ES2969154T3 - Hoja de aluminio para automóviles altamente conformable con estriado superficial reducido o ausente y método de preparación - Google Patents

Hoja de aluminio para automóviles altamente conformable con estriado superficial reducido o ausente y método de preparación Download PDF

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Abstract

Se divulgan procesos novedosos para aumentar la productividad en una línea continua de recocido y tratamiento térmico en solución para productos de láminas de aluminio para automóviles tratables térmicamente con alta resistencia al horneado T4 y después de la pintura y menor formación de cordones. Como ejemplo no limitante, los procesos descritos en el presente documento se pueden utilizar en la industria automotriz. Las aleaciones y procesos tratables térmicamente descritos también pueden ser aplicables a las industrias marina, aeroespacial y de transporte. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Hoja de aluminio para automóviles altamente conformable con estriado superficial reducido o ausente y método de preparación
Campo
La presente invención se refiere a los campos de la ciencia de los materiales, la química de los materiales, la metalurgia, las aleaciones de aluminio, la fabricación de aluminio, la industria del transporte, la industria de los vehículos de motor, la industria automotriz, la fabricación de vehículos de motor y campos relacionados. La presente invención se refiere a productos de hojas de aluminio para automóviles altamente conformables con estrías reducidas o ausentes. La presente invención también se refiere a un método para producir los productos de láminas de aluminio. En particular, estos productos tienen aplicación en la industria automotriz.
Antecedentes
La industria automotriz, con el fin de reducir el peso de los automóviles, ha sustituido cada vez más con paneles de aleación de aluminio los paneles de acero. Paneles más livianos ayudan a reducir el peso del automóvil, lo que reduce el consumo de combustible. Sin embargo, la introducción de paneles de aleación de aluminio crea su propio conjunto de necesidades. Para ser útil en aplicaciones de automóviles, un producto de hoja de aleación de aluminio debe poseer buenas características de conformación en la condición de temple T4 tal como se recibe, de modo que pueda doblarse o moldearse según se desee sin agrietarse, rasgarse o arrugarse. Al mismo tiempo, el panel de aleación, después de pintarlo y hornearlo, debe tener la resistencia suficiente para soportar abolladuras y otros impactos.
Además de los requisitos mencionados anteriormente, otro requisito es que las aleaciones de aluminio para componentes de automóviles no tengan defectos superficiales objetables y/o perjudiciales denominados crestas, estrías o líneas de pincel, que aparecen en la superficie de los componentes de la hoja de aluminio estampada o conformada. Las líneas de crestas o estrías aparecen en la dirección de laminación solo tras la aplicación de una tensión transversal suficiente, como la que se produce en las operaciones típicas de estampado o conformado.
Este defecto de estriado es lo suficientemente grave como para que sea visible en el componente del automóvil después de pintarlo. En consecuencia, el aspecto de la superficie acabada de estas aleaciones de aluminio es objetable y no es adecuado para aplicaciones automotrices exteriores. Este defecto de estriado también puede servir como un sitio de concentración de tensión durante el conformado, limitando así la conformabilidad.
Es más, los procedimientos conocidos para hacer material en hojas de la serie 6xxx adecuado para paneles exteriores de automóviles han implicado un procedimiento bastante complejo, costoso y lento que generalmente implica las siguientes etapas: fundición en frío directo (FD) semicontinua de la aleación fundida para formar un lingote, raspado del lingote, homogeneización del lingote por periodos de tiempo entre 1 a 48 horas, laminado en caliente, autorrecocido y laminado en frío hasta el calibre deseado. Luego, el material laminado puede recibir un tratamiento térmico en solución en una línea continua de tratamiento térmico, enfriarlo rápidamente y luego envejecerlo.
Normalmente, el procedimiento de autorrecocido para paneles exteriores de automóviles incluye altas temperaturas de salida que se requieren para cumplir con los requisitos de estriado. Las altas temperaturas de salida promueven grandes partículas gruesas solubles, como partículas que contienen Mg2Si y cobre. Para lograr la combinación deseada de resistencias en los temples de horneado de pintura y tal como se suministran, las líneas de tratamiento térmico en solución sólida de recocido continuo (CASH: Continuous Anneal Solution Heat treatment) deben usar altas temperaturas de solución sólida y tiempos de remojo prolongados para disolver las partículas solubles grandes. Se sabe que estas partículas solubles afectan las propiedades de tracción tanto en T4 como en temples de horneado de pintura y también en las características de conformación. Las partículas solubles grandes pueden finalmente disminuir la productividad de la línea de tratamiento CASH a un nivel inaceptable. Adicionalmente, el procedimiento de autorrecocido reduce la capacidad de diferenciar las aleaciones en términos de resistencias al horneado de pintura y T4, a pesar de las diferencias significativas en la composición química de las aleaciones.
Los productos automotrices interiores y estructurales se producen generalmente a partir de rebobinados que se enrollan a temperaturas relativamente más bajas. Estos productos cumplen con las propiedades de tracción, pero no con los requisitos de estriado de los productos exteriores en que se usan temperaturas máximas de metal y tiempos de remojo más bajos en tratamiento CASH. Así, las hojas de metal para paneles interiores/estructurales tienden a correr entre un 25 % y un 50 % más rápido en la línea de tratamiento CASH que las hojas de metal para paneles exteriores. En este procedimiento general, el procesamiento de paneles exteriores para aplicaciones automotrices puede llevar un tiempo de solución sólida sustancialmente largo, lo que reduce la productividad de un activo costoso.
Por lo tanto, existe la necesidad de aleaciones de aluminio mejores que tengan defectos de estriado reducidos y de procedimientos más eficientes para fabricar material de hoja a partir de tales aleaciones.
Compendio
Las realizaciones cubiertas de la invención están definidas por las reivindicaciones, no por este resumen. Este compendio es una descripción general de alto nivel de diversos aspectos de la invención e introduce algunos de los conceptos que se describen con más detalle más abajo en la sección Descripción detallada. Este resumen no identifica los rasgos clave o esenciales de la materia objeto reivindicada, ni se pretende que se use de forma aislada para determinar el alcance de la materia objeto reivindicada. La materia objeto debería entenderse por referencia a las partes apropiadas de la memoria descriptiva completa, a cualquier dibujo o a todos los dibujos y a cada reivindicación.
La presente invención resuelve los problemas descritos anteriormente con un nuevo procedimiento para aumentar la productividad en la línea de tratamiento CASH y proporciona productos de hojas de aluminio automotrices tratables térmicamente con alto T4 y resistencia al horneado pospintura y formación mínima o nula de estrías. Como ejemplo no limitativo, el procedimiento de la presente invención tiene una aplicación particular en la industria automotriz. Por ejemplo, los paneles exteriores usados en las cabinas de los camiones necesitan tanto la buena resistencia al horneado de pintura como la apariencia de la superficie sin estrías. Sin embargo, se sabe que las aleaciones y los procedimientos tratables térmicamente de la presente invención pueden aplicarse a las industrias marina, aeroespacial y de transporte, solo por nombrar algunas.
Las aleaciones de la presente invención se pueden usar para hacer productos en forma de extrusiones, placas, hojas y piezas forjadas.
Breve descripción de las figuras y las tablas
La Figura 1 es una representación de la estructura del grano no recristalizado en la condición de laminado en caliente (a) y la estructura del grano recristalizado después del recocido por lotes a 375 °C (b), 400 °C (c) y 425 °C (d) durante 1 hora cada uno.
La Figura 2 es una representación del tamaño de partícula de Mg2Si más grande después del autorrecocido usando la práctica de producción estándar. La micrografía de microscopía electrónica de barrido (SEM) muestra los precipitados de Mg2Si relativamente gruesos (partículas oscuras indicadas por las flechas) en el rollo autorrecocido.
