MX2007001008A - Aleacion de al-si-mg-zn-cu para piezas fundidas aerospaciales y automotrices. - Google Patents

Abstract

La presente invencion proporciona una aleacion fundida de aluminio con una composicion que incluye 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio. La composicion de AlSiMg de la invencion proporciona propiedades mecanicas aumentadas (limite elastico de tension y resistencia a la tension ultima) en comparacion con la aleacion E357 preparada de manera similar a temperatura ambiente y alta temperatura. La presente invencion tambien incluye un fundido formado a partir de la composicion de la invencion y un metodo para formar un fundido formado de la composicion de la invencion.

Description

ALEACIÓN DE Al-S±-Mg-Zn-Cu PARA PIEZAS FUNDIDAS AEROSPACIALES Y AUTOMOTRICES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con aleaciones de aluminio y, más particularmente, pertenece a las aleaciones fundidas de aluminio que comprenden silicio (Si) , magnesio (Mg) , zinc (Zn) y cobre (Cu) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las partes de aluminio fundidas se usan ampliamente en las industrias aerospacial y automotriz para reducir el peso. La aleación fundida más común, Al-Si7-Mg tiene límites de resistencia bien establecidos. En la actualidad, los materiales fundidos en E357, la aleación de Al-Si7-Mg comúnmente más usada, puede garantizar confiablemente una Resistencia a la Tensión Última de 310 MPa (45,000 psi), una Límite Elástico de Tensión de 260 MPa (37,709 psi) con elongaciones de 5% o mayores a temperatura ambiente. Para obtener partes de peso más ligero, es necesario un material con una mayor resistencia y mayor ductibilidad con propiedades del material establecidas para el diseño. Existen una variedad de aleaciones alternativas y están registradas, las cuales exhiben mayor resistencia. Sin embargo, estas también exhiben problemas potenciales en la REF. : 179202 capacidad de colado, potencial de corrosión o fluidez, que no se superan fácilmente y, por lo tanto, son menos apropiadas para el uso. Por lo tanto, existe una necesidad de t ner una aleación con mayores propiedades mecánicas que las aleaciones de Al-Si7-Mg, tales como E357, que también tiene una buena capacidad de colado, resistencia a la corrosión y otras propiedades deseables.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona una aleación de AISiMg inventiva que tiene mayores propiedades mecánicas, una pieza fundida formada producida de la aleación de la invención y un método para formar una pieza fundida formada producida a partir de la aleación de la invención. La composición de la aleación de AISiMg de la invención incluye Zn, Cu y Mg en las proporciones apropiadas para producir mayores propiedades mecánicas, incluyendo, pero no se limitan a Esfuerzo de Tensión Último (UTS, por sus siglas en inglés) y el Límite Elástico de Tensión (TYS, por sus siglas en inglés), en comparación con las aleaciones de AlSi7Mg, tal como E357. En un aspecto, la presente invención es una aleación fundida de aluminio que consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio. Se observa que los porcentajes anteriores están en % en peso (% en peso) . En algunas modalidades de la presente invención, las proporciones de Zn, Cu y Mg se seleccionan para proporcionar uha aleación de AISiMg con mayores propiedades de resistencia, comparado con las aleaciones de AlSi7Mg, tal como E357. En una modalidad de la presente invención, el término "mayores propiedades de resistencia" representa un aumento de aproximadamente 20%-30% en el límite elástico de tensión (TYS) y aproximadamente 20-30% en la resistencia a la tensión última (UTS) de las piezas fundidas de revestimiento templado T6 en aplicaciones a temperatura ambiente o una temperatura mayor, en comparación con las piezas fundidas preparadas de manera similar de E357, mientras que se mantienen elongaciones similares a E357. En algunas modalidades de la presente invención, el contenido de Cu de la aleación se aumenta para incrementar la resistencia a la tensión última (UTS) de la aleación y el límite elástico de tensión (TYS) a temperatura ambiente (22 °C) y a altas temperaturas, en donde la alta temperatura oscila de 100°C a 250°C, siendo de preferencia de 150°C. Aunque se entiende que con el aumento de la temperatura la resistencia a la tensión última (UTS) y el límite elástico de tensión (TYS) en general disminuye, se observa que la incorporación de Cu en general aumenta las propiedades de resistencia a alta temperatura cuando se compara Con aleaciones de AlSiMg similares áin la incorporación de Cu. En una modalidad de la presente invención, el contenido de Cu se minimiza para aumentar la elongación a alta temperatura. Se observa, además que la Elongación (E) aumenta típicamente con mayores temperaturas. En algunas modalidades de la presente invención, el contenido de Cu y el contenido de Mg de la aleación se selecciona para aumentar la resistencia a la tensión última (UTS) y el límite elástico de tensión (TYS) a temperatura ambiente (22 °C) y a altas temperaturas. En algunas modalidades de la presente invención, el contenido de Zn puede aumentar una elongación de la aleación en las composiciones que tienen Cu y una mayor concentración de Mg. En algunas modalidades de la presente invención, el contenido de Zn puede disminuir la elongación de. la aleación en las composiciones que tienen Cu y concentraciones de Mg menores. Además, la incorporación de Zn que afecta la elongación a temperatura ambiente, se observan tendencias similares a alta temperatura.

