ES2877453T3

ES2877453T3 - Aleaciones de aluminio que tienen propiedades de tracción mejoradas

Info

Publication number: ES2877453T3
Application number: ES17772897T
Authority: ES
Inventors: Francis Breton; Bruno Bourassa; Alexandre Maltais; Clément Boudreault; Dany Tremblay
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: EP3436616B1; EP3436616A1; US20190136349A1; CA3017279A1; MX2018011818A; WO2017165962A1; EP3436616A4; PL3436616T3; US11198925B2

Abstract

Una aleación de aluminio que comprende, en porcentaje en peso: entre 6 y 8 de Si; entre 0,45 y 0,6 de Mg; entre más de 0,15 e igual a o menos de 0,30 de Mn; menos de 0,12 de Fe; hasta 0,15 de Ti; entre 0,005 y 0,03 de Sr; opcionalmente igual a o menos de 0,2 de La; opcionalmente hasta 0,25 de Cr; y siendo el resto aluminio e impurezas inevitables, en donde las impurezas inevitables pueden estar presentes en una cantidad de hasta 0,05 cada una y hasta 0,15 en total.

Description

DESCRIPCIÓN

Aleaciones de aluminio que tienen propiedades de tracción mejoradas

Campo tecnológico

Esta solicitud se refiere al uso de manganeso (Mn), opcionalmente en combinación con lantano (La), para mejorar las propiedades de tracción de productos de aluminio que comprenden una aleación de aluminio Al-Si-Mg con un alto contenido de magnesio (Mg). En algunas realizaciones, los productos de aluminio son productos de fundición de aluminio que se pueden obtener, por ejemplo, mediante colada en coquilla.

Antecedentes

Las aleaciones de Al-Si-Mg son un grupo de aleaciones de Al-Si de fundición tratables térmicamente que se utilizan en aplicaciones estructurales (automoción, aeroespacial, ingeniería general) porque presentan excelentes características de fundición, buena resistencia a la corrosión, soldadura, excelentes propiedades mecánicas y una alta relación resistencia-peso en condiciones de tratamiento térmico.

Para aumentar las propiedades de resistencia de un producto de aluminio que comprende una aleación de aluminio Al-Si-Mg, es posible aumentar el porcentaje en peso de Mg. Sin embargo, dicho aumento del contenido de Mg puede estar asociado con defectos microestructurales y una disminución de una o más propiedades de tracción.

Sería muy deseable disponer de una aleación de aluminio Al-Si-Mg que tenga un alto contenido de Mg mientras se mantiene o aumenta al menos una de sus propiedades de tracción.

Breve compendio

La presente divulgación se refiere al uso de Mn para aumentar al menos una propiedad de tracción de un producto que comprende una aleación de aluminio (por ejemplo, de una aleación de aluminio Al-Si-Mg) que comprende un alto contenido de Mg. Opcionalmente se puede utilizar La en combinación con Mn para afinar el tamaño de grano de la aleación de aluminio. El producto de aluminio puede ser un producto de fundición de aluminio y, en alguna realización, un producto de fundición de aluminio obtenido mediante colada en coquilla.

En un primer aspecto, la presente divulgación proporciona una aleación de aluminio tal como se define en la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, la presente divulgación proporciona un lingote de fundición que comprende la aleación de aluminio descrita en la presente memoria.