La Figura 3 es una representación del tamaño de partícula de Mg2Si más pequeño después del recocido por lotes a 400 °C durante 1 hora. La micrografía SEM muestra las partículas finas de Mg2Si (partículas oscuras indicadas por las flechas) en un rollo recocido en lotes.
La Figura 4 es una comparación de los límites elásticos por tracción T4 (TYS: Tensile Yield Strengths, en inglés, en MPa) y los límites elásticos finales (UTS: Ultimate Yield Strengths, en inglés, en MPa) de aleaciones ejemplares después del autorrecocido (SA: Self-Anneal, en inglés) y recocido por lotes (BA: Batch Anneal, en inglés). En el recuadro, las instrucciones de prueba se indican de la siguiente manera: L = longitudinal, T = transversal, D = diagonal. Estándar SA es un rebobinado autorrecocido, un producto del laminador en caliente donde la temperatura y las condiciones de laminación son tales que se produce una hoja recristalizada. Rebobinado BA es un producto en el que la etapa del procedimiento de recocido por lotes se produce en el espesor del rebobinado. Inter BA es un producto en el que la etapa del procedimiento de recocido por lotes se produce después de al menos una pasada del laminador en frío, pero antes de la pasada final del laminador en frío. Los números de rollo mostrados en la Figura 4 son los mismos números y en el mismo orden en las Figuras 5 y 6. La primera barra de histograma en cada conjunto representa t YS-L; la segunda barra de histograma de cada conjunto representa TYS-T; la tercera barra de histograma de cada conjunto representa TYS-D; la cuarta barra de histograma de cada conjunto representa UTS-L; la quinta barra de histograma de cada conjunto representa UTS-T; y la sexta barra de histograma de cada conjunto representa UTS-D.
La Figura 5 es una representación de los resultados del límite elástico por tracción (en MPa) probados en la dirección transversal para 180 °C /20 min de horneado de pintura de las aleaciones reivindicadas después del auto-rrecocido y el recocido por lotes. La primera barra de histograma de cada conjunto representa el límite elástico de horneado pospintura. La barra del medio del histograma de cada conjunto representa el límite elástico de T4. La barra de histograma de la derecha en cada conjunto representa la diferencia entre el límite elástico de horneado pospintura y el límite elástico T4.
La Figura 6 es una representación de los resultados del límite elástico por tracción (en MPa) probados en las direcciones transversal (T), longitudinal (L) y diagonal (D 45 °) para 180 °C /60 min de horneado mínimo de pintura de las aleaciones reivindicadas después del autorrecocido y el recocido por lotes. La primera barra de histograma de cada conjunto representa los resultados en la dirección longitudinal. La barra de histograma del medio de cada conjunto representa los resultados en la dirección transversal. La barra de histograma de la derecha en cada conjunto representa los resultados en la dirección diagonal.
La Figura 7 muestra el límite elástico de T4 (en MPa) a lo largo de la longitud de las bobinas de ensayo de producción.
La Figura 8 muestra imágenes de las muestras de estriado y sus calificaciones para las bobinas de ensayo junto con una bobina autorrecocida de producción estándar (S<a>Rebobinada).
La Figura 9A muestra los resultados del límite elástico de láminas de T4 preparadas a partir de Aleaciones 1 5 ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 9B muestra el ángulo interno de plegado de láminas de T4 preparadas a partir de Aleaciones 1-5 ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 10A muestra los resultados del límite elástico de láminas de T6 preparadas a partir de Aleaciones 1 5 usando enfriamiento con aire y ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 10B muestra los resultados del límite elástico de láminas de T6 preparadas a partir de las Aleaciones 1-5 usando enfriamiento con agua y ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 10C muestra el ángulo interno de plegado de las láminas T6 preparadas a partir de las Aleaciones 1-5 usando enfriamiento por aire y ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 10D muestra el ángulo interno de plegado de las láminas T6 preparadas a partir de las Aleaciones 1-5 usando enfriamiento con agua y ensayadas en la dirección transversal.
La Figura 11 muestra los resultados de la prueba de choque vertical de tubos empernados preparados a partir de hojas como se describe en esta invención.
La Figura 12 muestra los resultados de la prueba de choque horizontal de tubos empernados preparados a partir de hojas como se describe en esta invención.
La Figura 13A muestra muestras de estriado para los diámetros interior y exterior de la bobina 0127619 en la dirección de laminación y 45° a la dirección de laminación.
La Figura 13B muestra muestras de estriado para los diámetros interior y exterior de la bobina 0127622 en la dirección de laminación.
La Figura 13C muestra muestras de estriado para los diámetros interior y exterior del rollo 0127602 en la dirección de laminación y para el diámetro exterior del rollo 0127681 en la dirección de laminación.
La Figura 14 muestra el límite elástico transversal representado frente al tiempo de envejecimiento natural para el rollo 0127622 para muestras preparadas mediante enfriamiento rápido con aire y enfriamiento rápido con agua y para los diámetros interior y exterior del rollo.
En la Tabla 1 se enumeran las propiedades mecánicas de la lámina de T4 y después del horneado de pintura (180 °C /20 min y 180 °C /60 min) de aleaciones ejemplares después del recocido.
En la Tabla 2 se enumera la evaluación del estriado de la hoja de T4 de aleaciones ejemplares después del autorrecocido y del recocido por lotes.
En la Tabla 3 se enumeran las calificaciones de prueba de doblez plano para rollo autorrecocidos en comparación con el material recocido por lotes en T4 para 550 °C/15 s de tratamiento CASH seguido de 60 días de envejecimiento natural.
En la Tabla 4 se enumeran las calificaciones de prueba de doblez plano para el material recocido por lotes en T4 con un 10 % y un 15 % de pretensión.
En la Tabla 5 se enumeran las propiedades mecánicas de las hojas de T4 de los rollos de ensayo.
En la Tabla 6 se enumeran las propiedades mecánicas de las condiciones de horneado pospintura para las bobinas de ensayo.
En la Tabla 7 se enumeran las propiedades mecánicas de las hojas a lo largo de la longitud de los rollos de ensayo después de 4 o 5 días de envejecimiento natural.
En la Tabla 8 se enumeran las calificaciones de plegado para el rollo 0127619 después del 0 % de pretensión, el 5 % de pretensión, el 10 % de pretensión y el 15 % de pretensión.
En la Tabla 9 se enumeran las calificaciones de plegado para el rollo 0127622 después del 5 % de pretensión, el 10 % de pretensión y el 15 % de pretensión.
En la Tabla 10 se enumeran las calificaciones de plegado para el rollo 0127602 después del 5 % de pretensión, el 10 % de pretensión y el 15 % de pretensión.
En la Tabla 11 se enumeran las calificaciones de plegado para el rollo 0127681 después del 5 % de pretensión, el 10 % de pretensión y el 15 % de pretensión.
En la Tabla 12 se enumeran las propiedades mecánicas de hojas de rollos de ensayo después de 24-45 días de envejecimiento natural.
En la Tabla 13 se enumeran las propiedades mecánicas de hojas de rollos de ensayo después de 24-45 días de envejecimiento natural y después de horneado de pintura.
En la Tabla 14 se enumeran las calificaciones de plegado para los rollos 0127619, 0127622, 0127681, y 0127602 después del 0 % de pretensión, el 5 % de pretensión, el 10 % de pretensión y 15% de pretensión. Descripción detallada
La presente invención se refiere a nuevos procedimientos para aumentar la productividad en la línea de tratamiento CASH para productos de hojas de aluminio tratables térmicamente con alto T4 y resistencias al horneado pospintura que presentan un estriado aceptable. Como ejemplo no limitativo, las aleaciones tratables térmicamente de la presente invención pueden ser una aleación de aluminio 6xxx. Como otro ejemplo no limitativo, el procedimiento de la presente invención puede usarse en la industria automotriz.