En algunas modalidades de la presente invención, la composición de Cu puede ser menor que o igual a 2% y la composición de Zn puede oscilar de aproximadamente 3% a aproximadamente 5%, en donde un aumento en la concentración de Zn dentro del intervalo asociado, en general, aumentara la resistencia a la tensión última (UTS) y el límite elástico de tensión (TYS) de la aleación. También se ha observado que la incorporación de Zn en las composiciones de la aleación de la presente invención con una concentración de Cu mayor de 2%, en general disminuye ligeramente la resistencia a la tensión última (UTS) de la aleación. En una modalidad, el contenido de Zn se reduce a menor de 3% cuando el Contenido de Cu es mayor de 2%. En una modalidad, el contenido de Zn puede ser de 0% cuando el contenido de Cu es mayor de 2%. En otra modalidad de la presente invención, el contenido de Cu, Zn y Mg se selecciona para proporcionar una elongación mayor, en donde la incorporación de Mg tiene Un impacto positivo (aumenta la elongación) sobre la aleación de la invención, cuando el contenido de Zn es menor de aproximadamente 2.5% e? peso y un impacto negativo (disminuye la elongación) cuando el contenido de Zn es mayor de 2.5% en peso. En una modalidad de la presente invención,- la resistencia a la tensión última (UTS) de la aleación puede aumentarse con la adición de Ag a menos de 0.5% en peso. En algunas modalidades de la presente invención, las concentraciones de Mg, Cu y Zn se seleccionan para tener un impacto positivo sobre el índice de Calidad de la aleación a las temperaturas ambiente y mayores. El índice de calidad es una expresión de la resistencia y la elongación. Aunque la incorporación de Cu aumenta la resistencia de la aleación, puede haber un intercambio en la disminución de la elongación de las aleaciones, lo que en cambio reduce el índice de calidad de las aleaciones. En una modalidad, el Mg se incorpora en la aleación de la invención que comprende Cu y más de 1% en peso de Zn para aumentar el índice de calidad de la aleación. Además, el Zn puede aumentar el índice de calidad cuando el contenido de Mg es alto, tal como en el orden de 0.6% en peso y el contenido de Cu es bajo, tal como menor de 2.5% en peso. La aleación de la invención es para el uso en el tratamiento térmico de F, T5 ó T6. La fluidez de la aleación también se mejora cuando se compara con E357. En otro aspecto, la presente invención es un artículo fundido formado que consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio. En un aspecto adicional, la presente invención es un método para elaborar un artículo fundido formado de aluminio, el método comprende: preparar una masa de metal fundido que consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% -de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio; y que forma un producto de aleación de aluminio de la masa de metal fundido. En una modalidad del método de la invención, formar el producto de la aleación de aluminio comprende fundir la masa de metal fundido en una pieza fundida de aleación de aluminio por fundido de revestimiento, fundido a baja presión o por gra edad, moldeo permanente o semi-permanente, apisonado por presión, fundido de troquel, fundido direccional o colado en molde de arena. El método de formación puede comprender además preparar un molde con lingoteras o espejos. En una modalidad de la presente invención, la masa de metal fundido es una masa metálica tixotróp-ica, y la formación del producto de la aleación de aluminio comprende fundido o formado semi-sólido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura la presenta los datos de la resistencia a la tensión para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades dé Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 1°C por segundo. La Figura lb presenta los datos de la resistencia a la tensión para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 0.4°C por segundo. La Figura 2a presenta los datos del límite elástico para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 1°C por segundo.

La Figura 2b presenta los datos del límite elástico para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 0.4°C por segundo. La Figura 3a presenta los datos de elongación para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 1°C por segundo. La Figura 3b presenta los datos de elongación para las muestras de las aleaciones de aluminio a temperatura ambiente, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu, solidificado en forma direccional a 0.4°C por segundo. La Figura 4 presenta los resultados de las pruebas de fluidez para las muestras de las aleaciones de aluminio, que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu.

La Figura 5 presenta el índice de calidad a temperatura ambiente, que se basa en la resistencia a la tensión última y la elongación para las muestras de aleaciones de aluminio que Contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, y que contienen además diferentes cantidades de Zn y Cu.

