ES2961820T3 - Una pieza de carrocería de automóvil que comprende una aleación de aluminio y un método para producir la pieza de carrocería de automóvil - Google Patents

Una pieza de carrocería de automóvil que comprende una aleación de aluminio y un método para producir la pieza de carrocería de automóvil Download PDF

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Abstract

En el presente documento se describen nuevas aleaciones que contienen aluminio. Las aleaciones son altamente moldeables, exhiben alta resistencia a la corrosión y son reciclables. Las aleaciones se pueden utilizar en aplicaciones electrónicas, de transporte, industriales y automotrices, solo por nombrar algunas. También se describen en el presente documento métodos para producir lingotes de metal y productos obtenidos mediante los métodos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Una pieza de carrocería de automóvil que comprende una aleación de aluminio y un método para producir la pieza de carrocería de automóvil
Campo
Se proporcionan en el presente documento composiciones de aleación de aluminio novedosas para usar en aplicaciones de automóviles y métodos para hacer y procesar las mismas. En algunos casos, las aleaciones descritas en el presente documento presentan alta conformabilidad, alta resistencia y resistencia a la corrosión. Las aleaciones descritas en el presente documento también son altamente reciclables.
Antecedentes
Son deseables aleaciones de aluminio reciclables que se pueden usar en múltiples aplicaciones, incluyendo aplicaciones de transporte. Estas aleaciones deberían presentar alta resistencia, alta conformabilidad y resistencia a la corrosión. Sin embargo, producir tales aleaciones ha demostrado ser un reto, ya que el laminado en caliente de composiciones con el potencial de presentar las propiedades deseadas a menudo da como resultado problemas de agrietamiento de borde y la propensión al desgarro en caliente.
El documento CA 2 882 691 A1 se dirige a una tira de aleación de aluminio compuesta de una aleación de aluminio de tipo AA5xxx, que aparte de Al e impurezas inevitables tiene un contenido de Mg de al menos 4% en peso, caracterizada por que la tira de aleación de aluminio tiene una microestructura recristalizada, en donde el tamaño de grano (GS) de la microestructura satisface la siguiente dependencia del contenido de Mg (c_Mg) en % en peso: GS > 22 2*c_Mg y por que la aleación de aluminio de la tira de aluminio tiene la siguiente composición en % en peso: Si < 0,2%, Fe < 0,35%, 0,04% < Cu < 0,08%, 0,2% < Mn < 0,5%, 4,35% < Mg < 4,8%, Cr < 0,1%, Zn < 0,25%, Ti < 0,1%, siendo el resto Al e impurezas inevitables, que representan un máximo de 0,05% en peso individualmente y un máximo de 0,15% en peso en total.
El documento CN 103243247 A se refiere a una aleación de aluminio, que comprende los siguientes componentes: 4,0-6,0% en peso de Mg, 0,20-0,50% en peso de Cu, 0,05-0,30% en peso de Mn, 0,05-0,30% en peso de Fe, 0,03-0,15% en peso de Si, menos que o igual a 0,10% en peso de Cr, menos que o igual a 0,10% en peso de Zn, 0,01-0,10% en peso de Ti y el resto de Al e impurezas inevitables. En la aleación de aluminio, el Mg no solo garantiza la resistencia del aluminio, sino que también cumple con los requisitos sobre plasticidad y resistencia a la corrosión cuando la aleación de aluminio se usa para hacer chapas de carrocería de automóvil. El Cu puede mejorar más la resistencia de la aleación de aluminio preparada y puede permitir que la aleación de aluminio tenga mejor resistencia al ablandamiento por horno y rendimiento de conformado.
El documento EP 0681 034 A1 se dirige a un método para fabricar una lámina de aleación de aluminio para usar en material de panel de carrocería, y la lámina de aleación de aluminio fabricada por este método. El método de dicho documento tiene las etapas de obtener un lingote mediante colada de una aleación de aluminio fundido cuyo contenido de Mg es de 4 a 10% en peso, y cuyo contenido de Fe, Mn, Cr, Ti y Zr se restringe al valor f que satisface la siguiente ecuación I, y el resto se equilibra con Al, obteniendo una lámina laminada aplicando un tratamiento de laminado en frío al lingote a una reducción en frío R que satisface la siguiente ecuación II, después de que el lingote se someta a un tratamiento de laminado en caliente, sometiendo la lámina laminada a un tratamiento de recocido final que incluye los procedimientos de elevación de la temperatura de 450 a 550°C a una velocidad de 100°C/min o más, y manteniéndose a la temperatura alcanzada durante 300 segundos o menos, y obteniendo una lámina de aleación de aluminio sometiendo la lámina laminada a un tratamiento de enfriamiento a una velocidad de enfriamiento de 100°C/min o más, en donde f = [Fe] 1,1[Mn] 1, 1 [Cr] 3[Ti] 3 [Zr]. [Fe], [Mn], [Cr], [Ti] y [Zr] representan los contenidos de Fe, Mn, Cr, Ti y Zr, respectivamente, en términos de porcentajes en peso.
