ES2346828T3 - Aleacion de aluminio y procedimento para la produccion de un producto a base de una aleacion de aluminio. - Google Patents
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Abstract
Aleación de aluminio, en particular para el tratamiento según el procedimiento de extrusión, caracterizada por una composición, en % en masa, de: **(Ver fórmula)**
Description
Aleación de aluminio y procedimiento para la
producción de un producto a base de una aleación de aluminio.
El invento se refiere a una aleación de
aluminio, en particular para la elaboración según el procedimiento
de extrusión y a un procedimiento para la producción a base de una
de tales aleaciones de aluminio, siendo homogeneizada por
calentamiento una pieza semiacabada producida a partir de la
aleación de aluminio, y siendo llevada la pieza semiacabada
homogeneizada a una temperatura de cementación y mediante una
elaboración en caliente a la forma de un producto.
Se conocen desde hace mucho tiempo aleaciones de
aluminio con diferentes propiedades y para finalidades de
utilización muy diferentes en el sector de la elaboración de
metales. A causa de su pequeña densidad, el aluminio es interesante
fundamentalmente como metal en la construcción de medios de
transporte, en particular en el caso de aquellos medios de
transporte que deben de acelerar conjuntamente su propia masa, cuya
masa determina conjuntamente por lo tanto de una manera decisiva el
consumo de energía del medio de transporte. Por lo tanto, el
aluminio tiene un interés creciente como material de trabajo en la
construcción de vehículos automóviles y de
aviones.
aviones.
A la densidad ventajosamente pequeña del
aluminio se le contraponen una pequeña resistencia mecánica y una
fragilidad comparativamente alta (presenta un pequeño nivel del
límite de estiramiento y una pequeña ductili-
dad).
dad).
Estas propiedades del aluminio puro, que son
desventajosas en particular para aplicaciones en el sector de las
estructuras de carrocerías, se pueden evitar mediante pequeñas
adiciones de sustancias en el caso de las aleaciones de aluminio,
pudiéndose conseguir con ciertas aleaciones de aluminio unas
resistencias mecánicas que se aproximan a las de un acero. Es
conocido añadir aluminio en la región de unos pocos tantos por
ciento, %, en masa en total de otros elementos, en particular
metales, tales como p.ej. hierro, silicio, cobre, titanio,
manganeso, etc.
La composición de la aleación de aluminio de por
sí, así como también el tratamiento ulterior de la aleación de
aluminio, tienen una influencia decisiva sobre cuales sean las
propiedades de resistencia mecánica y de corrosión que tenga la
aleación de aluminio. Unas pequeñas modificaciones en la composición
de la aleación de aluminio pueden tener como consecuencia
sorprendentes modificaciones en las propiedades mecánicas de la
aleación de
aluminio.
aluminio.
Presenta un interés creciente la utilización de
aleaciones de aluminio para elementos de perfiles en el sector de
las estructuras de carrocerías, por lo tanto en aquel sector en el
cual en parte se deben absorber considerables fuerzas por las
piezas estructurales, ya sea en el caso normal de funcionamiento o
bien en el caso de producirse una deformación irreversible. En el
último caso, el material no debe de ser frágil, y la coherencia del
material debería conservarse en cualquier caso en pequeña escala al
producirse la deformación, de manera tal que se puedan absorber
grandes energías por medio de la deformación.
Junto a las propiedades de resistencia mecánica
de una aleación de aluminio, que se pueden conseguir en particular
mediante un apropiado tratamiento posterior, también presenta
interés la elaborabilidad de la aleación de aluminio. Así, se
conocen, por una parte, por ejemplo unas aleaciones maleables de
aluminio, que son bien utilizables para la conformación en caliente
y en frío, y, por otra parte, unas aleaciones para el moldeo por
colada de aluminio, que son apropiadas para su utilización con
procedimientos de moldeo por colada, pero pueden ser sometidas a un
cambio de conformación solamente de una manera muy restringida.
Otras aleaciones a su vez son apropiadas para el endurecimiento
mediante recocido con envejecimiento y otras a su vez - según sea
la composición - no lo
son.
son.
Es una misión del presente invento presentar una
aleación de aluminio que sea apropiada para la elaboración en
caliente y con la que se puedan conseguir unas tensiones de fluencia
críticas, que cumplan los requisitos establecidos en la
construcción de vehículos automóviles, en particular unas tensiones
de fluencia críticas que esencialmente han de ser de más que 280
MPa. Es además una misión del invento presentar un procedimiento
para la producción de un producto a base de una de tales aleaciones
de aluminio, que cumpla estos requisitos.
El problema planteado por la misión mostrada se
resuelve conforme al invento, en primer lugar y en lo esencial en
el caso de la aleación de aluminio que está en cuestión, mediante el
recurso de que la aleación de aluminio tiene los siguientes
elementos de aleación, en la siguiente composición en % en masa:
\vskip1.000000\baselineskip
Una tal aleación de aluminio es apropiada
sobresalientemente para la elaboración en caliente y es tratable
posteriormente de tal manera que se puedan conseguir sin
dificultades unas tensiones de fluencia críticas R_{p0,2} de más
que 280 MPa. Constituye una ventaja especial también el hecho de que
una de tales aleaciones de aluminio presenta unas propiedades
extraordinariamente buenas en lo que se refiere a su elaborabilidad
mediante un procedimiento de extrusión.
En una forma preferida de realización de la
aleación de aluminio conforme al invento, los elementos de la
aleación deben variar solamente en un pequeño intervalo de
tolerancia, con lo cual las propiedades de resistencia mecánica se
pueden conseguir con una mayor seguridad durante el proceso; a la
inversa, los requisitos crecen incluso en el caso de la producción
de la aleación de aluminio. Una tal aleación de aluminio contiene
los elementos de aleación ya mencionados, que se presentan en los
siguientes intervalos de tolerancia en % en masa:
\vskip1.000000\baselineskip
En otras formas adicionales de realización del
invento, se ha establecido como especialmente ventajoso que las
proporciones individuales de los "demás componentes"
constituyan menos que 0,1% en masa. Mediante estas condiciones
marginales, se asegura que las - inevitables - impurezas de una
determinada sustancia entren en una región que esté en situación de
influir en conjunto sobre las propiedades materiales de la aleación
de aluminio. Es ventajoso en particular que las proporciones
individuales de los demás componentes constituyan incluso menos que
0,05% en masa, de manera muy preferida incluso menos que 0,02% en
masa, en la aleación de aluminio.
Ya se ha señalado al comienzo que las
propiedades materiales de una aleación de aluminio dependen no
solamente de la composición de la aleación de aluminio como tal,
sino también del tratamiento y de la elaboración de la pieza
semiacabada que se compone de la aleación de aluminio.
El invento se refiere por lo tanto, además, a un
procedimiento para la producción de un producto a base de una
aleación de aluminio, estando estructurada la aleación de aluminio
en la composición precedentemente mencio-
nada.
nada.
En una forma preferida de realización del
procedimiento, la pieza semiacabada que se compone de la aleación
de aluminio, que se puede presentar por ejemplo en forma de pernos,
es homogeneizada, siendo mantenida ella durante un período de
tiempo esencialmente de 3 a 5 horas en el intervalo de temperaturas
comprendidas entre 550ºC y 590ºC, en particular en el intervalo de
temperaturas comprendidas entre 560ºC y 580ºC, siendo especialmente
preferido que la temperatura, dentro de la fase de homogeneización,
se ajuste fijamente en los intervalos indicados de tempera-
turas.
turas.
La homogeneización se lleva a cabo
preferiblemente de tal manera que la pieza semiacabada homogeneizada
presente un tamaño de granos de menos que 150 \mum o un tamaño de
granos de G = 5 según la norma ASTM E112 (ASTM = American Society
for Testing and Materials: una Organización internacional de
normalización; la norma E112 se ocupa de un método normalizado para
la determinación de los tamaños medios de granos en los casos de
metales.
En otra forma preferida de realización del
invento, la pieza semiacabada - homogeneizada - es llevada para la
elaboración en caliente a una temperatura de cementación situada en
el intervalo de esencialmente 450ºC a 500ºC, escogiéndose de manera
preferida una temperatura de cementación en el intervalo de
esencialmente 470ºC a aproximadamente 500ºC. A esta temperatura, la
aleación de aluminio que aquí está en cuestión, puede ser elaborada
de una manera moderada en cuanto a la herramienta, sin perjudicar
las propiedades materiales ventajosas que previamente se han
conseguido mediante la homogeneización.
En una forma preferida de realización del
procedimiento, la elaboración en caliente de la pieza semiacabada
se efectúa mediante extrusión, resultando aquí como ventajosas unas
velocidades de prensado en el intervalo de esencialmente 4 m/min a
10 m/min. El valor de la velocidad de prensado depende de la forma
geométrica del perfil que se ha de conseguir, es decir entre otras
cosas de la aptitud para la conformación que se ha de proporcionar
en la matriz. Una velocidad de prensado situada en el intervalo de 6
m/min a 8 m/min se ha manifestado en este contexto como
especialmente ventajosa, habiéndose manifestado como apropiada una
velocidad de prensado de 6 m/min para la mayor parte de los casos
de aplicaciones.
Se ha comprobado que el enfriamiento del
producto, que sigue a la deformación en calienta, presenta una
considerable importancia para las propiedades materiales
conseguidas del producto. Se ha comprobado sobre todo que es
provechoso un enfriamiento especialmente rápido del producto
después de la elaboración en caliente, en particular un
enfriamiento con un gradiente de temperaturas de por lo menos
-20ºC/s; se prefiere una velocidad de enfriamiento todavía mayor
con un gradiente de temperaturas de por lo menos -40ºC/s, siendo
especialmente ventajoso un gradiente de temperaturas de por lo
menos -50ºC/s. El influjo sobre las propiedades materiales, que se
ha conseguido mediante el enfriamiento del producto previamente
elaborado en caliente, es especialmente efectivo, de acuerdo con
otra forma de realización adicional del procedimiento, en el caso de
que el enfriamiento del producto se efectúe a una temperatura de
esencialmente por debajo de 100ºC.
De acuerdo con una forma de realización
especialmente preferida del procedimiento conforme al invento, la
resistencia mecánica del producto se aumenta mediante un
endurecimiento final, en particular mediante un envejecimiento del
producto durante un período de tiempo de esencialmente 1 a 3 horas,
de manera preferida de menos que 2 horas, en un intervalo de
temperaturas de esencialmente 100ºC a 210ºC, siendo preferido un
intervalo de temperaturas de 200ºC a 210ºC. El endurecimiento se
efectúa en particular mediante el recurso de que en los intervalos
indicados de temperaturas se escoge fijamente una determinada
temperatura a lo largo de la duración del envejeci-
miento.
miento.
A causa de las sobresalientes propiedades de la
aleación de aluminio que aquí se describe, en lo que se refiere a
la resistencia mecánica, la ductilidad y la corrosión, que cumplen
en su totalidad las corrientes pautas técnicas de suministro de
piezas componentes para estructuras de carrocerías en la
construcción de vehículos automóviles, se utiliza el procedimiento
antes expuesto en particular con el fin de producir como producto
unos perfiles extrudidos en la construcción de estructuras de
carrocerías.
A continuación se expone un ejemplo preferido de
realización de una aleación de aluminio conforme al invento y la
estructura preferente para la elaboración ulterior de esta aleación
de aluminio para dar un producto. Se utiliza una aleación de
aluminio con la siguiente composición en % en masa:
A partir de la indicada aleación de aluminio se
produce una pieza semiacabada en forma de un perno de aluminio con
un diámetro de 200 mm. Este perno de aluminio es homogeneizado
durante 5 horas a 570ºC, a partir de lo cual resulta una estructura
moldeada por colada de grano uniformemente fino, que es globulítica
y finamente celular a lo largo de toda la sección transversal; el
tamaño conseguido de granos es manifiestamente menor que 150
\mum.
Por causa del producto que se ha de producir
aquí mediante extrusión con una estructura perfilada profundamente
entallada, y por causa del gran diámetro del perno de aluminio que
se ha de elaborar en caliente, el perno de aluminio es llevado a
una temperatura de cementación de esencialmente 500ºC, efectuándose
la elaboración del perno mediante extrusión a una velocidad de
prensado del perfil de esencialmente 6 m/min.
El producto, que ahora se presenta en la forma
de un perfil, es enfriado con la mayor rapidez posible desde
aproximadamente 530ºC hasta por debajo de 100ºC, en el presente caso
en el transcurso de menos que 10 segundos. El enfriamiento brusco
del perfil es esencial para las propiedades materiales que se han de
conseguir necesariamente para la construcción de estructuras de
carrocerías.
El perfil extrudido, obtenido de esta manera, es
endurecido durante una hora a 205ºC. El material resultante tiene
un límite de estiramiento R_{p0,2} manifiestamente de más que 280
MPa y está en situación de absorber el trabajo de deformación
incluso en el caso de unas cargas de ensayos de choque brusco sin
perder la coherencia interna - por lo tanto sin romperse - lo cual
corresponde tanto a la pequeña escala como también a la gran
escala.
Claims (12)
1. Aleación de aluminio, en particular para el
tratamiento según el procedimiento de extrusión,
caracterizada por
una composición, en % en masa, de:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
2. Aleación de aluminio de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los intervalos de
tolerancia para las proporciones en % en masa son menores, a saber
son de:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
3. Aleación de aluminio de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las proporciones
individuales de los demás componentes son de menos que 0,1% en
masa, en particular de menos que 0,05% en masa, de manera muy
preferida de menos que 0,02% en masa.
4. Procedimiento para la producción de un
producto a base de una aleación de aluminio, siendo homogeneizada
por calentamiento una pieza semiacabada producida a partir de
aleación de aluminio - por recocido con homogeneización -,
siendo llevada la pieza semiacabada homogeneizada a la temperatura de cementación y mediante una elaboración en caliente a la forma de un producto,
siendo llevada la pieza semiacabada homogeneizada a la temperatura de cementación y mediante una elaboración en caliente a la forma de un producto,
caracterizado porque
la aleación de aluminio está estructura de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque la pieza semiacabada -
en particular en forma de pernos - es homogeneizada, siendo
mantenida durante un período de tiempo de esencialmente tres a
cinco horas en el intervalo de temperaturas comprendidas entre 550ºC
y 590ºC, en particular en el intervalo de temperaturas comprendidas
entre 560ºC y 580ºC, de manera preferida a una temperatura fija en
los intervalos indicados de temperaturas.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la homogeneización
de la pieza semiacabada conduce a un tamaño de granos de menos que
150 \mum o según la norma ASTM E 112 a un tamaño de granos de
G = 5 o más alto.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la pieza
semiacabada, para la elaboración en caliente, es llevada a una
temperatura de cementación comprendida en el intervalo de 450ºC a
500ºC, preferiblemente a una temperatura de cementación de
esencialmente 470ºC a aproximadamente 500ºC.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque la elaboración
en caliente de la pieza semiacabada se efectúa mediante extrusión,
en particular a una velocidad de prensado en el intervalo de
esencialmente 4 m/min a 10 m/min, en particular a una velocidad de
prensado comprendida en el intervalo de esencialmente 6 m/min a 8
m/min.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el producto,
después de la elaboración en caliente, es enfriado con rapidez, en
particular con un gradiente de temperaturas de por lo menos
-20ºC/s, de manera preferida con un gradiente de temperaturas de por
lo menos -40ºC/s, de manera muy preferida con un gradiente de
temperaturas de por lo menos -50ºC/s.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el enfriamiento del
producto se efectúa a una temperatura de esencialmente por debajo
de 100ºC.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque el producto es
finalmente endurecido, en particular por envejecimiento durante un
período de tiempo de esencialmente 1 a 3 horas, de manera preferida
de menos que dos horas, en un intervalo de temperaturas de
esencialmente 190ºC a 210ºC, de manera preferida en un intervalo de
temperaturas de esencialmente 200ºC a 210ºC, de manera preferida a
una temperatura esencialmente fija en el intervalo indicado de
temperaturas.
12. Utilización del procedimiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones 8 a 10, para la producción de un
perfil extrudido en la construcción de estructuras de
carrocerías.
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