ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE ALUMINIO PARA AUTOMÓVILES
i Campo de la invención Esta invención| se refiere a partes o elementos estructurales vehiculares de aleación de aluminio y más i particularmente, se refiere a un método de fundición de aleaciones de aluminio para crear hojas que tienen adecuadas características de formación y a la formación de la hoja en elementos o partes estructurales para vehículos tales como tableros de instrumentos, paneles de piso, paneles de puertas, molduras de ventanas, ménsulas para radio, refuerzos para paneles, etc. !
Antecedentes de la invención En muchos casos, la fundición continua de aluminio fundido en placas utilizando fundidores de bandas gemelas, rodillos gemelos o bloques se ve favorecida sobre la fundición DC ya que una fundición continua puede resultar en ahorros de energía sustanciales y ahorros en costos de conversión totales en comparación con el método de fundición DC. En el proceso de fundición continua, metal fundido es introducido continuamente en un molde de avance y se produce una placa que puede ser formada continuamente en un producto de hoja que es colectado o devanado en una bobina. Sin embargo, la fundición continua no está exenta de problemas.
REF. :179863
Por ejemplo, se ha descubierto que la composición de la aleación y las etapas de procesamiento deben controlarse cuidadosamente para poder tener el nivel de capacidad de i formación para evitar que se hagan grietas durante la formación y aún tenerl las propiedades de resistencia necesarias en el producto final. Es decir, la aleación y el i procesamiento de la i misma deben ser cuidadosamente controlados para proporcionar una hoja que tenga la capacidad de formación adecuada ' para las etapas de fabricación necesarias para formar el producto final o partes I estructurales vehiculares. Si la aleación y etapas de procesamiento no son controladas, entonces en las etapas de I formación pueden ocurrir fracturas y las partes formadas tener que ser desechadas'. De esta manera, existe una gran necesidad por la selección de una aleación de aluminio, la fundición continua de la misma y métodos de procesamiento i mecánico térmico que proporcionen un producto de hoja que I tenga características i de formación y propiedades de resistencia que permitan, operaciones de formación tales como doblado, estampado, extracción profunda, estiramiento o engaste para sostener sujetadores durante la producción de partes o elementos estructurales para vehículos evitando al i mismo tiempo problemas , de fractura o agrietamiento, por ejemplo. , La fundición continua de aluminio fundido y placa i i I I
laminada producida a partir del mismo en un producto de hoja se describen en varias patentes. Por ejemplo, la patente de i E.U.A. No. 5,976,279 describe un proceso para fundir i continuamente aleaciones¡ de aluminio y composiciones de i aleación de aluminio mejoradas. El proceso incluye las etapas de templar continuamente la tira laminada fría en un i templador intermedio usando un calentador de inducción y/o templando continuamente ' la tira laminada caliente en un calentador de inducción.. La composición de aleación tiene propiedades mecánicas que pueden ser variadas selectivamente al variar el tiempo y temperatura de un templador de estabilización. i La patente de, E.U.A. No. 6,264,765 describe un método y aparato para fundir, laminar en caliente y templar aleaciones de aluminio dé tratamiento sin calor. El método y aparato comprende fundición continua, laminado en caliente y calentamiento inductivo en línea de la hoja de aluminio para obtener las propiedades mecánicas dentro de la tolerancia de especificación del producto laminado en caliente. La patente de,' E.U.A. No. 5,985,058 describe un proceso para fundir continuamente aleaciones de aluminio y composiciones de aleación de aluminio mejoradas. El proceso incluye la etapa de calentar la tira fundida antes, durante o después del laminado en caliente hasta una temperatura mayor que la temperatura de ' salida de la tira fundida de los
bloques de enfriamiento, La composición de aleación tiene un contenido de magnesio relativamente bajo pero posee superiores propiedades de resistencia. La patente de 'E.U.A. No. 5,993,573 describe un proceso para fundir continuamente aleaciones de aluminio y composiciones de aleación1 de aluminio mejoradas. El proceso i incluye las etapas de (á) calentar la tira fundida antes, durante o después del ' laminado en caliente hasta una temperatura más alta que ' la temperatura de salida de la tira fundida de los bloques de enfriamiento y (b) la I estabilización o retro-templado en un calentador de inducción i de la tira laminada fría producida a partir de la tira fundida . i La patente de! E.U.A. No. 5,833,775 describe una hoja de aleación de aluminio y un método para producir una hoja de aleación de aluminio. La hoja de aleación de aluminio es útil para formar cuerpos de recipientes estirados ! y planchados. La hoja tiene de preferencia una resistencia al relajamiento después de la cocción de por lo menos aproximadamente 37 ksi ¡y un alargamiento de por lo menos aproximadamente dos porj ciento. De preferencia, la hoja tiene también un estiramiento de menos de aproximadamente dos por ciento. i I La patente de E.U.A. No. 6,086,690 describe un proceso de producción dé un artículo de hoja de aleación de