En un tercer aspecto, la presente divulgación proporciona un proceso para mejorar al menos una propiedad de tracción de un producto de aluminio que comprende una aleación de aluminio modificada en comparación con un producto de aluminio correspondiente que comprende una primera aleación de aluminio. En términos generales, el proceso comprende combinar Mn con la primera aleación de aluminio para proporcionar la aleación de aluminio modificada. La primera aleación de aluminio comprende, en porcentaje en peso, entre 6-8 de Si, 0,45-0,6 de Mg, menos de 0,12 de Fe, hasta 0,15 de Ti, entre 0,005-0,03 de Sr, opcionalmente hasta 0,2 de La y hasta 0,25 de Cr; y siendo el resto aluminio e impurezas inevitables, en donde las impurezas inevitables pueden estar presentes en una cantidad de hasta 0,05 cada una y hasta 0,15 en total. Además, en la aleación de aluminio modificada, el porcentaje en peso de Mn está entre más de 0,15 e igual y menos de 0,30. En una realización, la propiedad de tracción mejorada es el límite de elasticidad. En una realización, el porcentaje en peso de Fe (en la primera aleación de aluminio y/o en la aleación de aluminio modificada) es de al menos aproximadamente 0,1. En otra realización, el porcentaje en peso de Ti (en la primera aleación de aluminio y/o en la aleación de aluminio modificada) es de al menos aproximadamente 0,06. En otra realización más, el porcentaje en peso de Sr (en la primera aleación de aluminio y/o en la aleación de aluminio modificada) está entre aproximadamente 0,008 y aproximadamente 0,02. En otra realización más, el proceso comprende además añadir La en la primera aleación de aluminio o en la aleación de aluminio modificada en un porcentaje en peso igual o inferior a aproximadamente 0,2. En otra realización más, el proceso comprende además añadir Cr en la primera aleación de aluminio de la aleación de aluminio modificada en un porcentaje en peso de hasta aproximadamente 0,25. En una realización, el proceso no incluye añadir (deliberadamente) Co en la primera aleación de aluminio o en la aleación de aluminio modificada. En otra realización más, el producto de aluminio es un producto de fundición (tal como, por ejemplo, una rueda) y el proceso comprende además fundir la aleación de aluminio modificada para obtener el producto de aluminio. En otra realización más, la fundición consiste en una colada en coquilla. En otra realización más, el producto de fundición tiene un espesor de al menos aproximadamente 6 mm.

Según un cuarto aspecto, la presente divulgación proporciona un producto de aluminio que se puede obtener o que se obtiene mediante el proceso descrito en la presente memoria.

Según un quinto aspecto, la presente divulgación proporciona un proceso para fabricar un producto de aluminio que tiene una propiedad de tracción mejorada. En términos generales, el proceso comprende trabajar la aleación de aluminio descrita en la presente memoria o el lingote de fundición descrito en la presente memoria para obtener el producto de aluminio. En una realización, el producto de aluminio es un producto de fundición (tal como, por ejemplo, una rueda) y el proceso comprende además fundir la aleación de aluminio para obtener el producto de fundición. En otra realización más, la fundición consiste en una colada en coquilla. En una realización, el producto de fundición tiene un espesor de al menos aproximadamente 6 mm.

Según un sexto aspecto, la presente divulgación proporciona un producto de aluminio que se puede obtener o que se obtiene mediante el proceso descrito en la presente memoria.

Breve descripción de los dibujos

Habiendo descrito así en general la naturaleza de la invención, ahora se hará referencia a los dibujos adjuntos, que muestran, a modo de ilustración, una realización preferida de la misma, y en los que:

La Figura 1 ilustra el efecto de la química de las diferentes aleaciones en el tamaño de grano. Los resultados se muestran como tamaño de grano (en pm) en función de las diferentes aleaciones ensayadas.

La Figura 2 ilustra el efecto de la química de las diferentes aleaciones en la resistencia a la rotura por tracción. Los resultados se muestran como la resistencia a la rotura por tracción (en MPa) en función del porcentaje en peso de Mg para las aleaciones que comprenden Mn y Cr (+Mn/+Cr; línea discontinua), así como para las aleaciones que no incluyen una adición deliberada de Mn y Cr (-Mn/-Cr; línea negra).

La Figura 3 ilustra el efecto de la química de las diferentes aleaciones en el límite de elasticidad a la tracción. Los resultados se muestran como el límite de elasticidad a la tracción (en MPa) en función del porcentaje en peso de Mg para las aleaciones que comprenden Mn y Cr (+Mn/+Cr; línea discontinua), así como para las aleaciones que no incluyen una adición deliberada de Mn y Cr (-Mn/-Cr; línea negra).

Las Figuras 4A a S proporcionan las características microestructurales de las aleaciones del Ejemplo III. Los resultados se muestran para la Aleación C-1 envejecida durante 2 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (A), 12 mm (B) o 24 mm (C); Aleación C-1 envejecida durante 4 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (D), 12 mm (E) o 24 mm (F); Aleación C-1 envejecida durante 6 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (G), 12 mm (H) o 24 mm (I); Aleación C-2 envejecida durante 2 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (J), 12 mm (K) o 24 mm (L); Aleación C-2 envejecida durante 4 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (M), 12 mm (N) o 24 mm (O); Aleación C-2 envejecida durante 6 horas a 160°C y fundida con un espesor de 6 mm (P), 12 mm (Q) o 24 mm (R y S). Barra de escala = 50 pm. En las Figuras (F) y (S), las flechas apuntan a las fases Al-Fe-Si-Mn.