Definiciones y descripciones
Como se usan en la presente, las expresiones “ invención”, “ la invención”, “esta invención” y “la presente invención” hacen referencia ampliamente a toda la materia objeto de esta Solicitud de Patente y a las reivindicaciones a continuación. Debe entenderse que las declaraciones que contienen estos términos no limitan la materia objeto descrita en la presente ni limitan el significado o el alcance de las reivindicaciones de la patente a continuación.
En esta descripción se hace referencia a aleaciones identificadas por números AA y otras designaciones relacionadas, tales como “serie” o “6xxx”. Para comprender el sistema de designación numérica usado con más frecuencia para nombrar e identificar el aluminio y sus aleaciones, véanse los documentos “ International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” o “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por The Aluminum Association.
Como se usa en esta invención, el término “aleación tratable térmicamente” se refiere ampliamente a cualquier aleación de aluminio 2xxx, 6xxx y 7xxx.
Como se usa en la presente, el significado de “un”, “una” y “el/la” incluye las referencias en singular y plural, a menos que el contexto dicte claramente lo contrario.
En los siguientes ejemplos, las aleaciones de aluminio se describen en términos de su composición elemental en porcentaje en peso (% en peso). En cada aleación, el resto es aluminio, con un porcentaje en peso máximo del 0.15 % para las impurezas de elementos traza.
Aleaciones
Las aleaciones descritas en la presente son aleaciones de aluminio de la serie 6xxx novedosas.
Se proporciona una aleación de aluminio que comprende del 0.74 % al 0.84 % en peso de Si, del 0.27 % al 0.34 % en peso de Fe, del 0.08 % al 0.14 % en peso de Cu, del 0.10 % al 0.16 % en peso de Mn, del 0.59 % al 0.69 % en peso de Mg, del 0.0 % al 0.050 % en peso de Cr, no Ni, del 0.0 % al 0.05 % en peso de Zn, del 0.0 % al 0.05 % en peso de Ti, del 0.0 % al 0.05 % en peso de Pb, del 0.0 % al 0.005 % en peso de Be, hasta el 0.15 % en peso de impurezas de elementos traza, resto Al.
La aleación puede incluir el 0.74 %, el 0.75 %, el 0.76 %, el 0.77 %, el 0.78 %, el 0.79 %, el 0.80 %, el 0.81 %, el 0.82 %, el 0.83 %, el 0.84 % de Si. Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.27 %, el 0.28 %, el 0.29 %, el 0.30 %, el 0.31 %, el 0.32 %, el 0.33 %, el 0.34 % de Fe. Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.08 %, el 0.09 %, el 0.10 %, el 0.11 %, el 0.12 %, el 0.13 %, el 0.14 % de Cu.
En algunos casos, el Cu no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.10 %, el 0.11 %, el 0.12 %, el 0.13 %, el 0.14 %, el 0.15 %, el 0.16 % Mn. En algunos casos, el Mn no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.59 %, el 0.60 %, el 0.61 %, el 0.62 %, el 0.63 %, el 0.64 %, el 0.65 %, el 0.66 %, el 0.67 %, el 0.68 %, el 0.69 % de Mg. Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.010 %, el 0.011 %, el 0.012 %, el 0.013 %, el 0.014 %, el 0.015 %, el 0.016 %, el 0.017 %, el 0.018 %, el 0.019 %, el 0.020 %, el 0.021 %, el 0.022 %, el 0.023 %, el 0.024 %, el 0.025 %, el 0.026 %, el 0.027 %, el 0.028 %, el 0.029 %, el 0.030 %, el 0.031 %, el 0.032 %, el 0.033 %, el 0.034 %, el 0.035 %, el 0.036 %, el 0.037 %, el 0.038 %, el 0.039 %, el 0.040 %, el 0.041 %, el 0.042 %, el 0.043 %, el 0.044 %, el 0.045 %, el 0.046 %, el 0.047 %, el 0.048 %, el 0.049 %, el 0.050 % de Cr. En algunos casos, el Cr no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
El Ni no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.01 %, el 0.011 %, el 0.012 %, el 0.013 %, el 0.014 %, el 0.015 %, el 0.016 %, el 0.017 %, el 0.018 %, el 0.019 %, el 0.02 %, el 0.03 %, el 0.04 %, el 0.05 % de Zn. En algunos casos, el Zn no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.01 %, el 0.011 %, el 0.012 %, el 0.013 %, el 0.014 %, el 0.015 %, el 0.016 %, el 0.017 %, el 0.018 %, el 0.019 %, el 0.02 %, el 0.03 %, el 0.04 %, el 0.05 % de Ti. En algunos casos, el Ti no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
En algunos ejemplos, la aleación de aluminio descrita en la presente incluye plomo (Pb) en una cantidad del 0 % al 0.05 % (por ejemplo, del 0 % al 0.04 % o del 0.001 % al 0.01 %) en base al peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.001 %, el 0.002 %, el 0.003 %, el 0.004 %, el 0.005 %, el 0.006 %, el 0.007 %, el 0.008 %, el 0.009 %, el 0.010 %, el 0.011 %, el 0.012 %, el 0.013 %, el 0.014 %, el 0.015 %, el 0.016 %, el 0.017 %, el 0.018 %, el 0.019 %, el 0.020 %, el 0.021 %, el 0.022 %, el 0.023 %, el 0.024 %, el 0.025 %, el 0.026 %, el 0.027 %, el 0.028 %, el 0.029 %, el 0.030 %, el 0.031 %, el 0.032 %, el 0.033 %, el 0.034 %, el 0.035 %, el 0.036 %, el 0.037 %, el 0.038 %, el 0.039 %, el 0.040 %, el 0.041 %, el 0.042 %, el 0.043 %, el 0.044 %, el 0.045 %, el 0.046 %, el 0.047 %, el 0.048 %, el 0.049 %, o el 0.050 % de Pb. En algunos casos, el Pb no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
En algunos ejemplos, la aleación de aluminio descrita en la presente incluye berilio (Be) en una cantidad del 0 % al 0.005 % (por ejemplo, del 0 % al 0.004 % o del 0 % al 0.001 %) en base al peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0.0001 %, el 0.0002 %, el 0.0003 %, el 0.0004 %, el 0.0005 %, el 0.0006 %, el 0.0007 %, el 0.0008 %, el 0.0009 %, el 0.001 %, el 0.002 %, el 0.003 %, el 0.004 %, o el 0.005 % de Be. En algunos casos, el Be no está presente en la aleación (es decir, el 0 %). Todo expresado en porcentaje en peso.
La aleación de aluminio 6xxx puede incluir una variedad de elementos terciarios, a veces referidos en esta invención como impurezas de elementos traza, para diversos propósitos, como mejorar las propiedades mecánicas, físicas o de corrosión (p. ej., resistencia, tenacidad, fortaleza a la fatiga, y/o fortaleza a la corrosión), para mejorar las propiedades a temperaturas elevadas, para facilitar la fundición, para controlar la estructura del grano fundido o forjado, y/o para mejorar la maquinabilidad, entre otros propósitos. Cuando están presentes, estos elementos terciarios pueden incluir uno o más de Ag, Li, Sn, Bi, Sr, Sb, V, Zr, Sc, Hf, Mo, Co, y elementos de tierras raras. Cuando está presente, un elemento terciario suele estar contenido en la aleación en una cantidad de como máximo el 0.05 % en peso. La suma de todos los elementos terciarios no supera el 0.15 % en peso. El porcentaje restante de cada aleación es aluminio.
A continuación, se enumeran intervalos ejemplares para aleaciones de aluminio como se describe en la presente. En los ejemplos de aleaciones de aluminio 6xxx que siguen, debe entenderse que el resto no indicado en cada ejemplo es Al.