aluminio de alta resistencia al relajamiento y ductilidad adecuado, en particular, j para usarse en la fabricación de paneles para automóviles: El proceso comprende fundir una aleación de aluminio no tratable con calor para formar una placa fundida, y someter la placa fundida a una serie de etapas de laminado para1 producir un artículo de hoja de calibre final, seguido de preferencia por el templado para causar la recristalización. Las etapas de laminado incluyen laminar en caliente y tibio la placa para formar un artículo de hoja intermedio de calibre intermedio, enfriar el artículo i de hoja intermedio y luego laminar en tibio y frío la hoja i intermedia enfriada hasta' un calibre final a una temperatura en la escala de la temperatura ambiente a 340°C para formar i el artículo de hoja. La serie de etapas de laminado se lleva a cabo continuamente sin bobinado intermedio o templado completo del artículo de¡ hoja intermedio. La invención se refiere también al artículo de hoja de aleación producido por el proceso. ¡ La patente de jE.U.A. No. 5,244,516 describe una placa de aleación de aluminio para discos superior en placabilidad Ni-P y capacidad de adherencia de capas plaqueadas y que tiene una alta lisura de superficie con un i mínimo de nodulos y microhoyuelos, la placa de aleación de aluminio comprende una aleación de aluminio que contiene como elementos esenciales Mg en una cantidad de más de 3% e igual
a o menor que 6%, Cu en1 una cantidad igual a o mayor que 0.03% y menos de 0.3%, y ' Zn en una cantidad igual a o mayor que 0.03% e igual a o menor que 0.4%, y como impurezas Fe en una cantidad igual a o menor que 0.07% y Si en una cantidad igual a o menor que 0.06% en el caso de fundición semi- i continua, o Fe en una cantidad igual a o menor que 0.1% y Si en una cantidad igual a o menor que 0.1% en el caso de fundición de tiras, y' que contiene también compuestos intermetálicos de fase Al-Fe, con el tamaño máximo siendo más I pequeño que 10 µm y el número de partículas mayores que 5 µm siendo de menos de 5 por '0.2 mm2, y compuestos intermetálicos de fase Mg-Si, con el tamaño máximo siendo más pequeño que 8 µm y el número de partículas mayores que 5 µm siendo de menos de 5 por 0.2 mm . La patente de E.U.A. No. 5,514,228 describe un método para fabricar material de hoja de aluminio que incluye laminar en caliente un. material de hoja de aleación de i aluminio, templado y tratamiento del mismo con calor en i i solución sin enfriamiento intermedio sustancial y | enfriamiento rápido. i A pesar de estas descripciones, existe una gran necesidad por la selección de aleación de aluminio y un método para producir partes o elementos para vehículos i utilizando un fundidor continuo, procesamiento mecánico térmico optimizado, para proporcionar adecuada resistencia y
niveles de capacidad de formación que permitan facilidad de formación en partes intrincadas sin agrietamiento. El término "capacidad de formación" cuando se usa en la presente es para describir la facilidad con la cual una hoja de metal puede ser configurada a través de deformación plástica. La capacidad de formación de un metal puede ser evaluada al medir la resistencia, ductilidad y la cantidad de deformación para causar fallas. El término "aluminio" cuando se usa en la presente i intenta incluir aluminio y sus aleaciones. El término "automotriz" según se usa en la presente i es para incluir partes para automóviles y otras partes o elementos vehiculares como los descritos en la presente y otras partes o elementos para transportes que tengan una estructura similar. Breve descripción de la invención Un objetivo de la invención es proporcionar un proceso mejorado y de bajo costo que incluya fundición continua y laminado para ¡producir continuamente productos de hoja de aluminio que tengan niveles de capacidad de formación adecuados . | i Otro objetivo de la invención es proporcionar un proceso que incluya fundir continuamente una placa y laminar la placa para crear un producto de hoja adecuado para usarse en la producción de partes vehiculares .
| Un objetivo más de la invención es proporcionar un proceso que emplee la fundición continua de aluminio fundido en una placa y laminar la placa en un producto de hoja para I satisfacer los requerimientos de formación, tales como doblez, estampado, estiramiento o estiramiento profundo de partes o elementos estructurales para vehículos. Y otro objetivo ímás de la invención es proporcionar un proceso mejorado parai producir un producto de hoja de 1 aluminio empleando un fundidor continuo para producir una placa, laminar continuamente la placa para producir un i producto de hoja y templar el producto de hoja para formar partes estructurales para ¡vehículos o elementos de panel que tengan sujetadores tales como sujetadores roscados unidos a los mismos al engastar el producto de hoja alrededor del sujetador. Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un proceso p|ara producir elementos vehiculares I tales como elementos de panel formados someros o profundos, i que incluya fundir continuamente una aleación de aluminio en una placa, laminar la placa para crear un producto de hoja y templar el producto de hoja crue tenga adecuados niveles de capacidad de formación, formar el producto de hoja en un i panel que tenga sujetadores roscados unidos al mismo por engaste para proporcionar ¡un elemento vehicular formado para su sujeción mecánica a elementos de soporte, por ejemplo.
