ES2913529T3

ES2913529T3 - Aleación de magnesio resistente al calor

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Publication number: ES2913529T3
Application number: ES16755525T
Authority: ES
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JPWO2016136781A1; KR20170118847A; EP3263725A1; EP3263725A4; EP3263725B1; CN107250402A; US10550453B2; US20180016663A1; JP6778675B2; WO2016136781A1

Abstract

Una aleación de magnesio que consiste en: 4,0 % en masa o más y 8,50 % en masa o menos de Al; 0,1 % en masa o más y 0,6 % en masa o menos de Mn; 1,5 % en masa o más y 6,0 % en masa o menos de Ca; y 0,2 % en masa o más; 0,45 % en masa o menos de Sn; y menos del 0,2 % en masa de impurezas inevitables; siendo el resto Mg.

Description

DESCRIPCIÓN

Aleación de magnesio resistente al calor

Campo técnico

Esta invención se refiere a una aleación de magnesio resistente al calor.

Técnica anterior

Una aleación de magnesio, que comprende magnesio y otros aditivos, tal como el aluminio, es ligera y fácil de trabajar, y se utiliza en muchos campos de la técnica. Por ejemplo, las aleaciones de magnesio de la serie AZ, que contienen Al, Mn y Zn, tienen un alto límite elástico y resistencia a la tracción, y se usan ventajosamente cuando se requiere una alta resistencia mecánica. Las aleaciones de magnesio de la serie AS, que contienen Al, Mn y Si, son conocidas por tener resistencia al calor además de las propiedades de las aleaciones de magnesio de la serie AZ.

Sin embargo, dado que las aleaciones de magnesio de la serie AS tienen una resistencia al calor limitada, se han desarrollado aleaciones de magnesio que además contienen Ca para mejorar las propiedades a alta temperatura. Por ejemplo, el documento de patente 1 identificado a continuación divulga aleaciones de magnesio que contienen 2 10 % en peso de Al y 3,0-5,0 % en peso de Ca de manera que se cumple la relación Ca/Al > 0,7, y que además contienen aditivos seleccionados de Zn, Mn, Zr, elementos de tierras raras y Si (párrafo 0017 del documento de Patente 1). Mediante las acciones de Si y elementos de tierras raras, estas aleaciones de magnesio muestran una resistencia al calor mejorada.

El documento de patente 2 identificado a continuación divulga una aleación de magnesio que contiene el 1,6-5,0 % en masa de Sn, además el 3,0-9,0 % en masa de Al, y el 2,5-7,0 % en masa de Ca, y explica que mediante la adición de Sn, esta aleación de magnesio muestra propiedades de fluencia mejoradas (párrafo 0021 del documento de patente 2).

El documento de patente 3 identificado a continuación divulga una aleación de magnesio que comprende, entre otras cosas, del 0,3 al 2,2 % en peso de Sn.

Documentos de la técnica anterior

Documentos de patente

Documento de patente 1: Publicación de patente japonesa 06-25790A

Documento de patente 2: Publicación de patente japonesa 2008-163393A

Documento de patente 3: Publicación de patente japonesa 2004-238676A

Sumario de la invención

Objeto de la invención

Mientras que una aleación de magnesio que contiene Ca muestra propiedades mejoradas a alta temperatura, una aleación de magnesio que es alta solo en propiedades físicas a alta temperatura es prácticamente inútil. Más bien, para que una aleación de magnesio sea prácticamente utilizable, tiene que tener otras propiedades mecánicas requeridas para el uso previsto que estén a los niveles requeridos. A este respecto, la aleación de magnesio divulgada en el documento de Patente 2, que contiene Sn, contiene una mayor cantidad de compuestos intermetálicos que contienen Sn. Por tanto, mientras que esta aleación de magnesio es suficiente en propiedades de fluencia, sus otras propiedades mecánicas, incluyendo la resistencia a la tracción y el límite elástico con un desplazamiento del 0,2 %, pueden ser insuficientes.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una aleación de magnesio que no solo sobresalga en propiedades a alta temperatura, sino que sobresalga en tantas propiedades mecánicas como sea posible de manera equilibrada.

Medios para lograr el objeto

Para lograr este objeto, la presente invención proporciona una aleación de magnesio que comprende: 4,0 % en masa o más y 8,50 % en masa o menos de Al; 0,1 % en masa o más y 0,6 % en masa o menos de Mn; 1,5 % en masa o más y 6,0 % en masa o menos de Ca; 0,2 % en masa o más y 0,45 % en masa o menos de Sn; y menos del 0,2 % en masa de impurezas inevitables, siendo el resto Mg.

El Sn es un metal que tiene un punto de fusión relativamente bajo, por lo que se considera que la adición de Sn aumenta la fluidez de la aleación. Se descubrió que la adición de Sn en una cantidad dentro del intervalo definido anteriormente mejoraba las propiedades mecánicas, tal como la resistencia a la tracción, de la aleación, mientras mantenía las propiedades de fluencia. Especialmente si el contenido de Sn es del 0,20 % en masa o más y del 0,45 % en masa o menos, y más preferentemente, del 0,10 % en masa o más y del 0,40 % en masa o menos de, la aleación muestra un límite elástico suficientemente alto al 0,2 % de desplazamiento, además de suficiente resistencia a la tracción.