La Figura 6 presenta una gráfica que representa los efectos de la concentración de Mg, Cu y Zn sobre la resistencia a la tensión última, (UTS) a alta temperatura (aproximadamente 150°C) de especímenes de prueba de una aleación de 7Si-Mg-Cu-Zn producida usando fundido de revestimiento y tratamiento término T6. La Figura 7 presenta una gráfica que representa los efectos de la concentración de Mg, Cu y Zn sobre la elongación (E) a alta temperatura (aproximadamente 150°C.) de especímenes de prueba que comprenden 7Si-Mg-Cu-Zn producida usando fundido de. revestimiento y tratamiento término T6. La Figura 8 presenta una gráfica que representa los efectos de la concentración de Mg, Cu y Zn sobre el índice de calidad (Q) a alta temperatura (aproximadamente 150°C) de especímenes de prueba que comprenden 7Si-Mg-Cu-Zn producida usando fundido de revestimiento y tratamiento término T6. La Figura 9 presenta una Tabla que incluye las composiciones de la aleación de acuerdo con la presente invención e incluye una aleación de la técnica anterior (E357) para propósitos comparativos. La Figura 9 también incluye resistencia a la tensión última (UTS), límite elástico de tensión (TYS) , elongación (E) e índice de calidad (Q) para cada composición de la aleación listada tomada de un espécimen de prueba fundido por revestimiento con tratamiento término T6 a uha temperatura del orden de 150°C.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN La Tabla 1 presenta las composiciones de diferentes aleaciones, de acuerdo con la presente invención, y la aleación de la técnica anterior, E357, que se incluye por comparación. Las diferentes pruebas, incluyendo las pruebas de las propiedades mecánicas, se realizaron en las aleaciones en la Tabla 1, y los resultados de las pruebas se presentan en las Figuras la a la Figura 5.

Tabla 1 : Composiciones de la aleación Los valores en las columnas 2-8 de la Tabla 1 son porcentajes en peso reales de los diferentes elementos en las muestras que se probaron. Todas las entradas en la columna 1 excepto la entrada en el último renglón son valores blanco para el cobre y el zinc en la aleación. La entrad en el último renglón especifica la aleación de la técnica anterior, E357. Las columnas después de la primera columna en la Tabla 1 presentan porcentajes en peso reales del Cu, Zn, Si, Mg, Fe, Ti, B y Sr, respectivamente. Las muestras que tienen las composiciones citadas en la Tabla 1 se fundieron en moldes de prueba de solidificación direccional para la evaluación dé las propiedades mecánicas i Las piezas fundidas resultantes después se trataron con calor a una condición T6. Las muestras se tomaron de las piezas fundidas en diferentes regiones que tienen diferentes velocidades de solidificación. Las propiedades de tensión de las muestras después se evaluaron a temperatura ambiente. La atención se enfoca ahora en la Figura la, que presenta los datos de la resistencia a la tensión para las muestras de aleación dé aluminio que contienen aproximadamente 7% de Si, 0.5% de Mg y diferentes concentraciones de Cu y Zn como se indican. Las muestras citadas en la Figura 1 se solidificaron a aproximadamente 1°C por segundo. Para estas muestras, el espaciamiento del brazo de dendrita (DAS, por sus siglas en inglés) fue de aproximadamente 30 micrómetros. Puede observarse que la resistencia a la tensión de la aleación aumenta con la concentración de Zn hasta el nivel más alto estudiado, que fue de aproximadamente 3.61% de Zn. Asimismo, la resistencia a la tensión aumenta con el aumento en la concentración del cobre hasta el nivel más alto estudiado, que fue de aproximadamente 3% de Cu. Todas las muestras que tienen adiciones de cu y/o Zn tuvieron una resistencia mayor que la aleación de la técnica anterior, E357. La Figura lb presenta datos similares a la Figura la, excepto que las muestras indicadas en la Figura lb se solidificaron más lentamente, a aproximadamente 0.4°C por segundo, resultando en un espaciamiento del brazo de dendrita de aproximadamente 64 micrómetros. La muestra que tiene la resistencia a la tensión más grande fue la muestra que tiene aproximadamente 3% de Cu y aproximadamente 3.61% de Zn. Todas las muestras en la Figura lb que tienen adiciones de Cu y/o Zn tuvieron una resistencia mayor que la aleación de la técnica anterior, E357. La Figura 2a presenta los datos del límite elástico para diferentes muestras de aleación de aluminio que tienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg y diferentes concentraciones de Cu y Zn. Estas muestras se solidificaron a aproximadamente 1°C por segundo, y tienen un espaciamiento del brazo de dendrita de aproximadamente 30 micrómetros. El límite elástico aumentó marcadamente con el aumento en el Cu, y tendió a aumentar con el aumento en el Zn. La muestra que tiene el límite elástico más grande tuvo una concentración de cobre de aproximadamente 3% y una concentración de Zn de aproximadamente 4%. Todas las muestras que tienen Cu o Zn adicionado exhibieron un límite elástico mayor que la aleación de la técnica anterior, E357. La Figura 2b presenta datos del límite elástico para las mismas aleaciones de aluminio que las mostradas en la Figura 2a; sin embargo, se solidificaron más lentamente, a aproximadamente 0.4°C por segundo. El espaciamiento del brazo de dendrita correspondiente fue de aproximadamente 64 micrómetros. La muestra que tiene el mayor límite elástico tuvo una concentración de cobre de aproximadamente 3% y una concentración de Zn de aproximadamente 4%. Todas las muestras que tienen Co o Zn adicionado exhibieron un mayor límite elástico que la aleación de la técnica anterior, E357. La Figura 3a presenta los datos de elongación para la aleación de la técnica anterior, E357, y las diferentes aleaciones que tienen Cu y Zn adicionado. La velocidad de solidificación fue de aproximadamente 1°C por segundo y el espaciamiento del brazo de dendrita fue de aproximadamente 30 micrómetros. La mejor elongación se obtiene para las aleaciones que tienen 0% de Cu. Sin embargo, aumentando la concentración de Zn de 2% a aproximadamente 4% causó un aumento en la elongación. Las aleaciones que tienen Zn entre 2% y 4% tuvieron elongaciones mayores que la de la aleación de la técnica anterior, E357. La Figura 3b presenta los datos de elongación para las aleaciones mostradas en la Figura 3a, pero solidificaron más lentamente, a 0.4°C por segundo. El espaciamiento del brazo de dendrita fue de aproximadamente 64 micrómetros. Como anteriormente, las aleaciones que tienen aproximadamente 0% de Cu tuvieron la elongación más grande. De hecho, la elongación más grande se obtuvo para la aleación de la técnica anterior, E357. Sin embargo, la aleación con 0% de Cu y Zn en un intervalo de 2% a 4% fue sólo ligeramente inferior a E357 en este aspecto. Las aleaciones que tienen Zn en el intervalo de 2% a 4% son de interés porque sus valores de resistencia a la tensión y límite elástico son superiores de E357. La Figura 4 presenta los resultados del fundido en un molde de fluidez. Como anteriormente, las pruebas se realizaron en aleaciones de aluminio que contienen aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg y con diferentes cantidades de Cu y Zn. La mayoría q.e las aleaciones en la Figura 4 que tienen adiciones de Cu o Zn tienen una fluidez superior a la de la aleación de la técnica anterior, E357. De hecho, la mejor fluidez de todas se obtuvo para 3% de Cu, 4% de Zn. La fluidez es crucial para las piezas fundidas formadas porque determina la capacidad de la aleación de permitir el flujo a través de pequeños pasajes en el molde para suministrar metal líquido a todas las partes del fundido . La Figura 5 presenta los datos para el índice de Calidad (Q) para las aleaciones probadas. El índice de calidad (Q) es un índice calculado que incluye la resistencia a la tensión última (UTS) más un término que involucra el logaritmo de la Elongación (E) . Las dos gráficas en la Figura 5 son para los dos espaciamientos del brazo de dendrita empleados para los estudios anteriores. El espaciamiento de 30 micrómetros se encuentra en las muestras enfriadas a 1°C por segundo, y el espaciamiento de 64 micrómetros se encuentra en las muestras enfriadas a 0.4°C por segundo. Puede observarse en la Figura 5 que, en general, el mejor índice de calidad (Q) se obtiene para altas concentraciones de Zn y para bajas concentraciones de Cu. La Tabla 2 presenta las composiciones de las diferentes aleaciones, de acuerdo con la presente invención, en donde las concentraciones de Cu, Mg y Zn se seleccionaron para proporcionar propiedades mecánicas mejoradas a temperatura ambiente y alta temperatura. Los valores en las columnas 2-7 de la Tabla 2 son porcentajes en peso reales de los diferentes elementos en las muestras que se probaron. El balance de cada aleación consiste esencialmente de aluminio. Se observa que el Sr se incluye como un refinador de grano.