Descripción detallada

La presente divulgación se refiere al uso de Mn como una adición deliberada a las aleaciones de fundición de Al-Si-Mg para mejorar al menos una propiedad de tracción (tal como, por ejemplo, el límite de elasticidad). En algunas realizaciones, la adición de Mn aumenta el límite de elasticidad de un producto de fundición resultante que comprende la aleación de aluminio. En consecuencia, el Mn se puede utilizar para generar aleaciones de aluminio fundibles (tales como aleaciones de aluminio fundibles a baja presión) que permitan una reducción de la masa del producto de fundición final. La aleación de aluminio de la presente divulgación es especialmente útil para fabricar productos de fundición utilizando una coquilla.

La presente divulgación proporciona aleaciones de aluminio que comprenden una adición deliberada de manganeso (Mn) para mejorar una o más propiedades de tracción de un producto de aluminio que comprende dicha aleación de aluminio. En una realización, las aleaciones de aluminio de la presente divulgación tienen, como elementos de aleación principales (además del Mn), Si y Mg. Estas aleaciones de aluminio se designan como aleaciones de Al-Si-Mg.

Las aleaciones de aluminio de la presente divulgación son una aleación de fundición para fundir lingotes. Las aleaciones de aluminio de la presente divulgación son aleaciones de fundición para operaciones de fundición (tales como, por ejemplo, operaciones de colada en coquilla). Algunas aleaciones de fundición ejemplares incluyen aleaciones de la serie 3xx (tales como, por ejemplo, aleaciones 356 (incluyendo aleaciones A356.2) y aleaciones 357 (incluyendo aleaciones A357)). La solicitud de patente de EE. UU. US 2004/011437 A1 describe una aleación de fundición de Al-Si-Mg que ha sido desarrollada como una alternativa a la muy conocida aleación 357, pero que no contiene Be y resuelve el problema de soldadura y adherencia en matriz que conduce al mal estado de la superficie del producto que sufre la aleación 357.

La aleación de aluminio de la presente divulgación comprende silicio (Si). El Si es importante para mejorar o mantener la fluidez de la aleación. Cuando se proporciona Si en un porcentaje en peso por debajo de 5 (en porcentaje en peso de la aleación de aluminio), la aleación de aluminio resultante no tiene la fluidez requerida para alguna operación posterior (como la fundición, por ejemplo). Como tal, el porcentaje en peso de Si en la aleación de aluminio está entre 6 y 8.

En una realización, la aleación de aluminio tiene un porcentaje en peso de Si de aproximadamente 7.

La aleación de aluminio de la presente divulgación comprende magnesio (Mg). Como elemento de aleación, el magnesio proporciona resistencia a un producto que lo comprende. Sin embargo, cuando el porcentaje en peso de Mg es igual o superior a aproximadamente 0,35, se observa una disminución en al menos una propiedad de tracción y/o defectos microestructurales. La disminución de las propiedades de tracción y los defectos en las microestructuras no se observan cuando el porcentaje en peso de Mg está por debajo de aproximadamente 0,35. Como tal, la aleación de aluminio puede tener un porcentaje en peso de Mg que puede estar entre 0,45 y 0,6.

En una realización, el porcentaje en peso de Mg en la aleación de aluminio puede estar entre 0,50 y 0,60.

La aleación presenta hierro (Fe) probablemente debido al proceso de electrólisis de alúmina utilizado para generar el aluminio. En las aleaciones de aluminio de la presente divulgación, el Fe puede estar presente en un porcentaje en peso de hasta 0,15. En algunas formas de realización, el porcentaje en peso de Fe en la aleación de aluminio es inferior a 0,15. Por ejemplo, el porcentaje en peso de Fe en las aleaciones de aluminio de la presente divulgación es igual o inferior a 0,12, 0,11, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06 o 0,05. En algunas realizaciones, el Fe está presente en un porcentaje en peso igual o superior a (al menos) 0,1.