También es un objetivo más de la invención proporcionar un proceso para fundir una aleación fundida que comprenda 2.7 a 3.6% en peso de Mg, 0.1 a 0.4% en peso de Mn,
0.02 a 0.2% en peso de Si, 0.05 a 0.30% en peso de Fe, 0.1% en peso máximo de Cu, 0.¡25% en peso máximo de Cr, 0.2% en j peso máximo de Zn, 0.15% en peso máximo de Ti, el resto i siendo aluminio, elementos accidentales e impurezas, fundir la aleación para crear una placa que sea laminada en caliente y templada para proporcionar un producto de hoja adecuado i para formarlo en una parte estructural vehicular o elemento i de marco en donde sea necesaria una adecuada capacidad de I formación. De acuerdo con 'estos objetivos, se proporciona un i proceso para producir partes o elementos estructurales de aluminio para vehículos a partir de una aleación de aluminio i fundida usando un fundidor continuo para fundir la aleación y crear una placa. El método comprende proporcionar una aleación de aluminio fundida que consiste esencialmente en I 2.7 a 3.6% en peso de Mg1, 0.1 a 0.4% en peso de Mn, 0.02 a 0.2% en peso de Si, 0.05 a 0.25% en peso de Fe, 0.1% en peso máximo de Cu, 0.25% en peso máximo de Cr, 0.2% en peso máximo de Zn, 0.15% en peso máximo de Ti, el resto siendo aluminio, i elementos accidentales ¡e impurezas, y proporcionar un fundidor continuo tal como un fundidor de banda para fundir continuamente la aleación de aluminio fundida. La aleación
de aluminio fundida es fundida para crear una placa que tiene partículas intermetálicas] que contienen Al-Fe, Al-Fe-Mn o
Mg2Si . La placa es laminada para crear un producto de hoja que luego es templado para proporcionar un producto de hoja que tiene una distribución sustancialmente uniforme o menos ! estriaciones de partículas intermetálicas para una capacidad de formación mejorada. Posteriormente, el producto de hoja I es formado en una parte o' elemento estructural vehicular tal como un elemento de panel para una puerta o cofre, por i ejemplo, que tenga sujetadores engastados al mismo. Como alternativa, la hoja laminada en caliente puede ser laminada en frío después del laminado en caliente, y luego templada antes de las etapas de formación. En otra modalidad más, la hoja' laminada en caliente puede ser templada o incluso homogeneizada y luego laminada en frío para crear un producto de hoja laminado en frío. El producto laminado en frío puede ser templado para proporcionar un producto adecuado para las diferentes etapas de formación. i Estos y otros objetivos se harán aparentes a partir de una lectura de la descripción y reivindicaciones anexas a la presente. i Breve descripción de las figuras La figura 1 es un esquema de un fundidor continuo, I molino de laminado en caliente y rollos de material de hoja.
La figura 2 es ¡ una gráfica de flujo que muestras etapas de la invención. I La figura 3 es una micrografía que muestra la microestructura de material fundido D.C. La figura 4 es una micrografía que muestra la microestructura de mate Irial de hoja formado mediante I fundición continua (FC) y laminado de acuerdo con la invención. | La figura 5 es un esquema de una puerta de ¡ escotilla posterior o compuerta de levantamiento de un vehículo. | La figura 6 es una vista lateral de un vehículo que muestra la puerta trasera abierta. La figura 7 es una vista en perspectiva que muestra elementos estructurales de una puerta de escotilla posterior separada. ¡ La figura 8 es ; una vista transversal que muestra i elementos estructurales engastados juntos. La figura 9 es un corte transversal de un sujetador roscado engastado en el metal. i
Descripción detallada de la invención Las partes o elementos estructurales para i vehículos, por ejemplo, 'de la invención, comprenden una aleación base de aluminio 'que contiene cantidades controladas
de magnesio, hierro, silicio y manganeso para la resistencia y capacidad de formación! requeridas en el producto de hoja producido por el proceso de fundición y termomecánico. Las cantidades totales de los elementos de aleación tienen que ser controladas para , satisfacer el requerimiento de i resistencia sin causar 'dificultades de fundición en el proceso. Además, la cantidad de elementos de aleación i también tiene que ser ' controlada para satisfacer los I requerimientos de capacidad de formación, especialmente la cantidad de hierro, manganeso y silicio. Partículas intermetálicas de Al-Fe, ¡Al-Fe-Mn o Mg2Si se forman durante la solidificación. Es decir, la distribución, tamaño y I cantidad de estas partículas intermetálicas después de laminar la placa fundida continua puede influenciar í drásticamente la capacidad de formación del material de hoja. Las partículas intermetálicas que contienen Al-Fe,