TABLA 2: COMPOSICIONES DE LOS ESPECÍMENES DE PRUEBA DE AISiMq DE FUNDIDO POR REVESTIMIENTO Los especímenes de prueba se produjeron de las composiciones anteriores para la prueba mecánica. Los especímenes de prueba se formaron por fundido por revestimiento en la forma de placas de prueba de de espesor (6.35 mm) . La velocidad de enfriamiento por medio del fundido por revestimiento es menor de aproximadamente 0.5°C por segundo y proporciona un espaciamiento del brazo de dendrita (DAS) del orden de aproximadamente 60 micrómetros o mayor. Después del fundido, las placas de prueba después se trataron con calor para templado T6. Por lo regular el templado T6 comprende tratamiento término de la solución, apagado y envejecimiento artificial. Las placas de prueba se Seccionaron y se probaron sus propiedades mecánicas. Específicamente, los especímenes de prueba que comprenden las composiciones de la aleación listada en la Tabla 2 se probaron para la resistencia a la tensión última (UTS) a temperatura ambiente (22°C), límite elástico de tensión (TYS) a alta temperatura (150°C) , límite elástico de tensión (TYS) a temperatura ambiente (22°C) , límite elástico de tensión (TYS) a alta temperatura (150°C), Elongación (E) a alta temperatura (150°C), Elongación (E) a temperatura ambiente (22°C), índice de calidad (Q) a alta temperatura (150°C) e índice de calidad (Q) a temperatura ambiente (22°C) . Los resultados de las pruebas se presentan en la siguiente Tabla 3.

