MX2012009353A - Aleacion de aluminio-cobre para fundicion. - Google Patents

Abstract

Una aleación de aluminio-cobre que comprende partículas sustancialmente insolubles las cuales ocupan las regiones interdendríticas de la aleación, proporcionada con titanio libre en cantidad suficiente para resultar en un refinamiento de la estructura de grano en la aleación de fundición.

Description

ALEACIÓN DE ALUMINIO-COBRE PARA FUNDICIÓN Campo de la Invención La invención se relaciona a la aleación de aluminio-cobre para fundición. La aleación de aluminio-cobre tiene una fuerza potencialmente más fuerte que otros sistemas de aleación de aluminio tales como las aleaciones de aluminio-silicio. Sin embargo, el uso de la aleación de aluminio-cobre para aplicaciones de alto rendimiento se ha limitado debido a su capacidad de fundición relativamente pobre comparada a las aleaciones de aluminio-silicio.

Antecedentes de la Inven ción La solicitud de la patente del Reino Unido 2334966A describe una aleación de aluminio-cobre en la cual las partículas sustancialmente insolubles, preferentemente de diboruro de titanio posiblemente de otros materiales tales como carburo de silicio, óxido de aluminio, diboruro de circonio, carburo de boro o nitruro de boro, ocupan las regiones interdendríticas de la aleación cuando se funde. S e esperaría que dichas partículas, que normalmente son duras y frágiles, resultaran en una reducción aceptable en la ductibilidad de la aleación de fundición, pero de hecho la investigación ha mostrado que se mantiene la buena ductibilidad, mientras las partículas cambian las características de solidificación de la aleación, eliminando la falta de homogeneidad de la composición en una macro escala y reduciendo la porosidad de contracción. Durante la solidificación de la aleación, las partículas de TiB2 llenan los espacios interdendríticos como el núcleo de las dendritas de aluminio y comienzan a crecer, y la presencia de las partículas de TiB2 restringe el movimiento del metal líquido restante a través de los canal es interdendríticos. Esto promueve un movimiento hacia la masa de alimentación, la cual reduce la aparición de tanto la porosidad de contracción interna como la porosidad de contracción de la superficie. Sin embargo, aunque el TiB2 es un refinador de grano conocido, el tamaño del grano se mantiene muy grande (por ej emplo hacia 1 mm) . Esta estructura de grano no refinado puede resultar en problemas con la fisuración en caliente, particularmente en fundiciones en arena, y también puede llevar a la formación de porosidad de contracción en fundiciones grandes de lento enfriamiento tales como aquellos producidas por fundición por cera perdida y fundición en arena.

El documento JP 1 1 1 99960 describe una aleación de aluminio idónea para hacer fundiciones de cabezas de cilindros, las cuales pueden contener titanio. Sin embargo, la aleación es una aleación de aluminio-silicio : fundamentalmente dichas fundiciones tiene una fluidez y capacidad de moldeo mucho más grandes que las aleaciones que contienen poco o nada de silicio, y no padecen del mismo nivel de fisuración en caliente o porosidad de contracción como las últimas al eaciones.

Breve Descripción de la Invención De acuerdo con un primer aspecto de la invención, una aleación de aluminio-cobre que comprende sustancialmente partículas insolubles que ocupan las regiones interdendríticas de la aleación se proporciona con titanio libre, en la medida en que en combinación con las partículas insolubles resulte en un refinamiento adicional de la estructura de grano en la aleación de moldeo, y facilite una mejoría consecuente tanto para las propiedades de capacidad de moldeo como las propiedades físicas de las mismas.