Ventajas de la invención

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención sobresale no solo en propiedades a temperatura elevada, sino en varias otras propiedades mecánicas.

Mejor modo de realizar la invención

La presente invención se describe ahora de manera detallada.

La presente invención proporciona una aleación de magnesio que contiene al menos Al, Mn, Ca y Sn, y sobresale en propiedades a temperatura elevada.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención debe contener del 4,0 % en masa o más de Al, mientras que el contenido de Al preferido es del 5,5 % en masa o más. Si el contenido de Al es demasiado bajo, la resistencia de la aleación sería insuficiente. Si el contenido de Al es demasiado bajo, el punto de fusión de la aleación de magnesio tiende a ser alto, de manera que es necesaria una temperatura elevada para preparar la aleación de magnesio y para colar la aleación de magnesio. Esto no solo empeora la trabajabilidad de la aleación, sino que aumenta la posibilidad de penetración del metal en la aleación. Si el contenido de Al es del 4,0 % en masa o más, la trabajabilidad de la aleación mejorará hasta cierto punto. La adición de Al en un 5,5 % en masa o más garantizará una trabajabilidad suficiente de la aleación. Sin embargo, un contenido demasiado alto de Al resultará en la precipitación de una fase p, que tiende a reducir la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tracción de la aleación. Por tanto, se requiere que el contenido de Al sea del 8,50 % en masa o menos, y preferentemente del 7,0 % en masa o menos.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención debe contener el 0,1 % en masa o más de Mn, mientras que el contenido de Mn preferido es del 0,2 % en masa o más. Esto se debe a que el Mn es capaz de eliminar el Fe como impureza en la aleación de magnesio en estado fundido, manteniendo así la aleación de magnesio suficientemente resistente a la corrosión, de modo que un contenido de Mn demasiado bajo provocaría una progresión imperceptible de corrosión originada por Fe de la aleación de magnesio. Por otro lado, el contenido de Mn debe ser del 0,6 % en masa o menos. Esto se debe a que un contenido demasiado alto de Mn dará como resultado una mayor precipitación de compuestos intermetálicos de Mn y Al, así como Mn como elemento, haciendo que la aleación de magnesio se vuelva quebradiza y reduciendo su resistencia.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención debe contener el 1,5 % en masa o más de Ca, mientras que el contenido de Ca preferido es el 2,0 % en masa o más. Esto se debe a que el Ca reduce el alargamiento de la aleación de magnesio debido a la fluencia, pero si su contenido es inferior al 1,5% en masa, este efecto sería insuficiente. Si su contenido es del 2,0 % en masa o más, la aleación de magnesio revelaría una alta resistencia al calor de forma fiable. Sin embargo, un contenido de Ca demasiado alto aumentaría la posibilidad de grietas y penetración de metal durante la colada. Por tanto, el contenido de Ca es preferentemente del 6,0 % en masa o menos, más preferentemente del 5,0 % en masa o menos.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención debe contener el 0,2 % en masa o más de Sn. Esto se debe a que el Sn es capaz de mejorar la resistencia a la tracción, sin reducir las propiedades de fluencia, pero si el contenido de Sn es demasiado bajo, las propiedades mecánicas de la aleación de magnesio serían indeseables. Por otro lado, se requiere que el contenido de Sn sea del 0,450 % en masa o menos, y preferentemente del 0,4 % en masa o menos. Si el contenido de Sn es superior al 0,45 % en masa, la resistencia a la tracción y el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento serían insuficientes. Al ajustar el contenido de Sn al 0,45 % en masa o menos, la aleación revelaría sus diversas propiedades, incluyendo el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento, de manera equilibrada.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención puede contener, además de los elementos antes mencionados, impurezas inevitables. Las impurezas inevitables son elementos que se mezclan de manera inevitable e involuntaria en la aleación durante la fabricación de la aleación, o en la materia prima de la aleación. Tales impurezas inevitables incluyen Si, Zn, Fe, Ni, Cu, Pb, Cd, Se e Y. El contenido de cada una de dichas impurezas inevitables debe estar dentro de un intervalo en el que no deterioren ninguna propiedad de la aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención, y es preferentemente inferior al 0,2 % en masa, y también preferentemente lo más bajo posible, especial y preferentemente menor que el límite de detección.