El documento JP 2005-139494 A se dirige a una lámina de aleación de aluminio que tiene una composición que comprende 2,0-7,0% de Mg, y, si se requiere, que comprende uno o más tipos de metal seleccionados de<0,05-1,0% de Cu,>0<,>01-0<,>8<% de Mn, 0,01-0,3% de Cr y>0<,>01-0<,>2<% de Zn, y el resto sustancialmente Al, y en el que en todo el intervalo del espesor de la lámina, la densidad en la orientación en la cara {>100<} es <>1<, la>densidad en la orientación en la cara {111} es > 1, y el valor r promedio es > 0,9. En el método de producción, después del laminado en caliente acompañado de recristalización, se realiza un laminado a diferentes velocidades periféricas a una corriente de > 30% en la región de temperatura de no recristalización de 170 a 350°C, y después, se realiza un tratamiento térmico de recristalización. El laminado de velocidad periférica<diferente se realiza a una relación de velocidades periféricas de>1<:>1,2<o mayor en particular.>
Las designaciones internacionales de aleaciones por la Asociación de Aluminio describen aleaciones de referencia AA5027, AA5019, AA5019A, AA5023, AA5182, AA5083 y AA5183.
El documento JP 2010-053367 A se dirige a una lámina de aleación de aluminio que tiene una composición que comprende de 4,3 a 5,5% de Mg, de 0,35 a0,55%de Mn, de 0,04 a 0,30% de Si, de 0,12 a 0,40% de Fe, y el resto Al con impurezas inevitables. La lámina tiene un espesor de lámina de 0,20 a 0,25 mm, tiene una película de resina orgánica formada en un lado o ambos lados de la misma y muestra unas propiedades mecánicas tales que cuando se han realizado ensayos de tracción en direcciones de 0%, 45% y 90% con respecto a una dirección de laminado de la lámina de aleación de aluminio, una diferencia entre el valor mínimo de esfuerzo de fluencia y el valor mínimo de resistencia a la tracción es de 30 a 65 MPa.
El documento CN 104561696 A se dirige a una chapa de aleación de aluminio 5083 para un carril de alta velocidad y un método de producción de la misma. La chapa de aleación de aluminio 5083 para el carril de alta velocidad se prepara a partir de las siguientes materias primas en porcentajes en peso: 0,20-0,30% de Si, 0,20-0,30% de Fe, 0,03-0,07% de Cu, 0,45-0,60% de Mn, 5,0-5,3% de Mg, 0,10-0,20% de Cr, 0,015-0,03% de Ti, 0-0,10% de Zn, y el resto de Al. El método de producción comprende las etapas de preparación de las materias primas, fundición, colada, aserrado de la cabeza, fresado de la superficie, remojo, laminado áspero en caliente, acabado en caliente, laminado en frío, doblado y enderezado, recocido y corte.
La publicación internacional WO 03/074747 A1 se refiere a una lámina o tira de aleación de aluminio con un espesor de entre 1 y 5 mm que está destinada a la producción de piezas estampadas y dobladas que tienen un radio de curvatura pequeño. La composición (% en peso) de dicha aleación comprende: Si<0,4, Fe<0,4,<Cu<0,4, Mn Cr:0,3-0,7, Mg:4-5,5, Zn<>1<, otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, y el resto aluminio. Además, la lámina o tira según este documento presenta las siguientes propiedades: un límite elástico R>0,2<en la dirección T>215 MPa, alargamiento As>0<>15% y una diferencia Rm - R>0,2<>80 MPa. Las láminas y tiras se>utilizan, por ejemplo, para la producción de piezas para vehículos de motor, tales como refuerzos para paneles o gatos que se pueden abrir.
Compendio
La pieza de carrocería de automóvil según la invención se define en la reivindicación 1. El método de producción de la pieza de carrocería de automóvil se define en la reivindicación 3. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.
Se proporcionan en el presente documento piezas de carrocería de automóvil novedosas que comprenden aleaciones que contienen aluminio de la serie 5XXX. Las aleaciones presentan alta resistencia, alta conformabilidad y resistencia a la corrosión. Las aleaciones de aluminio descritas en el presente documento comprenden 0,10 - 0,15% en peso de Si, 0,20 - 0,35% en peso de Fe, 0,1 - 0,25% en peso de Cu, 0,20 - 0,50% en peso de Mn, 5,0 - 6,0% en peso de Mg, 0,05 - 0,20% en peso de Cr, 0,01 - 0,20% en peso de Zn, 0 - 0,05% en peso de Ti, y hasta 0,15% en peso total y hasta 0,05% en peso de cada una de las impurezas, y el resto como Al. La aleación incluye partículas de a-AlFeMnSi. La aleación se puede producir mediante colada (p. ej., colada directa o colada continua), homogeneización, laminado en caliente, laminado en frío y recocido. Las piezas de carrocería de automóvil pueden comprender paneles interiores.
Se proporcionan además en el presente documento métodos para producir una pieza de carrocería de automóvil. Los métodos incluyen las etapas de colar una aleación de aluminio como se describe en el presente documento para formar un lingote; homogeneizar el lingote para formar una pluralidad de partículas de a-AlFeMnSi en el lingote; enfriar el lingote a una temperatura de 450°C o menos; laminar en caliente el lingote para producir un producto laminado; opcionalmente laminar en frío el producto laminado a un calibre intermedio; permitir el autorrecocido del producto laminado; y laminar en frío el producto laminado a un calibre final.
Otros objetos y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y ejemplos no limitantes de la invención.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es un diagrama de flujo que representa rutas de procesamiento para fabricar las aleaciones descritas en el presente documento.
