ES2694519T3

ES2694519T3 - Aleación de función de AlSiMgCu de alto rendimiento

Info

Publication number: ES2694519T3
Application number: ES14883243.9T
Authority: ES
Inventors: Xinyan Yan; Jen C. Lin
Original assignee: Alcoa USA Corp
Current assignee: Alcoa USA Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2034-12-17
Also published as: WO2015126515A2; BR112016014362A8; US10227679B2; JP2017508065A; MX2016008166A; EP3084027A4; EP3084027A2; CA2932867A1; EP3084027B1; WO2015126515A3; CA2932867C; EP3461922A1; BR112016014362A2; CN105874090A; PL3084027T3; US20170016092A1

Abstract

Una aleación de fundición de aluminio que consiste en: 8,5 - 9,5 % en peso de silicio; 0,8 - 2,0 % en peso de cobre (Cu); 0,20 - 0,53 % en peso de magnesio (Mg); 0,35 al 0,8 % en peso de manganeso; hasta el 5,0 % en peso de cinc; hasta el 1,0 % en peso de plata; hasta el 1,0 % en peso de níquel; hasta el 1,0 % en peso de hafnio; hasta el 1,0 % en peso de hierro; hasta el 0,30 % en peso de titanio ; 0,05 al 0,30 % en peso de circonio; 0,05 al 0,30 % en peso de vanadio; en la que la cantidad total de Zr+V es del 0,10 % en peso al 0,50 % en peso; hasta el 0,10 % en peso de uno o más de estroncio, sodio y antimonio; siendo otros elementos <=0,04 % en peso cada uno y <=0,12 % en peso en total; siendo el resto aluminio.

Description

DESCRIPCION

Aleación de función de AISiMgCu de alto rendimiento 5 CAMPO

La presente invención se refiere a aleaciones de aluminio, y más particularmente, a aleaciones de aluminio usadas para fabricar productos de fundición.

10 ANTECEDENTES

Las aleaciones de aluminio se usan ampliamente, por ejemplo, en las industrias automotriz y aeroespacial, debido a una alta relación entre el rendimiento y el peso, la resistencia a la corrosión favorable y otros factores. Se han propuesto diversas aleaciones de aluminio en el pasado que tienen combinaciones características de propiedades 15 en cuanto a peso, resistencia, capacidad de fundición, resistencia a la corrosión y coste. Las aleaciones de fundición de AlSiMgCu se describen en la publicación de solicitud de patente de Estados Unidos de propiedad común N.° 2013/0105045, titulada "High-Performance AlSiMgCu Casting Alloy", publicada el 2 de mayo de 2013 y el documento JP 57-79140.

20 RESUMEN

La materia objeto divulgada se refiere a aleaciones de fundición de aluminio mejoradas (también conocidas como aleaciones de colada) y a métodos para producir las mismas. Más específicamente, la presente solicitud se refiere a nuevas aleaciones de fundición de aluminio como se define en las reivindicaciones adjuntas.

25

Las nuevas aleaciones de fundición de aluminio se pueden utilizar en una diversidad de aplicaciones, que incluyen aplicaciones de motor (por ejemplo, como culata, como bloque de cilindros/motor) y aplicaciones de automoción (por ejemplo, componentes estructurales y de suspensión, bielas), entre otros.

30 I. Composición

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente el 8,59,5 % en peso de Si. En una realización, la aleación de aluminio incluye el 8,75-9,5 % en peso de Si. En una realización, la aleación de aluminio incluye el 8,75-9,25 % en peso de Si.

35

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente el 0,52,0 % en peso de cobre (Cu). En un enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,8 al 2,0 % en peso de cobre. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye del 1,0 al 1,5 % en peso de cobre. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye del 0,7 al 1,3 % en peso de cobre. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,8 al 1,2 % 40 en peso de cobre.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente el 0,150,60 % en peso de Mg. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye el 0,20-0,53 % en peso de magnesio (Mg). En un enfoque, la aleación incluye >0,36 % en peso de magnesio (por ejemplo, el 0,36-0,53 % en peso de Mg). En un 45 enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,40 al 0,45 % en peso de magnesio. En otro enfoque, la aleación incluye <0,35 % en peso de magnesio (por ejemplo, 0,15-0,35 % en peso de Mg). En otro enfoque diferente, la aleación incluye el 0,20-0,25 % en peso de Mg. A continuación se describen otras combinaciones de magnesio y cobre.

50 La cantidad de cobre más magnesio puede limitarse para asegurar una fracción de volumen apropiada de fase Q, como se describe a continuación. Para los productos a procesar a un temple T5, y que tienen el 0,15-0,35 % en peso de Mg (por ejemplo, el 0,20-0,25 % en peso de Mg), una nueva aleación de fundición de aluminio puede incluir una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 2,5< (Cu+10Mg) <4,5. En una realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 2,5< (Cu+10Mg) <4,0. En 55 otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 2,5< (Cu+10Mg) <3,75. En aún otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 2,5< (Cu+10Mg) <3,5. En otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 2,5< (Cu+10Mg) <3,25. En aún otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal

forma que 2,75< (Cu+10Mg) <3,5. En cualquiera de las realizaciones de este párrafo, el magnesio en la aleación de aluminio puede estar limitado al 0,15-0,30 % en peso de Mg, tal como limitado al 0,20-0,25 % en peso de Mg.

Para los productos a procesar a cualquiera de un temple T5, T6 o T7, una nueva aleación de fundición de aluminio 5 incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,7< (Cu+10Mg) <5,8. En una realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,7< (Cu+10Mg) <5,7. En otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,7< (Cu+10Mg) <5,6. En aún otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,7< (Cu+10Mg) <5,5. En aún otra realización, una nueva 10 aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,8< (Cu+10Mg) <5,5. En otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 4,9< (Cu+10Mg) <5,5. En aún otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 5,0< (Cu+10Mg) <5,5. En otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 5,0< (Cu+10Mg) 15 <5,4. En aún otra realización, una nueva aleación de fundición de aluminio incluye una cantidad de cobre más magnesio de tal forma que 5,1< (Cu+10Mg) <5,4. En cualquiera de las realizaciones de este párrafo, el magnesio en la aleación de aluminio puede estar hacia el mayor extremo del intervalo aceptable, tal como el 0,30-0,60 % en peso de Mg, o el 0,35-0,55 % en peso de Mg, o el 0,37-0,50 % en peso de Mg, o el 0,40-0,50 % en peso de Mg, o el 0,400,45 % en peso de Mg. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye aproximadamente el 1,0 % en peso de cobre 20 (por ejemplo, el 0,90-1,10 % en peso Cu, o el 0,95-1,05 % en peso Cu) junto con aproximadamente el 0,4 % en peso de magnesio (0,35-0,45 % en peso de Mg, o 0,37-0,43 % en peso de Mg).

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente del 0,35 al 0,8 % en peso de manganeso. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye el 0,45-0,70 % en peso de Mn. 25 En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye el 0,50-0,65 % en peso de Mn. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye el 0,50-0,60 % en peso de Mn. En un enfoque, la relación en peso de hierro con respecto a manganeso (Fe:Mn) en la aleación de aluminio es <0,50. En otro enfoque, la relación en peso de hierro con respecto a manganeso (Fe:Mn) en la aleación de aluminio es <0,45. En otro enfoque, la relación en peso de hierro con respecto a manganeso (Fe:Mn) en la aleación de aluminio es <0,40. En otro enfoque, la relación en peso de hierro 30 con respecto a manganeso (Fe:Mn) en la aleación de aluminio es <0,35. En otro enfoque, la relación en peso de hierro con respecto a manganeso (Fe:Mn) en la aleación de aluminio es <0,30.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 1,0 % en peso de Fe. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,5 % en peso de Fe. En otro enfoque, la 35 aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,35 % en peso de Fe. En un enfoque más, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,30 % en peso de Fe. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,25 % en peso de Fe. En un enfoque más, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,20 % en peso de Fe. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,15 % en peso de Fe. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye del 0,10 al 0,30 % en peso de Fe.

40

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 5,0 % en peso de Zn. En un enfoque, la aleación incluye <0,5 % en peso de Zn. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,25 % en peso de Zn. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,15 % en peso de Zn. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,05 % en peso de Zn. En otro enfoque más, la aleación de aluminio 45 incluye <0,01 % en peso de Zn.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 1,0 % en peso de Ag. En una realización, la aleación de aluminio incluye <0,5 % en peso de Ag. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,25 % en peso de Ag. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,15 % 50 en peso de Ag. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,05 % en peso de Ag. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,01 % en peso de Ag.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 1,0 % en peso de Ni. En una realización, la aleación de aluminio incluye <0,5 % en peso de Ni. En otro enfoque, la aleación 55 de aluminio incluye <0,25 % en peso de Ni. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,15 % en peso de Ni. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,05 % en peso de Ni. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,01 % en peso de Ni.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 1,0 % en peso de Hf. En una realización, la aleación de aluminio incluye <0,5 % en peso de Hf. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,25 % en peso de Hf. En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,15 % 5 en peso de Hf. En otro enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,05 % en peso de Hf En otro enfoque más, la aleación de aluminio incluye <0,01 % en peso de Hf.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen hasta el 0,30 % en peso cada una de circonio y vanadio. Para realizaciones de fundición en matriz a alta presión, está presente tanto el 10 circonio como el vanadio, y en una cantidad de al menos el 0,05 % en peso cada uno, y en donde la cantidad total de Zr+V no forma partículas de fase primaria (por ejemplo, la cantidad total de Zr+V es del 0,10 % en peso al 0,50 % en peso). En una realización, la aleación de aluminio incluye al menos el 0,07 % en peso de cada uno de circonio y vanadio, y Zr+V es del 0,14 al 0,40 % en peso. En una realización, la aleación de aluminio incluye al menos el 0,08 % en peso de cada uno de circonio y vanadio, y Zr+V es del 0,16 al 0,35 % en peso. En una realización, la aleación 15 de aluminio incluye al menos el 0,09 % en peso de cada uno de circonio y vanadio, y Zr+V es del 0,18 al 0,35 % en peso. En una realización, la aleación de aluminio incluye al menos el 0,09 % en peso de cada uno de circonio y vanadio, y Zr+V es del 0,20 al 0,30 % en peso.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 0,30 % 20 en peso de titanio. En una realización, la aleación de aluminio incluye del 0,005 al 0,25 % en peso de Ti. En otra realización, la aleación de aluminio incluye del 0,005 al 0,20 % en peso de Ti. En aún otra realización, la aleación de aluminio incluye del 0,005 al 0,15 % en peso de Ti. En otra realización, la aleación de aluminio incluye del 0,01 al 0,15 % en peso de Ti. En aún otra realización, la aleación de aluminio incluye del 0,03 al 0,15 % en peso de Ti. En otra realización, la aleación de aluminio incluye del 0,05 al 0,15 % en peso de Ti. Cuando se usan tanto circonio 25 como titanio en la nueva aleación de aluminio, la aleación de aluminio generalmente incluye al menos el 0,005 % en peso de Ti, tal como cualquiera de las cantidades de titanio descritas anteriormente. En una realización, la aleación de aluminio incluye al menos el 0,09 % en peso de cada uno de circonio y vanadio, y Zr+V es del 0,18 al 0,35 % en peso y del 0,05 al 0,15 % en peso de Ti.