La aleación puede comprender al menos 0.01 % de titanio La aleación puede comprender hasta 1 % de titanio La aleación puede comprender hasta 0.50% de titanio La aleación puede comprender hasta 0. 1 5% de titanio (hipoperitéctica) La aleación puede comprender más de 0. 1 5 % de titanio (hiperperitéctica) La aleación puede comprender: Cu 3.0 - 6.0% Mg 0.0 - 1 .5% Ag 0.0 - 1 .5% Mn 0.0 - 0.8% Fe 0.0 - 1 .5% máx Si 0.0 - 1 .5% máx Zn 0.0 - 4.0% Sb 0.0 - 0.5 % Zr 0.0 - 0.5 % Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1 .0% Partículas insolubles hasta Al e impurezas inevitables Balance Las partículas insolubles pueden tener un tamaño de partícula de 0.5 µ?? o más grande. Puede ser de hasta 25 µ??. Preferentemente, el tamaño de particular puede ser de hasta 1 5 µ??, o hasta 5 µ??. Las partículas insolubles pueden estar presentes en al menos 0.5%, posiblemente hasta 20%.

La aleación puede comprender: Cu 4.0 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.0 - 0.5 % Mn 0.0 - 0.6% Fe 0.0 - 0.1 5% Si 0.0 - 0.1 5 % Zn 0.0 -¦ 1 .8 % Sb 0.0 -¦ 0.5% Zr 0.0 - 0.5 % Co 0.0 -¦ 0.5% Ti 0.01 - 1 .0% Partículas insolubles hasta 1 0% Al e impurezas inevitables B alance La aleación puede comprender: Cu 4.0 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.4 - 1 .0% Mn 0.0 - 0.6% Fe 0.0 - 0. 1 5% Si 0.0 - 0.15% Zn 0.0 -• 1 .8% Sb 0.0 -¦ 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 -1.0% Partículas insolubles hasta 10% Al e impurezas inevitables Balance Las partículas insolubles pueden estar presentes en un intervalo de 0.5% a 10%, o 1.5% a9%, o 3% a 9%, o 4% a 9%.

La aleación puede comprender: Cu 4.2- 5.0% g 0.2- 0.5% Ag 0.0- 0.85% Mn 0.0-• 0.4% Fe 0.0-• 0.15% Si 0.0- 0.15% Zn 0.0- 1.8% Sb 0.0-• 0.5% Zr 0.0-¦ 0.5% Co 0.0-¦ 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles 1.5- 9.0% Al e impurezas inevitables Balance La aleación puede comprender: Cu 4.2-5.0% Mg 0.2-0.5% Ag 0.0-0.85% Mn 0.0-0.4% Fe 0.0-0.15% Si 0.0-0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 -1.0% Partículas insolubles 4.0 - 9.0% Al e impurezas inevitables Balance puede comprender: Cu 4.2-5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.45 - 0.85% Mn 0.0 - 0.4% Fe 0.0-0.15% Si 0.0-0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 -1.0% Partículas insolubles 1.5 - 9.0% Al e impurezas inevitables Balance La aleación puede comprender: Cu 4.2 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.45 - 0.85% Mn 0.0 - 0.4% Fe 0.0-0.15% Si 0.0-0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1 .0% Partículas insolubles 4.0 - 9.0% Al e impurezas inevitables Balance Las partículas insolubles puede ser de un tamaño que está al menos en la región de una orden de magnitud más pequeña que un espacio de brazo dendrítico/tamaño del grano de la aleación sólida y ocupa las regiones intragranulares/interdendríticas de la aleación.

Las partículas pueden comprender partículas de diboruro de titanio. La aleación puede comprender 0.5% - 20% de partículas de diboruro de titanio.

La aleación puede comprender 0.5% - 10% de partículas de diboruro de titanio.

La aleación puede comprender 3 % - 7% de partículas de diboruro de titanio.

La aleación puede comprender 4% de partículas de diboruro de titanio.

La aleación puede comprender 7% de partículas de diboruro de titanio.

Dos de los aspectos mayores que han sido identificados como factores que llevan a la variabilidad de las propiedades mecánicas e integridad estructural en aleaciones basadas en aluminio-cobre, son la segregación de los elementos de aleación y la formación de porosidad interdendrítica particularmente esa que está conectada a la superficie.