TABLA 3: PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ESPÉCIMEN DE PRUEBA QUE TIENE LAS COMPOSICIONES DE LA ALEACIÓN LISTADAS, EN LA TABLA De los datos anteriores en la Tabla 3, los modelos de regresión para el límite elástico de tensión (TYS) a temperatura ambiente (22°C), resistencia a la tensión última (UTS) a temperatura ambiente (22 °C) y Elongación (E) a temperatura ambiente (22°C), se derivaron como sigue: TYS (MPa) á temperatura ambiente (22 °C) = 322.04 - 25.9466* Mg (% en peso) + 19.5276 Cu (% en peso) - 4.8189 Zn (% en peso) + 1.3576 Si (% en peso) + 19.08 Mg (% en peso) Zn (% en peso) - 2.1535 Cu (% en peso) Zn (% en peso) - 119.57 Sr (% en peso) UTS (MPa) a temperatura ambiente (22°C) = 373.188 - 71.5565* Mg (% en peso) + 14.5255 Cu (% en peso) - 6.0743 Zn (% en peso) + 4.57744 Si (% en peso) + 23.212 Mg (% en peso) Zn (% en peso) - 3.42964 Cu (% en peso) Zn (% en peso) + 79.2381 Sr (% en peso) ' E (%) a temperatura ambiente (22 °C) = 7.119 - 11.548* Mg ' (% en peso) - 1.055 Cu (% en peso) - 0.117 Zn (% en peso) + 0.739 Si (% en peso) - 0.801 Mg (% en peso) Zn (% en peso) + 0.173 Cu (% en peso) Zn (% en peso) + 16.903 Sr (% en peso). De los datos en la Tabla 3, los modelos de regresión para el límite elástico de tensión (TYS) a temperatura alta (150°C) , la resistencia a la tensión última (UTS) a temperatura alta (150°C) , Elongación (E) a alta temperatura (150°C) y el índice de calidad (Q) a alta temperatura (150°C) se derivaron como sigue: TYS (MPa) a alta temperatura (150°C) = 279.465 + 29.792* Mg (% en peso) + 14.0 Cu (% en peso) + 0.4823 Zn (% en peso) - 0.503 Si (% en peso) + 6.566 Mg (% en peso) Zn (% en peso) - 1.998 Cu (% en peso) Zn (% en peso) - 3.686 Sr (% en peso).

UTS (MPa) a alta temperatura (150°C) = 293.3 + 15.723* Mg (% en peso) + 18.32 Cu (% en peso) + 0.441 Zn (% en peso) + 1.2264 Si (% en peso) + 9.811 Mg (% en peso) Zn (% en peso) - 3.7344 Cu (% en peso) Zn (% en peso) - 145.68,2 Sr (% en peso) . E (%) a alta temperatura (150°C) = 13.575 - 20.454* Mg (% en peso) - 1.672 Cu (% en peso) - 4.812 Zn (% en peso) + 1.184 Si (% en peso) - 8.138 Mg (% en peso) Zn ('% en peso) + 0.014 Cu (% en peso) Zn (% en peso) - 26.65 Sr (% en peso). Q (MPa) a alta temperatura (150°C) = 447.359 - 138.331* Mg (% en peso) - 0.4381 Cu (% en peso) - 65.285 Zn (% en peso) + 14.36 Si (% en peso) - 130.69 Mg (% en peso) Zn (% en peso) - '6.043 Cu (% en peso) Zn (% en peso) + 405.71 Sr (% en peso) . Los modelos de regresión anteriores para la resistencia a la tensión última (UTS) a alta temperatura (150°C), Elongación (E) a alta temperatura (150°C) e índice de calidad (Q) a alta temperatura (150°C) después se graficar'on en las Figuras 6-8. Refiriéndose a la gráfica representada en la Figura 6, la resistencia a la tensión última (UTS) en MPa se gráfica para las composiciones de la aleación a alta temperatura (150°C) de diferentes concentraciones de Mg y Cu como una función del aumento en la concentración de Zn (% en peso) .