La Figura 2A es un gráfico que muestra la resistencia a la tracción para la aleación prototipo, aleaciones de referencia descrita en el presente documento y para la aleación de comparación. La Figura 2B es un gráfico que muestra el límite elástico para la aleación prototipo descrita en el presente documento, para las aleaciones de referencia y para la aleación de comparación. La Figura 2C es un gráfico que muestra el porcentaje de alargamiento para las aleaciones prototipo descritas en el presente documento y para la aleación de comparación. En las figuras 2A, 2B y 2C, "B" representa la aleación de comparación K5182, A1, A2 y A4 representan las aleaciones de referencia, "A3" representa la aleación prototipo.
La Figura 3A es un gráfico que muestra el efecto de Mg en las propiedades de tracción con las aleaciones A2 (4,5% en peso de Mg), A3 (5,2% en peso de Mg) y A4 (6,0% en peso de Mg) en sus condiciones de templado O antes del ensayo. La Figura 3B es un gráfico que muestra el efecto de Mg en las propiedades de tracción con las aleaciones A2, A3 y A4 en sus condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 135°C, antes del ensayo. La Figura 3C es un gráfico que muestra el efecto de Mg en las propiedades de tracción con las aleaciones A2, A3 y A4 en sus condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 185°C, antes del ensayo.
La figura 4 es una imagen de aleaciones de ejemplo a las que se ha asignado un valor de clasificación basado en el aspecto de la superficie.
La figura 5 es un gráfico que muestra la cantidad de pérdida de peso que se produce después de estabilizar las muestras a 135°C (barra izquierda para cada muestra), 185°C (barra de en medio para cada muestra) y 350°C (barra derecha para cada muestra) para las aleaciones K5182 (representadas como "B") y las aleaciones A1, A2, A3 y A4 y la aleación G.
<La Figura>6<A es una imagen del material de aleación G después de la estabilización en un intervalo de temperatura de 100 - 130°C. La figura>6<B es una imagen de la aleación A4 después de la estabilización a>135°C.
La Figura 7 es un grupo de imágenes que muestran los efectos de la estabilización a 135°C, estabilización a 185°C y recocido completo a 350°C en las microestructuras para las aleaciones A1, A3 y A4.
<La Figura>8<A es un gráfico de la resistencia frente al porcentaje de trabajo en frío para la aleación A4 preparada a una temperatura de estabilización de 135°C. La Figura>8<B es un gráfico de la resistencia frente al porcentaje>de trabajo en frío para la aleación A4 preparada a una temperatura de estabilización de 185°C.
La Figura 9 es un diagrama de flujo que representa rutas de procesamiento para fabricar las aleaciones descritas en el presente documento.
La Figura 10A es un gráfico que muestra la respuesta de anodización ácida de la aleación prototipo del Ejemplo 1, aleación comparativa AA5052 y aleación comparativa AA5182. El gráfico muestra el brillo (representado como "L"; barra izquierda en cada conjunto), el índice blanco (representado como "WI"; barra derecha en cada conjunto) y el índice amarillo (representado como "YI"; rombos en el gráfico).
La Figura 10B es un gráfico que muestra la respuesta de anodización cáustica de la aleación prototipo del Ejemplo 1, aleación comparativa AA5052 y aleación comparativa AA5182. El gráfico muestra el brillo (representado como "L"; barra izquierda en cada conjunto), el índice blanco (representado como "WI"; barra derecha en cada conjunto) y el índice amarillo (representado como "YI"; rombos en el gráfico).
La Figura 11 es un gráfico que muestra las propiedades de tracción para la aleación prototipo del Ejemplo 1, AA5052 y AA5182). El gráfico muestra el límite elástico (representado como "YS"; barra izquierda en cada conjunto), la resistencia a la tracción final (representada como "UTS"; barra derecha en cada conjunto), el alargamiento uniforme (representado como "Uni. El. (%)"; rombos en el gráfico), y el alargamiento total (representado como "El total. (%)"; círculos en el gráfico).
Descripción detallada
En el presente documento se describen nuevas piezas de carrocería de automóvil que comprenden aleaciones de aluminio de la serie 5XXX según se define en la reivindicación 1, que presentan alta resistencia y alta conformabilidad. Las aleaciones descritas en el presente documento también son insensibles a la corrosión intergranular y son altamente reciclables. En condiciones de recocido suave, estas aleaciones presentan una alta conformabilidad que permite aplicaciones de geometría compleja. Sorprendentemente, las aleaciones descritas en el presente documento también presentan alta conformabilidad en otros templados. Las propiedades de alta resistencia, alta conformabilidad y resistencia a la corrosión son estables y se mantienen durante toda la vida de cualquier producto preparado usando las aleaciones. En otras palabras, se produce poco o nada de envejecimiento durante el almacenamiento, procesamiento o servicio.
Composición de aleación
Las nuevas piezas de carrocería de automóvil descritas en el presente documento comprenden aleaciones que contienen aluminio de la serie 5XXX. Las aleaciones presentan alta resistencia, alta conformabilidad y resistencia a la corrosión. Las propiedades de la aleación se consiguen gracias a la composición elemental de la aleación.
La aleación tiene la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 1.