Para elementos distintos de los enumerados anteriormente como impurezas inevitables, el contenido total de los elementos del Grupo 2 de la tabla periódica propuesta por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada distintos de Ca y Mg, es decir, Be, Sr, Ba y Ra, es preferentemente lo más bajo posible, en particular menos del 0,05 % en masa. Los contenidos de estos elementos individuales también son preferentemente lo más bajos posible, en particular menos que el límite de detección. Esto se debe a que los elementos mencionados anteriormente en el Grupo 2 de la tabla periódica mencionada anteriormente son costosos y podrían aumentar el coste de la aleación de magnesio. Otro problema del Ba es que el Ba reacciona con Al, formando un compuesto Al-Ba, y dado que la temperatura eutéctica de este compuesto, que es de 528 °C, es menor que la temperatura eutéctica de un compuesto Al-Ca, que es de 545 °C, el compuesto Al-Ba se descompone antes que el compuesto Al-Ca, reduciendo así la resistencia a la fluencia de la aleación. Los otros elementos del Grupo 2 también podrían formar compuestos inesperados que podrían deteriorar las propiedades de la aleación.

La aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención se puede preparar mediante un método generalmente conocido, utilizando una materia prima que contenga los elementos antes mencionados. Las proporciones de masa y los porcentajes de masa de los elementos mencionados anteriormente no son las proporciones y los porcentajes de los elementos en la materia prima, sino las proporciones y porcentajes de los elementos en la aleación preparada usando la materia prima, o un producto formado por colada de la aleación.

Dado que la aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención tiene un punto de fusión adecuadamente bajo y, por tanto, es menos probable que penetre, se puede utilizar fácilmente para la colada. También se puede utilizar para productos forjados. Los productos formados por colada o extrusión de la aleación de magnesio de acuerdo con la presente invención muestran una excelente resistencia a la fluencia a alta temperatura.

Ejemplos

Se prepararon muestras de aleaciones de magnesio de acuerdo con la presente invención de manera que los contenidos, en porcentaje en masa, de sus elementos distintos al Mg fueron como se muestra en la Tabla 1. A continuación, las muestras de aleación de magnesio se transformaron en productos de aleación que tenían un espesor de 50 mm mediante colada por gravedad.

*Los Ejemplos 1, 2 y 5 son Ejemplos Ilustrativos fuera del alcance de las reivindicaciones

Los especímenes de ensayo preparados mecanizando los respectivos productos de aleación se sometieron a un ensayo de fluencia definido en JIS Z 2271 (ISO204). En el ensayo, utilizando un probador de fluencia Modelo FC-13, fabricado por TAKES GROUP LTD., después de aplicar una tensión de 50 MPa a cada espécimen de ensayo a 175 °C durante 100 horas, se midió el alargamiento por fluencia: Af (%).

También, los especímenes de ensayo preparados mecanizando los respectivos productos de aleación se sometieron a un ensayo de tracción definido en JIS Z 2241 (ISO6892-1). En el ensayo de tracción, utilizando un probador universal (DVE-200, fabricado por Shimadzu Corporation), se midieron la resistencia a la tracción: Rm, y el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento: R⁰.². En la Tabla 1, "muy buena" indica que la resistencia a la tracción fue de 150 MPa o más, y el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento fue de 80 MPa o más; "buena" indica que la resistencia a la tracción fue de 150 MPa o más, y el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento fue de 75 MPa o más y menos de 80 MPa; y "mala" indica que la resistencia a la tracción fue inferior a 150 MPa.

En cuanto al Ejemplo comparativo 1, cuyo contenido de Sn era inferior al límite de detección, la resistencia a la tracción fue insuficiente. Los Ejemplos 3, 4 y 6-8, que contenían el 0,2 % en masa o más y el 0,45 % en masa o menos de Sn, todos mostraron suficiente resistencia a la tracción. Entre estos, los Ejemplos 3, 4 y 6-8, que contenían el 0,2 % en masa o más y el 0,45 % en masa o menos de Sn, tuvieron un límite elástico suficientemente alto al 0,2 % de desplazamiento, también. Para el Ejemplo ilustrativo 5, cuyo contenido de Sn fue ligeramente superior al de los otros ejemplos, mientras que la resistencia a la tracción era suficientemente alta, el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento fue ligeramente bajo en comparación con los otros ejemplos. El Ejemplo Comparativo 2, cuyo contenido de Sn fue aún mayor, fue insuficiente tanto en la resistencia a la tracción como en el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento. En cuanto al Ejemplo comparativo 3, aunque los contenidos de Sn y Al fueron solo ligeramente superiores a sus respectivos límites superiores, la resistencia a la tracción fue insuficiente. Para el ejemplo comparativo 4 también, cuyo contenido de Al fue inferior al 4,0 % en masa, la resistencia a la tracción fue insuficiente y el límite elástico al 0,2 % de desplazamiento fue ligeramente inferior.

En cualquiera de los ejemplos de acuerdo con la invención, no se observaron grietas ni penetración de metal, y no hubo corrosión originada por Fe, tampoco.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de magnesio que consiste en: 4,0 % en masa o más y 8,50 % en masa o menos de Al; 0,1 % en masa o más y 0,6 % en masa o menos de Mn; 1,5 % en masa o más y 6,0 % en masa o menos de Ca; y 0,2 % en masa o más; 0,45 % en masa o menos de Sn; y menos del 0,2 % en masa de impurezas inevitables; siendo el resto Mg.