30 Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio pueden incluir hasta el 0,10 % en peso de uno o más de estroncio, sodio y antimonio. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,05 % en peso de estroncio. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,03 % en peso de sodio. En un enfoque, la aleación de aluminio incluye <0,03 % en peso de antimonio. En una realización, la aleación de aluminio incluye estroncio, y de 50-300 ppm de estroncio. En una realización, la aleación de aluminio está libre de sodio y antimonio, 35 e incluye estos elementos solo como impurezas.

Como se ha apreciado anteriormente, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente otros elementos que son <0,04 % en peso de cada uno y <0,12 % en peso en total, siendo el resto aluminio. En una realización, las nuevas aleaciones de fundición de aluminio incluyen generalmente otros elementos que son <0,03 % 40 en peso de cada uno y <0,10 % en peso en total, siendo el resto aluminio.

En una realización, la nueva aleación de fundición de aluminio incluye el 9,14-9,41 % en peso de Si, 0,54-1,53 % en peso de Cu, 0,21-0,48 % en peso de Mg, 0,48-0,53 % en peso de Mn, 0,13-0,17 % en peso de Fe, 0,11-0,30 % en peso de Ti, 0,10-0,14 % en peso de Zr, 0,12-0,13 % en peso de V, <0,05 % en peso de Zn, <0,05 % en peso de Ag, 45 <0,05 % en peso de Ni, <0,05 % en peso de Hf, hasta el 0,012 % en peso de Sr, siendo otros elementos <0,04 % en peso de cada uno y <0,12 % en peso en total, siendo el resto aluminio. Para aleaciones a procesar al temple T5, esta aleación puede incluir el 0,20-0,25 % en peso de Mg, y siendo Cu+10Mg del 2,5 al 4,0. Para aleaciones a procesar a cualquiera de un temple T5, T6 o T7, esta aleación puede incluir el 0,40-0,48 % en peso de Mg, y siendo Cu+10Mg del 4,7 al 5,8.

50

II. Procesamiento

La nueva aleación de fundición de aluminio puede conformarse en cualquier forma o artículo adecuado. En un enfoque, la nueva aleación de aluminio está conformada en forma de un componente de automóvil o componente de 55 motor (por ejemplo, una culata de cilindro o un bloque de cilindros/motor).

En un enfoque, un método para producir un artículo conformado incluye las etapas de:

(a) obtener la aleación de aluminio descrita anteriormente fundiendo las cantidades apropiadas de los elementos descritos anteriormente en un aparato de fusión apropiado;

(b) introducir la aleación de aluminio fundida en un molde; y

(c) retirar del molde un artículo conformado sin defectos.

5 Después de la etapa de retirada, el método puede incluir opcionalmente:

(d) atemperar el artículo conformado (por ejemplo, templado a un temple T5, T6 o T7).

Libre de defectos significa que el artículo conformado puede usarse para su propósito previsto.

10 Con respecto a la etapa de introducción (b), el molde puede ser cualquier molde adecuado compatible con la nueva aleación de fundición de aluminio, tal como un molde de fundición en matriz a alta presión (HPDC).

Antes de la etapa de retirada (c), el método puede incluir permitir que la colada se solidifique, y luego enfriar la colada. En una realización, la etapa de enfriamiento incluye poner en contacto la colada conformada con agua 15 después de la etapa de solidificación. En otra realización, la etapa de enfriamiento incluye poner en contacto la colada conformada con aire y/o agua después de la etapa de solidificación. Después de la etapa de retirada (c), el método puede incluir atemperar el artículo conformado.

En una realización, el atemperado se templa a un temple T5. Según la definición de ANSI H35.1 (2009), el temple T5 20 es cuando una aleación de aluminio se "enfría desde un proceso de conformación de temperatura elevada y después envejece artificialmente. Se aplica a productos que no se trabajan en frío después del enfriamiento a partir de un proceso de conformación de temperatura elevada, o en los que el efecto del trabajo en frío en el aplastamiento o el enderezamiento puede no ser reconocido en los límites de la propiedad mecánica". Cuando se atempera a un temple T5, la etapa de atemperación puede incluir, después de la etapa de retirada, el envejecimiento artificial del 25 artículo conformado. El envejecimiento artificial se puede lograr como se describe a continuación. Debido al proceso de conformación (por ejemplo, HPDC), el temple T5 no requiere un tratamiento térmico en solución separado y temple (es decir, está libre de una etapa de tratamiento térmico en solución separado y temple, según se requiere por el temple T6 y T7.

30 En otra realización, el atemperado se templa a un temple T6. Según se define por ANSI H35.1 (2009), el T6 es cuando una aleación de aluminio se "trata térmicamente en solución y luego se envejece artificialmente. Se aplica a productos que no se trabajan en frío después del tratamiento térmico en solución, o en los que el efecto del trabajo en frío en el aplanamiento y el enderezamiento puede no ser reconocido en los límites de la propiedad mecánica". Cuando se templa a un temple T6, la etapa de atemperación (d) puede incluir (i) poner en solución el artículo 35 conformado y posteriormente (ii) templar el artículo conformado. Después de la etapa de temple (ii), el método puede incluir (iii) envejecimiento artificial del artículo conformado.

En aún otra realización, el atemperado se templa a un temple T7. Según se define por ANSI H35.1 (2009), el T7 es cuando una aleación de aluminio es "tratada térmicamente en solución y se envejece en exceso/se estabiliza. Se 40 aplica a productos fundidos que están envejecidos artificialmente después del tratamiento térmico en solución para proporcionar estabilidad dimensional y de resistencia". Cuando se templa a un temple T7, la etapa de atemperación (d) puede incluir (i) poner en solución el artículo conformado y posteriormente (ii) templar el artículo conformado. Después de la etapa de temple (ii), el método puede incluir (iii) el envejecimiento artificial del artículo conformado a una condición de envejecimiento excesivo/estabilizada.

45

En un enfoque, un método incluye el tratamiento térmico en solución y el temple de la aleación de aluminio. En una realización, el tratamiento térmico en solución comprende las etapas de:

(a) calentar la aleación de aluminio a una primera temperatura (por ejemplo, sometiendo la aleación a un

50 calentamiento de 2 horas ± 15 minutos desde la temperatura ambiente hasta 504,4 °C ± 5,0 °C);

(b) mantener en primer lugar la primera temperatura (por ejemplo, durante al menos 0,5-8 horas, tal como durante aproximadamente 2 horas);

(c) aumentar la temperatura a una segunda temperatura más alta (por ejemplo, aumento a 530 °C ± 5,0 °C y durante un periodo de 5-60 minutos, tal como aumentar a la segunda temperatura en aproximadamente

55 30 minutos);

(d) mantener en segundo lugar la segunda temperatura a 530 °C (por ejemplo, durante 2-8 horas, tal como la retención durante aproximadamente 4 horas).

Después de la segunda etapa de mantenimiento (d), la aleación de aluminio puede templarse (por ejemplo, en agua

y/o aire).

Como se ha apreciado anteriormente, la etapa de atemperación puede incluir envejecer artificialmente la aleación de aluminio. En una realización, el envejecimiento artificial comprende mantener la aleación a una temperatura de 190 5 °C a 220 °C durante 1-10 horas (por ejemplo, durante aproximadamente 6 horas). En otra realización, el envejecimiento artificial se realiza a una temperatura de 175 °C a 205 °C durante 1-10 horas (por ejemplo, durante aproximadamente 6 horas).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

10

La Figura 1 es un gráfico de equilibrios de fase que implica (Al) y líquido en un sistema de Al-Cu-Mg-Si.

La Figura 2 es un gráfico del efecto de adiciones de Cu sobre la ruta de solidificación de la aleación de Al-9 % Si-0,4 % Mg-0,1 % Fe.

15

La Figura 3 es un gráfico del efecto del contenido de Cu sobre las fracciones de fase en aleaciones de Al-9 %-0,4 % Mg-0,1 % Fe-x % Cu.

La Figura 4 es un gráfico del efecto del contenido de Cu y Mg sobre la temperatura de formación de la fase Q de 20 aleaciones de Al-9 % Si-Mg-Cu.

La Figura 5 es un gráfico del efecto del contenido de Mg y Cu sobre la temperatura de sólidus en equilibrio de aleaciones de Al-9 % Si-Mg-Cu.

25 La Figura 6 es un gráfico del efecto del contenido de Mg y Cu sobre la temperatura de sólidus en equilibrio (Ts) y la temperatura de formación de la fase Q (Tq) de aleaciones de Al-9 % Si-Mg-Cu.

La Figura 7 es un gráfico del efecto del cinc y el silicio sobre la fluidez de aleaciones de Al-x % Si-0,5 % Mg-y % Zn.

30 La Figura 8 es una SEM (micrografía electrónica de barrido) a 200 aumentos, que muestra partículas esféricas de Si y partículas que contienen Fe sin disolver.

Las Figuras 9a-b son fotografías de partículas que contienen Fe sin disolver en las aleaciones investigadas.

35 Las Figuras 10a-d son gráficos del efecto de la condición de envejecimiento sobre las propiedades de tracción de la aleación de Al-9Si-0,5Mg.

Las Figuras 11a-d son gráficos del efecto de Cu sobre las propiedades de tracción de la aleación de Al-9 % Si-0,5 % Mg.

40

Las Figuras 12a-d son gráficos del efecto de Cu y Zn sobre las propiedades de tracción de la aleación de Al-9 % Si- 0,5 % Mg.

Las Figuras 13a-d son gráficos del efecto del contenido de Mg sobre las propiedades de tracción de la aleación de 45 Al-9 % Si-1,25 % Cu-Mg.

Las Figuras 14a-d son gráficos del efecto de Ag sobre las propiedades de tracción de la aleación de Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu.

50 Las Figuras 15a-d son gráficos de las propiedades de tracción para seis aleaciones envejecidas durante diferentes tiempos a una temperatura elevada, como se describe en la divulgación.

La Figura 16 es un gráfico de la energía de impacto Charpy (CIE) frente al límite elástico para cinco aleaciones envejecidas durante diferentes tiempos a una temperatura elevada.

55

La Figura 17 es un gráfico de curvas de fatiga S-N de aleaciones seleccionadas envejecidas a 155 °C durante 15 horas. Uniforme, Axial; relación de tensión = -1.

La Figura 18 es un gráfico de curvas de fatiga S-N de aleaciones seleccionadas envejecidas a 155 °C durante 60

horas. Uniforme, Axial; relación de tensión = -1.

10

25

35

La Figura 19a-d-23a-d son micrografías ópticas de secciones transversales de muestras de cinco aleaciones como según se funden y mecanizadas y envejecidas durante dos periodos de tiempo diferentes a una temperatura elevada después de 6 horas de ASTM G110.

La Figura 24 es un gráfico de profundidad de ataque de aleaciones seleccionadas envejecidas durante diferentes periodos de tiempo en las superficies en estado bruto de fundición y mecanizadas después de una prueba G110 de 6 horas.

La Figura 25 es un gráfico del contenido de Mg y Cu correlacionado con la resistencia y la ductilidad para aleaciones de Al-9Si-Mg-Cu.

La Figura 26 es un gráfico de las propiedades de tracción de una aleación específica (aleación 9) después de la 15 exposición a altas temperaturas.

Las Figuras 27a y 27b son micrografías electrónicas de barrido de una sección transversal de una muestra de la aleación 9 antes de la exposición a altas temperaturas.

20 Las Figuras 28a-e son una serie de micrografías electrónicas de barrido de una sección transversal de la aleación 9 después de la exposición a temperaturas crecientes correlacionadas con un gráfico de propiedades de tracción de aleación la 9 y la aleación A356.

La Figura 29 es un gráfico del La Figura 30 es un gráfico del La Figura 31 es un gráfico del 30 La Figura 32 es un gráfico del La Figura 33 es un gráfico del

ímite elástico a temperatura ambiente para diversas aleaciones. ímite elástico después de la exposición a 175 °C para diversas aleaciones.

ímite elástico después de la exposición a 300 °C para diversas aleaciones.

La Figura 34 es un gráfico del límite elástico después de la exposición a 300 °C para diversas aleaciones.

EJEMPLO 1: Aleaciones de fundición de AISiCuMg de alto rendimiento

1.1 Métodos de desarrollo de aleaciones basados en termodinámica computacional

40 Para mejorar los rendimientos de las aleaciones de fundición de Al-Si-Mg-Cu, se utilizó un nuevo método de diseño de aleación y se describe de la siguiente manera:

En las aleaciones de fundición de Al-Si-Mg-Cu, el aumento del contenido de Cu puede aumentar la resistencia debido a la mayor cantidad de precipitados de O'-A^Cu y Q', pero reducir la ductilidad, particularmente si aumenta la 45 cantidad de la fase Q del constituyente sin disolver. La Figura 1 muestra el diagrama de fases calculado del sistema cuaternario Al-Cu-Mg-Si, como se muestra en X. Yan, Thermodynamic and solidification modeling coupled with experimental investigation of the multicomponent aluminum alloys. University of Wisconsin-Madison, 2001, que se incorpora en su totalidad por referencia en la presente. La Figura 1 muestra los equilibrios de tres fases en sistemas ternarios y las líneas monovariantes cuaternarias de equilibrios de cuatro fases. Los puntos A, B, C, D, E y F son 50 puntos invariantes de cinco fases en el sistema cuaternario. Los puntos T1 a T6 son los puntos invariantes de cuatro fases en los sistemas ternarios y B1, B2 y B3 son los puntos invariantes de tres fases en los sistemas binarios. La formación de partículas constituyentes de fase Q (AlCuMgSi) durante la solidificación es casi inevitable para una aleación de Al-Si-Mg que contiene Cu ya que la fase Q está implicada en la reacción eutéctica (reacción invariante B). Si estas partículas de fase Q que contienen Cu no pueden disolverse durante el tratamiento térmico en solución, 55 se reducirá el efecto de endurecimiento del Cu y la ductilidad de la colada también se verá afectada.

Para minimizar/eliminar la fase Q no disuelta (AlCuMgSi) y maximizar el endurecimiento de la solución sólida/precipitación, la composición de la aleación, el tratamiento térmico en solución y la práctica de envejecimiento deberían optimizarse. De acuerdo con la presente divulgación, se utilizó un cálculo termodinámico para seleccionar

la composición de aleación (principalmente contenido de Cu y Mg) y el tratamiento térmico en solución para evitar partículas de fase Q no disueltas. Se usaron el software de simulación termodinámica Pandat y la base de datos PanAluminum database LLC, Computherm, Software Pandat y base de datos PanAluminum Database.
http://www.computherm.com para calcular estos datos termodinámicas.

5

Los inventores de la presente divulgación reconocen que la adición de Cu a las aleaciones de fundición de Al-Si-Mg cambiará la secuencia de solidificación. La Figura 2 muestra el efecto previsto del 1 % de Cu (todas las composiciones en este informe están en porcentaje en peso) en la ruta de solidificación de Al-9 % Si-0,4 % Mg-0,1 % Fe. Más particularmente, el intervalo de temperatura de solidificación aumenta significativamente con la adición 10 del 1 % de Cu debido a la formación de fases que contienen Cu a temperaturas más bajas. Para la aleación de Al-9 % Si-0,4 % Mg-0,1 % Fe-1 % Cu, Q-AlCuMgSi se formó a ~538 °C y la fase 9-AhCu se formó a ~510 °C. La fracción de volumen de cada fase constituyente y sus temperaturas de formación también están influenciadas por el contenido de Cu.

15 La Figura 3 muestra el efecto previsto del contenido de Cu sobre las fracciones de fase en aleaciones de Al-9 % Si- 0,4 % Mg-0,1 % Fe-x % Cu. A medida que el contenido de Cu aumenta, la cantidad de 9-A^Cu y Q-AlCuMgSi aumenta, mientras que la cantidad de Mg2Si y n-AlFeMgSi disminuye. En aleaciones con más del 0,7 % de Cu, la fase de Mg2Si no se formará durante la solidificación. La cantidad de Q-AlCuMgSi también está limitada por el contenido de Mg en la aleación si el contenido de Cu es superior al 0,7 %.

20

La temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi (Tq) en aleaciones de Al-9 % Si-Mg-Cu es una función del contenido de Cu y Mg. La "temperatura de formación" de una fase constituyente se define como la temperatura a la cual la fase constituyente comienza a formarse a partir de la fase líquida. La Figura 4 muestra los efectos previstos del contenido de Cu y Mg sobre la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi. La temperatura de formación 25 de la fase Q-AlCuMgSi disminuye al aumentar el contenido de Cu; pero aumenta al aumentar el contenido de Mg.

De acuerdo con la presente divulgación, para disolver por completo todas las partículas de fase Q-AlCuMgSi en estado bruto de fundición, la temperatura de tratamiento térmico en solución (Th) debe controlarse por encima de la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi, es decir, Th>Tq. El límite superior de la temperatura de 30 tratamiento térmico en solución es la temperatura de sólidus en equilibrio (Ts) para evitar la refundición. Como medida práctica, la temperatura del tratamiento térmico en solución se controla para que esté al menos entre 5 y 10 °C por debajo de la temperatura de sólidus para evitar la fusión localizada y la creación de rebabas metalúrgicas conocidas en la técnica como rosetas. Por lo tanto, en la práctica, se establece la siguiente relación:

35 Ts-10 °C > Th> Tq (1)

De acuerdo con la presente divulgación, para alcanzar este criterio, la composición de aleación, principalmente el contenido de Cu y Mg, se debería seleccionar de manera que la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi sea menor que la temperatura de sólidus. La Figura 5 muestra los efectos previstos del contenido de Cu y Mg sobre 40 la temperatura de sólidus de las aleaciones de Al-9 % Si-Cu-Mg. Como se esperaba, la temperatura de sólidus disminuye a medida que aumenta el contenido de Cu y Mg. Debe observarse que el contenido de Mg aumenta la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi pero disminuye la temperatura de sólidus como se indica en la Figura 6. La superficie de la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi y la superficie (Ts-10 °C) (10 °C por debajo de la superficie de la temperatura de sólidus) están superpuestas en la Figura 6. Estas dos superficies se 45 cruzan a lo largo de la curva A-B-C. El área que cumple el criterio de la Ecuación (1) está al lado derecho de la curva A-B-C, es decir, Tq<Ts-10 °C. La proyección de la curva A-B-C con respecto al plano de composición de Cu-Mg produce la línea central Cu+10Mg = 5,25 del límite de composición preferido, como se muestra en la Figura 25. El límite inferior, Cu+10Mg = 4,73, se definió por la intersección de la superficie de la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi y la superficie (Ts-15 °C) (15 °C por debajo de la superficie de la temperatura de sólidus). El límite 50 superior, Cu+10Mg = 5,78, se definió por la intersección de la superficie de la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi y la superficie (Ts-5 °C) (5 °C por debajo de la superficie de la temperatura de sólidus). Para las aleaciones de Al-9 % Si-0,1 % Fe-x % Cu-y % Mg, las partículas de fase Q-AlCuMgSi pueden disolverse completamente durante el tratamiento térmico en solución cuando el contenido de Cu y Mg se controla dentro de estos límites.

55

De acuerdo con la presente divulgación, el contenido de Mg y Cu preferido para maximizar la resistencia y ductilidad de la aleación se muestra en la Figura 25.

La relación preferida del contenido de Mg y Cu se define por:

Cu + 10Mg = 5,25 con 0,5<Cu<2,0

El límite superior es Cu+10Mg = 5,8 y el límite inferior es Cu+10Mg = 4,7.

El enfoque anterior permite la selección de una temperatura de solución mediante (i) el cálculo de la temperatura de formación de todas las fases constituyentes disolubles en una aleación de aluminio; (ii) el cálculo de la temperatura de sólidus en equilibrio de una aleación de aluminio; (iii) la definición de una región en el espacio Al-Cu-Mg-Si donde la temperatura de formación de todas las fases constituyentes disolubles está al menos a 10 °C por debajo de la 10 temperatura de sólidus. El espacio de Al-Cu-Mg-Si se define por el % de composición relativa de cada uno de Al, Cu, Mg y Si y las temperaturas de sólidus asociadas para el intervalo de la composición relativa. Para una clase dada de aleación, por ejemplo, Al-Cu-Mg-Si, el espacio puede definirse por la temperatura de sólidus asociada con la composición relativa de dos elementos de interés, por ejemplo, Cu y Mg, que se consideran en relación con su impacto en las propiedades significativas de la aleación, tal como las propiedades de tracción. Además, la 15 temperatura de solución puede seleccionarse para disminuir la presencia de fases específicas, por ejemplo, las que tienen un impacto negativo en propiedades significativas, tales como propiedades de tracción. La aleación, por ejemplo, después de la colada, puede tratarse térmicamente por calentamiento por encima de la temperatura de formación calculada de la fase que necesita disolverse por completo después del tratamiento térmico en solución, por ejemplo, la fase Q-AlCuMgSi, pero por debajo de la temperatura de sólidus en equilibrio calculada. La 20 temperatura de formación de la fase que necesita disolverse por completo después del tratamiento térmico en solución y las temperaturas de sólidus se pueden determinar mediante termodinámica computacional, por ejemplo, usando el software Pandat™ y la base de datos PanAluminum™ disponible en CompuTherm LLC of Madison, Wis.

1.2 Selección de composición para la colada de barra tensora

25

Basándose en el análisis anterior, se seleccionaron varias combinaciones de contenido de Mg y Cu como se da en la Tabla 3. Además, los estudios de los presentes inventores han indicado que una adición de cinc con una concentración mayor del 3 % en peso con respecto a aleaciones de Al-Si-Mg-(Cu) puede aumentar tanto la ductilidad como la resistencia de la aleación. Como se muestra en la Figura 7, el cinc también puede aumentar la 30 fluidez de las aleaciones de Al-Si-Mg. Por lo tanto, también se evaluó una adición de cinc (4 % en peso). También se ha informado por L. A. Angers, Development of Advanced I/M 2xxx Alloys for High Speed Civil Transport Applications, Alloy Technology Division Report No. AK92, 1990-04-16, que una adición de Ag puede acelerar el endurecimiento por envejecimiento de aleaciones de aluminio que contienen Cu (> ~1,5 % en peso), y aumenta la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y a temperatura elevada. También se incluyó una adición de Ag (0,5 35 % en peso) en aleaciones con mayor contenido de Cu, tal como el 1,75 % en peso de Cu. Por lo tanto, se seleccionaron diez composiciones de aleación para su evaluación. Las composiciones diana de estas aleaciones se dan en la Tabla 3. Debe observarse que la aleación 1 en la Tabla 3 es la aleación de referencia, A359, y que ninguna de las aleaciones son realizaciones de la invención.

40 ________Tabla 3. Composiciones^ diana (todos los valores en porcentaje en peso) ______

Aleación: Si Cu Mg Zn Ag Fe Sr* Ti B

1: Al-9Si-0,5Mg 9 0 0,5 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

2: Al-9Si-0,35Mg-0,75Cu-4Zn 9 0,75 0,35 4 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

3: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn 9 0,75 0,45 4 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

4: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu 9 0,75 0,45 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

5: Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu 9 0,75 0,5 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

6: Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu 9 1,25 0,35 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

7: Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu 9 1,25 0,45 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

8: Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu 9 1,25 0,55 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

9: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu 9 1,75 0,35 0 0 <0,1 0,0125 0,04 0,003

10: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu-0,5Ag 9 1,75 0,35 0 0,5 <0,1 0,0125 0,04 0,003

Se usó un molde modificado de barra tensora ASTM para la colada. Se usó una pulverización de molde lubricante en la sección de calibre, mientras que se usó una pulverización de molde aislante en la porción restante de la cavidad. Se hicieron treinta coladas para cada aleación. El tiempo de ciclo promedio fue de aproximadamente dos 45 minutos. Las composiciones reales investigadas se enumeran en la Tabla 4 a continuación.

Ninguna de ellas representa la invención.

Tabla 4 - Composiciones reales (todos los^ valores en porcentaje en peso)

Aleación: Si Cu Mg Zn Ag Fe Sr* Ti B

1: Al-9Si-0,5Mg 8,87 0,021 0,48 0 0 0,079 0,0125 0,05 0,003

2: Al-9Si-0,35Mg-0,75Cu-4Zn 9,01 0,75 0,37 4,03 0 0,077 0,0125 0,031 0,003

3: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn 9,09 0,75 0,46 4,02 0 0,081 0,0125 0,04 0,003

4: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu 9,18 0,76 0,45 0 0 0,083 0,0125 0,042 0,003

5: Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu 9,02 0,77 0,49 0 0 0,081 0,0125 0,013 0,003

6: Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu 9,02 1,25 0,34 0 0 0,088 0,0125 0,03 0,003

7: Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu 9,11 1,28 0,44 0 0 0,082 0,0125 0,04 0,003

8: Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu 8,99 1,27 0,53 0 0 0,1 0,0125 0,04 0,003

9: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu 9,29 1,83 0,37 0 0 0,08 0,0125 0,048 0,003

10: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu-0,5Ag 8,88 1,78 0,35 0 0,5 0,081 0,0125 0,044 0,003

Las composiciones reales están muy cerca de las composiciones diana. El contenido de hidrógeno (prueba única) 5 de las coladas se da en la Tabla 5.

Tabla 5 - Contenido de hidrógeno de las coladas

Aleación: Contenido de H (ppm)

1: Al-9Si-0,5Mg 0,14

2: Al-9Si-0,35Mg-0,75Cu-4Zn 0,11

3: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn 0,19

4: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu 0,11

5: Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu 0,14

6: Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu 0,15

7: Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu 0,13

8: Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu 0,16

9: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu 0,13

10: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu-0,5Ag No medido

Nota: La aleación 3 se desgasificó con una lanza porosa; todas las demás aleaciones se desgasificaron usando un 10 desgasificador giratorio.

1.3 La temperatura de tratamiento térmico en solución preferida en función de Cu y Mg

Para disolver todas las partículas de la fase Q-AlCuMgSi, la temperatura del tratamiento térmico en solución debería 15 ser mayor que la temperatura de formación de la fase Q-AlCuMgSi. La Tabla 6 enumera la temperatura eutéctica final calculada, la temperatura de formación de la fase Q y la temperatura de sólidus usando la composición diana de las diez aleaciones investigadas.

Tabla 6. Temperatura eutéctica final calculada, Temperatura de formación de la fase Q y temperatura de sólidus 20_____________________________para diez aleaciones de fundición investigadas_________________________

Aleación: Temperatura eutéctica final, °C Temperatura de formación de la fase Q, °C Temperatura de sólidus, °C

1: Al-9Si-0,5Mg 560 - 563

2: Al-9Si-0,35Mg- 0,75Cu-4Zn 470 518 540

3: Al-9Si-0,45Mg- 0,75Cu-4Zn 470 518 543

4: Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu 510 541 554

5: Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu 510 541 553

6: Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu 510 533 552

7: Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu 510 536 548

8: Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu 510 538 545

9: Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu 510 528 543

10: Al-9Si-0,35Mg- 1,75Cu-0,5Ag 510 526 543

Basándose en la información mencionada anteriormente, se definieron y se usaron dos prácticas de tratamiento térmico en solución. Las aleaciones 2, 3, 9 y 10 tenían una temperatura de sólidus inferior y/o una temperatura eutéctica/de formación de la fase Q más baja que otras. Por lo tanto, se utilizó una práctica SHT diferente.

La práctica I para las aleaciones 2, 3, 9 y 10 fue:

- Registro de 1,5 horas de calentamiento a 471 °C

- 2 horas de remojo a 471 °C

10 -0,5 horas de aumento hasta 504 °C

- 4 horas de remojo a 504 °C

- 0,5 horas de aumento hasta Th

- 6 horas de remojo a Th

- CWQ (temple en agua fría)

15

y la práctica II para otras seis aleaciones fue:

- Registro de 1,5 horas de calentamiento a 491 °C

- 2 horas de remojo a 491 °C

20 - 0,25 horas de aumento hasta 504 °C

- 4 horas de remojo a 504 °C

- 0,5 horas de aumento hasta Th

- 6 horas de remojo a Th

- CWQ (temple en agua fría)

25

La temperatura de tratamiento térmico en solución de la etapa final Th se determinó a partir de la siguiente ecuación basándose en el contenido de Mg y Cu:

Th (°C) = 570-10,48*Cu-71,6*Mg-1,3319*Cu*Mg-0,72*Cu*Cu+72,95*Mg*Mg, (2)

30

donde, Mg y Cu son el contenido de magnesio y cobre, en % en peso. Un límite inferior para Th se define por:

Tq = 533,6-20,98*Cu+88,037*Mg+33,43*Cu*Mg-0,7763*Cu*Cu-126,267*Mg*Mg (3)

35 Un límite superior para Th se define por:

Ts = 579,2-10,48*Cu-71,6*Mg-1,3319*Cu*Mg-0,72*Cu*Cu+72,95*Mg*Mg (4)

La microestructura de las muestras tratadas térmicamente en solución se caracterizó utilizando microscopía óptica y 40 SEM. No se detectaron partículas de fase Q no disueltas en ninguna de las aleaciones que contenían Cu investigadas. La Figura 8 muestra la microestructura de la aleación de Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu (aleación #9) en el temple T6. Las partículas de Si estaban bien esferoidizadas. Algunas partículas no disueltas se identificaron como las fases p-AlFeSi, n-AlFeMgSi y AECu2Fe. Las morfologías de estas fases no disueltas se muestran en la Figura 9 a mayor aumento.

45

1.4 Resultados experimentales

1.4.1 Caracterización de propiedades

50 Las propiedades de tracción se evaluaron de acuerdo con el método ASTM B557. Las barras de ensayo se cortaron de las coladas ASTM B108 modificadas y se probaron en la máquina de tracción sin ningún mecanizado adicional. Todos los resultados de tracción son un promedio de cinco muestras. La dureza de las aleaciones seleccionadas se evaluó usando la prueba de Impacto de Charpy sin muesca, ASTM E23-07a. El tamaño del espécimen era de 10 mm x 10 mm x 55 mm mecanizado a partir de la colada de barras tensoras. Se midieron dos especímenes para cada 55 aleación.

Se realizó una prueba de fatiga S-N uniforme de acuerdo con el método ASTM E606. Se evaluaron tres niveles de tensión, 100 MPa, 150 MPa y 200 MPa. La relación R fue -1 y la frecuencia fue de 30 Hz. Se probaron tres especímenes replicados para cada condición. La prueba finalizó después de aproximadamente 107 ciclos. Se

obtuvieron especímenes redondos de fatiga uniforme mediante el ligero mecanizado de la porción del calibre de la colada de la barra tensora.

Se evaluó la resistencia a la corrosión (tipo de ataque) de las condiciones seleccionadas según el método ASTM 5 G110. Se evaluaron el modo de corrosión y la profundidad de ataque tanto en la superficie en estado bruto de fundición como en la superficie mecanizada.

Todos los datos de prueba brutos incluyendo la tracción, el impacto Charpy y la fatiga S-N se dan en las Tablas 7 a 9. En las siguientes secciones se proporciona un resumen de los resultados.

10

Tabla 7. Propiedades mecánicas de diversas aleaciones envejecidas a 155 °C durante tiempos diferentes*

Aleación: Envejecida a 155 °C durante 15 h Envejecida a 155 °C durante 30 h

UTS (MPa): TYS (MPa) E (%) Q (MPa) UTS (MPa) TYS (MPa) E (%) Q (MPa)

1. Al-9Si-0,5Mg: 405,8 323,3 8,3 543,2 398,5 326,5 6,5 520,4

2. Al-9Si-0,35Mg-0,75Cu-4Zn: 431,5 342,0 5,5 542,6 433,5 358,0 4,5 531,5

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 460,5 370,5 5,5 571,6 469,0 378,5 7,0 595,8

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 451,5 339,0 6,5 573,4 450,5 354,8 5,0 555,3

5. Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu: 426,0 317,3 8,0 561,5 442,8 348,2 6,7 566,4

6. Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu: 411,2 299,2 7,3 540,2 436,3 326,3 7,0 563,1

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 424,3 328,0 4,8 525,8 453,8 353,0 5,8 567,7

8. Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu: 444,8 336,5 6,0 561,6 460,3 365,3 4,8 561,8

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 465,7 325,0 9,0 608,8 459,5 355,3 5,5 570,6

10. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu-0,5Ag: 463,3 343,0 7,5 594,5 471,7 364,5 6,3 591,9

*Valor promedio de cinco muestras de tracción. El índice de calidad, Q = UTS + 150 log (E).

: Envejecida a 155 °C durante 60 h

Aleación: UTS TYS E Q

: (MPa) (MPa) (%) (MPa)

1. Al-9Si-0,5Mg: 398,7 340,2 5,3 507,7

2. Al-9Si-0,35Mg-0,75Cu-4Zn: 446,8 366,0 6,5 568,7

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 465,3 390,7 5,0 570,2

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 464,0 373,5 6,5 585,9

5. Al-9Si-0,5Mg-0,75Cu: 442,5 364,5 6,0 559,2

6. Al-9Si-0,35Mg-1,25Cu: 446,5 342,8 6,5 568,4

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 455,3 375,8 4,0 545,6

8. Al-9Si-0,55Mg-1,25Cu: 475,8 385,0 4,8 577,3

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 478,8 386,3 5,0 583,6

10. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu-0,5Ag: 471,0 389,3 4,5 569,0

15

Tabla 8. Resultados de la prueba de impacto Charpy para algunas aleaciones seleccionadas

Aleación: Energía (pies-lb)

155 °C/15 h: 155 °C/60 h

Espécimen 1: Espécimen 3 Espécimen 7 Espécimen 9

1. Al-9Si-0,5Mg: 6 27 23 27

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 17 18 10 12

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 32 15 28 13

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 27 12 7 12

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 16 15 8 9

Tabla 9. Resultados de fatiga S-N para algunas aleaciones seleccionadas envejecidas a 155 °C durante 60 horas

(Uniforme, axial, relación de esfuerzo = -1)

Aleación: Tensión (MPa) Ciclos hasta el fallo

155 °C/15 h: 155 °C/60 h

1. Al-9Si-0,5Mg: 100 1680725 1231620

1. Al-9Si-0,5Mg: 100 1302419 272832

1. Al-9Si-0,5Mg: 100 4321029 1077933

1. Al-9Si-0,5Mg: 150 71926 148254

1. Al-9Si-0,5Mg: 150 242833 42791

1. Al-9Si-0,5Mg: 150 153073 56603

1. Al-9Si-0,5Mg: 200 16003 54623

1. Al-9Si-0,5Mg: 200 8654 30708

1. Al-9Si-0,5Mg: 200 36597 39376

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 100 160572 248032

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 100 298962 131397

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 100 120309 394167

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 150 120212 12183

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 150 70152 42074

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 150 190200 31334

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 200 38369 18744

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 200 29686 14822

3. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu-4Zn: 200 39366 11676

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 100 485035 575446

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 100 4521553 233110

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 100 3287495 940229

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 150 170004 141654

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 150 110500 234640

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 150 688783 238478

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 200 108488 22686

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 200 40007 36390

4. Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu: 200 51678 20726

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 100 1115772 1650686

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 100 318949 1744140

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 100 468848 484262

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 150 102341 232171

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 150 145766 106741

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 150 63720 226188

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 200 41686 21873

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 200 20709 58819

7. Al-9Si-0,45Mg-1,25Cu: 200 52709 4367

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 100 2159782 2288145

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 100 354677 1011473

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 100 4258369 783758

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 150 281867 164554

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 150 135810 188389

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 150 100053 146740

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 200 24014 48506

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 200 30695 8161

9. Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu: 200 62211 31032

1.4.2 Propiedades mecánicas a temperatura ambiente

1.4.2.1 Efecto de la temperatura de envejecimiento sobre las propiedades de tracción

5

Se investigó el efecto de la temperatura de envejecimiento artificial sobre las propiedades de tracción usando la aleación de referencia 1 -Al-9 % Si-0,5 % Mg. Después de un mínimo de 4 horas de envejecimiento natural, las coladas de barra tensora se envejecieron a 155 °C durante 15, 30, 60 horas y a 170 °C durante 8, 16, 24 horas. Se usaron tres réplicas de especímenes para cada condición de envejecimiento.

10

La Figura 10 muestra las propiedades de tracción de la aleación de referencia A359 (Al-9 % Si-0,5 % Mg) en diversas condiciones de envejecimiento. La baja temperatura de envejecimiento (155 °C) tiende a producir un mayor índice de calidad que la alta temperatura de envejecimiento (170 °C). Por lo tanto, se seleccionó la baja temperatura de envejecimiento a 155 °C, a pesar de que el tiempo de envejecimiento es más largo para obtener propiedades

mejoradas.

1.4.2.2 Efectos de los elementos de aleación sobre las propiedades de tracción

5 La Figura 11 compares las propiedades de tracción de la aleación de referencia Al-9 % Si-0,5 % Mg y la aleación Al- 9 % Si-0,5 % Mg-0,75 % Cu. La adición del 0,75 % de Cu a la aleación de Al-9 % Si-0,5 % Mg aumenta el límite elástico en ~20 MPa y la resistencia a la tracción en ~40 MPa mientras se mantiene el alargamiento. El índice de calidad promedio de la aleación que contiene Cu es ~560 MPa, que es mucho más alto que en la aleación de referencia con un promedio de ~520 MPa.

10

La Figura 12 compara las propiedades de tracción de cuatro aleaciones de fundición, 1, 2, 3 y 4. La aleación 1 es la aleación de referencia. Las aleaciones 2-4 contienen el 0,75 % de Cu con diversas cantidades de Mg y/o Zn. Las aleaciones 3 y 4 contienen el 0,45 % de Mg, mientras que la aleación 2 contiene el 0,35 % de Mg y la aleación 1 contiene el 0,5 % de Mg. Las aleaciones 2 y 3 también tienen el 4 % de Zn. Una evaluación preliminar de estas 15 cuatro aleaciones indica que el Mg y el Zn aumentan la resistencia de la aleación sin sacrificar la ductilidad. Una comparación directa entre las aleaciones 3 y 4 indica que mediante la adición del 4 % de Zn a la aleación de Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu, tanto la resistencia a la tracción como el límite elástico aumentan mientras se mantiene el alargamiento. La adición del 4 % de Zn también aumenta la cinética de envejecimiento como se indica en la Figura 12. Cuando se envejece a 155 °C durante 15 horas, puede alcanzarse un límite elástico de aproximadamente 370 20 MPa para la aleación de Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu-4 % Zn, que es aproximadamente 30 MPa más alto que el de la aleación sin Zn.

La Figura 13 muestra el efecto del contenido de Mg (0,35-0,55 % en peso) sobre las propiedades de tracción de las aleaciones de Al-9 % Si-1,25 % Cu-Mg (Aleaciones 6-8). Las propiedades de tracción de la aleación de referencia 25 Al-9 % Si-0,5 % Mg también se incluyen para comparación. El contenido de Mg mostró una influencia significativa en las propiedades de tracción. Al aumentar el contenido de Mg, tanto el límite elástico como la resistencia a la tracción aumentaron, pero el alargamiento disminuyó. La disminución del alargamiento con el aumento del contenido de Mg podría estar relacionada con una mayor cantidad de partículas de la fase n-AlFeMgSi incluso si todas las partículas de la fase Q-AlCuMgSi se disolvieran. El impacto del contenido de Mg sobre los índices de calidad de las aleaciones 30 de Al-9 % Si-1,25 % Cu-Mg fue en general insignificante.

La Figura 14 muestra el efecto de Ag (0,5 % en peso) sobre las propiedades de tracción de la aleación de Al-9 % Si- 0,35 % Mg-1,75 % Cu. Una adición del 0,5 % en peso de Ag tuvo un impacto muy limitado en la resistencia, el alargamiento y el índice de calidad de la aleación de Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu. Debe observarse que el índice 35 de calidad de la aleación de Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu (sin Ag) es ~60 MPa mayor que en la aleación de referencia, A359 (Aleación 1).

Las Figuras 15a-15d muestran las propiedades de tracción de cinco aleaciones prometedoras de acuerdo con la presente divulgación junto con la aleación de referencia Al-9Si-0,5 Mg (aleación 1). Estas cinco aleaciones alcanzan 40 las propiedades de tracción objetivo, es decir, un aumento del 10-15 % en la tracción y mantenimiento de alargamiento similar que la aleación A356/A357. Las aleaciones son: Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu (Aleación 4), Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu-4 %Zn (Aleación 3), Al-9 % Si-0,45 % Mg-1,25 % Cu (Aleación 7), Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu (Aleación 9), y Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu-0,5 % Ag (Aleación 10).

45 Basándose en los datos, se cree que las siguientes propiedades de tracción se pueden obtener con aleaciones envejecidas a 155 °C durante un tiempo comprendido entre 15 y 60 horas.

Resistencia a la tracción: 450-470 MPa

Límite elástico en tracción: 360-390 MPa

Alargamiento: 5-7 %

Índice de calidad: 560-590 MPa

Estas propiedades son mucho más altas que en A359 (aleación 1) y son muy similares a la aleación de fundición

50 A201 (Al4,6Cu0,35Mg0,7Ag) (UTS 450 MPa, TYS 380 MPa, alargamiento 8 % y Q 585 MPa) ASM Manual Volumen 15, Casting, ASM International, diciembre de 2008. Por otro lado, la capacidad de colada de estas aleaciones de Al- 9 % Si-Mg-Cu es mucho mejor que en la aleación A201. La aleación A201 tiene una baja capacidad de colada debido a su alta tendencia al agrietamiento en caliente y la macrosegregación de Cu. Adicionalmente, el coste del material de A201 con el 0,7 % en peso de Ag es también mucho más alto que en las realizaciones de acuerdo con la 55 presente divulgación que están libres de Ag.

En base a los resultados de la propiedad de tracción, se seleccionaron cuatro aleaciones sin Ag (Aleaciones 3, 4, 7 y 9) con propiedades de tracción prometedoras junto con la aleación de referencia, A359 (Aleación 1) para una investigación adicional. Se realizaron pruebas de impacto Charpy, fatiga S-N y corrosión general en estas cinco 5 aleaciones envejecidas a 155 °C durante 15 horas y 60 horas.

1.4.4 Pruebas de impacto Charpy

La Figura 16 muestra los resultados de pruebas individuales mediante la representación en gráficos de la energía de 10 impacto Charpy frente al límite elástico en tracción. Los símbolos de color negro son para especímenes envejecidos a 155 °C durante 15 horas y los símbolos de color blanco son para muestras envejecidas a 155 °C durante 60 horas. El límite elástico en tracción aumenta a medida que aumenta el tiempo de envejecimiento, mientras que la energía de impacto Charpy disminuye al aumentar el tiempo de envejecimiento. Los resultados indican que la mayoría de las aleaciones/condiciones de envejecimiento siguen la relación de resistencia/tenacidad esperada. Sin embargo, los 15 resultados muestran de hecho una ligera degradación de la relación resistencia/tenacidad con un mayor contenido de Cu, tal como el 1,25 y el 1,75 % en peso.

1.4.5 Pruebas de fatiga S-N

20 Las coladas de aluminio se usan a menudo en componentes diseñados sometidos a ciclos de tensión aplicada. Durante su vida comercial, pueden tener lugar millones de ciclos de tensión, por lo que es importante caracterizar su resistencia a la fatiga. Esto es especialmente cierto para las aplicaciones de seguridad crítica, tales como los componentes de la suspensión automotriz.

25 Las Figuras 17 y 18 muestran los resultados de la prueba de fatiga S-N de cinco aleaciones seleccionadas envejecidas a 155 °C durante 15 y 60 horas, respectivamente. Durante estas pruebas, se aplicó una tensión de amplitud constante (R = -1) a los especímenes de prueba. Se aplicaron tres niveles de tensión diferentes, 100 MPa, 150 MPa y 200 MPa. Se registró la cantidad total de ciclos hasta el fallo.

30 Cuando se envejecieron a 155 °C durante 15 horas, todas las aleaciones que contenían Cu mostraron un mejor rendimiento frente a la fatiga (mayor número de ciclos hasta el fallo) que la aleación de referencia A359 a niveles de tensión más altos (>150 MPa). A niveles de tensión más bajos (<125 MPa), la resistencia a la fatiga de las aleaciones Al-9Si-0,45Mg-0,75Cu y Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu es muy similar a la de la aleación A359, mientras que la resistencia a la fatiga de la aleación Al-9Si-0,45Cu-0,75Cu-4Zn (aleación 3) fue menor que en la aleación A359. La 35 menor resistencia a la fatiga de esta aleación podría ser resultado del mayor contenido de hidrógeno de la colada, como se ha indicado anteriormente.

El aumento del tiempo de envejecimiento (mayor resistencia a la tracción) tendió a disminuir el número de ciclos hasta el fallo. Por ejemplo, a medida que el tiempo de envejecimiento aumentó de 15 horas a 60 horas, el número 40 promedio de ciclos hasta el fallo a un nivel de tensión de 150 MPa disminuyó de ~323.000 a ~205.000 para la aleación de Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu y de ~155.900 a ~82.500 para la aleación A359. El resultado podría ser una tendencia general de la relación resistencia/fatiga de las aleaciones de fundición Al-Si-Mg-(Cu). De nuevo, la aleación 3 mostró un rendimiento a la fatiga más bajo que otras.

45 1.4.6 Pruebas de corrosión-ASTM G110

Las Figuras 19 a 23 muestran micrografías ópticas de las vistas en sección transversal después de 6 horas de pruebas ASTM G110 para cinco aleaciones seleccionadas tanto de las superficies en estado bruto de fundición como mecanizadas. El modo de ataque de la corrosión era predominantemente corrosión interdendrítica. El número 50 de sitios de corrosión fue generalmente más alto en las cuatro composiciones que contenían Cu que en la aleación de referencia libre de Cu.

Más particularmente, las Figuras 19a-d muestran micrografías ópticas de secciones transversales de Al-9 % Si-0,5 % Mg después de una prueba ASTM G110 de 6 horas: a) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida 55 durante 15 horas a 155 °C; b) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 60 horas a 155 °C; c) de la aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 15 horas a 155 °C; y d) de la aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 60 horas a 155 °C.

Las Figuras 20a-d muestran micrografías ópticas de secciones transversales de Al-9 % Si-0,35 % Mg-0,75 % Cu-4

% Zn después de una prueba ASTM G110 de 6 horas: a) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 15 horas a 155 °C; b) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 60 horas a 155 °C; c) de la aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 15 horas a 155 °C; y d) de la aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 60 horas a 155 °C.

5

Las Figuras 21a-d muestran micrografías ópticas de secciones transversales de Al-9 % Si-0,45 % Mg-0,75 % Cu después de una prueba ASTM G110 de 6 horas: a) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 15 horas a 155 °C; b) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 60 horas a 155 °C; c) de la

aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 15 horas a 155 °C; y d) de la aleación con una

10 superficie mecanizada y envejecida durante 60 horas a 155 °C.

Las Figuras 22a-d muestran micrografías ópticas de secciones transversales de Al-9 % Si-0,45 % Mg-1,25 % Cu después de una prueba ASTM G110 de 6 horas: a) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 15 horas a 155 °C; b) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 60 horas a 155 °C; c) de la

15 aleación con una superficie mecanizada y envejecida durante 15 horas a 155 °C; y d) de la aleación con una

superficie mecanizada y envejecida durante 60 horas a 155 °C.

Las Figuras 23a-d muestran micrografías ópticas de secciones transversales de Al-9 % Si-0,35 % Mg-1,75 % Cu después de una prueba ASTM G110 de 6 horas: a) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 20 15 horas a 155 °C; b) de la aleación en estado bruto de fundición y envejecida durante 60 horas a 155 °C; c) de la

superficie mecanizada y envejecida durante 60 horas a 155 °C.

La Figura 24 muestra la profundidad del ataque después de la prueba ASTM G110 de 6 horas. No hay una clara 25 diferencia o tendencia entre las aleaciones. El tiempo de envejecimiento tampoco mostró un impacto obvio en la profundidad de ataque, mientras que se encontraron algunas diferencias entre las superficies en estado bruto de fundición y las superficies mecanizadas. En general, el ataque de la corrosión fue ligeramente más profundo en la superficie mecanizada que la superficie en estado bruto de fundición de la misma muestra.

30 En general, las adiciones de Cu o Cu+Zn no cambian el modo de corrosión ni aumentan la profundidad de ataque de las aleaciones. Se cree que todas las aleaciones evaluadas tienen una resistencia a la corrosión similar a la aleación de referencia, A359.

La presente divulgación ha descrito aleaciones de Al-Si-Cu-Mg que pueden alcanzar una alta resistencia sin 35 sacrificar la ductilidad. Se obtuvieron propiedades de tracción que incluían 450-470 MPa de resistencia a la tracción, 360-390 MPa de límite elástico, el 5-7 % de alargamiento, y 560-590 MPa de Índice de calidad. Estas propiedades exceden las aleaciones 3xx convencionales y son muy similares a las de la aleación A201 (2xx+Ag), mientras que la capacidad de colada de las nuevas aleaciones de Al-9Si-MgCu es mucho mejor que la de la aleación A201. Las nuevas aleaciones mostraron una mejor resistencia a la fatiga S-N que las aleaciones A359 (Al-9Si-0,5 Mg). Las 40 aleaciones de acuerdo con la presente divulgación tienen una tenacidad a la fractura adecuada y una resistencia a la corrosión general.

EJEMPLO 2 - Aleaciones de fundición para aplicaciones a temperaturas elevadas

45 Debido a que las aleaciones tales como las descritas en la presente divulgación se pueden utilizar en aplicaciones en las que están expuestas a altas temperaturas, tales como en motores en forma de bloques de motor, culatas, pistones, etc., es de interés para evaluar cómo se comportan dichas aleaciones cuando se exponen a altas temperaturas. La Figura 26 muestra un gráfico de propiedades de tracción de una aleación de acuerdo con la presente divulgación, concretamente, Al-9Si-0,35Mg-1,75Cu (previamente denominada aleación 9, por ejemplo, en 50 la Figura 15) después de la exposición a diversas temperaturas. Como se indica, para cada prueba que genera datos en el gráfico, el tiempo de exposición de las aleaciones fue de 500 horas a la temperatura indicada. Las muestras también se probaron a la temperatura indicada. Como se muestra en el gráfico, el límite elástico de la aleación disminuyó significativamente a temperaturas superiores a 150 °C. De acuerdo con la presente divulgación, el metal se analizó para determinar las características asociadas con la pérdida de resistencia debido a la exposición 55 a temperaturas elevadas.

Las Figuras 27a y 27b muestran micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) de una sección transversal de una muestra de la aleación 9 antes de la exposición a altas temperaturas, siendo 27b una vista ampliada de la porción de la micrografía de 31a indicada como "Al". Como se muestra en la Figura 27a, los límites

de grano son visibles, así como las partículas Si y AlFeSi. La porción de Al predominantemente mostrada en la Figura 27b no muestra precipitado visible a 20.000 aumentos.

Las Figuras 28a-e muestran una serie de micrografías de microscopio electrónico de barrido (SEM) de una sección 5 transversal de la aleación C00 (previamente denominada aleación 9, por ejemplo, en la Figura 15) de la misma escala que la micrografía mostrada en la Figura 27b después de la exposición a temperaturas crecientes como se muestra por la correlación de las micrografías con los puntos de datos en el gráfico de propiedades de tracción G de la aleación 9. Las características de tracción de la aleación A356 en el intervalo de temperatura dado también se muestran en el gráfico G para comparación. Como puede apreciarse a partir de la secuencia de micrografías, la 10 exposición de la aleación 9 a temperaturas crecientes da como resultado la prominencia continuamente creciente de partículas precipitadas, que son más grandes y que presentan geometrías divergentes.

Los inventores de la presente divulgación reconocieron que ciertos elementos de aleación, concretamente, Ti, V, Zr, Mn, Ni, Hf y Fe podrían introducirse en la aleación C00 (previamente denominada aleación 9, por ejemplo, en la 15 Figura 15) de la presente divulgación en pequeñas cantidades para producir una aleación que resiste la degradación de la resistencia a temperaturas elevadas.

La siguiente tabla (Tabla 10) muestra 18 aleaciones que utilizan elementos aditivos en pequeñas cantidades para la aleación C00 (previamente denominada aleación 9, por ejemplo, en la Figura 15) con el fin de desarrollar resistencia 20 mejorada a temperaturas elevadas.

Ninguna de estas aleaciones representa la invención.

Tabla 10. Composiciones de aleación (todos los valores en porcentaje en peso)

Aleación: Fe Si Mn Cu Mg Sr Ti B V Zr Ni Hf

C00: 0,08 9,29 0 1,83 0,37 0,0125 0,05 0 0 0 0

C01: 0,15 9,3 0,002 1,82 0,002 0,008 0,11 0,0047 0,012 0,002 0 0

C02: 0,15 9,35 0,002 1,82 0,39 0,008 0,11 0,0043 0,012 0,002 0 0

C03: 0,15 9,05 0,002 1,77 0,37 0,007 0,11 0,0051 0,13 0,002 0 0

C04: 0,16 8,95 0,002 1,77 0,36 0,006 0,1 0,0026 0,1 0,091 0 0

C05: 0,16 8,86 0,002 1,76 0,36 0,005 0,1 0,0016 0,13 0,15 0 0

C06: 0,16 8,54 0,002 1,72 0,35 0,004 0,1 0,005 0,13 0,18 0 0

C07: 0,16 9,31 0,15 1,8 0,34 0,004 0,11 0,0044 0,025 0,016 0 0

C08: 0,16 9,32 0,16 1,84 0,34 0,004 0,11 0,0051 0,025 0,017 0 0

C09: 0,17 9,1 0,28 1,8 0,33 0,003 0,11 0,005 0,025 0,016 0 0

C10: 0,32 9,26 0,3 1,83 0,34 0,003 0,11 0,0045 0,024 0,017 0 0

C11: 0,49 8,96 0,3 1,78 0,32 0,003 0,12 0,0055 0,11 0,016 0 0

C12: 0,56 8,97 0,3 1,79 0,32 0,002 0,1 0,0039 0,11 0,12 0 0

C13: 0,15 9,28 0,003 1,82 0,33 0,0125 0,1 0,005 0,001 0,002 0,28 0

C14: 0,2 9,28 0,004 1,81 0,33 0,004 0,1 0,0026 0,012 0,002 0,28 0

C15: 0,31 9,27 0,03 1,82 0,33 0,004 0,1 0,0032 0,012 0,002 0,28 0

C16: 0,32 9,14 0,1 1,79 0,32 0,003 0,1 0,0032 0,012 0,003 0,27 0,1

C17: 0,32 8,88 0,12 1,75 0,3 0,003 0,1 0,0031 0,11 0,013 0,26 0,1

C18: 0,32 8,89 0,14 1,76 0,3 0,003 0,1 0,003 0,11 0,036 0,27 0,1

25

La Tabla 11 muestra las propiedades mecánicas de las aleaciones anteriores, concretamente, resistencia a la tracción (UTS), límite elástico total (TYS) y % de alargamiento a 300 °C, 175 °C y temperatura ambiente (TA).

Tabla 11 - Propiedades mecánicas a diversas temperaturas

Aleación: 300 °C

UTS (ksi): TYS (ksi) Alarg. (%)

C00: 8,2 8,4 8,3 6 6,3 6 49 54 29,5

C01: 9,3 9,5 9,6 6,5 6,4 6,7 63 54,5 49,5

C02: 10 10,3 9 6,9 7,2 6,5 51,5 40,5 40,5

C03: 8,8 10,2 10,6 6,8 7,2 7,5 52 43,5 56,5

C04: 10,4 10,3 11,7 7,9 7,4 8 47,5 47 41,5

C05: 10,8 10,7 11,1 8,5 8 8,2 47 41,5 36,5

Aleación: 300 °C

UTS (ksi): TYS (ksi) Alarg. (%)

C06: 11 9,3 11,2 7,7 7,1 8,5 35 36 42,5

C07: 10,5 10,6 10,3 8,1 8 7,7 53 40 43,5

C08: 10 9,7 10,6 7,5 6,7 7,9 39 40,5 36,5

C09: 10,3 10,8 11,7 7,5 7,8 8,6 35 35 36

C10: 10,7 10,7 11,3 8,1 8 8,3 37 40 33

C11: 11 11,3 10,5 7,9 8,1 7,7 27,5 30,5 34,5

C12: 11,7 10,8 11,4 8,2 7,9 8,2 33 28,5 34,5

C13: 10,2 9 9,4 7,5 6,9 7 45,5 53 40

C14: 9,3 9,2 9,9 6,6 6,6 6,9 56 44 42,5

C15: 10 9,8 10 7,2 7,2 7,2 46,5 32 31,5

C16: 10,3 10,3 10,1 7,7 7,5 7,5 44,5 36,5 34,5

C17: 10,5 9,4 10 7,5 7,2 7,2 46,5 42,5 29,5

C18: 10,1 11,4 11,3 7,5 8,6 8,2 29 28,5 25,5

Aleación: 175 °C

UTS (ksi): TYS (ksi) Alargamiento (%)

C00: 34,8 33,7 37,1 28,8 27,8 31 8,5 10,5 10,5

C01: 28,1 31 29,4 21,4 23,7 21,8 16,6 24 14,9

C02: 43,6 46,2 46,1 38 39,6 40,2 6,9 5,1 5,1

C03: 44,9 43,1 45,4 40,6 37,4 39,8 0,6 7,4 4

C04: 46,5 46,5 48,3 40,6 41 42,8 6,9 9,1 4,6

C05: 40 47,4 47 35,4 40,7 39,9 2,9 5,1 5,1

C06: 44,3 43,6 46,6 38,4 37,4 40,9 5,7 8 3,4

C07: 48,3 46,7 43 41,6 40,8 38 6,3 2,3 6,9

C08: 49,3 41,8 42,6 41,2 36,5 36,6 6,3 2,3 6,9

C09: 39 45,2 43,9 33,7 39,2 38,6 3,4 3,4 2,3

C10: 35,7 43,6 48,6 30,9 37,3 41,9 2,3 3,4 2,3

C11: 42,4 42,5 47,6 36,5 35,8 41,1 1,1 2,3 2,3

C12: 37,9 37,3 37,3 35,3 31,7 31,2 1,1 1,7 4

C13: 45,3 45,2 41,3 39,2 38,2 35 2,9 6,3 8

C14: 34,3 38,6 45,7 32,3 32,4 39 0,6 9,1 5,1

C15: 40,1 45,2 44,7 34,2 38,5 37,6 2,9 5,1 3,4

C16: 42,3 41,6 41,7 35,4 35,2 35,9 4 5,1 2,3

C17: 42,6 38,4 39,5 21,8 38 34,2 14,9 6,9 2,3

C18: 37,2 41,4 41,5 35,1 34,6 34,7 1,1 5,1 3,4

Aleación: Temperatura ambiente

UTS (ksi): TYS (ksi) Alargamiento (%)

C00: 58,4 56,5 47,7 52,4 4 4 58,4 56,5 47,7

C01: 37,7 38,4 20,1 20,9 9 12 37,7 38,4 20,1

C02: 60,2 56,7 46,2 3 3 60,2 56,7

C03: 50,5 59,8 48,7 50,3 3 5,5 50,5 59,8 48,7

C04: 58,7 57,5 49,7 48,1 3 1 58,7 57,5 49,7

C05: 52,4 58,2 51,1 47,7 1 3 52,4 58,2 51,1

C06: 57,9 59,1 48,2 48,8 3 4 57,9 59,1 48,2

C07: 57 58,3 48,1 3,5 3,5 57 58,3 48,1

C08: 58,6 52 46,2 48,2 3,5 3 58,6 52 46,2

C09: 52 58,1 47,9 48,5 3 3 52 58,1 47,9

C10: 55 55,6 47,7 49,6 3 3 55 55,6 47,7

C11: 54,1 52,6 49,3 49,1 3 3 54,1 52,6 49,3

C12: 50,2 52,7 48,5 50,6 1 1,5 50,2 52,7 48,5

C13: 56,3 58,5 48,1 45,9 2,5 8 56,3 58,5 48,1

C14: 61,3 57,1 44,3 44,5 8 4 61,3 57,1 44,3

C15: 56,7 55,8 45,9 47,1 4 4 56,7 55,8 45,9

Aleación: Temperatura ambiente

UTS (ksi): TYS (ksi) Alargamiento (%)

C16: 57,4 53,7 46,4 46 4 3 57,4 53,7 46,4

C17: 57,2 56,1 47,1 46,9 3 3 57,2 56,1 47,1

C18: 48,5 50,6 45,1 46,9 2 2 48,5 50,6 45,1

La Figura 29 muestra un gráfico del límite elástico a temperatura ambiente para las aleaciones anteriores. A356 se muestra para su comparación. Además, se muestra un objetivo publicado del departamento de energía (DOE) para la mejora de la resistencia para su comparación [Predictive Modeling for Automotive Light weighting Applications and 5 Advanced Alloy Development for Automotive and Heavy-Duty Engines, emitido por el Departamento de Energía el 22/0/2012]. Como se puede apreciar, la aleación C00 es comparable en resistencia a temperatura ambiente a las aleaciones C02-C18, todas las cuales exceden sustancialmente la resistencia de la aleación A356 y las propiedades del objetivo del DOE. La aleación C01, sin cantidades sustanciales de Mg, tiene un límite elástico mucho más bajo.

10 La Figura 30 es un gráfico del límite elástico después de la exposición a 175 °C durante 500 horas para las aleaciones anteriores. La C00, así como la A356 se muestran para comparar. Como se puede apreciar, la aleación C00 excede sustancialmente la resistencia de la aleación A356. Aleaciones C02-C18), muestran todas una marcada mejoría tanto en A356 como en C00.

15 La Figura 31 es un gráfico del límite elástico después de la exposición a 300 °C durante 500 horas para las aleaciones anteriores. La C00, así como la A356 se muestran para comparar. La Figura 32 muestra un gráfico del límite elástico después de la exposición a 300 °C para diversas aleaciones. Más particularmente, las aleaciones adyacentes (que van en la dirección de las flechas) muestran el resultado de un elemento adicional o el aumento en la cantidad de un elemento. El resultado más alto en el gráfico de la Figura 32 es para 20 C00+0,1T+0,16Fe+0,13V+0,15Zr. La adición de más Zr (hasta el 0,18 %) a esta combinación da como resultado una disminución del rendimiento.

La Figura 33 es un gráfico del límite elástico después de la exposición a 300 °C para diversas aleaciones durante 500 horas. Los gráficos muestran mejoras debido a la adición de Ti, Fe y Mn a la composición C00, con el 25 rendimiento máximo observado en relación con C00+0,11Ti+0,32Fe+0,3Mn. La adición de V a lo anterior reduce el rendimiento y la adición adicional de 0,12 Zr hace que el rendimiento casi vuelva al nivel máximo.

La Figura 34 es un gráfico del límite elástico después de la exposición a 300 °C para diversas aleaciones, es decir, debido a la adición de elementos a la composición C00. El rendimiento óptimo se observa con respecto a 30 C00+0,1Ti+0,28Ni+0,32 Fe+0,14Mn+0,1Hf+0,11V+0,04Zr.

EJEMPLO 3 - Aleaciones de fundición para aplicaciones de culatas de moldes semipermanentes

Una alta resistencia a temperatura elevada y una muy buena capacidad de colada hacen que la aleación de C05 35 (Tabla 10) sea un candidato excelente para aplicaciones de culatas, por ejemplo, para motores de combustión interna. Se realizaron ensayos a escala de planta para la aleación C05 (Tabla 10). Las coladas de culatas se hicieron usando un proceso de colada de molde semipermanente por gravedad. Las composiciones reales se enumeran en la Tabla 12.

40 Ninguna de estas aleaciones representa la invención.

Tabla 12 - Composición real de las aleaciones del Ejemplo 3

Aleación: Si Fe Cu Mn Mg Ti V Zr Sr B

D1: 8,97 0,12 1,91 0,13 0,38 0,11 0,085 0,085 0,01 0

D2: 9,14 0,14 1,98 0,14 0,37 0,11 0,094 0,1 0,011 0,0011

Se cortaron bloques de especímenes tensores del área de la cámara de combustión. Se trataron térmicamente en 45 solución usando la siguiente práctica:

Registro de 2 horas a 940 °F (504,4 °C)+940 °F (504,4 °C)/2 h + ascenso de 30 minutos hasta 986 °F (530 °C)+986

°F (530 °C)/4 h+CWQ

50 Se evaluaron tres prácticas de envejecimiento artificial, 190 °C/6 h, 205 °C/6 h y 220 °C/6 h, y los resultados de

propiedades mecánicas se muestran en la Tabla 13.

Tabla 13 - Propiedades mecánicas de las aleaciones del Ejemplo 3

Condición de envejecimiento artificial: Límite elástico en tracción (MPa) Resistencia a la tracción (MPa) Alargamiento (%)

190 °C/6 h: 332 386 2

190 °C/6 h: 336 387 2

205 °C/6 h: 320 362 2

205 °C/6 h: 326 369 3

220 °C/6 h: 273 322 2

220 °C/6 h: 281 335 3

5 Las composiciones de aleación anteriores también se pueden usar para formar culatas por métodos de fundición en matraz a alta presión (HPDC) y usando procedimientos de atemperado T5.

EJEMPLO 4 - Aleaciones de fundición para aplicaciones de bloque motor HPDC

10 De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, las aleaciones de aluminio divulgadas se pueden usar para fundir bloques de cilindros, por ejemplo, para motores de combustión interna. Dado que el bloque motor es el principal contribuyente a la masa del motor, el uso de las aleaciones divulgadas para el bloque motor puede dar como resultado una reducción de peso significativa, por ejemplo, hasta el 45 % de reducción de peso para motores de gasolina, en comparación con los motores de hierro fundido. Los motores con menor masa se traducen en un 15 rendimiento mejorado, una mejor economía de combustible y emisiones reducidas. Para la producción masiva de motores, se usa ampliamente el proceso de fundición en matriz a alta presión (HPDC) para conseguir altas velocidades de producción y costes de producción reducidos.

Los métodos de colada de bloques de motor HPDC emplean con frecuencia prácticas de temple T5. Las aleaciones 20 de la presente divulgación se pueden templar usando las prácticas de T5. Se ha de observar que este enfoque no emplea un tratamiento térmico en solución de alta temperatura y temple. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, se prepararon seis aleaciones que tenían las composiciones mostradas en la Tabla 14, fundidas en un molde de barra tensora ASTM modificado.

25

Tabla 14 - Composición real de las aleaciones del Ejemplo

Aleación: Si Cu Mg Fe Mn Ti V Zr Sr B

R1: 9 32 0 55 0,22 0 13 0 48 0 13 0 13 0 14 0 012 0 002

R2: 9 25 0 54 0,42 0 13 0 52 0 13 0 13 0 14 0 012 0 002

R3: 9 24 1 02 0,21 0 16 0 53 0 13 0 12 0 10 0 012 0 002

R4: 9 41 1 02 0,41 0 17 0 53 0 14 0 12 0 10 0 012 0 002

R5: 9 14 1 53 0,22 0 16 0 53 0 11 0 12 0 12 0 012 0 002

R6: 9 27 1 52 0,43 0 16 0 53 0 12 0 12 0 12 0 012 0 002

4 (porcentaje en peso

La relación en peso de Fe:Mn para todas las aleaciones fue de 0,25 a 0,32.

Se fabricaron sesenta (60) especímenes de barras tensoras para cada composición. Después de que los 30 especímenes se solidificaron por completo, la mitad se templó con agua y la otra mitad se enfrió con aire. Los atributos físicos de los especímenes resultantes se probaron entonces y también se describen a continuación. Se evaluaron tres prácticas de envejecimiento artificial diferentes, 175 °C/6 h, 190 °C/6 h y 205 °C/6 h, tanto para los especímenes templados con agua como para los enfriados con aire.

35 Las Tablas 15, 16 y 17 enumeran el límite elástico promedio, la resistencia a la tracción y el alargamiento, respectivamente, para los especímenes enfriados por aire envejecidos en diferentes condiciones. La Tabla 15 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en el límite elástico de las aleaciones de Al-9Si- 0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas de barras tensoras se enfriaron al aire. Como se muestra en la Tabla 15, el contenido de Mg y Cu mostró un impacto significativo sobre el límite elástico. 40 Las aleaciones con el 0,4 % de Mg y el 1,0-1,5 % de Cu mostraron un mayor límite elástico que otras aleaciones.

La Tabla 16 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en la resistencia a la tracción de las aleaciones de Al-9Si-0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas de barras tensoras

se enfriaron al aire. La Tabla 16 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en el alargamiento de las aleaciones de Al-9Si-0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas de barras tensoras se enfriaron al aire. Como se muestra en las Tablas 16-17, el aumento de Mg y Cu aumentará ligeramente la UTS, y disminuirá el alargamiento. Para especímenes enfriados al aire, el mayor límite elástico conseguido en la 5 condición T5 fue de aproximadamente 190 MPa.

Tabla 15 - Límite elástico para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento al aire) en diversas condiciones de ___________________________envejecimiento artificial___________________________

Aleación: Límite elástico en tracción promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 150 178 172 6,2 9,0 23,4

R3: 142 150 149 1,4 3,4 1,4

R5: 174 198 179 4,1 4,8 12,4

R2: 179 167 185 2,1 13,1 2,1

R4: 188 197 194 0,7 2,1 6,9

R6: 200 194 195 9,6 6,9 8,3

10 Tabla 16 - Resistencia a la tracción para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento al aire) en diversas condiciones _________________________de envejecimiento artificial_________________________

Aleación: Resistencia a la tracción promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 223 248 269 14,5 22,7 22,0

R3: 241 240 234 2,1 7,6 17,2

R5: 263 251 229 3,4 19,3 33,8

R2: 251 249 243 9,0 26,2 4,8

R4: 243 234 249 26,2 19,3 9,6

R6: 243 269 237 17,9 11,0 29,6

Tabla 17 - Alargamiento para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento al aire) en diversas condiciones de __________________________envejecimiento artificial___________________________

Aleación: Alargamiento promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 2,50 2,17 3,50 0,50 0,76 1,32

R3: 2,83 2,33 2,00 0,29 0,29 0,87

R5: 2,50 1,67 1,17 0,00 0,29 0,29

R2: 2,17 2,67 1,83 0,58 0,29 0,29

R4: 1,83 1,33 1,67 0,58 0,29 0,29

R6: 1,33 1,50 1,50 0,29 0,87 0,50

15

Las Tablas 18, 19 y 20 enumeran el límite elástico promedio, la resistencia a la tracción y el alargamiento, respectivamente, para los especímenes templados en agua tibia envejecidos en diferentes condiciones. La Tabla 18 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en el límite elástico de las aleaciones de Al-9Si- 0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas de barras tensoras se enfriaron en agua 20 tibia. Como se muestra en la Tabla 18, el contenido de Mg y Cu mostró un impacto significativo sobre el límite elástico. La Tabla 19 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en la resistencia a la tracción de las aleaciones de Al-9Si-0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas de barras tensoras se enfriaron en agua tibia. La Tabla 20 muestra el efecto de Cu, Mg y la condición del envejecimiento en el alargamiento de las aleaciones de Al-9Si-0,15Fe-0,55Mn-Cu-Mg. Después de solidificarse por completo, las coladas 25 de barras tensoras se enfriaron en agua tibia.

Las aleaciones con el 0,4 % de Mg y el 1,0-1,5 % de Cu mostraron un mayor límite elástico que otras aleaciones. Para especímenes templados con agua tibia, el mayor límite elástico conseguido en la condición T5 fue de aproximadamente 260 MPa.

Tabla 18 - Límite elástico para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento con agua) en diversas condiciones de ___________________________envejecimiento artificial___________________________

Aleación: Límite elástico en tracción promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 194 201 193 2,1 2,8 4,1

R3: 195 205 180 16,5 10,3 7,6

R5: 246 232 222 17,9 22,0 3,4

R2: 227 234 232 6,2 11,7 7,6

R4: 256 261 243 6,2 6,2 23,4

R6: 239 267 251 5,5 6,9 15,8

Tabla 19 - Resistencia a la tracción para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento con agua) en diversas 5 ____________________condiciones de envejecimiento artificial____________________

Aleación: Resistencia a la tracción promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 285 298 274 9,0 19,3 4,8

R3: 268 283 235 30,3 18,6 46,9

R5: 289 274 247 7,6 18,6 2,1

R2: 294 278 278 11,0 28,9 9,6

R4: 306 279 291 23,4 1,4 20,7

R6: 293 293 291 23,4 4,1 17,2

Tabla 20 - Alargamiento para las aleaciones R1-R6 (enfriamiento con agua) en diversas condiciones de ___________________________envejecimiento artificial___________________________

Aleación: Alargamiento promedio Desviación estándar

175 °C/6 h: 190 °C/6 h 205 °C/6 h 175 °C/6 h 190 °C/6 h 205 °C/6 h

R1: 2,7 3,7 3,0 0,8 1,4 0,5

R3: 2,2 2,5 2,2 0,6 0,5 1,6

R5: 1,7 1,3 1,3 0,3 0,6 0,6

R2: 2,2 2,0 1,7 0,3 0,5 0,3

R4: 1,7 0,8 1,5 0,6 0,3 0,0

R6: 1,8 0,8 1,5 0,3 0,3 0,0

10 EJEMPLO 5 - Aleaciones de fundición para aplicaciones de bloque motor HPDC

Se completaron pruebas adicionales de fundición en matriz a alta presión (HPDC) en dos aleaciones, cuyas composiciones se muestran a continuación en la Tabla 21. Las aleaciones se fundieron como piezas lisas. Después de la colada, varias de las aleaciones se templaron al aire, mientras que otras de las aleaciones se templaron en 15 agua tibia («60 °C). Varias de las aleaciones se envejecieron en tiempos y temperaturas diferentes, después de lo cual se probaron diversas propiedades mecánicas, cuyos resultados se proporcionan en las Tablas 22-24, a continuación. La resistencia y el alargamiento se probaron usando especímenes de prueba JIS14B tomados aproximadamente a 1 mm por debajo de la superficie de colada.

20 Tabla 21 - Composición real de las aleaciones del Ejemplo 5 (porcentaje en peso)

Aleación: Si Cu Mg Fe Mn Ti V Zr Sr B

R7: 9,15 0,52 0,19 0,16 0,57 0,10 0,13 0,11 0,013 0,0018

R8: 9,24 1,10 0,41 0,17 0,53 0,11 0,12 0,13 0,014 0,0017

La relación en peso de Fe:Mn para todas las aleaciones fue de 0,28 a 0,32.

Tabla 22 - Propiedades de T5 de las aleaciones envejecidas a aproximadamente 205 °C durante 25 aproximadamente 6 horas (valores promedio de cinco especímenes, se muestra la desviación estándar)

Aleación: Temple UTS (MPa) TYS (MPa) Alarg. (%)

R7: Aire 248,8 ± 9,21 136,9 ± 11,1 5,6 ± 1,3

R7: Agua 278,6 ± 4,0 177,9 ± 1,2 4,4 ± 0,7

R8: Aire 249,1 ± 10,3 140,9 ± 15,7 3,8 ± 0,5

R8: Agua 295,7 ± 4,1 210,5 ± 1,5 2,7 ± 0,2

Tabla 23 - Propiedades de T5 de aleaciones envejecidas a aproximadamente 205 °C durante diversos tiempos (valores promedio de cinco especímenes; se muestra la desviación estándar; todas templadas con ______________________________agua)______________________________

Aleación: Tiempo de envejecimiento UTS (MPa) TYS (MPa) Alarg. (%)

R8: 2 horas 298,4 ± 9,5 224,0 ± 2,2 2,2 ± 0,4

R8: 4 horas 300,3 ± 4,0 220,3 ± 1,3 2,4 ± 0,2

R8: 6 horas 295,7 ± 4,1 210,5 ± 1,5 2,7 ± 0,2

5

Tabla 24 - Propiedades de fatiga de T5 de la aleación R8 (templada con agua y envejecida a aproximadamente 205 °C durante 6 horas)

Muestra N.°: Amplitud de tensión aa (MPa) Número de ciclos (Nf) Condición

1: 110 1,00E+06 Fractura

2: 90 1,00E+07 OK

3: 93 1,00E+07 Fractura

4: 93 3,998E+06 Fractura

5: 95 1,82E+06 Fractura

6: 120 3,596E+05 Fractura

7: 110 7,37E+05 Fractura

8: 100 2,206E+06 Fractura

9: 90 1,00E+07 OK

10: 100 2,915E+06 Fractura

10 Las propiedades de fatiga de la aleación R8 se midieron a temperatura ambiente, con una relación de tensión de R = -1 (=Omm/ümáx) con una frecuencia de 1500 rpm, y con una tensión media (om) de cero (0) MPa. La fatiga fue de 90 MPa a temperatura ambiente.

Se midió también la resistencia a la fatiga (fatiga en escalera) a aproximadamente 150 °C para la aleación R8 en un 15 temple T5, que se había templado en agua y se había envejecido artificialmente durante aproximadamente 6 horas a aproximadamente 205 °C. La aleación R8 en este tipo de temple T5 logró una resistencia a la fatiga media de 81,25 ± 7,83 MPa a 150 °C. El aumento de la amplitud de la tensión fue de 5,0 MPa y el factor de convergencia fue de 0,94.

Claims

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de fundición de aluminio que consiste en:

8,5 - 9,5 % en peso de silicio;

0,8 - 2,0 % en peso de cobre (Cu);

0,20 - 0,53 % en peso de magnesio (Mg);

0,35 al 0,8 % en peso de manganeso; hasta el 5,0 % en peso de cinc; hasta el 1,0 % en peso de plata; hasta el 1,0 % en peso de níquel; hasta el 1,0 % en peso de hafnio; hasta el 1,0 % en peso de hierro; hasta el 0,30 % en peso de titanio;

0,05 al 0,30 % en peso de circonio;

0,05 al 0,30 % en peso de vanadio;

en la que la cantidad total de Zr+V es del 0,10 % en peso al 0,50 % en peso; hasta el 0,10 % en peso de uno o más de estroncio, sodio y antimonio; siendo otros elementos <0,04 % en peso cada uno y <0,12 % en peso en total; siendo el resto aluminio.

2. La aleación de la reivindicación 1, en la que la relación de hierro con respecto a manganeso es <0,5.

3. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye del 1,0 al 1,5 % en peso de cobre.

4. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye del 0,4 al 0,45 % en peso de

magnesio.

5. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye <0,35 % en peso de magnesio.

6. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye <0,25 % en peso de magnesio.

7. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye <0,25 % en peso cinc.

8. La aleación de la reivindicación 1, en la que la aleación incluye hierro en una cantidad entre el 0,10 y

el 0,30 % en peso de hierro.

9. Un método para tratar térmicamente la aleación de la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

(a) someter la aleación a un registro de 2 horas desde la temperatura ambiente hasta 504,4 °C;

(b) mantener la temperatura a 504,4 °C durante 2 horas;

(c) aumentar la temperatura a 530 °C durante un periodo de 30 minutos;

(d) mantener la temperatura a 530 °C durante 4 horas; y

(e) templar en agua fría.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además la etapa de envejecer artificialmente la

aleación durante aproximadamente 6 horas a una temperatura entre 190 °C y 220 °C.

11. Un método para colar una culata o bloque motor, que comprende:

(a) obtener la aleación de la reivindicación 1;

(b) fundir la aleación;

(c) introducir la aleación fundida en un molde para formar una colada;

(d) permitir que la colada se solidifique; y

(e) permitir que la colada se enfríe.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de envejecer artificialmente la colada.

13. El método de la reivindicación 12, en el que la etapa de permitir (e) comprende enfriar la colada en

aire o agua.

5 14. El método de la reivindicación 13, en el que el envejecimiento artificial se realiza durante 6 horas a una

temperatura de 175 °C a 205 °C.

15. El método de la reivindicación 14, en el que el molde es un molde de función en matriz de alta presión

y la etapa de introducción es por función en matriz de alta presión.

10