La aleación de aluminio de la presente divulgación puede incluir titanio (Ti) como afinador de grano. Por ejemplo, el porcentaje en peso de Ti de las aleaciones de aluminio puede ser de hasta 0,15. En una realización, el porcentaje en peso de Ti en la aleación de aluminio puede ser igual o superior a aproximadamente 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1,0,11,0,12, 0,13 o 0,14. En otra realización más, el porcentaje en peso de Ti en la aleación de aluminio puede ser de hasta aproximadamente 0,03, 0,04, 0,05, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,11, 0,12, 0,13 o 0,14. En otra realización más, el porcentaje en peso de Ti en la aleación de aluminio es de al menos 0,06.

La aleación de aluminio también puede presentar estroncio (Sr), que actúa como modificador de la fase de Si. Por ejemplo, el porcentaje en peso de Sr en la aleación de aluminio puede ser igual o superior a aproximadamente 0,005, 0,006, 0,007, 0,008, 0,009, 0,01, 0,011, 0,012, 0,013, 0,014, 0,015, 0,016, 0,017, 0,018, 0,019, 0,02, 0,021, 0,022, 0,023, 0,024, 0,025, 0,026, 0,027, 0,028 o 0,029. En otro ejemplo, el porcentaje en peso de Sr en la aleación de aluminio puede ser de hasta aproximadamente 0,03, 0,029, 0,028, 0,027, 0,026, 0,025, 0,024, 0,023, 0,022, 0,021, 0,02, 0,019, 0,018, 0,017, 0,016, 0,015, 0,014, 0,013, 0,012, 0,011, 0,1, 0,009, 0,008, 0,007, 0,006 o 0,005. En otra realización, el porcentaje en peso de Sr en la aleación de aluminio puede estar entre un valor igual o superior a aproximadamente 0,005, 0,006, 0,007, 0,008, 0,009, 0,01, 0,011, 0,012, 0,013, 0,014, 0,015, 0,016, 0,017, 0,018, 0,019, 0,02, 0,021,0,022, 0,023, 0,024, 0,025, 0,026, 0,027, 0,028 o 0,029 y un valor de hasta aproximadamente 0,03, 0,029, 0,028, 0,027, 0,026, 0,025, 0,024, 0,023, 0,022, 0,021, 0,02, 0,019, 0,018, 0,017, 0,016, 0,015, 0,014, 0,013, 0,012, 0,011, 0,1, 0,009, 0,008 o 0,007. El porcentaje en peso de Sr en la aleación de aluminio está entre aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,03 y, en otra realización, entre aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,02.

Tal como se ha indicado más arriba, el manganeso (Mn) se proporciona como una adición deliberada a la aleación de aluminio de la presente divulgación. Como se muestra en la presente memoria, la adición de Mn aumenta al menos una propiedad de tracción de un producto de aluminio que lo contiene en comparación con un producto de aluminio correspondiente que carece de Mn. Tal como se utiliza en el contexto de la presente divulgación, las propiedades de tracción se refieren tanto a la resistencia de un producto de aluminio (por ejemplo, la resistencia a la rotura por tracción y el límite de elasticidad) como a las propiedades de alargamiento del producto de aluminio. En una realización, la propiedad de tracción que aumenta mediante la adición de Mn es el límite de elasticidad. Sin querer ceñirse a la teoría, la adición de Mn limita la formación de fases o constituyentes de Al-Fe-Si-Mg (que se sabe que son perjudiciales para las propiedades de tracción de las aleaciones de aluminio) y favorece la formación de fases de Al-Fe-Si-Mn. El porcentaje en peso de Mn en la aleación de aluminio de la presente divulgación está entre más de 0,15 e igual o menos de 0,30.

En una realización, el porcentaje en peso de Mn en la aleación de aluminio es de aproximadamente 0,12. En otra realización más, el porcentaje en peso de Mn en la aleación de aluminio es de aproximadamente 0,25.

En una realización, la aleación de aluminio puede incluir opcionalmente lantano (La) como afinador de grano. El porcentaje en peso de La en las aleaciones de aluminio de la presente divulgación puede ser igual o inferior a (por ejemplo, hasta) aproximadamente 0,2, 0,19, 0,18, 0,17, 0,16, 0,15, 0,14, 0,13, 0,12, 0,11,0,1,0,09, 0,08, 0,07 o 0,06. En una realización, el porcentaje en peso de La en la aleación de aluminio es inferior a aproximadamente 0,2, 0,19, 0,18, 0,17, 0,16, 0,15, 0,14, 0,13, 0,12, 0,11, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07 o 0,06. En otra realización más, el porcentaje en peso de La en la aleación de aluminio es inferior a aproximadamente 0,2 y, en otra realización, igual o inferior a aproximadamente 0,1.