La investigación de las aleaciones de aluminio-cobre para moldeo ha indicado que un factor importante que contribuye a la variabilidad de las propiedades del material de dichas aleaciones es el fluj o del material rico en soluto a través de intersticios entre los brazos de dendrita creados durante la solidificación.

Para prevenir o reducir que ocurran estos fenómenos, se han hecho adiciones de partículas solubles finamente divididas de modo sustancial de acuerdo a la invención. Normalmente se esperaría que la adición de dichas partículas, que normalmente son duras y frágiles, resultara en una reducción inaceptable en la ductibilidad de la aleación. Sin embargo la investigación llevada a cabo ha demostrado que se mantiene la buena ductibilidad como se verá en el ej emplo establecido a continuación.

La porosidad interdendrítica dispersa también es una característica de estas aleaciones debido a los problemas de contracción de solidificación de alimentación a través de los intersticios de dendritas . Este tipo de porosidad también causa una reducción en las propiedades mecánicas del material es decir la fuerza de tensión y la elongación y resistencia a la fatiga.

Se apreciará que, en la presente invención, la adición de partículas insolubles finamente divididas de modo sustancial cambie las características de solidificación de la aleación y no se apliquen como un mecanismo de endurecimiento directo para la aleación. La adición adicional de titanio en niveles variados resulta en una reducción importante en el tamaño del grano y además altera estos mecanismos de solidificación, en la manera descrita en lo sucesivo.

De acuerdo a otro aspecto de esta invención, proporcionamos un método para hacer una fundición que comprende la fase de fundir la aleación de aluminio-cobre que comprende: Cu 4.0 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5 % Ag 0.0 - 1 .0% Mn 0.0 - 0.6% Fe 0.0 - 0. 1 5% Si 0.0 - 0.1 5 % Zn 0.0 - 1 .8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5 % Ti 0.01 - 1 .0% Al e impurezas inevitables B alance Con 0.5 - 1 0% de partículas insolubles, y vertiendo la aleación resultante en un molde.

De acuerdo a otro aspecto de la invención proporcionamos una fundición hecha de una aleación, o por medio de un proceso, de esta invención.

Breve Descripción de las Figuras La invención ahora será descrita por medio de un ej emplo con referencia a los dibuj os que lo acompañan, en donde; Figura 1 es una vista esquemática del molde de fundición de prueba de pieza.

Figura 2 es una vista esquemática de la fundición resultante.

Figura 3 es un esquema de la fundición resultante cuando se secciona para examen microscópico .

Figura 4 a, b, c son imágenes microscópicas que muestran la reducción en el tamaño del grano con niveles crecientes de titanio 0.02 % en peso*, 0. 1 5 % en peso*, 0.44 % en peso*.

Figura 5 a, b, c son imágenes microscópicas ópticas que muestran la alteración en microestructura con % peso creciente de titanio 0.02 % en peso*, 0. 1 5 % en peso*, 0.44 % en peso*, respectivamente.

Figura 6 a, b, c ilustran respectivamente, en una escala alargada, la micro estructura de aleaciones con cantidades crecientes de titanio.

Figura 7 a, b ilustra el efecto sobre la micro estructura alcanzada controlando la tasa de enfriamiento de las fundiciones.

Nota* Todos los porcentaj es de peso citados en esta sección son figuras medidas y por lo tanto están suj etas a un error estándar. El análisis composicional se realizó por la espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplada de modo inductivo y está suj eta a un error estándar de ±2% sobre la figura alcanzada.

Descripción Detallada de la Invención De acuerdo a la invención una aleación comprende*: Cu 4.35 % Mg 0.42% Ag 0.70% Mn 0.01 % Fe 0.01 % Si 0.07% Zn 0.01 % Ti 0.02% TiB2 4.80% Aleación A denotada se fundió de modo convencional.