Específicamente, la línea de referencia 15 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 3% en peso de Cu; la línea de referencia 20 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 3% en peso de Cu; la línea de referencia 25 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 2% en peso de Cu; la línea de referencia 30 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 2% en peso de Cu; la línea de referencia 35 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 1% en peso de Cu; la línea de referencia 40 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 1% en peso de Cu; la línea de referencia 45 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 0% en peso de Cu; y la línea de referencia 50 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 0% en peso de Cu. De acuerdo con la gráfica representada en la Figura 6, así como los datos proporcionados en la Tabla 3, se observa que conforme la concentración de Cu de la aleación se aumenta a aproximadamente 2% en peso o más, la incorporación de Zn tiene un impacto negativo sobre la resistencia a la tensión última (UTS) a alta temperatura de la aleación, como se representa por las gráficas de la aleación indicadas por las líneas de referencia 15, 20, 25 y 30. Se observa además que conforme la concentración de Cu de la aleación se disminuye a menos de aproximadamente 2% en peso, la incorporación de Zn tiene un impacto positivo sobre la resistencia a la tensión última (UTS) a alta temperatura de la aleación, como se representa por las gráficas de la aleación indicadas por las líneas de referencia 35, 40, 45 y 50. Sin desear ser relacionado con la teoría, se cree que un impacto negativo del Zn sobre la resistencia de las composiciones de la aleación que tienen un alto contenido de Cu es el resultado de las partículas formadas por la interacción del Zn y Cu, en donde las partículas indeseables no se disuelven en solución durante el tratamiento término en solución del proceso de tratamiento térmico T6. Se cree que las partículas no disueltas disminuyen la resistencia y las propiedades de elongación del fundido. Refiriéndose aún a la Figura 6, en algunas modalidades de la presente invención, las aleaciones que comprenden 0.6% en peso de Mg tienen una mayor resistencia a la tensión última (UTS) a alta temperatura, representada por las gráficas de la aleación indicadas por las líneas de referencia 15, 25, 35 y 45, que las aleaciones que tienen composiciones similares que poseen una concentración de Mg en el orden de aproximadamente 0.5% en peso, como sé representa por las gráficas de la aleación indicadas por las líneas de referencia 20, 30, 40 y 50. Refiriéndose ahora a la gráfica representada en la Figura 7, la elongación (%) a alta temperatura se gráfica para las composiciones de la aleación de diferentes concentraciones de Mg y Cu como una función del aumento en la concentración de Zn (% en peso) . De manera específica, la línea de referencia 55 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 3% de Cu; la línea de referencia 60 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 3% de Cu; la línea de referencia 65 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 2% de Cu; la línea de referencia 70 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 2% de Cu; la línea de referencia 75 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 1% de Cu; la línea de referencia 80 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 1% de Cu; la línea de referencia 85 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 0% de Cu; y la línea de referencia 90 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 0% de Cu. De acuerdo con la gráfica representada en la Figura 7, así como los datos proporcionados en la Tabla 3, se observa que el aumento del contenido de Cu derttro de la aleación de la invención tiene un impacto negativo sobre la elongación de la aleación. Por ejemplo, refiriéndose a las gráficas indicadas por las líneas de referencia 55, 65, 75 y 85, en las que la concentración de Mg en cada aleación es igual a 0.6% en peso, conforme la concentración de Cu se aumenta, se reduce la elongación de la aleación. Además, la concentración de Cu tiene un efecto similar sobre las aleaciones representadas por las líneas de referencia 60, 70, 80 y 90, en las que la concentración de Mg en cada aleación es igual a aproximadamente 0.5% en peso. Refiriéndose aún a la Tabla 3 y la Figura 7, en una modalidad de la presente invención, el aumento en el contenido de Zn dentro de la aleación de la invención puede aumentar la elongación de la aleación cuando el contenido de magn sio es bajo, tal como en el orden de 0.5% en peso, co o se gráfica en las líneas de referencia 60, 70, 80 y 90. En una modalidad de la presente invención, el aumento en el contenido de Zn dentro de la aleación de la invención puede disminuir la elongación de la aleación cuando el contenido de magnesio és alto, tal como del orden de 0.6% en peso, como se gráfica en las líneas de referencia 55, 65, 75 y 85. El magnesio tiene un impacto positivo sobre la elongación cuando el contenido de Zn es mayor de 2.5% en peso y tiene un impacto negativo cuando en contenido de Zn es menor de 2.5% en peso. Por ejemplo, refiriéndose a las gráficas indicadas por las líneas de referencia 55 y 60, en las que la concentración de Cu en ambas aleaciones es igual a 3.0% en peso, conforme la concentración de Mg se aumenta dé 0.5% en peso a 0.6% en peso el índice de calidad (Q) se aumenta si el contenido de Zn de la aleación es mayor que o igual a 2.5% en peso. Además, la concentración de Mg tiene un efecto similar sobre las aleaciones con menos de 3.0% en peso de Cu. Refiriéndose ahora a la Gráfica representada en la Figura 8, el índice de calidad (Q) de las aleaciones de AlSiMg de acuerdo con la presente invención a alta temperatura (150°C) con diferentes concentraciones de Cu y Mg, se grafican como una función del contenido de Zn. Específicamente, la línea de referencia 95 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 3% en peso de Cu; la línea de referencia 100 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 2% de Cu; la línea de referencia 105 indica una gráfica de una aleación de acuerdo - con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 3% de Cu; la línea de referencia 110 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 1% de Cu; la línea de referencia 115 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 2% de Cu; la línea de referencia 120 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.5% en peso de Mg y 0% de Cu; la línea de referencia 125 es una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 1% de Cu; y la línea de referencia 130 indica una gráfica de una aleación de acuerdo con la presente invención, que comprende' aproximadamente 0.6% en peso de Mg y 0% de Cu. Como se indicó anteriormente, el índice de calidad (Q) es un índice calculado que incluye la resistencia a la tensión última (UTS) más un término que involucra el logaritmo de la elongación (E) .