En un ejemplo comparativo, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo comparativo, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo inventivo más, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo comparativo más, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo comparativo, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo comparativo más, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
En otro ejemplo comparativo más, en la presente se describe una aleación de aluminio 6xxx que comprende:
Propiedades
Se ha descubierto inesperadamente que las aleaciones de aluminio 6xxx descritas tienen una serie de propiedades únicas y favorables. Los expertos en la materia saben que las propiedades del aluminio, tales como, entre otras, resistencia, alargamiento, capacidad de flexión y apariencia, pueden adaptarse mediante el procedimiento en el que se hace la hoja de aluminio. También se sabe que producir una hoja de aluminio con varias de estas propiedades es difícil e impredecible porque aumentar una propiedad puede disminuir otra propiedad. Sin embargo, las aleaciones explicadas muestran una combinación de propiedades favorables sin afectar negativamente a otras propiedades de las hojas de aluminio. Por ejemplo, las aleaciones explicadas muestran inesperadamente tanto una alta resistencia como una capacidad de flexión adecuada. Las siguientes son propiedades mejores no limitantes de las aleaciones descritas.
Alta resistencia de T4
Las aleaciones de aluminio explicadas pueden tener un límite elástico para T4 de al menos 100 MPa (p. ej., al menos 105 MPa, al menos 110 MPa, al menos 115 MPa, al menos 120 MPa, al menos 125 MPa, al menos 130 MPa, al menos 135 MPa, al menos 140 MPa, o al menos 145 MPa) y una resistencia a la tracción para T4 de al menos 200 MPa (p. ej., al menos 205 MPa, al menos 210 MPa, al menos 215 MPa, al menos 220 MPa, al menos 225 MPa, al menos 230 MPa, al menos 235 MPa, al menos 240 MPa, al menos 245 MPa, al menos 250 MPa, o al menos 255 MPa) después del recocido por lotes. Esto equivale a aproximadamente 25 MPa de límite elástico más alto y aproximadamente 35 MPa más de resistencia a la tracción que las aleaciones autorrecocidas de la presente invención en condiciones de solución sólida similares, como se muestra en la Figura 4. Adicionalmente, otra ventaja es que la hoja recocida por lotes exhibe límites elásticos similares en una variedad de condiciones de solución sólida, lo que sugiere que las partículas de Mg2Si son lo suficientemente finas para disolverse a una temperatura máxima del metal más baja a diferencia de los productos auto-rrecocidos. En esencia, el presente procedimiento es adecuado para diferenciar los efectos de la química de la aleación mejor que el producto autorrecocido.
Alta resistencia al horneado pospintura
Las aleaciones de aluminio explicadas pueden tener un límite elástico del horneado pospintura de al menos 160 MPa (p. ej., al menos 165 MPa, al menos 170 MPa, al menos 175 MPa, al menos 180 MPa, al menos 185 MPa, al menos 190 MPa, o al menos 200 MPa) después del recocido por lotes para condiciones de horneado de pintura de 180 °C durante 20 minutos. Esto equivale a un límite elástico de aproximadamente 45 MPa a 55 MPa más alto que el de las aleaciones autorrecocidas, como se muestra en la Figura 5. La diferencia de límite elástico de 50 MPa entre las condiciones de horneado pospintura y T4 se cumple muy fácilmente con la aleación y el procedimiento de la invención como se muestra en la Figura 5. De manera similar, la resistencia al horneado pospintura para la condición de horneado de pintura de 180 °C durante 60 minutos se muestra en la Figura 6. En comparación con el material autorrecocido estándar, se puede ver una respuesta significativamente mayor al horneado de la pintura en la aleación de la invención y el procedimiento. La nueva combinación de aleación y procedimiento permite materiales que exceden la resistencia mínima requerida por el cliente. En la Tabla 1 se enumeran las propiedades mecánicas tanto para la solución sólida tratada térmicamente (T4) como las condiciones de horneado pospintura para la aleación y el procedimiento tanto estándar como inventivo.
Capacidad de flexión
Las aleaciones de aluminio explicadas muestran una alta capacidad de flexión. La capacidad de flexión se puede evaluar mediante el ángulo de flexión. Las aleaciones de aluminio descritas en la presente pueden tener ángulos de flexión menores que aproximadamente 10° en el temple T4. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio descritas en la presente pueden tener ángulos de flexión menores que aproximadamente 9°, menores que aproximadamente 8°, menores que aproximadamente 7°, menores que aproximadamente 6°, menores que aproximadamente 5°, menores que aproximadamente 4°, menores que aproximadamente 3°, menores que aproximadamente 2°, o menores que aproximadamente 1° en el temple T4.
Estrías reducidas
Después del tratamiento térmico en solución a 550 °C durante 15 segundos y 45 segundos, las aleaciones de aluminio explicadas mostraron un estriado significativamente mejor en comparación con la aleación auto-rrecocida. El estriado se midió estirando primero la hoja un 10 % y luego desbastando la superficie con una piedra de afilar para resaltar los rasgos de interés. Luego, se compararon las muestras de hojas con los estándares. En la Figura 8 y la Tabla 2 se muestran los resultados de la prueba de estriado y la escala de calificación de estriado usada.
Rendimiento de doblez plano mejor
Después del tratamiento térmico de la solución a 550 °C durante 15 segundos, las aleaciones de aluminio explicadas mostraron una respuesta de doblez plano similar o mejor que la de la aleación autorrecocida como se muestra en la Tabla 3. La prueba de doblez se realizó después de pretensar la hoja por un 7 % y un 15 % en las tres direcciones. Luego, las muestras con doblez se compararon con los estándares y se les asignaron calificaciones basadas en la apariencia del doblez.
Velocidad de tratamiento CASH más rápida
Como se menciona en la presente, una temperatura de salida baja después de la última pasada de laminación en caliente seguida de un procedimiento de recocido por lotes produce partículas de Mg2Si significativamente más pequeñas en comparación con el material autorrecocido (véanse las Figuras 2 y 3), lo que, a su vez, permite velocidades de tratamiento CASH más rápidas. Con el procedimiento descrito en la presente se aumenta la capacidad, la velocidad y la eficiencia del tratamiento CASH, solo por nombrar algunos, al menos en un 10 %, al menos en un 15 %, al menos en un 20 %, o al menos en un 25 %.
Procedimiento
También se explica un procedimiento novedoso para producir productos de aleación de aluminio de la serie 6xxx que implica al menos una combinación de temperaturas de salida de laminado en caliente no mayores que 300 °C y recocido (por ejemplo, recocido por lotes), tanto en rebobinado como en calibre intermedio. Además, el procedimiento descrito en la presente proporciona productos de aleación de aluminio 6xxx que tienen resistencias de T4 y horneado pospintura significativamente más altas, mejor control de las estrías, velocidad de línea de tratamiento CASH más rápida y mejor doblabilidad.
En un ejemplo, el procedimiento descrito en la presente implica homogeneización, laminado en caliente, laminado en frío, recocido (p. ej., recocido por lotes), laminado en frío, y tratamiento CASH. En otro ejemplo, el procedimiento descrito en la presente implica homogeneización, laminado en caliente, a) después del enrollado a la temperatura de salida, colocarlo inmediatamente en un horno de recocido; b) después del enrollado a la temperatura de salida, enfriarlo a temperatura ambiente y luego colocarlo en un horno de recocido), recocido (por ejemplo, recocido por lotes), laminado en frío y tratamiento CASH.