La aleación se fundió en un a molde de arena depositado en resina; la configuración del molde está detallada en la figura 1 . La pieza de prueba se vertió directamente del crisol en una temperatura de 850°C y así se permitió que la fundición resultante se solidificara en el aire. La fundición resultante, figura 2 , se seccionó como se describe en la figura 3 y la superficie A, marcada sobre la figura 3 , se molió usando papel de molienda de carburo de silicio 120- 1200 polvo y se pulió usando compuesto de diamante y sílice coloidal. La superficie resultante entonces se grabó usando el reactivo Kellers y se formaron imágenes usando macroscopía y microscopía óptica.

Las aleaciones de composición similar comprenden Cu 4.29% Mg 0.49% o Ag 0.75% o Mn 0.0% Fe 0.01 % Si 0.05% Zn 0.01 % Ti 0. 1 5% TiB2 4.89% Aleación B denotada y Cu 4.42% Mg 0.26% Ag 0.78% Mn 0.01 % Fe 0.01 % Si 0.04% Zn 0.01 % Ti 0.44% TiB2 4.58% Aleación C denotada se hicieron de forma similar de acuerdo a la invención Como puede verse de las composiciones anteriores, estas aleaciones, de acuerdo a la invención, contuvieron entre 1 -9 % de partículas de diboruro de titanio. Estas partículas tuvieron un tamaño que se encuentra en el intervalo de 0.5- 1 5 micrones. En el ejemplo anterior el tamaño del grano de la aleación se encontró que estaba entre 40 y 200 µ?? y el tamaño de partícula de diboruro de titanio se encuentra en el intervalo de 0.5 - 1 5 µp?; de este modo las partículas fueron aproximadamente un orden de magnitud más pequeño que el tamaño del grano . Cuando se compararon las tres fundiciones tanto en macro escala como en micro escala la reducción relativa del tamaño del grano con nivel creciente de titanio se observa claramente.

La figura 4a muestra, en una macro escala, la estructura del grano en la fundición de la aleación A. La figura 4b muestra, en la misma escala, la estructura de grano de la fundición de la aleación B , y la figura 4c muestra la estructura de grano en la fundición C . La reducción relativa en el tamaño del grano con el nivel creciente de titanio es claramente visible. Las Figuras 5a, 5b y 5 c ilustran la estructura de grano alcanzada en las tres aleaciones, en una micro escala.

Aleación A, que contiene 0.02%* de titanio exhibe una estructura dendrítica granulada equiaxial relativamente gruesa, vea figura 5 a.

Aleación B que contiene 0.1 5%* de titanio exhibe una estructura refinada de grano con algunos brazos de dendrita primarios aún visibles, vea figura 5b .

Aleación C que contiene 0.44%* de titanio que exhibe una estructura completamente homogénea refinada de grano, vea figure 5 c.

Este efecto del incremento del % peso del titanio tiene un efecto en los mecanismos de solidificación y la estructura solidificada de la aleación. Estos mecanismos de solidificación alterados ocurren debido a la interacción de refinamiento de grano potenciado (un resultado de la actividad TiB2 y o TiAl3), y partículas 'empuj adas' de TiB2 inactivas . Esta interacción resulta en una tendencia vastamente reducida para la aleación de fisura en caliente, un efecto de tasa de enfriamiento minimizada sobre el tamaño del grano y consecuentemente propiedades mecánicas más consistentes a través de las secciones de grosor variable, término de la superficie mej orado, y, también permite una reducción importante en el nivel de metal de alimentación requerido para producir una fundición de sonido.

La adición de efectos de titanio libre afecta a la aleación de dos maneras, dependiendo de la cantidad de titanio agregado.