Al-Fe-Mn o Mg2Si se forman durante la solidificación. La distribución de estas partículas intermetálicas después del ! laminado de la placa de ,aluminio fundido en banda continua puede ser severamente estriada o rayada causando problemas de formación. En comparación, el material fundido de lingote de enfriamiento directo (D.C.) tiene una distribución más uniforme de partículas , intermetálicas proporcionando una i adecuada capacidad de formación. Las estriaciones de la estructura de las partículas intermetálicas causa
concentración de tensión durante la deformación plástica que deterioran la capacidad de formación del producto de hoja. Así, se desea que la hoja laminada de la invención tenga una distribución sustancialmente uniforme o menos estriaciones de i partículas intermetálicas ¡ para proporcionar una capacidad de formación mejorada. En consecuencia, la aleación base de aluminio consiste esencialmente en 2.7 a 3.6% en peso de Mg, 0.1 a
0.4% en peso de Mn, 0.02 a 0.2% en peso de Si, 0.05 a 0.3% en peso de Fe, 0.1% en peso ¡máximo de Cu, 0.25% en peso máximo de Cr, 0.2% en peso máximo de Zn, 0.15% en peso máximo de Ti, el resto siendo aluminio, i elementos accidentales e impurezas. De preferencia, el magnesio se mantiene en la escala de 2.8 a 3.3 o 3.5% en peso y el manganeso se mantiene de preferencia en la escala de 0.1 a 0¡.25 o 0.35% en peso. Además, de preferencia el hierro se mantiene en la escala de 0.05 ó 0.10 a 0.25% en peso, típicamente 0.05 a 0.2% en peso y el silicio se mantiene en la escala de 0.05 a 0.15% en peso. Las ¡ impurezas son de preferencia limitadas a no más de 0.05% en i peso cada una y la combinación de impurezas no debe ser mayor I que 0.15% en peso total. ' Así, se entenderá que usar una aleación de la composición anterior en ¡el proceso de la invención para formar elementos para automóviles que tengan las propiedades necesarias requiere de un i cuidadoso control de los elementos I I
de aleación en la aleación y la fundición de los mismos para evitar la formación • de estructuras de partículas intermetálicas adversas p| ¡ara la operación de formación. Es decir, se apreciará que en el presente proceso, existe gran I dificultad en equilibrar; todos los constituyentes en la aleación para resistencia y etapas de procedimiento i necesarias para formar ; un producto de hoja que tenga I propiedades deseables paira formarlo en el producto final evitando al mismo tiempo propiedades indeseables que lleven a i fractura o agrietamiento, ' por ejemplo, durante el proceso de I formación. i No sólo es importante tener elementos de aleación e ! impurezas en las cantidades controladas como las descritas en la presente, sino que la placa producida por fundición continua, la hoja formada , a partir de la placa y el elemento para automóviles fabricado a partir de la hoja deben prepararse de acuerdo con¡ etapas de método específicas para poder producir una hoja y partes o elementos estructurales para automóviles a partir de la misma que tengan las características deseables! Es decir, el proceso debe ser i controlado para producir un producto que tenga propiedades de capacidad de formación cas¡i como las de materiales fabricados de lingotes DC sin los impedimentos de costo del proceso de lingotes DC. ' Así, en referencia ahora a la figura 1, se muestra
una ilustración esquemática de un fundidor de banda 2 y molino de laminado para producir hojas adecuadas para formarse en partes o elementos estructurales para vehículos de acuerdo con la invención. En la figura 1, aluminio fundido 10 se proporciona en un alto o horno o réservorio 12. El aluminio fundido proveniente del reservorio 12 es dirigido a lo largo de la línea 14 a una artesa ; de colada 16 desde la cual es dosificado a través de una boquilla 18 dentro de un molde de avanzada creado por bandas revolventes 20 y 22 y bloques de i presa laterales (no mostrados) . Las bandas 20 y 22 son giradas por medio de rodillos 24. Metal fundido, por ejemplo, aluminio fundido], es solidificado para formar una placa continua 15 entre las bandas 20 y 22 las cuales son enfriadas usando spray refrigerante 26. El fundidor de bandas 2 se describe én las patentes de E.U.A. Nos.
3,864,973; 3,921,697; 4,648,438; 4, 940,076 y 4,972,900, incorporadas en la presente a manera de referencia como si se describieran específicamente. Boquillas mejoradas para un fundidor de bandas se describen en la patente de E.U.A. No.