Tabla 1
La aleación descrita en el presente documento incluye silicio (Si) en una cantidad de 0,10% a 0,15 basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14% o 0,15% de Si. Todo expresado en % en peso.
La aleación descrita en el presente documento también incluye hierro (Fe) en una cantidad de 0,20% a 0,35% basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,28%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34% o 0,35% de Fe. Todo expresado en % en peso.
La aleación descrita incluye cobre (Cu) en una cantidad de 0,1% a 0,25% basada en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24% o 0,25% de Cu. Todo expresado en % en peso.
La aleación descrita en el presente documento incluye manganeso (Mn) en una cantidad de 0,20 a 0,50% (p. ej., de 0,40% a 0,50%) basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,28%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34%, 0,35%, 0,36%, 0,37%, 0,38%, 0,39%, 0,40%, 0,41%, 0,42%, 0,43%, 0,44%, 0,45%, 0,46%, 0,47%, 0,48%, 0,49% o 0,50% de Mn. El contenido de Mn da como resultado la precipitación de partículas de a-AlFeMnSi durante la homogeneización, lo que puede dar como resultado un endurecimiento de dispersoides adicional.
La aleación descrita en el presente documento incluye magnesio (Mg) en una cantidad de 5,0 a 6,0%. En algunos ejemplos, la aleación puede incluir 5,0%, 5,1%, 5,2%, 5,3%, 5,4%, 5,5%, 5,6%, 5,7%, 5,8%, 5,9% o 6<,>0<% de Mg. Todo expresado en % en peso. La inclusión de Mg en las aleaciones descritas en el presente>documento en una cantidad de 5,0 a 6,0% se denomina como un "alto contenido de Mg". El Mg se puede incluir en las aleaciones descritas en el presente documento para que sirva como un elemento de refuerzo de la solución sólida para la aleación. Como se describe más adelante, y como se demuestra en los Ejemplos, el alto contenido de Mg da como resultado la resistencia y conformabilidad deseadas, sin comprometer la resistencia a la corrosión de los materiales.
La aleación descrita en el presente documento incluye cromo (Cr) en una cantidad de 0,05% a 0,20% basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% o 0,20% de Cr. Todo expresado en % en peso.
La aleación descrita en el presente documento incluye zinc (Zn) en una cantidad de 0,01 a 0,20% basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% o 0,20% de Zn. Todo expresado en % en peso.
En algunos ejemplos, la aleación descrita en el presente documento incluye titanio (Ti) en una cantidad de 0% a 0,05% basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04% o 0,05% de Ti. En algunos casos, el Ti no está presente en la aleación (es decir, 0%). Todo expresado en % en peso.
Opcionalmente, las composiciones de aleaciones descritas en el presente documento pueden incluir además otros elementos minoritarios, a veces denominados impurezas, en cantidades de 0,05% o menos, 0,04% o menos, 0,03% o menos, 0,02% o menos, o 0,01% o menos de cada una. Estas impurezas pueden incluir, pero no se limitan a, V, Zr, Ni, Sn, Ga, Ca o combinaciones de las mismas. Por consiguiente, pueden estar presentes V, Zr, Ni, Sn, Ga o Ca en aleaciones en cantidades de 0,05% o menos, 0,04% o menos, 0,03% o menos, 0,02% 0 menos, o 0,01% o menos. La suma de todas las impurezas no supera 0,15% (p. ej., 0,10%). Todo expresado en % en peso. El porcentaje restante de cada aleación es aluminio.
Métodos de fabricación
Las aleaciones descritas en el presente documento se funden en lingotes utilizando un procedimiento de enfriamiento directo (DC). El procedimiento de colada se realiza según las normas comúnmente usadas en la industria del aluminio, como conoce el experto en la técnica. El procedimiento de colada es un procedimiento de colada DC para formar un lingote colado.
El lingote colado después se somete a etapas de procesamiento adicionales. Las etapas de procesamiento adicionales se usan para preparar láminas. Tales etapas de procesamiento incluyen, pero no se limitan a, una etapa de homogeneización, una etapa de laminado en caliente, una primera etapa de laminado en frío opcional para producir un calibre intermedio, una etapa de recocido, y una segunda etapa de laminado en frío a un calibre final. Las etapas de procesamiento se describen a continuación en relación con un lingote colado.
La homogeneización se lleva a cabo para precipitar partículas de a-AlFeMnSi. Las partículas de a-AlFeMnSi pueden dar como resultado la formación de dispersoides durante los procedimientos de endurecimiento posteriores. En la etapa de homogeneización, un lingote preparado a partir de las composiciones de aleaciones descritas en el presente documento se calienta para alcanzar una temperatura máxima del metal de al menos 470°C (p. ej., al menos 475°C, al menos 480°C, al menos 485°C, al menos 490°C, al menos 495°C, al menos 500°C, al menos 505°C, al menos 510°C, al menos 515°C, al menos 520°C, al menos 525°C, o al menos 530°C). En algunos ejemplos, el lingote se calienta a una temperatura que varía de 500°C a 535°C. La velocidad de calentamiento a la temperatura máxima del metal es suficientemente baja para permitir el tiempo para la disolución de la fase de AlsMgs. Por ejemplo, la velocidad de calentamiento a la temperatura máxima del metal puede ser de 50°C/hora o menos, 40°C/hora o menos, o 30°C/hora o menos. Después se deja que el lingote se remoje (es decir, se mantiene a la temperatura indicada) durante un periodo de tiempo durante la primera etapa. En algunos casos, el lingote se deja en remojo durante hasta 5 horas (p. ej., de 30 minutos a 5 horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede remojar a una temperatura de al menos 500°C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas o 5 horas.