En primer lugar, l as adiciones de titanio debajo de 0. 1 5 % en peso están en la región hipoperitéctica; esto significa que debaj o de este nivel las partículas TiAI3 no se formarán en el aluminio fundido. Sin embargo la teoría de nucleación de grano sugiere que en los niveles hipoperitécticos una atómicamente capa delgada, similar en estructura a TiAl3 se forme en la superfici e de las partículas de TiB2, y esto facilite la nucleación de a-aluminio . Es por medio de este mecanismo que la adición de TiB2 a las fundiciones de aluminio resulte en refinamiento de grano, ya que las partículas de TiB2 actúan como sitios de nucleación heterogénea para granos de a-aluminio . La eficiencia de estas partículas se cree que está en la región de 1 -2% de este modo sólo un número relativamente pequeño de partículas de hecho inicia un grano; las partículas restantes se empuj an a los límites del grano por medio de los granos de aluminio que crecen.

De este modo, en una aleación de acuerdo a la invención, la adición de niveles hipoperitécticos de titanio a la fundición esencialmente activa las partícul as de TiB2 presentes en la aleación. Más que l as partículas de TiB2 solamente siendo usadas para afectar el fluj o del metal líquido sirven el propósito doble de refinar la estructura del grano de la aleación también influenciando el fluj o del metal líquido y los mecanismos de alimentación. Donde se agrega TiB2 sol amente como un refinador de grano el nivel de adición es tan baj o como 0.004 % en peso e incluso en estos niveles, la eficiencia de la nucleación es de 1 -2%. En una aleación de acuerdo a la invención, los niveles TiB2 pueden ser más altos de este modo hay una vasta cantidad de partículas de TiB2 que se mantiene inactivas y estas partículas son empuj adas por los granos que crecen a las regiones intergranulares durante la solidificación. Este empuj e de partículas acoplado con el refinamiento de grano observado de la adición de los niveles hipoperitécticos de titanio resulta en beneficios importantes, como sigue: Un tamaño de grano más fino resulta en unidades de célula individual más uniformes y en la solidificación esto facilita el movimiento a la alimentación de masa observada en la aleación. Las aleaciones de aluminio contractan en la solidificación; esto es normalmente facilitado por el flujo de metal líquido a través de las regiones interdendríticas, y en las áreas que no pueden ser alimentadas por el metal líquido en los vacíos de forma de contracción conocidos como poros de contracción. Los principios de alimentación de masa trabaj an en la base de que debido a la presencia de las partículas de TiB2 en las regiones interdendríticas hay suficiente resistencia al fluj o de metal líquido que la aleación es forzada a alimentar por movimiento de volumen de la aglomeración de líquido/sólido/partícula. Esto solo puede ocurrir en un periodo sostenido si la distribución de las partículas es muy homogénea lo cual sólo puede ser garantizado si el tamaño del grano es pequeño y uniforme.

Este uso doble de las partículas de TiB2 tanto como refinador de grano como un modificador de solidificación/alimentación mejora de manera importante la resistencia a la porosidad de contracción y fisuración en caliente y también da más homogéneo como estructura de fundición.

La distribución homogénea de las partículas de TiB2 a través de la estructura solidificada también permite más propiedades mecánicas consistentes y la retención de elongación. Una estructura de grano fino permite que TiB2 sea más ampliamente e incluso a través de la estructura solidificada, si este no fuera el caso entonces las partículas de TiB2 se agruparían juntas y como una cerámica frágil facilitaría el crecimiento de la fisura a través de la aleación reduciendo la ductibilidad de manera importante.

El cambio de la alimentación dendrítica a la masa tiene implicaciones muy importantes en términos del diseño y alimentación del sistema de ej ecución del componente. Uno de los grandes problemas con las aleaciones de aluminio-cobre previamente conocidos es que para obtener una fundición de sonido la fundición debe alimentarse con una cantidad grande de metal de alimentación líquido, y como consecuencia las producciones de material son muy baj as. Esto impacta en gran medida la efectividad del costo de la aleación, con grandes cantidades de metal virgen siendo fundidos para producir componentes relativamente más pequeños. El movimiento a la alimentación de masa le permite reducciones más grandes en los requisitos de alimentación que mej oran la eficiencia en términos del uso del material y la producción de energía por fundición.