Homogeneización
La homogeneización de lingotes puede incluir, entre otros, calentar el lingote entre 500 °C y 600 °C (p. ej., 500 °C, 510 °C, 520 °C, 530 °C, 540 °C, 550 °C, 560 °C, 570 °C, 580 °C, 590 °C o 600 °C) durante un máximo de 10 horas. Por ejemplo, el lingote se puede calentar durante 10 horas o menos, 9 horas o menos, 8 horas o menos, 7 horas o menos, 6 horas o menos, 5 horas o menos, 4 horas o menos, 3 horas o menos, 2 horas o menos, o 1 hora o menos. En una realización, el lingote se calienta a 560 °C durante >6 horas y luego se calienta a 540 °C >1 hora. El lingote se puede preparar mediante varios métodos de fundición, como por fundición en frío directo (FD).
Laminado en caliente
Durante el laminado en caliente, las temperaturas y otros parámetros operativos pueden controlarse de modo que la temperatura del producto intermedio laminado en caliente de aleación de aluminio al salir del laminador en caliente no sea mayor que 300 °C, no mayor que 290 °C, no mayor que 280 °C, o no mayor que 270 °C. En un ejemplo, la temperatura de salida es de aproximadamente 260 °C. En un ejemplo, la temperatura de salida es de aproximadamente 250 °C. En otro ejemplo, la temperatura de salida es de aproximadamente 240 °C. En otro ejemplo más, la temperatura de salida es de aproximadamente 230 °C. En otro ejemplo más, la temperatura de salida es de aproximadamente 220 °C.
El lingote se puede laminar en caliente entre aproximadamente 200 °C y 500 °C. Por ejemplo, el lingote se puede laminar en caliente a una temperatura que varía de aproximadamente 225 °C a 475 °C, de aproximadamente 250 °C a 450 °C, de aproximadamente 275 °C a 425 °C, o de aproximadamente 300 °C a 400 °C. La hoja laminada en caliente puede tener un calibre de 10 mm o menos (por ejemplo, entre 3 mm y 10 mm). Por ejemplo, la hoja laminada en caliente puede tener un calibre de 10 mm o menos, 9 mm o menos, 8 mm o menos, 7 mm o menos, 6 mm o menos, 5 mm o menos, 4 mm o menos, o 3 mm o menos.
Como se describe en la presente, el control de la temperatura de salida de la etapa de laminación en caliente proporciona la microestructura deseada, es decir, inhibe la precipitación de partículas grandes y gruesas de Mg2Si, que cuando se procesan adicionalmente, proporcionan un producto con alto T4 y alta resistencia al horneado pospintura, mejor estriado, y una velocidad de tratamiento CASH más rápida.
El control de la temperatura de salida del producto intermedio de aleación de aluminio laminado en caliente se puede hacer de cualquier manera convencional, como mediante el control de las condiciones de operación del laminador en caliente, como la extensión del lubricante de enfriamiento, la velocidad de laminación o los retrasos de tiempo entre las distintas etapas en un típico laminador en caliente. La temperatura del producto intermedio laminado en caliente se puede controlar luego usando técnicas conocidas, tales como termopares de contacto o pirómetro óptico. La temperatura de salida del laminador en caliente monitoreada se puede usar en una forma de control de retroalimentación junto con el enfriamiento de los bloques o controlando las temperaturas durante el laminado en caliente usando lubricantes de enfriamiento, velocidades del laminador o similares como se describió anteriormente. Es decir, la temperatura de salida del laminador puede dictar un ajuste en la operación de laminación para mantener la temperatura de salida dentro del intervalo especificado.
Recocido por lotes
El recocido por lotes ya sea con un calibre de banda en caliente o algún calibre intermedio en el procedimiento de laminación en frío, puede generar una textura adecuada para un producto con poco o ningún estriado. Durante el calentamiento de los rollos en la etapa de recocido por lotes, la microestructura se llena con una alta densidad de partículas solubles relativamente más finas, como Mg2Si. Estos precipitados finos producen una combinación deseada de propiedades de tracción en el temple tal como se suministra (T4) y el temple de horneado de pintura junto con excelentes características de estriado y doblez en el producto final con requisitos de tratamiento térmico de temperatura y tiempo de remojo relativamente más bajos en una línea de tratamiento térmico en solución en comparación con los del producto autorrecocido convencional.
Durante el recocido por lotes, la hoja de aluminio enrollada se puede calentar a una tasa de aproximadamente 40 °C/hora a 60 °C/hora (p. ej., 40 °C/hora, 45 °C/hora, 50 °C/hora, 55 °C/hora, o 60 °C/hora) a una temperatura de entre aproximadamente 350 °C y 450 °C (por ejemplo, 350 °C, 360 °C, 370 °C, 380 °C, 390 °C, 400 °C, 410 °C, 420 °C, 430 °C, 440 °C o 450 °C).
En algunos casos, la hoja de aluminio se puede calentar a una tasa de aproximadamente 50 °C/hora a una temperatura de aproximadamente 400 °C. El tiempo de espera puede ser de hasta 1 hora, hasta 2 horas, hasta 3 horas, hasta 4 horas o hasta 5 horas. En un ejemplo, el tiempo de espera es de 2 horas. En un ejemplo, la hoja de aluminio se puede luego enfriar a una tasa de desde al menos 5 °C/hora a temperatura ambiente. En otro ejemplo, la hoja de aluminio se puede enfriar a una tasa de al menos 7 °C/hora a temperatura ambiente. En un ejemplo, la hoja de aluminio se puede enfriar a una tasa de al menos 9 °C/hora a temperatura ambiente. En otro ejemplo, la hoja de aluminio se puede enfriar a una tasa de al menos 10 °C/hora a temperatura ambiente.
Debe entenderse que el procedimiento de recocido no debe limitarse al recocido por lotes. El procedimiento de recocido también puede incluir recocido continuo. Por ejemplo, la hoja se puede recocer continuamente pasando la hoja a través de una línea de tratamiento térmico de solución de recocido continuo (CASH).
Laminado en frío
La lámina de hoja se puede laminar en frío usando tecnología y laminadores en frío convencionales. La hoja laminada en frío puede tener un calibre entre 0.5 mm y 4.5 mm, entre 0.7 mm y 4.0 mm, o entre 0.9 mm y 3.5 mm. En un ejemplo, la hoja laminada en frío tiene un calibre de aproximadamente 1.0 mm. En otro ejemplo, la hoja laminada en frío tiene un calibre de aproximadamente 0.8 mm. En otro ejemplo más, la hoja laminada en frío tiene un calibre de aproximadamente 1.2 mm. La cantidad de reducción trabajada en frío puede ser de hasta el 65 %, hasta el 70 %, hasta el 75 %, hasta el 80 % o hasta el 85 %.
Tratamiento térmico en solución de recocido continuo (CASH: Continuous Anneal Solution Heat treatment, en inglés)
El tratamiento térmico en solución puede ser cualquier tratamiento convencional para la aleación que dé como resultado la solución sólida de las partículas solubles. La hoja de aluminio se puede calentar a una temperatura máxima del metal de aproximadamente 500 °C a 580 °C (por ejemplo, 500 °C, 510 °C, 520 °C, 530 °C, 540 °C, 550 °C, 560 °C, 570 °C o 580 °C) y remojado (es decir, mantenido a la temperatura indicada) durante un periodo de tiempo por encima de una temperatura predeterminada. En algunos ejemplos, las hojas se dejan en remojo durante hasta aproximadamente 10 minutos (por ejemplo, de 1 segundo a 10 minutos, inclusive). Por ejemplo, la hoja se puede remojar durante aproximadamente 5 segundos o menos, 10 segundos o menos, 15 segundos o menos, 30 segundos o menos, 45 segundos o menos, 1 minuto o menos, 2 minutos o menos, 3 minutos o menos, 4 minutos o menos, 5 minutos o menos, 6 minutos o menos, 7 minutos o menos, 8 minutos o menos, 9 minutos o menos, o 10 minutos o menos. Condiciones ejemplares para el tratamiento térmico de la solución incluyen tiempos de remojo de 30 segundos o 60 segundos a temperaturas superiores a 540 °C. En un ejemplo, la aleación de aluminio se calienta a 550 °C con la tira mantenida por encima de 540 °C durante 15 o 45 segundos. Después de calentar y remojar, la tira se enfría rápidamente a velocidades mayores que 10 °C/s (p. ej., 15 °C/s o mayor, 20 °C/s o mayor, o 25 °C/s o mayor) a una temperatura entre 500 °C y 200 °C. En un ejemplo, la aleación de aluminio tiene una tasa de enfriamiento rápido superior a 20 °C/s donde la tira se enfría entre 450 °C y 250 °C. Las tasas de enfriamiento pueden ser más rápidas en otros ejemplos.