Opcionalmente, la etapa de homogeneización descrita en el presente documento puede ser un procedimiento de homogeneización de dos etapas. En estos casos, el procedimiento de homogeneización puede incluir las etapas de calentamiento y remojo descritas anteriormente, que pueden denominarse primera etapa, y pueden incluir además una segunda etapa. En la segunda etapa del procedimiento de homogeneización, la temperatura del lingote se incrementa a una temperatura mayor que la temperatura usada para la primera etapa del procedimiento de homogeneización. La temperatura del lingote puede aumentarse, por ejemplo, a una temperatura al menos cinco grados Celsius mayor que la temperatura del lingote durante la primera etapa del procedimiento de homogeneización. Por ejemplo, la temperatura del lingote puede aumentarse a una temperatura de al menos 475°C (p. ej., al menos 480°C, al menos 485°C, al menos 490°C, al menos 495°C, al menos 500°C, al menos 505°C, al menos 510°C, al menos 515°C, al menos 520°C, al menos 525°C, al menos 530°C o al menos 535°C). La velocidad de calentamiento a la temperatura de homogeneización de la segunda etapa puede ser de 5°C/hora o menos, 3°C/hora o menos, o 2,5°C/hora o menos. El lingote se deja entonces en remojo durante un periodo de tiempo durante la segunda etapa. En algunos casos, el lingote se deja en remojo durante hasta 5 horas (p. ej., de 15 minutos a 5 horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede remojar a una temperatura de al menos 475°C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas o 5 horas. Después de la homogeneización, el lingote puede dejarse enfriar a temperatura ambiente en el aire ambiente.
La etapa de homogeneización debe realizarse completamente para eliminar los constituyentes de baja fusión y evitar el agrietamiento del borde. La homogeneización incompleta produce grietas de borde masivas que se originan a partir de la segregación de precipitados de MgsAls. Por lo tanto, en algunos casos, el MgsAls se minimiza o elimina antes del laminado en caliente, lo que puede mejorar la fabricabilidad.
Después de la etapa de homogeneización, se realiza una etapa de laminado en caliente. Para evitar el agrietamiento del lingote durante la etapa de laminado en caliente, la temperatura del lingote se reduce a una temperatura inferior a la temperatura de fusión eutéctica de los precipitados de MgsAls (es decir, 450°C). Por consiguiente, antes de empezar el laminado en caliente, el lingote homogeneizado se deja enfriar a 450°C o menos. Los lingotes después se pueden laminar en caliente hasta un calibre de 12 mm de espesor o menos. Por ejemplo, los lingotes se pueden laminar en caliente hasta un calibre de 10 mm de espesor o menos, calibre<de 9 mm de espesor o menos, calibre de>8<mm de espesor o menos, calibre de 7 mm de espesor o menos, calibre de>6<mm de espesor o menos, calibre de 5 mm de espesor o menos, calibre de 4 mm de espesor o>menos, calibre de 3 mm de espesor o menos, calibre de 2 mm de espesor o menos, o calibre de 1 mm de espesor o menos. En algunos ejemplos, los lingotes se pueden laminar en caliente hasta un calibre de 2,8 mm de espesor. El calibre laminado en caliente puede someterse entonces a un procedimiento de recocido a una temperatura de aproximadamente 300°C a 450°C.
La etapa de laminado en frío se puede realizar después para obtener un calibre intermedio. El calibre del laminado puede entonces someterse a un procedimiento de recocido a una temperatura de aproximadamente 300°C a aproximadamente 450°C, con un tiempo de remojo de aproximadamente 1 hora y enfriamiento controlado a temperatura ambiente a una velocidad de aproximadamente 50°C/hora. Alternativamente, se puede realizar un procedimiento de recocido discontinuo o un procedimiento de recocido continuo. Después del procedimiento de recocido, el calibre del laminado puede laminarse en frío a un calibre final de 0,2 mm a 7 mm de espesor. El laminado en frío se puede realizar para dar como resultado un espesor de calibre final que representa una reducción de calibre general de 20%, 50%, 75% u 85%. En algunos casos, la lámina resultante puede estabilizarse manteniendo la lámina a una temperatura de 100°C a 250°C (p. ej., 135°C, 160°C, 185°C 0 200°C) durante un periodo de tiempo de 30 minutos a 2 horas (p. ej., 1 hora).