Sin embargo en esta concentración de refinamiento se encontró que el grano de titanio era altamente dependiente de l a tasa de enfriamiento . El engrosamiento de grano puede ocurrir en regiones de enfriamiento lento con la estructura celular volviéndose más globular y como dendrita, esto puede afectar negativamente a la aleación haciéndola más susceptible a los problemas tales como fisuración en caliente y también negando los requisitos de alimentación de metal reducido. Por lo tanto una aleación de acuerdo a la invención con este intervalo Ti es más idónea para los sistemas enfriados de manera más rápida; por ej emplo fundi ción a presión.

Arriba de 0. 1 5 % en peso de titanio libre la aleación se vuelve hiperperitéctica con respecto al contenido de titanio . Arriba de este nivel las partículas de TiAl3 pueden formarse en la fundición de aluminio. La adición de niveles hiperperitécticos de titanio a la aleación resulta en una disminución inesperada adicional en el tamaño del grano y además alteraciones extremadamente importantes al comportamiento de la solidificación del material . Generalmente la adición de niveles hiperperitécticos de titanio a una aleación que ya contiene 4-5 % en peso de TiB2 se esperaría que tenga un poco de efecto adicional en el refinamiento del grano, pero de acuerdo a la invención que no sólo los efectos combinados tanto de TiB2 como de TiAl3 reduj eron el tamaño del grano también tuvo un efecto importante sobre la solidificación y los mecanismos de alimentación, con las mejorías resultantes en la capacidad de fundición.

La adición de titanio en esta región hiperperitéctica permite la formación de partículas TiAl3, las cuales forman en el pocilio de fundición de aluminio arriba de los líquidos. T1AI3 ha demostrado ser un refinador de grano más potente queTiB2, de este modo en el metal líquido previo a la solidificación hay un vasto número de partículas TiAl3 suspendidas junto con partículas de TiB2. En la solidificación las partículas T1 AI 3 fácilmente nuclean un número muy grande de granos de aluminio, el crecimiento de grano es inhibido por las partículas de TiB2 mientras son empuj adas a los límites del grano. Ya que con TiB2 no cada partícula TiAl3 nucleará un grano, sin embargo a diferencia de TiB2 las partículas TiAl3 son envueltas por el frente de crecimiento de avance más que empuj adas, esto es crítico manteniendo la ductibilidad de la aleación. La formación de T1AI3 en la fundición resulta en una reducción adicional en el tamaño del grano cuando se compara con la adición de titanio hipoperitéctico y permite que los granos extremadamente finos se formen en tasas de enfriamiento altas. Sin embargo de manera más importante permite la formación de estructuras altamente refinadas de grano incluso en secciones enfriadas de manera lenta. El refinamiento del grano sigue siendo una función de la tasa de enfriamiento pero el nivel alto de refinamiento del grano significa que incluso en tasas de enfriamiento lento el tamaño del grano es lo suficientemente fino para permitir que ocurra la alimentación de masa. De este modo, con la adición de titanio hiperperitéctico no solo los granos observados previamente en la aleación hipoperipéctica pueden llevarse tanto a las técnicas de fundición en arena y el fundición con cera perdida, de hecho además facilitan ahorros en términos de metal de alimentación, resultando en incrementos de producción de metal e incrementos en la eficiencia de material y energía.