Con referencia a la Figura 8 y los datos representados en la Tabla 3, aunque el contenido de Cu en general aumenta la resistencia a la tensión última (UTS) y/o el límite elástico de tensión (TYS) de las aleaciones de la presente invención, el Cu en general disminuye la elongación y, por lo tanto, en algunas modalidades puede disminuir el índice de calidad (Q) de la aleación. El Mg por lo regular tiene un impacto positivo sobre el índice de calidad de las aleaciones de la presente invención, incluyendo Cu y Zn, en donde el contenido de Zn es mayor que o igual a 1.2% en peso. Por ejemplo, refiriéndose a las gráficas indicadas por las líneas de referencia 95 y 105, en las que la concentración de Cu en ambas aleaciones es igual a 3.0% en peso, conforme la concentración de Mg se aumenta de 0J5% en peso a 0.6% en peso, el índice de calidad (Q) se aumenta si el contenido de Zn de la aleación es mayor que o igual a 1.2% en peso. Además, la concentración de Mg tiene un efecto similar sobre la aleación con menos de 3.0% en peso de Cu. En algunas modalidades de la presente invención, las aleaciones de AISiMg que comprenden concentraciones de Cu mayores, tal como las gráficas indicadas por las líneas de referencia 95, 100, 105 y 120, tienen valores del índice de calidad (Q) disminuidos conforme la concentración de Cu se aumenta. En algunas modalidades de la presente invención, la incorporación de Zn puede aumentar el índice de calidad (Q) de la aleación cuando el contenido de Mg es del orden de aproximadamente 0.6% en peso, y el contenido de Cu es menor de aproximadamente 2.5% en peso, como se representa por las gráficas de aleación indicadas por los números de referencia 115, 125 y 130. Aunque las composiciones de la aleación listadas en la. Tabla 3 son ilustrativas de la composición de la invención, la invención no debería limitarse a las mismas ya que ninguna composición que tiene los constituyentes e intervalos mencionados en las reivindicaciones de esta descripción están dentro del alcance de esta invención. Los ejemplos adicionales de las composiciones de la aleación que están dentro del alcance de la presente invención, se listan dentro de la Tabla representada en la Figura 9. La Figura 9 también incluye el límite elástico de tensión (TYS) , la resistencia a la tensión última (UTS) , elongación (E) y él índice de calidad (Q) de las composiciones de la aleación listada, en donde el TYS, UTS, E y Q se tomaron de las muestras de prueba de templado T6 a temperatura ambiente (22°C) . El renglón final de la Tabla en la Figura 9 incluye la composición y la temperatura ambiente (22°C), propiedades mecánicas (límite elástico de tensión (TYS), resistencia a la tensión última CUTS) , elongación (E) e índice de calidad (Q) ) de un espécimen de prueba de la aleación E357 a templado T6 (E357-T6) que se formó por fundido por revestimiento, en donde el espécimen de prueba de la aleación E357 es la técnica anterior que se ha incorporado para propósitos comparativos. Refiriéndose aún a la Figura 9, E357 tiene una resistencia a la tensión última (-UTS) a 22 °C del orden de 275 MPa y una elongación (E) de aproximadamente 5%. A las temperaturas de aproximadamente 150 °C, el fundido por revestimiento y las muestras de prueba de templado T6 de E357 tienen una resistencia a la tensión última (UTS) de 260 MPa, un límite elástico de tensión de 250 MPa, una elongación (E) de aproximadamente 7% y un índice de calidad de 387 MPa. En una modalidad de la presente invención, la aleación de aluminio de la invención que comprende 4%-9% de Si, 0.1%-0.7% de Mg, menos de 5% de Zn, menos de 0.15% de Fe, menos de 4% de Cu, menos de 0.3% de Mn, menos de 0.05% de B y menos de 0.15% e Ti, tiene una resistencia a la tensión última (UTS) para los fundidos por revestimiento con un tratamiento término T6 en las aplicaciones, del orden de 150°C que es 20% a 30% mayor que los fundidos preparados de manera similar de E357. En una modalidad preferida de la aleación de la invención, en la que el contenido de Cu es menor o igual a 2% en peso y el contenido de Zn oscila de 3% en peso a 5% en peso, la resistencia a la tensión última (UTS) para los fundidos por revestimiento con un tratamiento término T6 en las aplicaciones del orden de 150°C, esto es 10% a 20% mayor que los fundidos preparados y probados de manera similar de E357. En otra modalidad de la aleación de la invención, en la que el contenido de Cu es mayor que 2% en peso y el contenido de Zn no está presente, o está presente en una cantidad menor de 3%, la resistencia a la tensión última (UTS) para los fundidos por revestimiento con un tratamiento término T6 en las aplicaciones del orden de 150 °C, esto es 20% a 30% mayor que los fundidos preparados y probados de manera similar de E357. Para las aleaciones que tienen un límite elástico de tensión (TYS) alto y resistencia a la tensión última (UTS) alta, se recomienda una aleación que contiene aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.45% a aproximadamente 0.55% de Mg, aproximadamente 2-3% de Cu y aproximadamente 0% de Zn. Para las aleaciones que tienen un límite elástico de tensión (TYS) alto y resistencia a la tensión última (UTS) alta, se recomienda una aleación que contiene aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.55% a aproximadamente 0.65% de Mg, menos de 2% de Cu y entre 3%-5% de Zn. Para las aleaciones que tienen una buena resistencia y buena elongación, se recomienda una aleación que contiene aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, muy poco Cu y aproximadamente 4% de Zn. Para una aleación con una buena fluidez, se recomienda una aleación que contiene aproximadamente 7% de Si, aproximadamente 0.5% de Mg, aproximadamente 3% de Cu y 4% de Zn. Los datos anteriores se sugieren de una familia de aleaciones fundidas que tienen diferentes propiedades deseables. Las diferentes propiedades deseables son apropiadas para diferentes aplicaciones. Las aleaciones de acuerdo con la presente invención pueden ser fundidas en los productos usuales mediante fundido por revestimiento, fundido a baja presión o por gravedad, moldeo permanente o semi-permanente, apisonado por presión, fundido de troquel a alta presión o colado en molde de arena.