Las láminas resultantes tienen la combinación de propiedades deseadas descritas en el presente documento, incluyendo alta resistencia, insensibilidad a la corrosión intergranular, y alta conformabilidad bajo una variedad de condiciones de templado, incluyendo condiciones de templado O y templado H3X, donde los templados H3X incluyen H32, H34, H36 o h 38. En condiciones de templado O, las aleaciones pueden presentar una resistencia a la tracción final mayor de 310 MPa, un límite elástico mayor de 160 MPa, y un porcentaje de alargamiento mayor de 22%. En condiciones de templado H3X, las aleaciones pueden presentar una resistencia a la tracción final mayor de 420 MPa, un límite elástico mayor de 360 MPa, y un porcentaje de<alargamiento mayor de>12<%.>
Las aleaciones y métodos descritos en el presente documento se usan en aplicaciones automotrices. En<algunos casos, las aleaciones se pueden usar en templado O, H2X, F, T4, T>6<, y en templado H3X para>aplicaciones que requieren aleaciones con alta conformabilidad. Como se ha mencionado anteriormente, los templados H3X incluyen H32, H34, H36 o H38. En algunos casos, las aleaciones son útiles en aplicaciones donde la temperatura de procesamiento y funcionamiento es de 150°C o inferior. Las aleaciones y métodos descritos en el presente documento se utilizan para preparar piezas de carrocería de automóvil, tales como paneles interiores.
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar adicionalmente la presente invención sin constituir, no obstante, al mismo tiempo, ninguna limitación de la misma.
Ejemplo 1
Se prepararon aleaciones como se describe en el presente documento con o sin la etapa opcional de laminado en frío a calibre intermedio (véase la Figura 1). Específicamente, los lingotes se precalentaron de temperatura ambiente a 525°C y se dejaron en remojo durante tres horas. En la ruta de procesamiento sin la etapa opcional<de laminado en frío a calibre intermedio, los lingotes después se laminaron en caliente a un calibre de>2,8<mm>de espesor, se recocieron a 450°C durante 1 hora seguido de enfriamiento a temperatura ambiente a una velocidad de 50°C/hora, y después se laminaron en frío a un espesor de calibre final que representa una reducción de calibre general de 85%. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 135°C o a 185°C durante 1 hora. En la ruta de procesamiento con la etapa opcional de laminado en frío al calibre intermedio, los lingotes<se laminaron en caliente a un calibre de>2,8<mm de espesor, se laminaron en frío a un calibre intermedio, se>recocieron de 300 a 450°C durante 1 hora, y después se laminaron en frío a un espesor de calibre final que representa una reducción de calibre general de 50% o 75%. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 135°C o a 185°C durante 1 hora. El procedimiento de recocido puede ser un calentamiento y enfriamiento controlado como se describe anteriormente, o alternativamente puede ser una etapa de recocido discontinuo o recocido continuo.
Ejemplo 2
Se prepararon u obtuvieron cinco aleaciones para el ensayo de alargamiento de tracción (véase la Tabla 2). Las aleaciones K5182, A1, A2, A3 y A4 se prepararon de acuerdo con los métodos descritos en el presente documento. Específicamente, los lingotes que tienen la composición de aleación mostrada a continuación en la Tabla 2 se calentaron a 525°C y se remojaron durante 3 horas. Después, los lingotes se laminaron en caliente a un calibre de 2,8 mm de espesor, se laminaron en frío a un calibre intermedio y se recocieron de 300 a 450°C durante 1 hora seguido de enfriamiento a temperatura ambiente a una velocidad de 50°C/hora.
Después se llevó a cabo el laminado en frío hasta un espesor de calibre final de aproximadamente 0,43 mm a 0,46 mm (reducción de calibre total de 50% o de 75%). Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 135°C o a 185°C durante 1 hora. Las composiciones elementales de las aleaciones ensayadas se muestran en la Tabla 2, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso. La aleación K5182 es una aleación existente comercialmente disponible de Novelis, Inc. (Atlanta, GA). Las aleaciones A1, A2, A3 y A4 son aleaciones prototipo preparadas para los ensayos de resistencia a la tracción, flexión y corrosión descritos a continuación.
Tabla 2
Reciclabilidad
Se estimó la reciclabilidad para cada una de las aleaciones de la Tabla 2. El contenido de reciclado y el contenido primario se enumeran a continuación en la Tabla 3. El contenido de reciclado es una estimación y se calculó usando modelos conocidos, que mezclan productos químicos de chatarra de diferentes fuentes.
Tabla 3
Propiedades mecánicas
Se obtuvieron datos de resistencia a la tracción, límite elástico y alargamiento para cada aleación de la Tabla 2. El ensayo se realizó de acuerdo con la norma ASTM B557. Se compararon los datos de resistencia a la tracción, límite elástico y alargamiento obtenidos a partir de las cuatro aleaciones prototipo y de K5182, como se muestra en las Figuras 2A, 2B y 2C, respectivamente. Los datos obtenidos a partir de K5182 se incluyeron como una comparación de referencia y se marcaron en las Figuras 2A-2C como "B". Todas las aleaciones estaban en sus condiciones de templado O antes del ensayo de tracción.
Las cuatro aleaciones prototipo y K5182 de la Tabla 2 se prepararon en condiciones de templado O, condiciones de templado H38 con estabilización a 135°C, y condiciones de templado H38 con estabilización a 185°C. Se obtuvieron los datos de resistencia a la tracción, el límite elástico y alargamiento y se muestran en la Tabla 4. El ensayo se realizó de acuerdo con la norma ASTM B557.