Después del enfriamiento rápido, la tira de aluminio puede someterse a un etapa de recalentamiento antes de enrollarse. La etapa de recalentamiento se puede llevar a cabo pasando la hoja a través de un dispositivo de calentamiento que consiste en calentamiento radiante, calentamiento por convección, calentamiento por inducción o calentamiento por infrarrojos, etc. La etapa de recalentamiento de la hoja para permitir que se enrolle la tira se puede llevar a cabo a una temperatura de aproximadamente 55 °C a 110 °C (por ejemplo, 55 °C, 60 °C, 65 °C, 70 °C, 75 °C, 80 °C, 85 °C, 90 °C, 95 °C, 100 °C , 105 °C o 110 °C).
Las aleaciones y los métodos descritos en la presente se pueden usar en aplicaciones automotrices, marinas, aeroespaciales, y/o de transporte, solo por nombrar algunas. En algunos casos, las aleaciones y los métodos se pueden usar para preparar productos de piezas de carrocería de vehículos de motor, incluidos los paneles exteriores.
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar con mayor detalle la presente invención sin constituir, al mismo tiempo, ninguna limitación de esta.
Durante los estudios descritos en los siguientes ejemplos, se siguieron procedimientos convencionales, a menos que se indicara de otra forma. Algunos de los procedimientos se describen a continuación con fines ilustrativos.
Ejemplos
Ejemplo 1
Preparación de hojas de aluminio
Cinco muestras comparativas conteniendo del 98.03 % al 98.06 % en peso de Al, del 0.78 % al 0.83 % en peso de Si, del 0.22 % al 0.24 % en peso de Fe, del 0.10 % al 0.11 % en peso de Cu, del 0.08 % al 0.09 % en peso de Mn, del 0.64 % al 0.65 % en peso de Mg, del 0.015 % al 0.019 % en peso de Cr, el 0.006 % en peso de Ni, del 0.011 % al 0.016 % en peso de Zn y el 0.016 % en peso de Ti pasaron por fundición en frío directo (FD). Los lingotes se homogeneizaron a 560 °C durante más de 6 horas, se enfriaron a 540 °C y se mantuvieron a esa temperatura durante más de 1 hora. Luego, los lingotes se sacaron en caliente de los pozos de homogeneización y se colocaron sobre una mesa para laminación en caliente. La etapa de laminación en caliente incluyó hacer pasar los lingotes a través de un laminador inverso seguido de laminación en caliente en un laminador en tándem donde el espesor se redujo aún más. Las temperaturas finales de salida del material laminado en caliente se apuntaron a obtener temperaturas de enrollado en el intervalo de 200 °C a 300 °C. Se llevó a cabo una etapa de recocido por lotes, que incluyó calentar el rollo a una temperatura deseada de 375 °C a 425 °C, seguido de remojo durante un mínimo de 60 minutos. El recocido se llevó a cabo en una atmósfera de nitrógeno con un tiempo de ciclo de tratamiento térmico de recocido por lotes de aproximadamente 8 horas. Los rollos se sacaron del horno y se dejaron enfriar a temperatura ambiente antes del laminado en frío. El laminado en frío se llevó a cabo después del recocido completo de los rollos. Todos los rollos se laminaron en frío desde el calibre de banda en caliente hasta el calibre de acabado sin recocidos intermedios.
El tratamiento CASH se llevó a cabo a temperaturas máximas del metal de aproximadamente 550 °C, aproximadamente 562 °C y aproximadamente 575 °C con tiempos de remojo de 15, 30 o 45 segundos. Se usó un enfriamiento de aire forzado estándar para todos los productos con tasas de enfriamiento rápido entre aproximadamente 450 °C y aproximadamente 250 °C a una tasa de aproximadamente 18 °C/s a aproximadamente 50 °C/s. La temperatura del metal para arrollarlo de nuevo fue de aproximadamente 95 °C.
Ejemplo 2
Determinación de la resistencia a la tracción y el límite elástico finales
Los rollos se prepararon como se describió anteriormente en el Ejemplo 1 y se trataron térmicamente en solución hasta una temperatura máxima del metal de aproximadamente 550 °C durante 15 y 45 segundos. El alargamiento total y uniforme y el límite elástico por tracción se determinaron usando métodos conocidos por un experto en la técnica según ASTM B557 y ASTM E8-11.
Los resultados de las propiedades mecánicas de la prueba del ensayo en planta de 5 rollos en las hojas de temple T4 se muestran en la Tabla 4. La Figura 4 es una comparación de los límites elásticos por tracción T4 (TYS: Tensile Yield Strengths, en inglés, en MPa) y los límites elásticos finales (UTS: Ultimate Yield Strengths, en inglés, en MPa) de las aleaciones reivindicadas después del autorrecocido (SA: Self-Anneal, en inglés) y recocido por lotes (BA: Batch Anneal, en inglés). Se obtuvo un límite elástico de T4 más alto en la aleación y el procedimiento de la invención en comparación con un límite elástico promedio de rollos de producción autorrecocidos estándar, como se muestra en la Figura 7.
Ejemplo 3
Determinación del alargamiento total y uniforme de T4
Se determinó el alargamiento uniforme y total para las hojas de los rollos descritos anteriormente usando métodos conocidos por un experto en la técnica según ASTM B557 y ASTM E8-11. Las Tablas 5 y 6 muestran los resultados de alargamiento total y uniforme de las pruebas del ensayo en planta.
Ejemplo 4
Determinación del límite elástico por tracción del horneado de pintura
El límite elástico por tracción de horneado de pintura para hojas de los rollos descritos anteriormente se determinó usando métodos conocidos por un experto en la técnica según ASTM B557 y ASTM E8-11. La Figura 5 ilustra el límite elástico del horneado pospintura obtenido de la prueba con el 2 % de pretensado seguido de 180 °C/20 min de exposición. Las resistencias del horneado pospintura son significativamente más altas en la aleación y el procedimiento de la invención en comparación con el límite elástico típico del cliente.
Ejemplo 5
Distribución de tamaño de Mg2Si
La distribución del tamaño de Mg2Si se observó usando SEM (Scanning Electron Microscopy, por sus siglas en inglés). Las muestras tomadas de rollos recocidos por lotes mostraron tamaños de partículas más pequeños que las tomadas de rollos autorrecocidos (Figuras 2 y 3).
Ejemplo 6
Determinación del estriado
El estriado es una deformación colectiva de grandes conjuntos de granos orientados que dan como resultado una topología de superficie en bandas, que se encuentra en las aleaciones 6xxx. Estos conjuntos de granos se activan durante la deformación plástica y se orientan en paralelo a la dirección de laminación. Estas bandas son generalmente imperceptibles en muestras puras, pero debido a que estos conjuntos de granos tienen diferentes posiciones de altura (picos y valles), son visualmente perceptibles, por ejemplo, después del lacado o de la lapidación de la superficie. Los criterios de estriado se calificaron visualmente como se muestra en la Tabla 2.