En otra realización más, la aleación de aluminio puede comprender opcionalmente cromo (Cr). El porcentaje en peso de Cr en las aleaciones de aluminio de la presente divulgación puede ser igual o inferior a (por ejemplo, hasta) aproximadamente 0,25, 0,24, 0,23, 0,22, 0,21,0,2, 0,19, 0,18, 0,17, 0,16, 0,15, 0,14, 0,13, 0,12, 0,11,0,1,0,09, 0,08, 0,07 o 0,06. En una realización, el porcentaje en peso de Cr en la aleación de aluminio es inferior a (por ejemplo, hasta) aproximadamente 0,25, 0,24, 0,23, 0,22, 0,21,0,2, 0,19, 0,18, 0,17, 0,16, 0,15, 0,14, 0,13, 0,12, 0,11,0,1,0,09, 0,08, 0,07 o 0,06. En otra realización más, el porcentaje en peso de Cr en la aleación de aluminio es de hasta aproximadamente 0,25.

La parte restante de las aleaciones de aluminio de la presente divulgación consiste en aluminio (Al) e impurezas inevitables. En una realización, cada impureza está presente, en porcentaje en peso, en un máximo de aproximadamente 0,05 y el total de impurezas inevitables está presente, en porcentaje en peso, en menos de aproximadamente 0,15.

En una realización, las aleaciones de aluminio de la presente divulgación no incluyen una adición deliberada de cobalto (Co). En esta realización, cuando está presente en la aleación de aluminio, se considera que el Co es una impureza.

La presente divulgación también proporciona lingotes que comprenden la aleación de aluminio descrita en la presente memoria. Los lingotes fabricados a partir de aleaciones de fundición (como lingotes de fundición o lingotes Ts) se pueden fundir.

La presente divulgación también proporciona un proceso para mejorar al menos una propiedad de tracción (tal como el límite de elasticidad) de un producto de aluminio en comparación con un producto de aluminio correspondiente. En el proceso, el producto de aluminio está hecho de o comprende una aleación de aluminio modificada (que comprende Mn como una adición deliberada), mientras que el producto de aluminio correspondiente está hecho de o comprende una primera aleación de aluminio (que carece de Mn como una adición deliberada). El proceso comprende agregar Mn (en el porcentaje en peso arriba descrito) a una primera aleación de aluminio (que comprende Si, Mg, Fe y opcionalmente Ti y/o Sr, cada uno en el porcentaje en peso arriba descrito) para proporcionar la aleación de aluminio modificada (que comprende Si, Mg, Fe, Mn y opcionalmente Ti y/o Sr, cada uno en el porcentaje en peso arriba descrito). Un producto de aluminio obtenido mediante el proceso descrito en la presente memoria está hecho de o comprende la aleación de aluminio modificada y presenta al menos una propiedad de tracción mejorada (tal como el límite de elasticidad) en comparación con un producto de aluminio correspondiente que está hecho de o que comprende la primera aleación de aluminio. En el contexto de la presente divulgación, la expresión "producto de aluminio" se puede referir a un producto de fundición final o a un lingote intermedio que además se puede trabajar para obtener un producto de aluminio con una forma diferente. Como tal, el proceso puede comprender además fundir (tal como, por ejemplo, mediante colada en coquilla) la aleación de aluminio modificada para obtener el producto de aluminio. En las realizaciones en las que el producto de aluminio es un producto de fundición, este último puede consistir en una pieza de automóvil, como una rueda. La presente divulgación también contempla proporcionar un proceso para fabricar productos de fundición que tengan un espesor mínimo de aproximadamente 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,22, 23 o 24 mm. En otra realización más, el producto de fundición puede tener múltiples espesores diferentes (por ejemplo, dos, tres o cuatro espesores diferentes). En otra realización, el producto de fundición tiene un primer espesor de al menos (y en una realización, no más de) 6 mm, un segundo espesor de al menos (y en una realización, no más de) 12 mm y un tercer espesor de al menos (y en una realización, no más de) 24 mm. La presente divulgación también proporciona un producto de aluminio que se puede obtener o se obtiene mediante el proceso descrito en la presente memoria.