,452,827, incorporada en la presente a manera de referencia. I Otro aparato dei fundición que puede usarse en la presente invención es un .fundidor de bloques en el que los bloques están conectados para formar bandas y está incluido i en la presente como un fundidor de bandas . Como se describe
con respecto al fundidor de bandas 2, una artesa de colada y boquilla se proporcionan para transferir metal fundido a las bandas de bloques del fundidor de bandas en donde ocurre la solidificación para proporcionar una placa solidificada 15 y los bloques son refrigerados para ayudar en la solidificación del metal fundido . Otro aparato que puede ser utilizado para fundir una tira o placa continua 15 es un fundidor de rodillos que incluye dos rodillos que .giran para proporcionar el molde de i avance continuo. Como en el fundidor de bandas, una artesa i de colada y boquilla se usan para transferir aluminio fundido al molde definido por los dos rodillos. De nuevo, los rodillos son normalmente refrigerados para ayudar en la solidificación del metal fundido para crear una tira o placa. i Los diferentes fundidores se describen en la patente de
E.U.A. No. 5,452,827. Mediante el uso del término "fundidor continuo" se intenta incluir todos estos fundidores. La aleación de ¡aluminio fundido de la invención es introducida en el fundidor en una escala de temperaturas de i aproximadamente 660°C a 715.5°C, típicamente 676.6 a 696°C, y sale del fundidor a una! temperatura en la escala de 399 a
621°C, típicamente 460 a ]510°C. Además, típicamente la placa continua que sale del fundidor de bandas tiene un espesor en la escala de 0.508 a 5.08 centímetros, por ejemplo 0.508 a 2.54 centímetros. Un 'espesor de placa típico para el
fundidor de bandas és aproximadamente 1.52 a 2.22 centímetros . La velocidad de fundición por bandas puede variar de 3.048 a 12.¡19 metros/minuto, dependiendo del espesor de la placa. ; Es importante adherirse a estas i condiciones de fundición para poder obtener microestructuras i con menos estriaciones o líneas de intermetálicos tales como
Al-Fe, Al-Fe-Mn o Mg2Si para propósitos de capacidad de formación y resistencia á la corrosión. Se debe notar que el material fundido DC normalmente tiene distribución adecuada o i I sustancialmente uniforme de partículas intermetálicas. Sin embargo, como se indicó antes, el material fundido DC tiene el problema de costos de i conversión más altos que la presente placa fundida continua;. De esta manera, la presente invención proporcionar placas fundidas continuas para ser ¡ configuradas en material de hoja con propiedades de fundición
DC casi similares para; obtener los ahorros en costos y conservar aún las propiedades deseables tales como capacidad de formación. i ! Luego de salir del fundidor, la placa 15 es i dirigida al molino de laminado 30 en donde es laminada para formar una tira laminada o producto plano 34 usando de preferencia un molino caliente. El molino caliente 30 comprende uno o más .pares de rodillos 32 opuestos que i reducen el espesor de la placa hasta una cantidad controlada I mientras pasa entre cada estructura de
!
rodillos. Tres conjuntos de estructuras o rodillos calientes se ilustran en la figura ¡1. Por ejemplo, una placa 15 que tenga un grosor de aproximadamente 0.508 a 2.54 centímetros podría ser reducida a un producto de hoja que tuviera un I espesor de aproximadamente 0.025 a 0.635 centímetros. i Típicamente, para partes estructurales de vehículos o varios elementos de panel el producto de hoja tendría un espesor en la escala de 0.050 a 0.254 o 0.508 centímetros, por ejemplo, dependiendo de la aplicación. La temperatura de la placa al i entrar en el molino caliente 30 típicamente estaría en la I escala de aproximadamente' 371 a 593°C, si no se añade calor. I Típicamente, la temperatura del producto de hoja que sale del molino 30 estaría en la ¡escala de 176.6 a 371°C. En otro aspecto de la invención, la placa proveniente del fundidor 3 puede ser calentada antes del laminado con calor (no mostrado en la figura 1) hasta una' temperatura de 426.6 a 593.3 °C para incrementar la temperatura de laminado antes del laminado con calor. Así, la placa que entre en el molino caliente puede tener temperaturas de aproximadamente 426.6 a 593.3 °C. El molino caliente 30 puede reducir el espesor de la placa aproximadamente 60 a 95% de su espesor original, con una reducción típica siendo de 75 a 95%. Dependiendo del uso final del producto de hoja, puede aplicarse calor a la tira o placa entre soportes calientes además de o en lugar de calentamiento antes del molino caliente. i
La temperatura de la hoja de aleación de aluminio que sale del molino caliente puede estar en la escala de aproximadamente 204 a 440°C, dependiendo de si hubo entrada de calor antes o durante el laminado en caliente. I Después del laminado en caliente, la tira laminada i caliente 34 puede tener ¿extura de deformación y estructura de grado deformada. La tira laminada en caliente puede tener una estructura de grano parcial o completamente recristalizada con una textura óptima dependiendo de entrada I de calor previa y reducción por laminado. Si la estructura permanece deformada y una] estructura de grano recristalizada es necesaria para el producto final, entonces el templado de la tira laminada en caliente 34 puede ser aplicada para promover la recristalización de las estructuras deformadas. i i Por ejemplo, es importante para aplicaciones automotrices que usen la aleación de aluminio de la invención tener una estructura de grano fina y completamente recristalizada con textura aleatoria para ! el propósito de formar partes automotrices de acuerdo ¡ con la invención. así, en la presente invención, se prefiere que la hoja laminada en caliente sea completamente templada a O-temple en el templador 40. La hoja laminada en caliente en la condición completamente templada puede tener una resistencia a la i tracción en la escala de| 28 a 35 ksi, una resistencia al relajamiento en la escala de 12 ó 13 a 17.5 ksi y un