La Figura 8 muestra las muestras de estriado de los rollos de ensayo junto con el rollo autorrecocido de producción estándar. Las muestras se pretensaron en un 10 % en la dirección transversal a la del laminado seguido de lapidación para resaltar la condición de estriado. En general, las aleaciones y los procedimientos descritos proporcionan calificaciones de estriado de superficie que son aceptables.
Ejemplo 7
Rendimiento de doblez plano
En la Tabla 3 se enumeran los resultados de las pruebas de doblez plano para rollos autorrecocidos en comparación con rollos recocidos por lotes en el temple T4. El material se pasó por una línea de tratamiento CASH a 550 °C durante 15 segundos seguido de 60 días de envejecimiento natural.
En la Tabla 4 se enumeran las calificaciones de rendimiento del doblez plano para las bobinas de ensayo recocidas por lotes en temple T4 con el 10 % y el 15 % de pretensado. En general, las calificaciones son 1 y 2, que se consideran aceptables (consultar la Tabla 3). Una muestra de rollo probada en la dirección L con un 15 % de pretensión mostró una calificación de 3. Esta calificación de doblez más alta se atribuyó al alto límite elástico observado para ese rollo.
Ejemplo 8
Efecto del Cr y el Mn sobre las propiedades de tracción y la capacidad de rotura de la aleación
Comparativo
Las aleaciones de aluminio que tienen las composiciones que se muestran en la siguiente tabla se prepararon según el método descrito en el Ejemplo 1. La Aleación 1 y la Aleación 2 son aleaciones de referencia. La Aleación 3 es una aleación que incluye una mayor cantidad de Mn que las aleaciones de referencia y no contiene cobre. La Aleación 4 es una aleación que incluye una cantidad de Cr mayor que la de las aleaciones de referencia. La Aleación 5 es una aleación que incluye una cantidad de Mn y Cr mayor que la de las aleaciones de referencia. En cada una de las aleaciones 1, 2, 3, 4 y 5, el resto de la composición es aluminio.
Las aleaciones 1-5 se homogeneizaron calentando a 530 °C durante 8 horas. Las aleaciones se laminaron en caliente a través de un laminador inverso y luego se laminaron en frío. El espesor de calibre final de cada una de las hojas preparadas a partir de las Aleaciones 1-5 fue de aproximadamente 1 mm. Las láminas se llevaron a solución sólida durante 20 segundos (indicados como “20 s”) o 60 segundos (indicados como “60 s”) a 550 °C, y luego se enfriaron rápidamente con agua (indicado como “WQ: Water Quenching, en inglés”) o aire (indicado como “AQ: Air Quenching, en inglés”). El temple T6 se logró calentando las hojas T4 a 215 °C durante 30 minutos o a 225 °C durante 30 minutos. El límite elástico y la flexión de las hojas T4 y T6 se determinaron en la dirección transversal usando métodos conocidos por un experto en la técnica. Los ensayos de tracción se realizaron según ISO/DIS 6892-1 y las pruebas de ángulo de flexión se realizaron según VDA238-100.
Se determinaron las propiedades del límite elástico de las hojas T4 preparadas a partir de las Aleaciones 1-5, preparadas usando una etapa de solución sólida de 20 segundos seguida de enfriamiento rápido con aire y enfriamiento rápido con agua, así como una etapa de solución sólida de 60 segundos seguida de enfriamiento rápido con agua. Véase la Figura 9A. Los resultados muestran que la resistencia de T4 fue aproximadamente la misma para las cinco láminas. Las propiedades de flexión de las láminas T4 se determinaron después del 10 % de preesfuerzo de tracción. Vea la Figura 9B. Los resultados muestran que las hojas que contienen mayores cantidades de Cr y/o Mn (es decir, las hojas preparadas a partir de las Aleaciones 3, 4 y 5) preparadas mediante enfriamiento rápido con aire mostraron propiedades de flexión mejores.
Se determinaron las propiedades de resistencia a la tracción de las hojas de T6 preparadas a partir de las Aleaciones 1-5, preparadas usando una etapa de solución sólida de 20 segundos seguida de enfriamiento rápido con aire y enfriamiento rápido con agua. Véanse las Figuras 10A y 10B. Los resultados muestran que la hoja de T6 enfriada rápidamente al aire que contiene mayores cantidades de Cr y/o Mn (es decir, hojas preparadas a partir de las Aleaciones 3, 4 y 5) mostraron una pérdida de resistencia de alrededor de 10-20 MPa más que las hojas preparadas a partir de las Aleaciones 1 y 2 de referencia. Véase la Figura 10A. La resistencia de la hoja enfriada rápidamente con agua que excluyó el Cu (es decir, la hoja preparada a partir de la Aleación 3) fue alrededor de 10 MPa menor que la de las hojas preparadas a partir de las Aleaciones 1 y 2 de referencia.
Se determinaron las propiedades de flexión de las hojas T6. Véanse las Figuras 10C y 10D. Los resultados muestran que las hojas que contienen mayores cantidades de Cr y/o Mn (es decir, las hojas preparadas a partir de las Aleaciones 3, 4 y 5) mostraron propiedades de flexión mejores con respecto a las Aleaciones 1 y 2 de referencia. Es más, la flexión con T6 mejoró aún más para las hojas que contenían Cr y/o Mn preparadas por enfriamiento rápido con agua en comparación con las muestras enfriadas rápidamente con aire. Véanse las Figuras 10C y 10D.
Se realizaron pruebas para evaluar el comportamiento de aplastamiento para determinar la capacidad de rotura de las muestras. Las hojas (de 3 mm de espesor) se doblaron y atornillaron para formar tubos de choque. Los tubos se probaron en compresión vertical a una velocidad cuasiestática constante en una prensa (pruebas de choque vertical) o en una configuración cuasiestática de flexión de 3 puntos (pruebas de choque horizontal). La capacidad de rotura se determinó para tubos de choque preparados a partir de hojas que incluían Cr y Mn, similar a la Aleación 5, y también a partir de una hoja de referencia similar a las Aleaciones 1 y 2. Se realizaron ensayos verticales y horizontales. Para las pruebas horizontales, las hojas usadas para preparar los tubos de choque se trataron térmicamente a 180 °C durante 10 horas. Las hojas usadas para preparar los tubos de choque para las pruebas verticales se calentaron a 185 °C durante 15 minutos. Como se muestra en la Figura 11, los tubos de choque que contenían mayores cantidades de Cr y Mn se doblaron exitosamente al aplastarse sin rasgarse en la prueba de choque vertical, mientras que los tubos de choque de referencia exhibieron rasgaduras. Los tubos de choque que contenían mayores cantidades de Cr y Mn también mostraron una capacidad de choque mejor en una prueba de choque horizontal en comparación con el dispositivo de referencia. Véase la Figura 12.
Ejemplo 9
Rendimiento de resistencia, estriado y doblez
Composiciones de rollo
Los rollos se prepararon a partir de aleaciones de aluminio que tenían las composiciones comparativas que se muestran en la tabla siguiente.
Preparación de muestras
Los lingotes de las composiciones mostradas anteriormente se homogeneizaron cada uno calentando los lingotes a 560 °C durante 6 horas, enfriando los lingotes a 540 °C y dejando que los lingotes se remojaran a 540 °C durante 2 horas. Luego, los lingotes se laminaron en caliente y se enrollaron a una temperatura en el intervalo de 209 °C a 256 °C. La bobina 0127619 se laminó en caliente hasta un calibre de 2.54 mm y las otras bobinas se laminaron en caliente hasta un calibre de 5 mm. El rebobinado de cada una de las bobinas estaba relativamente libre de partículas gruesas de Mg2Si/Si y la estructura del grano no se recristalizó. Las cuatro bobinas se recocieron por lotes de rebobinado con un tiempo de remojo de 100 minutos a temperaturas de remojo que variaban de 398 °C a 418 °C. Los rebobinados se recristalizaron completamente y exhibieron una estructura de partículas relativamente más fina que la del rebobinado convencional autorrecocido. El tratamiento CASH se llevó a cabo a temperaturas que variaban de aproximadamente 539 °C a 555 °C con tiempos de remojo que variaban de 8 a 15 segundos. El enfriamiento rápido se realizó usando agua o aire. La temperatura del metal arrollado de nuevo era de 73 °C a 85 °C.