Los efectos anteriores sobre la estructura del grano se ilustran en las figuras 5 a, b y c, y también en la figura 6. La Figura 6a ilustra la micro estructura de la aleación en muy baj o titanio libre % en peso aunque la estructura es equiaxial y muestra algo de evidencia de que en el refinamiento del grano el nivel del refinamiento es muy baj o . La Figura 6b muestra la estructura hipoperitéctica con hasta 0. 1 5 % en peso de titanio libre. En la figura 6b TiB2 puede observarse en el centro de los granos de aluminio y no hay partículas de aluminide presentes que indiquen que la aleación está debajo del umbral peritéctico. La figura 6c muestra que desde 0. 1 5 % en peso de titanio hasta 1 .0 % en peso de titanio, T1A L3 puede observarse en el centro de los granos de aluminio indicando que el nivel de titanio está arriba del umbral peritéctico y que los aluminuros ahora actúan como partícul as de nucleación.

La adición de titanio permite un amplio intervalo de tamaños de granos recién colados dependiendo de la tasa de enfriamiento. Las figuras 7a y 7b respectivamente ilustran, en la figura 7a, una excepcionalmente estructura de grano fino la cual puede lograrse cuando al tasa de enfriamiento es extremadamente alta, mientras que la figura 7b ilustra una estructura de grano más grueso cuando la tasa de enfriamiento es más baj a; estas aleaciones contienen niveles hipoperitécticos de titanio .

En general, como se explicó anteriormente la cantidad de titanio libre necesario para refinar la estructura de grano en la aleación de fundición y facilitar el movimiento para la alimentación de masa está relacionada a la tasa de enfriamiento de una fundición hecha de la aleación. En general, para las fundiciones de tamaño comparable una a la otra, la fundición en arena convencional y el fundición con cera perdida requieren niveles de titanio arriba del umbral peritéctico debido a las inherentemente tasas de enfriamiento baj as. Sin embargo los procesos de fundición de tasa de enfriami ento más alta como la fundición a presión y la fundición en arena pesadamente enfriada usando niveles hipoperitécticos de titanio libre.

La magnificación del fenómeno de alimentación de masa observado en el intervalo de titanio hipertéctico permite reducciones importantes en el material de alimentación requerido para producir una fundición sólida. Generalmente las aleaciones de aluminio requieren reservas grandes de metal líquido para suministrar la fundición solidificante y contractante; si un área es aislada de un suministro de metal líquido, se forma porosidad para compensar el cambio volumétrico mientras que la fundición solidifica y contracta. Si la estructura es alimentación de masa y la fundición se vuelve una estructura coherente en un paso mucho más temprano en el proceso de solidificación y, a lo largo de la solidificación, no hay movimiento interdendrítico de metal líquido entonces hay muy poca probabilidad de que se origine porosidad de contracción.

El resultado práctico de esto en la fabricación de fundición es que la producción de una fundición o fundiciones de una cantidad dada de metal mej ora en gran medida, es decir, se incrementa el número de componentes dados que puede fundirse de una cantidad particular de metal. Esto resulta en ahorros de costo y energía, tanto en la producción de fundiciones y en el proceso después de la fundición de los componentes.

Además, la reducción en el tamaño del grano y la transformación de de una dendrítica a una estructura celular resulta en una reducción de tanto la superficie relacionada y, críticamente, porosidad de contracción, interna. Esto afecta directamente el desempeño de la fatiga del molde de componentes de la aleación, ya que la porosidad es uno de los factores más perjudiciales para la resistencia a la fatiga. Los poros actúan como puntos de iniciación en especímenes cargados de fatiga, y también afecta la propagación de la fisura y falla final, actuando como concentradores de tensión y reduciendo el área de soporte de carga.

En esta especificación: Todas las composiciones están expresadas en porcentaje por peso: En la frase "partículas insolubles", o "insoluble" nos referimos a las partículas que son al menos sustancialmente insolubles en la aleación; por "partículas" nos referimos a las partículas de metal, o de compuesto inter metálico o material de cerámica. Las partículas pueden comprender, por ej emplo, diboruro de titanio o carburo de silicio, óxido de aluminio, diboruro de circonio, carburo de boro o nitruro de boro : Aunque solo una composición de aleación específica de la modalidad de la invención se ha descrito anteriormente a modo de ej emplo, otras composiciones de aleación son referidas y reivindi cadas en la presente, y una modalidad de la invención puede tener una composición de aleación, una composición de partícula, un tamaño de partícula, un contenido de partícula etc. como se describe en cualquier parte de esta especificación.