Tabla 4
Para determinar el efecto del contenido de Mg en las aleaciones sobre las propiedades mecánicas en las láminas resultantes, se compararon las propiedades mecánicas para las aleaciones A2, A3 y A4. Las aleaciones A2, A3 y A4 contienen 4,5, 5,2 y 6,0% en peso, respectivamente. La Figura 3A muestra el efecto de Mg sobre las propiedades de tracción con las aleaciones<a>2, A3 y A4 en sus condiciones de templado O antes del ensayo. La Figura 3B es un gráfico que muestra el efecto del Mg en las propiedades de tracción con las aleaciones A2, A3 y A4 en sus condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 135°C, antes del ensayo. La Figura 3C es un gráfico que muestra el efecto del Mg en las propiedades de tracción con las aleaciones A2, A3 y A4 en sus condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 185°C, antes del ensayo. Las resistencias a la tracción de las aleaciones A3 y A4, que contienen 5,2% en peso y 6,0% en peso de Mg, respectivamente, eran consistentemente mayores que la de la aleación A2, que contiene Mg en una cantidad de 4,5% en peso.
Capacidad de flexión
Se determinó la capacidad de flexión para cada una de las aleaciones prototipo, para el material de comparación K5182, y para la aleación G, que está disponible comercialmente como aleación GM55 de Sumitomo (Japón). La capacidad de flexión se determinó midiendo la capacidad de engatillado bajo una flexión de 90-180° y un radio de 0,5 mm. Las muestras se clasificaron a continuación en una escala de 1 a 4 basándose en el aspecto de la superficie en la zona de flexión. Una clasificación de "1" indica un buen aspecto de la superficie sin grietas. Una clasificación de "4" indica que las muestras contenían grietas cortas y/o largas en la zona de flexión. En la Figura 4 se proporcionan imágenes a modo de ejemplo de áreas de superficie para aleaciones para cada uno de los valores de clasificación disponibles. Los resultados se muestran para cada una de las aleaciones en sus condiciones de templado O; condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 135°C; y condiciones de templado H38, donde la estabilización se realizó a 185°C (véase la Tabla 5).
Tabla 5
Resistencia a la corrosión
Se determinó la resistencia a la corrosión para cada una de las aleaciones prototipo A1 - A4, K5182 y aleación G usando el ensayo de corrosión intergranular NAMLT ("Ensayo de pérdida de masa por ácido cítrico;" ASTM-G67). La cantidad de pérdida de peso que se produce después de estabilizar las muestras a 135°C, 185°C y 350°C (que representa un recocido total) se representa en la Figura 5. Como se muestra en la Figura 5, la pérdida de peso resulta después de someter las muestras a temperaturas de estabilización de 135°C y 185°C<durante 1 hora. La Figura>6<A muestra los efectos de someter el material de aleación G a estabilización a una temperatura que varía de 100 a 130°C. La Figura>6<B muestra los efectos de someter el material de aleación>A4 a estabilización a 135°C. Los efectos de estabilización a 135°C, estabilización a 185°C y recocido total a 350°C también se muestran para las aleaciones A1, A3 y A4 en la Figura 7.
Efecto del porcentaje de trabajo en frío en las propiedades mecánicas
Para determinar el efecto del porcentaje de trabajo en frío en las propiedades mecánicas, se compararon las propiedades mecánicas de las aleaciones A1, A4 y aleación G. Las aleaciones A1 y A4 se prepararon con un porcentaje de trabajo en frío de 50% o 75%, y se determinaron la resistencia a la tracción, límite elástico,<porcentaje de alargamiento y engatillado. Los resultados se muestran en la Tabla>6<.>
<Tabla>
Para la aleación A4, se representó gráficamente la resistencia frente al porcentaje de trabajo en frío (CW) para<los materiales preparados a una temperatura de estabilización de 135°C (Figura>8<A) y 185°C (Figura>8<B). La>modificación del procedimiento con 50% de CW afectó significativamente a las propiedades mecánicas de la aleación A4, que es una aleación de alto contenido de Mg. Las propiedades mecánicas son mayores que la aleación G, y la capacidad de flexión también fue buena como se demostró por el ensayo de engatillado.
Ejemplo 3
Las aleaciones como se describen en el presente documento se prepararon según uno de los procedimientos mostrados en la Figura 9. En un primer procedimiento, los lingotes moldeados se precalentaron desde temperatura ambiente a 515°C y se dejaron en remojo durante 1 hora. El tiempo total transcurrido para el precalentamiento y el remojo fue de un promedio de 1o horas. A continuación, los lingotes se laminaron en caliente a 340°C durante 1 hora hasta un calibre de 4,5 mm de espesor, se recocieron a 300°C durante 3 horas<para dar como resultado un calibre de>1,0<mm de espesor, y después se laminaron en frío hasta un de calibre>final de 0,7 mm de espesor, que representa una reducción de calibre de 30% desde el calibre del recocido. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 135°C durante 1 hora. En un segundo procedimiento, los lingotes fundidos se precalentaron, se remojaron y se laminaron en caliente como se describió anteriormente para el primer procedimiento. La etapa de recocido se realizó a 330°C durante 1 hora para dar como resultado un calibre de 2,0 mm de espesor, y luego se laminó en frío hasta un calibre final de 0,7 mm de espesor, que representa una reducción de calibre de 65% del calibre del recocido. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 160°C durante 1 hora.
En un tercer procedimiento, los lingotes moldeados se precalentaron de temperatura ambiente a 480°C y se dejaron en remojo durante 2 horas. Los lingotes se calentaron a continuación a una segunda temperatura de 525°C y se dejaron en remojo durante 2 horas adicionales. El tiempo total transcurrido para las etapas de precalentamiento, remojo, calentamiento y remojo adicional fue un promedio de 14 horas. A continuación, los lingotes se laminaron en caliente a 340°C durante 1 hora hasta un calibre de 10,5 mm de espesor, se recocieron a 330°C durante 1 hora para dar como resultado un calibre de 1,0 mm de espesor, y después se laminaron en frío hasta un de calibre final de 0,7 mm de espesor, que representa una reducción de calibre de 30% desde el calibre del recocido. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 160°C durante 1 hora. En un cuarto procedimiento, los lingotes colados se precalentaron, remojaron, calentaron, remojaron y laminaron en caliente como se describió anteriormente para el tercer procedimiento. La etapa de recocido se realizó a 330°C durante 1<hora para dar como resultado un calibre de>2,0<mm de espesor, y luego se laminó en frío hasta un calibre>final de 0,7 mm de espesor, que representa una reducción de calibre de 65% del calibre del recocido. Las láminas resultantes se dejaron estabilizar a 200°C durante 1 hora. Los procedimientos descritos anteriormente dieron como resultado aleaciones en sus condiciones de templado H32.
Ejemplo 4
Se preparó el Ejemplo 1 de aleación prototipo para el ensayo de calidad de anodización y ensayo de propiedades de tracción. La composición elemental del Ejemplo 1 se muestra en la Tabla 7, siendo el resto aluminio, y los valores se proporcionan en porcentajes en peso. El ejemplo 1 se preparó según los métodos descritos en el presente documento. Se obtuvieron las aleaciones AA5052 y AA5182 y también se ensayaron la calidad de anodización y propiedades de tracción. La aleación AA5182 es una aleación existente comercialmente disponible de Novelis, Inc. (Atlanta, GA). La aleación AA5052 es una aleación que se preparó en el laboratorio.
Tabla 7
Calidad de anodización
Las respuestas de anodización en condiciones ácidas y cáusticas se obtuvieron para la aleación prototipo del Ejemplo 1, para la aleación comparativa AA5182, y para la aleación comparativa AA5052. Específicamente, se determinaron el brillo (representado como "L"), el índice blanco (representado como "WI") y el índice amarillo (representado como "YI") para las aleaciones. Como se ilustra en las figuras 10A-10B, la aleación prototipo mostró cualidades de anodización mejoradas, tales como valores de YI más bajos, que pueden ser debidos al tamaño y densidad de número reducidos de partículas intermetálicas en la muestra de aleación.
Propiedades mecánicas
Se obtuvieron datos de límite elástico, resistencia a la tracción final, alargamiento uniforme y alargamiento total para la aleación prototipo del Ejemplo 1, para la aleación comparativa AA5182 y para la aleación comparativa AA5052. El ensayo se realizó de acuerdo con la norma ASTM B557. Se compararon los datos de resistencia a la tracción, límite elástico y alargamiento obtenidos de las aleaciones, como se muestra en la Figura 11. Los valores de resistencia y conformabilidad del prototipo de aleación del Ejemplo 1 eran mayores que los de AA5052 y comparables a los de AA5182.
Se han descrito diversas realizaciones de la invención en cumplimiento de los diversos objetivos de la invención. Debe reconocerse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invención. Numerosas modificaciones y adaptaciones de las mismas serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Una pieza de carrocería de automóvil que comprende una aleación de aluminio que comprende 0,10 -0,15% en peso de Si, 0,20 - 0,35% en peso de Fe, 0,1 - 0,25% en peso de Cu, 0,20 - 0,50% en peso de Mn, 5,0 - 6,0% en peso de Mg, 0,05 - 0,20% en peso de Cr, 0,01 - 0,20% en peso de Zn, 0 - 0,05% en peso de Ti, y hasta 0,15% en peso total y hasta 0,05% en peso de cada una de las impurezas, con el resto como Al, en donde la aleación incluye partículas de a-AlFeMnSi y en donde la aleación se produce por colada directa en frío y la aleación se produce por homogeneización, laminado en caliente, laminado en frío y recocido.
2 . La pieza de carrocería de automóvil de la reivindicación 1, en donde la pieza de carrocería de automóvil comprende un panel interior.
3. Un método para producir la pieza de carrocería de automóvil según la reivindicación 1, que comprende: colada directa en frío de una aleación de aluminio que comprende 0,10 - 0,15% en peso de Si, 0,20-0,35% en peso de Fe, 0,1 - 0,25% en peso de Cu, 0,20 - 0,50% en peso de Mn, 5,0 - 6,0% en peso de Mg, 0,05 - 0,20% en peso de Cr, 0,01 - 0,20% en peso de Zn, 0 - 0,05% en peso de Ti, y hasta 0,15% en peso total y hasta 0,05% en peso de cada una de las impurezas, con el resto como Al, para formar un lingote homogeneización del lingote para formar una pluralidad de partículas de a-AlFeMnSi en el lingote; enfriamiento del lingote a una temperatura de 450°C o menos;
laminado en caliente del lingote para producir un producto laminado;
permitir el autorrecocido del producto laminado; y
laminado en frío del producto laminado hasta un calibre final.
4. El método de la reivindicación 3, que comprende además laminar en frío el producto laminado a un calibre intermedio después de la etapa de laminado en caliente.
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