Mientras que las modalidades ilustrativas de la invención se describen en la présente, se apreciará que pueden concebirse numerosas modificaciones y otras modalidades por los experimentados en la técnica. Por lo tanto, se entenderá que las reivindicaciones anexas se pretende que cubran todas estas modificaciones y las modalidades que entran dentro en el espíritu y alcance de la presente invención. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada inv nción, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Una aleación fundida dé aluminio/ caracterizada porque consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; m nos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio.
2. 2. La aleación fundida de aluminio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el Cu está presente en menos que o igual a aproximadamente 2% y el Zn está presente en un intervalo de aproximadamente 3% a aproximadamente 5%.
3. 3. La aleación fundida de aluminio de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el Mg está presente en 0.55 a 0.65% y el Si tiene una concentración de aproximadamente 7%.
4. 4. La aleación fundida de aluminio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el Cu está presente en más de 2% y el Zn está presente en menos de aproximadamente 3%.
5. 5. La aleación fundida de aluminio de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el Mg está presente en 0.45 a 0.55% y el Si tiene una concentración de aproximadamente 7%.
6. 6. La aleación fundida de aluminio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene propiedades de esfuerzo aumentadas en comparación con los fundidos de la aleación de E357.
7. 7. Un fundido formado, caracterizado porque consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio.
8. 8. Un fundido formado de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque se trata con calor a una condición T5 o a una condición T6.
9. 9. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el Cu está presente en menos que o igual a aproximadamente 2%, en Zn está presente en un intervalo de aproximadamente 3% a aproximadamente 5%, el Mg está presente en 0.55 a 0.65% y el Si tiene una concentración de aproximadamente 7%.
10. 10. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque a altas temperaturas el fundido formado tratado con calor a la condición T6 tiene una resistencia a la tensión última de 10% a 20% mayor que los fundidos procesados de manera similar formados de la aleación E357.
11. 11. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las altas temperaturas oscilan de 100°C a 250°C.
12. 12. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el Cu está presente en más de 2%, el Zn está presente en menos de aproximadamente 3%, el Mg está presente en 0.45 a 0.55% en peso y el Si tiene una concentración de aproximadamente 7%.
13. 13. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque a altas temperaturas el fundido formado tratado con calor a la condición T6 tiene una resistencia a la tensión última de 20% a 30% mayor que los fundidos procesados de manera similar formados de la aleación E357.
14. 14. El fundido formado de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque estas altas temperaturas oscilan de 100°C a 250°C.
15. 15. Un método para elaborar un fundido de aleación de aluminio formado, caracterizado porque comprende: preparar una masa de metal fundido que consiste esencialmente de: 4%-9% de Si; 0.1%-0.7% de Mg; menos que o igual a 5% de Zn; menos de 0.15% de Fe; menos de 4% de Cu; menos de 0.3% de Mn; menos de 0.05% de B; menos de 0.15% de Ti; y el resto consiste esencialmente de aluminio; y formar un producto de aleación de aluminio de la masa de metal fundido .
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque formar el producto de la aleación de aluminio comprende colar la masa de metal fundido en un fundido de la aleación de aluminio por fundido por revestimiento, fundido a baja presión o por gravedad, moldeo permanente o semi-permanente, apisonado por presión, fundido de troquel, fundido direccional o colado en molde de arena.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende además preparar un molde con lingoteras y espejos; y colar la masa de metal fundido en el molde para formar el producto de la aleación de aluminio.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además tratar con calor el fundido a una condición T5 o a una condición T6.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el Cu está presente en más de 2%, el Zn está presente en menos de aproximadamente 3%, el Mg está presente de 0.45% a 0.55% y el Si está a una concentración de aproximadamente 7%.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el Cu está presente en menos que o igual a aproximadamente 2%, el Zn está presente en un intervalo de aproximadamente 3% a aproximadamente 5%, el Mg está presente de 0.55 a 0.65% y el Si tiene una concentración de aproximadamente 7%.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la masa de metal fundido comprende una masa de metal tixotrópico y la formación del producto de la aleación de aluminio comprende fundido o formación semisólido.