La presente divulgación también proporciona un proceso para fabricar un producto de aluminio que tiene una propiedad de tracción mejorada (tal como un límite de elasticidad mejorado) en comparación con un producto de aluminio correspondiente que carece de una adición deliberada de Mn. El proceso comprende trabajar la aleación de aluminio o la aleación de aluminio modificada descrita en la presente memoria o el lingote descrito en la presente memoria para obtener el producto de aluminio. La etapa de trabajo puede incluir fundir (por ejemplo, mediante colada en coquilla) la aleación de aluminio para obtener directamente un producto de fundición o lingotes intermedios. Como tal, en el contexto de la presente divulgación, la expresión "producto de aluminio" se puede referir a un producto de fundición final o a un lingote intermedio que se puede trabajar adicionalmente para obtener un producto de aluminio con una forma diferente. En realizaciones en las que el producto de aluminio es un producto de fundición, el proceso también puede incluir un tratamiento térmico posterior a la fundición, tal como, por ejemplo, un tratamiento T6 (por ejemplo, tratamiento térmico en solución y etapas de envejecimiento artificial). En las realizaciones en las que el producto de aluminio es un producto de fundición, este último puede consistir en una pieza de automóvil, como una rueda. La presente divulgación también contempla proporcionar un proceso para fabricar productos de fundición con un espesor mínimo de aproximadamente 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 o 24 mm. En otra realización más, el producto de fundición puede tener múltiples espesores diferentes (por ejemplo, dos, tres o cuatro espesores diferentes). En otra realización, el producto de fundición tiene un primer espesor de al menos (y en una realización, no más de) 6 mm, un segundo espesor de al menos (y en una realización, no más de) 12 mm y un tercer espesor de al menos (y en una realización, no más de) 24 mm. La presente divulgación también proporciona un producto de aluminio que se puede obtener o se obtiene mediante el proceso descrito en la presente memoria.

La presente invención se entenderá más fácilmente con referencia a los siguientes ejemplos, que se dan para ilustrar la invención y no para limitar su alcance.

Ejemplo I - Adición de Mn a aleaciones A357

Una aleación A357 de base se complementó con Mn, opcionalmente en combinación con La. Se determinaron las propiedades metalográficas y de tracción de las aleaciones resultantes.

Las barras de tracción que comprenden una de las aleaciones cuya química se presenta en la Tabla 1 se produjeron en un horno de resistencia eléctrica. Se añadieron Mn (porcentaje en peso (% en peso) ~0,27) y La puro (0,1% en peso y 0,2% en peso) a la masa fundida a 750°C ± 5°C, respectivamente. La masa fundida se desgasificó usando un desgasificador de impulsor de grafito rotatorio que giraba a 300 rpm durante aproximadamente 20 minutos. Se añadió Sr a la masa fundida desgasificada antes de verterla. La superficie de la masa fundida se despumó y después la masa fundida se vertió en la coquilla (precalentada a 400°C ± 5°C) a 720°C ± 5°C. También se tomaron muestras para análisis químico con el fin de confirmar la composición de las aleaciones durante la fundición. Todas las muestras se sometieron a tratamiento térmico en solución a 540°C, durante 4 horas, seguido de un temple con agua tibia a 50°C. Se realizó un envejecimiento en suelo, entre 12 y 24 horas, a temperatura ambiente, entre el temple y el envejecimiento artificial. Finalmente, las muestras se sometieron a un ciclo de envejecimiento a 160°C durante 6 horas.

Para evaluar el efecto de las adiciones de Mn y La en estado de tratamiento con T6 sobre la resistencia a la rotura por tracción (UTS, por sus siglas en inglés) y el límite de elasticidad (YS, por sus siglas en inglés), las pruebas de tracción se llevaron a cabo utilizando la máquina de prueba universal INSTRON®. En cada caso se realizaron diez ensayos de tracción y se proporcionaron los promedios de los resultados. En la Tabla 1 se resumen las composiciones químicas y los resultados de tracción de las diferentes aleaciones.

Tabla 1. Composiciones químicas y propiedades de resistencia de las aleaciones del Ejemplo I. La composición elemental se proporciona en porcentajes en peso para todos los elementos, excepto el Sr, que se presenta como ppm. Los valores de la resistencia a la rotura por tracción (UTS) y el límite de elasticidad (YS) se proporcionan en MPa.

Como puede verse en la Tabla 1, la aleación A357 de base tenía 325 MPa de UTS y 255 MPa de YS. La resistencia a la rotura por tracción no mostró ninguna diferencia significativa en las otras aleaciones cuando se añadió Mn. Sin embargo, el límite de elasticidad de las aleaciones que contienen adiciones de Mn se incrementó en comparación con la aleación A357 de base. La Tabla 1 muestra que tanto la UTS como la YS disminuían a medida que el contenido de La se incrementaba de 0,1 a 0,2.

Los tamaños de grano estimados de las químicas de la Tabla 1 se muestran en la Figura 1. El tamaño de grano medio estimado para las aleaciones A357, A357-Mn, A357-Mn-0,1La y A357-Mn-0,2La son 400 gm, 450 gm, 260 gm y 315 gm, respectivamente. En estas condiciones experimentales, la adición de Mn a la aleación A357 aumentó el tamaño de grano en 50 gm. Incluso en estas condiciones experimentales, la adición de 0,1 La afinó la estructura de grano de la aleación A357 que contiene Mn y presenta una reducción del tamaño de grano de 450 a 260 gm, respectivamente, mientras que la adición de 0,2 La tuvo un efecto limitado en el afinamiento de grano e incluso aumentó el tamaño de grano en comparación con la aleación A357-Mn-0,1La.

Ejemplo II - Efectos del porcentaje en peso de Mg sobre la resistencia

Las aleaciones que comprenden 6,0 Si y 0,12 Fe (designadas en la presente memoria como "-Mn/-Cr") o 6,0 Si, 0,12 Fe, 0,12 Mn, 0,12 Cr (designadas aquí como "+Mn/+Cr) se complementaron con Mg, en un porcentaje en peso que varía entre 0,35 y 0,70. Las aleaciones se sometieron a un tratamiento T6 antes de determinar sus propiedades de tracción.

La adición de Mn y Cr mantuvo o aumentó la resistencia a la rotura por tracción en comparación con las aleaciones correspondientes que no incluían Mn o Cr (Figura 2). La adición de Mn y Cr aumentó el límite de elasticidad en comparación con las aleaciones correspondientes que no incluían Mn o Cr (Figura 3). La adición de Mn solamente (por ejemplo, la omisión de Cr) proporcionó resultados similares (aumento del límite de elasticidad a la tracción, sin cambios significativos en la resistencia a la rotura por tracción, Ejemplo III y datos no mostrados).

Ejemplo III - Efecto del tratamiento térmico en las propiedades de tracción y la microestructura

Se prepararon aleaciones que carecían de Mn (Al7Si0Mn) o que comprendían Mn (Al7Si0,25Mn). La composición elemental de cada aleación ensayada se presenta en la Tabla 2.

Tabla 2. Composición elemental de las aleaciones ensayadas en el Ejemplo III, proporcionada en porcentaje en peso.

Las aleaciones se fundieron en una máquina de baja presión utilizando un molde escalonado (6, 12 o 25 mm) y después se sometieron a una etapa de tratamiento T6 (etapa de envejecimiento realizada a una temperatura de 160°C o 190°C durante 2, 4, 5 o 6 horas, véase la Tabla 3). Las propiedades de tracción de los productos de fundición resultantes (n = 12) se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3. Espesor medio de placa (en mm), características de la etapa de envejecimiento (temperatura en grados Celsius y duración en horas) de las aleaciones que carecen de Mn (Al7Si0Mn) o que comprenden Mn (Al7Si0,25Mn). UTS = resistencia a la rotura por tracción (en MPa), YS = límite de elasticidad (en MPa), Ql = índice de calidad (en MPa).

Como se muestra en la Tabla 3, cuando el producto se envejece a una temperatura de 1602C durante 4 h y se funde en un producto que tiene un espesor de 12 mm, la aleación que comprende Mn presentaba un límite de elasticidad 10 MPa más alto que la aleación correspondiente que carecía de Mn y 30-40 MPa más alto que la aleación A356 de referencia (datos no mostrados).

A continuación se determinó el porcentaje de las diferentes fases microestructurales de los productos de fundición resultantes. Estos resultados se muestran en la Figura 4 y la Tabla 4.

Tabla 4. Porcentaje aproximado de cada constituyente en placas de fundición, en función del espesor (6, 12 o 24 mm) y características del tratamiento T6 (etapa de envejecimiento realizada a 160°C durante 2, 4 o 6 horas) de cada producto de placa de fundición.

Como se muestra en la Tabla 4, la presencia de Mn limita la formación de Al-Fe-Si-Mg y en cambio favorece la formación de Al-Si-Fe-Mn. Este efecto en la microestructura se mantiene incluso en el producto de fundición para todos los espesores de colada. En ausencia de Mn, la concentración de la fase de Al-Fe-Si-Mg empeora con el espesor del producto de fundición. En presencia de Mn, el espesor del producto de fundición no está asociado con un empeoramiento de la concentración de la fase Al-Fe-Si-Mg.

Si bien la invención se ha descrito en relación con realizaciones específicas de la misma, se entenderá que el alcance de las reivindicaciones no debe estar limitado por las realizaciones preferidas expuestas en los ejemplos, sino que ha de ser interpretado del modo más amplio posible coherente con la descripción en su conjunto.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de aluminio que comprende, en porcentaje en peso:

entre 6 y 8 de Si;

entre 0,45 y 0,6 de Mg;

entre más de 0,15 e igual a o menos de 0,30 de Mn;

menos de 0,12 de Fe;

hasta 0,15 de Ti;

entre 0,005 y 0,03 de Sr;

opcionalmente igual a o menos de 0,2 de La;

opcionalmente hasta 0,25 de Cr; y

siendo el resto aluminio e impurezas inevitables, en donde las impurezas inevitables pueden estar presentes en una cantidad de hasta 0,05 cada una y hasta 0,15 en total.

2. La aleación de aluminio de la reivindicación 1, en donde el porcentaje en peso de Fe es de al menos 0,1.

3. La aleación de aluminio de la reivindicación 1 o 2, en donde el porcentaje en peso de Ti es de al menos 0,06.

4. La aleación de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el porcentaje en peso de Sr está entre 0,005 y 0,02.

5. La aleación de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde las impurezas inevitables incluyen Co.

6. Un lingote de fundición que comprende la aleación de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Un proceso para mejorar al menos una propiedad de tracción de un producto de aluminio que comprende una aleación de aluminio modificada en comparación con un producto de aluminio correspondiente que comprende una primera aleación de aluminio, comprendiendo el proceso combinar Mn con la primera aleación de aluminio para obtener la aleación de aluminio modificada, en donde la primera aleación de aluminio comprende, en porcentaje en peso:

entre 6 y 8 de Si;

entre 0,45 y 0,6 de Mg;

menos de 0,12 de Fe;

hasta 0,15 de Ti;

entre 0,005 y 0,03 de Sr;

opcionalmente igual a o menos de 0,2 de La;

opcionalmente hasta 0,25 de Cr; y

siendo el resto aluminio e impurezas inevitables, en donde las impurezas inevitables pueden estar presentes en una cantidad de hasta 0,05 cada una y hasta 0,15 en total;

en donde el porcentaje en peso de Mn en la aleación de aluminio modificada es superior a 0,15 e igual a o menor de 0,3 y en donde, opcionalmente, en la aleación de aluminio modificada se añade La en un porcentaje en peso igual a o menor de 0,2 y/o en la aleación de aluminio modificada se añade Cr en un porcentaje en peso de hasta 0,25.

8. El proceso de la reivindicación 7, en donde el porcentaje en peso de:

- Fe es de al menos 0,1;

- Ti es de al menos 0,06; y/o

- Sr está entre 0,008 y 0,02.

9. El proceso de la reivindicación 7 u 8, en donde el producto de aluminio es un producto de fundición y el proceso comprende además fundir la aleación de aluminio modificada para obtener el producto de aluminio.

10. El proceso de la reivindicación 9, en donde el producto de fundición de aluminio se funde mediante colada en coquilla.

11. El proceso de la reivindicación 10, en donde el producto de fundición es una rueda.

12. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde el producto de fundición tiene un espesor de al menos 6 mm.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde el producto de fundición tiene un espesor de al menos 8 mm.

14. Un producto de fundición de aluminio que comprende una aleación de aluminio, la aleación de aluminio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el producto de fundición de aluminio tiene un espesor de al menos 6 mm y está fundido mediante colada en coquilla.

15. El producto de fundición de aluminio de la reivindicación 14, en donde el espesor es de al menos 8 mm.