Análisis de estriado
Los diámetros internos (DI) y los diámetros externos (DE) de los rollos se analizaron para el estriado, usando la escala de calificación proporcionada en la Tabla 2, en la dirección de laminación (90°) y 45° a la dirección de laminación. Todos los rollos mostraron resultados de estriado adecuados y se les asignó una calificación de 1. Véase la Figura 13A para el rollo 0127619; la Figura 13B para el rollo 0127622; y la Figura 13C para los rollos 0127602 y 0127681.
Muestras de 4 a 5 días: calificaciones de las propiedades de tracción y flexión
Las propiedades de tracción se determinaron para los rollos después de 4 o 5 días de envejecimiento natural. Específicamente, las propiedades de tracción para el rollo 0127619 se determinaron después de 4 días de envejecimiento natural y las propiedades de tracción para los rollos 0127622, 0127602 y 0127681 se determinaron después de 5 días de envejecimiento natural. Los resultados se muestran en la Tabla 7. Todas las muestras de rollos mostraron niveles de resistencia a la tracción final mayores que 215 MPa y valores de límite elástico dentro del intervalo de 100-155 MPa. Es más, el alargamiento promedio de cada rollo fue mayor que el 27 %. El alargamiento promedio se calculó de la siguiente manera:
Alargamiento promedio = (Transversal 2* Diagonal Longitudinal) / 4. ;;Se determinaron las calificaciones de flexión de los rollos. Las muestras de los rollos 0127622, 0127602 y 0127681 se doblaron previamente a 160° usando una garra de 0.50 mm y un espacio de 3.85 mm en una configuración de doblado de tres puntos con laminadores de 15 mm. Las muestras se doblaron con una cuña de 0.82 mm en una prensa Arbor de 1 tonelada. La muestra del rollo 0127619 se predobló a 180°. En las Tablas 8-11 se enumeran las calificaciones de rendimiento del doblez plano para los rollos de ensayo recocidos por lotes 0127619 (Tabla 8), 0127622 (Tabla 9), 0127602 (Tabla 10) y 0127681 (Tabla 11) después de 4 o 5 días de envejecimiento natural con el 0 %, el 5 %, el 10 %, y/o el 15 % de pretensado. La prueba se realizó en el diámetro interior (DI) y/o el diámetro exterior (DE) de los rollos. En general, las calificaciones son 1 y 2, que se consideran aceptables (consultar la Tabla 3). ;;Muestras de 24 a 45 días: calificaciones de propiedades de tracción y flexión ;;Las propiedades de tracción se determinaron para los rollos después de 24-45 días de envejecimiento natural. Específicamente, las propiedades de tracción para el rollo 0127619 se determinaron después de 29 días de envejecimiento natural, las propiedades de tracción para el rollo 0127622 se determinaron después de 24 días de envejecimiento natural y las propiedades de tracción para los rollos 0127602 y 0127681 se determinaron después de 45 días de envejecimiento natural. Los resultados se muestran en la Tabla 12. Todas las muestras de rollos mostraron niveles de resistencia a la tracción final mayores que 215 MPa y valores de límite elástico dentro del intervalo de 100-155 MPa. Es más, el alargamiento promedio de cada rollo fue mayor que el 27 %. El alargamiento promedio se calculó de la siguiente manera: ;;Alargamiento promedio = (Transversal 2* Diagonal Longitudinal) / 4.
Las propiedades de tracción de las muestras de rollo descritas anteriormente también se determinaron después del horneado de la pintura. Los resultados se muestran en la Tabla 13. Todas las muestras de rollo mostraron niveles de resistencia a la tracción final mayores que 280 MPa y valores de límite elástico mayores que 200 MPa. Es más, el alargamiento promedio de cada rollo fue mayor o igual que un 24 %. El alargamiento promedio se calculó según la ecuación mostrada anteriormente.
Se determinaron las calificaciones de flexión de los rollos. Las muestras se predoblaron a 180° y tenían un radio de mandril de 0.45 mm. En la Tabla 14 se enumeran las calificaciones de rendimiento del doblez para los rollos 0127619, 0127622, 0127602 y 0127681 después del número indicado de días de envejecimiento natural con el 0 %, el 5 %, el 10 %, y/o el 15 % de pretensado. La prueba se realizó en el diámetro interior (DI), en el medio y/o en el diámetro exterior (DE) de los rollos. En general, las calificaciones de los rollos sometidos a un 5 % y a un 10 % de pretensado fueron 1 y 2, que se consideran aceptables (consulte la Tabla 3).
Los límites elásticos obtenidos por enfriamiento rápido con agua y enfriamiento rápido con aire de las muestras del rollo 0127622, así como los límites elásticos obtenidos de los diámetros interior y exterior de las muestras, se representaron frente al tiempo de envejecimiento natural, en días. Véase la Figura 14. Como se muestra en la Figura 14, el límite elástico transversal se controló a un valor entre 100 MPa y 135 MPa durante hasta 100 días de envejecimiento natural.
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.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Una aleación de aluminio que comprende del 0.74 % al 0.84 % en peso de Si, del 0.27 % al 0.34 % en peso de Fe, del 0.08 % al 0.14 peso de Cu, del 0.10 % al 0.16 peso de Mn, del 0.59 % al 0.69 peso de Mg, del 0 % al 0.050 peso de Cr, del 0 % al 0.05 % en peso de Zn, del 0 % al 0.05 % en peso de Ti, del 0 % al 0.05 % en peso de Pb, del 0 % al 0.005 % en peso de Be y nada de Ni, impurezas de elementos traza del 0 % al 0.15 peso, con el resto como Al.
2. Una pieza de la carrocería de un vehículo de motor que comprende la aleación de aluminio de la reivindicación 1.
3. La pieza de la carrocería de un vehículo de motor de la reivindicación 2, en donde la pieza de la carrocería de un vehículo de motor comprende un panel exterior.
4. Un método para producir una hoja de aluminio de la serie 6xxx que comprende:
fundir una aleación de aluminio de la serie 6xxx según la reivindicación 1 para formar un lingote; homogeneizar el lingote;
laminar en caliente el lingote para producir un producto intermedio laminado en caliente;
laminar en frío el producto intermedio laminado en caliente;
recocer;
laminar en frío; y
someter la hoja a un procedimiento continuo de recocido y tratamiento térmico en solución.
5. El método de la reivindicación 4, en donde la etapa de homogeneización se realiza a una temperatura de entre 500 °C y 600 °C durante un periodo de hasta 10 horas y/o en donde la etapa de laminación en caliente se realiza a una temperatura entre 200 °C y 500 °C y/o
en donde la etapa de laminación en caliente incluye mantener una temperatura intermedia del producto laminado en caliente a 300 °C o menos al salir de un molino laminador en caliente y/o
en donde la etapa de recocido incluye calentar a una temperatura de entre 350 °C y 450 °C y/o
en donde el etapa de someter la hoja a un procedimiento de tratamiento térmico de recocido y solución continuo comprende calentar la hoja a una temperatura de 500 °C a 580 °C durante un periodo de tiempo y, en particular, en donde el periodo de tiempo es de 1 minuto o menos.
6. El método de la reivindicación 4 o 5, que comprende además el enfriamiento rápido de la hoja.
7. El método de la reivindicación 6, que comprende además recalentar la hoja enfriada rápidamente para conformar una hoja recalentada y enrollar la hoja recalentada.
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