alargamiento de más de 19%. En referencia a la figura 1, se observará en la I modalidad ilustrada que ¡ el producto de hoja laminada en ¡ caliente es dirigido a un templador continuo 40, usando un calentador tal como un calentador de inducción infrarrojo, solenoide o de flujo transversal. Aunque puede . usarse cualquier calentador continuo, se prefiere un calentador de inducción. El templado continuo también puede requerirse si el laminado en frío (no mostrado en la figura 1) de la tira i laminada caliente es necesario. Así, la tira laminada I caliente o fría puede ser templada continuamente en el templador 20 en una escala de temperaturas de 315.5 a 593.3°C en periodos de tiempo de 0.5 a 60 segundos para de esta forma I lograr una hoja completamente recristalizada que tenga granos finos y propiedades de capacidad de formación altamente deseadas. Sin embargo, ' se requiere cuidad para que el producto de hoja no sea ¡ sobre templado hasta el punto en donde ocurra una recristalización secundaria. La recristalización secundaria es el crecimiento de granos finos en granos gruesos indeseables que son dañinos para la i capacidad de formación. En lugar del templado continuo, la hoja laminada caliente puede ser templada intermitentemente. Es decir, la I hoja laminada caliente 42' es devanada en bobinas 48 ó 49. Estas bobinas son luego puestas en un alto horno y sumergidas I I
en una escala de temperaturas de 315.5 a 537.7°C durante 2 a 10 horas para proporcionar la hoja laminada en una condición completamente templada o de O-temple. Si la placa ha sido laminada en caliente hasta un calibre adecuado para su formación, entonces no es necesario un procesamiento término mecánico adicional y la hoja está en condición para las etapas de formación. Si la placa ha sido laminada en caliente hasta un calibre intermedio, entonces después del templado el material templado es sometido a laminado en frío i seguido por templado adicional para proporcionar una hoja en ¡ el 0-temple para operaciones de formación. i Después del laminado en caliente, la hoja o producto plano laminado en caliente puede dejarse enfriar antes de otras operaciones. Por ejemplo, después del laminado en caliente, con o sin templado y enfriamiento, la tira 42 resultante puede ser laminada en frío (no mostrado en la figura 1) hasta crear, un producto de hoja que tenga un calibre final . El laminado en frío puede llevarse a cabo al pasar la tira 42 a través de varios pares o soportes que comprendan un molino frío para proporcionar el laminado en I frío requerido para produbir el calibre final. El laminado en frío puede reducir el espesor de la tira 42 en 20% a 80% o i 90%. El calibre final puede variar de 0.0508 a 0.228 o incluso 0.508 centímetros, típicamente 0.0762 a 0.3048 centímetros, para aplicaciones automotrices. Se apreciará i I
que el laminado en frío', el cual es laminado a menos de 148.8°C, puede ser llevado a cabo en una línea de laminado en frío separada de la presente línea de fundición continua y laminado. ! Después del laminado en frío hasta el calibre final, el producto de hoja es sujeto a templado adicional para asegurar la textura cristalográfica requerida y ¡ estructura de grano necesaria para formarlo en el producto para automóviles final. t Después del laminado en caliente o templado la hoja
42 puede ser sujeta a un enfriamiento rápido continuo tal como en el enfriador de ¡agua fría 50 antes de operaciones adicionales. El enfriador de agua 50, si se usa y muestra después del templado, puede estar localizado en diferentes ubicaciones en el proceso. En referencia a ]la figura 2, se observará que en un proceso alternativo la hoja laminada en caliente templada puede ser sujeta a laminado en frío seguida por templado adicional antes de la formación. En una modalidad o proceso alternativo adicional, después del laminado en caliente, la hoja puede ser laminada én frío directamente seguida por el templado de la hoja laminada fría antes de ser formada en una parte o elemento estructural para vehículos. La hoja laminada en frío y templaída, a lo largo de la dirección de laminado, puede tener una resistencia a la tracción en la
escala de 28 a 35 ksi, una resistencia al relajamiento en la escala de 12 a 17.5 ksi ¡ y un alargamiento de más de 19%. Además, las bobinas de ¡calibre terminadas pueden pasar a I I través de una o una combinación de etapas antes del proceso de formación, tales como ' nivelado de tensión, asentamiento, pretratamiento de superficie, lubricación o corte a longitud. Como un ejemplo de las microestructuras deseables que tienen adecuadas características de formación de hojas de aluminio fundidas continuamente (CC) , se hace referencia a i las figuras 3 y 4. La figura 4 muestra la microestructura de i i aleación CC 5754 con química controlada mientras que la figura 3 muestra la de la hoja de aleación DC 5754 usada comercialmente. Ambas hojas miden 0.152 centímetros de espesor y están en la condición de 0-temple. Una inspección con microscopio electrónico de barrido de las partículas que se formaron durante la solidificación muestras que comprenden I
AL-Fe, Al-Fe-Mn y Mg2Si . ' La estructura de partículas de una hoja CC está distribuida; en forma sustancialmente uniforme I con sólo mínimas estriaciones o líneas mientras que las partículas intermetálicas de la hoja DC están distribuidas uniformemente. El tamaño' de partículas intermetálicas de un material CC varía de aproximadamente 0.1 a 7 µm mientras que i el de el material DC varía de aproximadamente 0.5 a 10 µm.