Cuando se usa en esta especificación y reivindicaciones, los términos "comprender" y "que comprende" y variaciones de los mismos se refieren a que se incluyen las características especificadas, pasos o enteros. Los términos no deben interpretarse para excluir la presencia de otras características, pasos o componentes .

Las características descritas en la descripción precedente, o las siguientes reivindicaciones, o los dibuj os que la acompañan, expresados en sus formas específicas o en términos de medios para desempeñar la función descrita, o un método o proceso para l a consecución del resultado descrito, como apropiado, puede, separadamente, o en cualquier combinación de dichas características, utilizarse para realizar la invención en diversas formas de los mismas.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1 . Una aleación de aluminio-cobre para fundición, caracterizada porque comprende sustancialmente partículas insolubles que ocupan las regiones interdendríticas de la aleación, proporcionada con titanio libre en cantidad suficiente para resultar en un refinamiento de la estructura del grano en la aleación de fundición. 2. Una aleación de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque comprende al menos 0.01 % de titanio. 3. Una aleación de conformidad con la reivindicación 1 o reivindicación 2 caracterizada porque comprende hasta 0. 1 5% de titanio. 4. Una aleación de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque comprende una cantidad hiperperitéctica de titanio . 5. Una aleación de conformidad con la reivindicación 4 caracterizada porque comprende hasta 1 % de titanio. 6. Una aleación de conformidad con la reivindicación 4 caracterizada porque comprende hasta 0.5 % de titanio . 7. Una aleación de aluminio-cobre caracterizada porque comprende: Cu 3.0 - 6.0% Mg 0.0 - 1.5% Ag 0.0 - 1.5% Mn 0.0 - 0.8% Fe 0.0 - 1.5% Si 0.0 - 1.5% Zn 0.0 - 4.0% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles hasta 20% Al e impurezas inevitables Balance Una aleación caracterizada porque comprende Cu 4.0 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.0 - 0.5% Mn 0.0 - 0.6% Fe 0.0 - 0.15% Si 0.0 - 0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles hasta 10% Al e impurezas inevitables Balance 9. Una aleación caracterizada porque comprende: Cu 4.0 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.4 - 1.0% Mn 0.0 - 0.6% Fe 0.0 - 0.15% Si 0.0 - 0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01¦ - 1.0% Partículas insolubles hasta 10% Al e impurezas inevitables Balance 10. Una aleación caracterizada porque comprende: Cu 4.2 -5.0% Mg 0.2 -0.5% Ag 0.0 -0.85% Mn 0.0 - 0.4% Fe 0.0-0.15% Si 0.0-0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles 1.5 - 9.0% Al e impurezas inevitables Balance 11. Una aleación caracterizada porque comprende: Cu 4. .2 - 5.0% Mg 0. .2 - 0.5% Ag 0. .0 - 0.85% Mn 0. .0 - 0.4% Fe 0. .0 - 0.15% Si 0. .0 - 0.15% Zn 0. .0 - 1.8% Sb 0. .0 - 0.5% Zr 0. .0 - 0.5% Co 0. .0 - 0.5% Ti 0. .01¦ - 1.0% Partículas insolubles 4. .0 - 9.0% Al e impurezas inevitabl Una aleación caracterizada porque comprend Cu 4.2 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.45 - 0.85% Mn 0.0 - 0.4% Fe 0.0 -0.15% Si 0.0 -0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles 1.5 - 9.0% Al e impurezas inevitables Balance 13. Una aleación caracterizada porque comprende: Cu 4.2 - 5.0% Mg 0.2 - 0.5% Ag 0.45 - 0.85% Mn 0.0 - 0.4% Fe 0.0 - 0.15% