada y la resolución necesaria. La adquisición de las imágenes
se realiza normalmente con una cámara en color de tipo CCD
(dispositivo de carga acoplada), conectada a un ordenador con algún
software para analizar las imágenes. El procedimiento de análisis,
descrito en detalle en el citado artículo de Ph. Jarry, M. Boehm y
S. Antoine, incluye las etapas siguientes:
- a.
- adquisición de la imagen
- b.
- umbralización de las fases negras y análisis binario de las imágenes que presenten niveles de grises,
- c.
- eliminación de las fases de tamaño muy pequeño (a 50 aumentos, un grupo de menos de 5 píxeles se considera ruido electrónico),
- d.
- análisis digital de la imagen mediante un algoritmo de cierre.
\vskip1.000000\baselineskip
El análisis digital de la imagen consiste en
cerrarla mediante un proceso iterativo con un paso cada vez mayor.
El paso i que cierra la imagen Ci viene definido por
i dilataciones sucesivas de la imagen del mismo objeto (una
dilatación consiste en sustituir cada píxel de una imagen por el
valor máximo de los que lo rodean) seguidas por i erosiones
sucesivas de la imagen del mismo objeto (una erosión consiste en
sustituir cada píxel de una imagen por el valor mínimo de los que
lo rodean) de la imagen d (las operaciones de erosión y de
dilatación no son conmutativas). La relación de superficie A, que
representa la fracción superficial de los objetos, se traza en
función del número de pasos de cierre i. Se obtiene una curva
sigmoidea, que a continuación se ajusta mediante una función
sigmoidea para extraer los parámetros característicos p* y s*,
sabiendo que p* es la abscisa del punto de inflexión, expresada en
unidades de longitud, y s* la pendiente en el punto de inflexión de
la curva sigmoidea.
\newpage
Así, el parámetro p* se define según la
ecuación
donde
A es la fracción superficial de objetos después
de la transformación,
A_{min} es la fracción superficial inicial de
partículas intermetálicas después de la umbralización,
A_{max} es su fracción superficial
correspondiente al relleno convencional en el que se para el
algoritmo (en la práctica, el 90%) para evitar los problemas de
convergencia lenta al final del relleno,
i es el número de paso de cálculo,
y \alpha es un coeficiente de ajuste de la
pendiente de la sigmoidea.
El parámetro p* representa la distancia media
entre las partículas presentes en la matriz.
El otro parámetro es s* y viene definido por la
ecuación
Se ha demostrado que 1/s* es proporcional a la
separación típica de la distribución de las distancias entre una
partícula y su vecina inmediata. Así pues, el parámetro s* mide la
regularidad de la distribución de las fases en la matriz.
La descripción de la estructura de colada con
los parámetros s* y p* engloba al mismo tiempo la finura y la
uniformidad de la microsegregación. La solicitante ha constatado que
s* es un parámetro más relevante para describir la regularidad de
la distribución de las partículas, mientras que p*, en cambio, es
más relevante para describir la finura de su distribución espacial.
Según una forma de realización preferida de la invención, se
fabrica una placa de laminado según el procedimiento de la
invención, de manera que se obtenga un valor de s* superior a 0,92
\mum^{-1} o, preferiblemente, superior a 0,94 \mum^{-1} y,
al mismo tiempo, un valor de p* inferior a 107 \mum.
Según la invención, la forma bruta obtenida al
salir de la colada, como una palanquilla de extrusión, una
palanquilla de forjado o una placa de laminado, se transforma en
caliente y opcionalmente en frío hasta su grosor definitivo. A
continuación, se somete el producto de grosor definitivo a un
tratamiento térmico de solución y temple, seguido de una distensión
por tracción controlada con un alargamiento permanente comprendido
entre el 0,5 y el 5%, y eventualmente un revenido. Si el
alargamiento permanente obtenido con la distensión por tracción
controlada es inferior al 0,5%, el producto no alcanza una planeidad
suficiente. Si el alargamiento permanente obtenido con la
distensión por tracción controlada es superior al 5%, las
propiedades de tolerancia al daño pueden verse afectadas.
El procedimiento según la invención está
particularmente bien adaptado para elaborar productos forjados de
aleación AA6056, AA6156 o aleaciones similares. Para estas dos
aleaciones, se prefiere limitar el contenido de hierro al 0,15% o,
incluso, al 0,13% para disminuir la tendencia a la microsegregación
durante la colada. Una forma de realización ventajosa para las
aleaciones con tratamiento térmico incluye la transformación de la
placa de laminado mediante laminado en caliente en una plancha de un
grosor comprendido entre 3 y 12 mm, y el tratamiento térmico hasta
el estado T6. Aplicado a las aleaciones AA6056 o AA6156, este
procedimiento permite producir una plancha con una tolerancia al
daño K_{R}, determinada en el sentido T-L para una
propagación de la fisura \Deltaa_{eff} de 20 mm a partir de una
curva R medida según ASTM E561, de al menos 115 MPa\surdm y,
preferiblemente, de al menos 116 MPa\surdm.
También se puede aplicar, utilizando métodos
conocidos, un chapado en una o ambas caras de dicha placa de
laminado, después de su descascarillado o, eventualmente, después de
una primera secuencia de laminado en caliente. A título de ejemplo,
esto puede ser ventajoso con las aleaciones AA6056 y AA6156.
Una plancha de aleaciones AA6056 o AA6156
fabricada con el procedimiento de la invención posee, además, en el
estado T6 y con un grosor comprendido entre 3 y 12 mm, una
tolerancia al daño K_{R}, determinada en el sentido
T-L para una propagación de las fisuras
\Deltaa_{eff} de 60 mm obtenida a partir de una curva R medida
según la norma ASTM E561, de al menos 175 MPa\surdm.
Asimismo, su velocidad de propagación de fisuras
da/dn en el sentido T-L, medida según la norma ASTM
E 561 sobre un panel de anchura w = 400 para \Deltak = 50
MPa\surdm y R = 0,1, es inferior a 2 10^{-2} mm/ciclo.
En la práctica industrial, la mejora del
parámetro K_{R} derivada del procedimiento según la presente
invención permitirá aumentar el valor mínimo garantizado de este
parámetro para un esfuerzo dado, sabiendo que este parámetro, como
todos los parámetros que caracterizan un producto metalúrgico,
muestra siempre cierta dispersión estática.
En los siguientes ejemplos, se describen a
título ilustrativo las formas de realización ventajosas de la
invención. Estos ejemplos no tienen carácter limitativo.
Se fundió una aleación AA6056 en dos placas de
laminado de tamaño industrial y, concretamente, con un grosor de
446 mm, a una velocidad de 55 mm/minuto y a una temperatura de
680ºC. La composición química era (en % en masa):
Si 0,81 Mg 0,70 Cu 0,93
Mn 0,49 Fe 0,09.
La Tabla 1 expone el método de afino (alambre de
A1T3C0.15 o AT5B. La denominación A1T3C0.15 corresponde a la
composición Al-3%Ti-0,15%C. La
denominación AT5B corresponde a la composición
Al-5%Ti-1%B; este producto es
conocido también con la denominación comercial "AlTiB 5:1"), el
contenido de Ti (en ppm en masa), la tasa de inoculación, así como
los valores medios de los parámetros s* y p* tal como se definen más
arriba. Los parámetros s* y p* se determinaron a partir de muestras
cortadas a unos 140 mm de la piel y a un tercio de la anchura de
las placas de laminado.
A partir de estas placas de laminado, se
fabricaron planchas chapadas con un grosor definitivo de 5 mm en el
estado T6 utilizando la misma gama de transformación que comporta
una homogenización, el laminado en caliente, la solución, el
temple, la distensión por tracción controlada y un revenido. El
alargamiento permanente obtenido con la distensión por tracción
controlada fue del 1,5%, y la fracción de granos recristalizados
medida entre un cuatro del espesor y el semiespesor de los
productos acabados fue de cerca del 100%.
Se determinaron las características mecánicas
estáticas, así como la tolerancia al daño de estas planchas. Los
resultados se recogen en la tabla 2. El parámetro K_{R(20)}
hace referencia a un valor de propagación de la fisura
\Deltaa_{eff} de 20 mm.
También se determinó la velocidad de propagación
de las fisuras da/dn según la norma ASTM E 647 a partir de una
plancha de anchura w = 400 mm en el sentido T-L, con
una relación R = 0,1.
\vskip1.000000\baselineskip
Se constata que las características mecánicas
estáticas de las dos planchas no difieren de manera significativa.
En cambio, la resistencia al daño, representada por el parámetro
K_{R}, aumenta de manera significativa cuando se afina el metal
líquido con un alambre que contiene fases del tipo AlTiC. Para este
último producto, la velocidad de propagación de las fisuras es
menor cuando la resistencia a la fractura por deformación plana
ronda los 30 MPa\surdm.
\vskip1.000000\baselineskip
Se fundieron otras placas de laminado de
aleación AA6056 utilizando el procedimiento de la invención. Los
parámetros de afino y de microestructura de colada se resumen en el
tabla 3.
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Basándonos en los datos y resultados de las
tablas 1 y 3, el dibujo 1 ofrece una comparación de las finuras de
las microestructuras de colada (parámetro p*) en función del
contenido de Ti y del tipo de afinador. Asimismo, el dibujo 2
ofrece una comparación de la regularidad de las microestructuras de
colada (parámetro s*).
\newpage
La tabla 4 resume el contenido de Ti total en
las aleaciones de los ejemplos 1 y 2, así como la granulometría de
fundición.
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\vskip1.000000\baselineskip
El contenido de Ti y C aportado por el alambre
de afino puede calcularse a partir de la tasa de inoculación y de
la composición del alambre:
Un afino clásico a 0,7 kg/t de ATB5 introduce
unas 7 ppm de B. Un afino con 1 kg/t de alambre de tipo AT3C0.15,
como el que se utiliza para estos ensayos, introduce unas 1,5 ppm de
C. Un afino con 0,5 kg/t del mismo alambre introduce la mitad, es
decir, unas 0,75 ppm de C, mientras que un afino con 2 kg/t
introduce el doble, es decir, unas 3 ppm. Para el titanio, un afino
de 1 kg/t de AT3C0.15 introduce unas 30 ppm, un afino de 0,5 kg/t
la mitad (unas 15 ppm) y un afino de 2 kg/t el doble (unas 60
ppm).
Claims (14)
1. Procedimiento de elaboración de productos de
aleación de aluminio de alta tenacidad y resistencia a la fatiga
que consta de las etapas siguientes:
- (a)
- se prepara un baño con una aleación de aluminio,
- (b)
- se introduce en dicho baño un afinador,
- (c)
- se elabora una forma bruta fundida, como por ejemplo una palanquilla de extrusión, una palanquilla de forja o una placa de laminado,
- (d)
- se transforma en caliente dicha forma bruta, eventualmente tras su descascarillado, para formar una pieza bruta o un producto del grosor definitivo,
- (e)
- opcionalmente, se transforma en frío la pieza bruta hasta su grosor definitivo,
- (f)
- se somete el producto procedente de la etapa (d) o (e) a un tratamiento térmico de solución y temple, seguido de una distensión por tracción controlada con un alargamiento permanente comprendido entre el 0,5 y el 5%, y eventualmente seguido un revenido.
caracterizado por contener el citado
afinador partículas de fases del tipo AlTiC, por elegirse la
cantidad de afinador de tal manera que la granulometría media de
fundición de dicha forma bruta sea superior a 500 \mum y por ser
dicha aleación una aleación AA6056 o una aleación AA6156.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizada por escogerse la cantidad de afinador de
manera que la distribución de las fases intermetálicas de dicha
forma bruta, observada al microscopio óptico con 50 aumentos, sea
regular.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2
caracterizado ser superior al 70% la fracción recristalizada
medida entre un cuatro del espesor y el semiespesor de los productos
procedentes de la etapa (f).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por contener dicha
forma bruta menos del 0,0001% de boro.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el cual el contenido de hierro no supera
el 0,15% o, preferiblemente, el 0,13%.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicha forma bruta es una placa de
laminado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el cual se aplica un chapado en una o ambas caras de dicha placa de
laminado, después de su descascarillado o, eventualmente, después de
una primera secuencia de laminado en caliente.
8. Placa de laminado de aleación AA6056 o AA6156
cuya granulometría media de fundición es superior a 500 \mum,
obtenible mediante un procedimiento compuesto por las etapas (a) a
(c) del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o
4 a 7, caracterizada por un parámetro s* superior a 0,92
\mum^{-1} o, preferiblemente, superior a 0,94 \mum^{-1} y
por un parámetro p* inferior a 107 \mum,
donde el parámetro p* viene definido por la
ecuación
y donde el parámetro s* viene
definido por la
ecuación
donde
A es la fracción superficial de objetos después
de la transformación,
A_{min} es la fracción superficial inicial de
partículas intermetálicas después de la umbralización,
A_{max} es su fracción superficial
correspondiente al relleno convencional en el que se para el
algoritmo para evitar los problemas de convergencia lenta al final
del relleno,
i es el número de paso de cálculo,
y \alpha es un coeficiente de ajuste de
la pendiente de la sigmoidea.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Placa de laminado según la reivindicación 8
caracterizada por contener menos del 0,0001% de boro.
10. Plancha laminada obtenible a partir de una
placa de laminado según cualquiera de las reivindicaciones 8 a
9.
11. Plancha laminada de aleación AA6056 o AA6156
según la reivindicación 10, que se caracteriza por poseer, en
el estado T6 con un grosor comprendido entre 3 y 12 mm, una
tolerancia al daño K_{R}, determinada en el sentido
T-L para una propagación de la fisura
\Deltaa_{eff} de 20 mm a partir de una curva R medida según la
norma ASTM E561, de al menos 115 MPa\surdm y, preferiblemente, de
al menos 116 MPa\surdm.
12. Plancha de aleación AA6056 o AA6156 según
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizada por
poseer, en el estado T6 con un grosor comprendido entre 3 y 12 mm,
una tolerancia al daño K_{R}, determinada en el sentido
T-L para una propagación de la fisura
\Deltaa_{eff} de 60 mm a partir de una curva R medida según la
norma ASTM E561, de al menos 175 MPa\surdm.
13. Plancha de aleación AA6056 o AA6156 según
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada por
ser su velocidad de propagación de fisuras da/dn en el sentido
L-T, medida según la norma ASTM E 561 en el sentido
L-T sobre un panel de anchura w = 400 para \Deltak
= 50 MPa\surdm y R = 0,1, inferior a 2 10^{-2} mm/ciclo.
14. Plancha de aleación AA6056 o AA6156 según
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 caracterizada por
estar chapada en una o ambas caras.
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| DE102005014606A1 (de) * | 2005-03-31 | 2006-10-05 | Richard Bergner Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung eines Befestigungselements sowie Befestigungselement, insbesondere Schraube |
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| CN102009164B (zh) * | 2010-12-07 | 2012-07-04 | 陕西宏远航空锻造有限责任公司 | 一种zl205铝合金熔模铸件的铸造方法 |
| US8672020B2 (en) * | 2011-03-15 | 2014-03-18 | Shenzhen Sunxing Light Alloys Materials Co., Ltd. | Method for producing aluminum-zirconium-carbon intermediate alloy |
| CN102206777B (zh) * | 2011-06-10 | 2013-07-10 | 深圳市新星轻合金材料股份有限公司 | 铝-锆-钛-碳中间合金的制备方法 |
| CN102392117A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-03-28 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种解决国产非预拉伸薄板化铣变形的方法 |
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Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU701000A1 (ru) | 1978-04-22 | 1996-03-27 | В.И. Добаткин | Способ непрерывного литья |
| JPS60145365A (ja) * | 1984-01-10 | 1985-07-31 | Kobe Steel Ltd | 溶接性および耐応力腐蝕割れ性が優れたＡｌ−Ζｎ−Ｍｇ合金の製造法 |
| CA1289748C (en) * | 1985-03-01 | 1991-10-01 | Abinash Banerji | Producing titanium carbide |
| US4873054A (en) * | 1986-09-08 | 1989-10-10 | Kb Alloys, Inc. | Third element additions to aluminum-titanium master alloys |
| SE8702149L (sv) * | 1987-05-22 | 1988-11-23 | Baeckerud Innovation Ab | Aluminiumfoerlegering |
| CH682402A5 (de) * | 1990-12-21 | 1993-09-15 | Alusuisse Lonza Services Ag | Verfahren zum Herstellen einer Flüssig-Fest-Metallegierungsphase mit thixotropen Eigenschaften. |
| JPH04292449A (ja) | 1991-03-19 | 1992-10-16 | Kubota Corp | 木の匂いのする窯業系板材 |
| US5186238A (en) * | 1991-04-25 | 1993-02-16 | International Business Machines Corporation | Liquid film interface cooling chuck for semiconductor wafer processing |
| JPH07292449A (ja) * | 1994-04-21 | 1995-11-07 | Sky Alum Co Ltd | 陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製造方法 |
| US5480498A (en) * | 1994-05-20 | 1996-01-02 | Reynolds Metals Company | Method of making aluminum sheet product and product therefrom |
| US6077363A (en) * | 1996-06-17 | 2000-06-20 | Pechiney Rhenalu | Al-Cu-Mg sheet metals with low levels of residual stress |
| FR2782463B1 (fr) * | 1998-08-24 | 2000-09-29 | Pechiney Rhenalu | Procede d'amelioration de la planeite d'une tole metallique |
| US6645321B2 (en) * | 1999-09-10 | 2003-11-11 | Geoffrey K. Sigworth | Method for grain refinement of high strength aluminum casting alloys |
| US7135077B2 (en) * | 2000-05-24 | 2006-11-14 | Pechiney Rhenalu | Thick products made of heat-treatable aluminum alloy with improved toughness and process for manufacturing these products |
| FR2811337B1 (fr) * | 2000-07-05 | 2002-08-30 | Pechiney Rhenalu | Toles en alliage d'aluminium plaquees pour elements de structure d'aeronefs |
| CA2361484A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-10 | Men Glenn Chu | Production of ultra-fine grain structure in as-cast aluminum alloys |
| CN1144886C (zh) * | 2001-12-14 | 2004-04-07 | 温景林 | 铝钛碳细化剂合金线材的凝固与成形方法 |
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