La fracción de área de partículas intermetálicas es de 0.43% para material CC mientras que la fracción de área es de 0.56%
para material DC. Asimismo, con la ruta de procesamiento óptima, la hoja CC tiene una estructura de grano más fina que la hoja DC. La medición Idel tamaño de grano muestra que el material CC tiene un tamaño de grano promedio de 16.6 µm mientras el material DC tiene un tamaño de grano promedio de I 17.8 µm. Así, se observará que con el control de la química y optimización de procesamiento, la tecnología de fundición continua puede producir microestructuras que sean similares a aquellas producidas por 'la tecnología de fundición DC y i proporciona entonces las propiedades de capacidad de i I formación requeridas por la industria automotriz, por ejemplo. i En referencia ahora a la figura 5, se ilustra una compuerta de levantamiento automotriz 100 provista como parte I de un vehículo utilitario' deportivo (SUV) . La compuerta de levantamiento comprende una porción metálica inferior 102 y una porción de marco de ventana 104 cubierta con vidrio. La compuerta de levantamiento 100 es montada al techo 108 del i SUV usando bisagras 106 y 1 es cerrada o asegurada al vehículo usando la manija 110. Generalmente, los lados 112, defensa 114 y techo 108 definen lá abertura cerrada por la compuerta de levantamiento. En i la figura 6, la compuerta de levantamiento 100 se muestra parcialmente abierta y soportada por el puntal 116. En comparación con el acero, una I compuerta de levantamiento fabricada a partir de una aleación
de aluminio de la invención puede dar como resultado ahorros de peso sustanciales que ¡ pueden ser de tanto como 9 kilos, dependiendo del vehículo., Además, puntales más livianos y i menos costosos pueden usarse para abrir y soportar la i compuerta de levantamiento, añadiéndose a los ahorros en peso. Se notará que el puntal 116 está sujetado a la compuerta de levantamiento 100 en 118 lo cual requiere que la i aleación de aluminio tenga adecuadas características de formación para sostener un sujetador roscado. La figura 7 muestra una vista despiezada de una estructura de compuerta de levantamiento automotriz que i comprende un panel exterior 120 y un panel interior 122 que están unidos periféricamente para proporcionar una estructura de compuerta de levantamiento de doble panel. Se apreciará i que puertas, cofres, salpicaderas y similares pueden emplear i el mismo tipo de construcción, es decir, paneles interiores y exteriores. Además, se observará de las figuras 7 y 8 que el i panel exterior 120 empleai una forma generalmente curveada y i lisa. También de la figura 7 se observará que la configuración del panel exterior 120 muestra al marco de ventana 104 como una parte integral de la porción inferior
102. En referencia además a la figura 7, se notará que el i panel interior 122 usa un: diseño más complicado que incluye I porciones cóncavas 124 y puede tener canales elevados y porciones abiertas (no mostradas) , particularmente cuando se
i use para puertas o cofres . El panel interior con sus porciones cóncavas y porciones elevadas sirve para incrementar la -resistencia a la flexión de la compuerta de levantamiento. Además, el panel interior o panel exterior puede ser configurado a partir de una sola hoja usando I estampado entre troqueles acoplables para proporcionar las características estructurales necesarias al ensamble de compuerta de levantamiento. Mientras que el panel exterior es relativamente liso y curvo, como se indicó, el panel interior normalmente será configurado para formar un canal
126 (figura 8) para proporcionar resistencia incrementada a la porción de marco de ventana. Se debe notar que el panel exterior 120 puede ser ¡formado de acero o, por ejemplo, aleaciones de aluminio AA6111 o AA5083, la composición de las ! cuales se proporciona en la publicación de la Asociación de
Aluminio titulada "International Alloy Designations and I Chemical Composition Limits for rought Aluminum and rought i Aluminum Alloys", fechada en enero de 2001, toda la cual está i incorporada en la presenté a manera de referencia como si se ] describiera específicamente. La figura 8 muestra un corte transversal de una compuerta de levantamiento que emplea el panel exterior 120 dobladillada o cosida al panel interior 122. De esta manera, el panel exterior 120 es relativamente liso y el panel i interior 122 tiene áreas hundidas y emplea un canal alrededor
del marco de ventana 104 para resistencia incrementada. La compuerta de levantamiento deriva su resistencia de la estructura doble o plural 'de los dos paneles formados. Los paneles formados pueden incluir puertas, cofres, puertas de cajuela, salpicaderas, pisos, ruedas y barras de refuerzo para < defensas y pueden ser formadas a partir de hojas planas de aleación de aluminio formadas entre troqueles acoplables para proporcionar una estructura tridimensional. La estructura doble o plural como la mostrada emplea costura o dobladillo periférico para í proporcionar el elemento estructural para vehículos; sin embargo, otros medios de unión pueden incluir soldadura, remachado, unión adhesiva y de esta manera los paneles i interiores y exteriores pueden ser unidos mediante cualquiera de estos métodos y eso se contempla. La costura o dobladillado mencionados se muestra en la figura 8 en donde el panel exterior 120 es dobladillado alrededor del panel interior 122. Así, el panel exterior 120 debe ser capaz de formarse o doblarse 180° sin agrietamiento en donde el radio i de flexión sea casi la mitad del espesor del metal. En algunos casos, el elemento estructural puede incluir una combinación de1 acero y aleación de aluminio, pero esta estructura no proporcionaría los mismos ahorros de peso. La aleación de la invención se requiere para tener una buena capacidad de formación por otra razón más. Es
decir, las bisagras 106 y puntales 116, por ejemplo, se prefiere que sean unidos a sujetadores roscados de acero. De esta manera, en 118 en donde el puntal 116 es conectado a la i compuerta de levantamiento 100, se prefiere usar un sujetador metálico tal como un sujetador de acero. En consecuencia, un i sujetador roscado 130 es engastado en el metal de hoja del panel interior como se muestra en la figura 9. El engaste debe ser de una severidad para jalar el metal de hoja I I alrededor del espaldón 132 del sujetador roscado sin formar grietas en el metal de hoja. El aseguramiento del sujetador roscado en el metal de hoja debe ser lo suficientemente apretado como para permitir atornillar un perno a través de un ojal en el puntal dentro del sujetador. El engaste de i esta manera obvia la soldadura y permite fácilmente la unión de aluminio a un sujetador roscado de acero para facilidad de fabricación. El engaste .es sensible a la aleación y si el contenido de hierro es i demasiado alto, el metal puede agrietarse durante la operación de engaste. Así, para propósitos de engaste, se: prefiere mantener el contenido de hierro en menos de 0.25%] en peso y de preferencia en la i escala de 0.05 a 0.1 a 0.2% en peso. De esta manera, ¡las partes o elementos vehiculares I de aleación de aluminio producidos de acuerdo con las prácticas anteriores proporcionan un material que tiene la resistencia y capacidad de formación para usarse como una
hoja vehicular o automotriz que pueda ser configurada en muchos elementos estructurales para automóviles. Todas las escalas proporcionadas en la presente intentan incluir todos IQS números dentro de la escala como si se describieran específicamente, por ejemplo, 1 a 5 incluiría 1.1, 1.2, 1.3, etc., o por ejemplo, 2, 3, 4. El siguiente ejemplo es más ilustrativo de la invención. I
Ejemplo Una aleación base de aluminio que contenía 3.267% I en peso de Mg, 0.201% en ! peso de Mn, 0.080% en peso de Si,
0.164% en peso de Fe, 0.020% en peso de Cu, 0.004% en peso de I Cr y 0.024% en peso de Zn fue alimentada a un fundidor de bandas gemelas a una temperatura de 682.2°C y solidificada I i para producir una placa de 2.22 centímetros de espesor que salía del fundidor a una i temperatura de 482.2°C. La placa I fue alimentada directamente en un molino de laminado en caliente de tres soportes | y laminada hasta un calibre final de 0.254 centímetros. La. temperatura de introducción de la placa al molino de ¡laminado en caliente fue de aproximadamente 437.7°C y la temperatura para salir del I molino fue de aproximadamente 271.1°C. La hoja laminada caliente fue devanada en una bobina. La bobina fue templada en un horno de templado a una temperatura de 387.7°C durante
cuatro horas. La bobina 'enfriada fue nivelada en tensión y cortada en el ancho requerido y luego a la bobina se le dio i un pretratamiento de superficie y se lubricó. El material tenía propiedades en la¡ dirección de laminado antes de formarla en partes automotrices de: resistencia a la tracción final de 32.8 ksi, resistencia al relajamiento de 15.5 ksi, alargamiento de 21.4%. Todas estas propiedades satisficieron el requerimiento identificado por Aluminum for Automotive Body Sheet Panels, publicado por La Asociación del Aluminio. El material fue formado en paneles estructurales interiores, y sujetadores roscados fueron engastados en la hoja con i inspección de calidad satisfecha. Así, la aleación puede ser fundida en un fundidor de bandas gemelas, laminada en un producto de hoja, estampada o configurada en una parte o elemento estructural para automóviles con suficiente resistencia y capacidad de' formación. Se observará que el fundidor continuo puede ser usado para producir una placa que pueda ser tratada termomecánicamente para formar un producto de hoja que tenga i las propiedades para formarlo en partes o elementos para automóviles. ! Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por¡ la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la i presente descripción de la ¡invención.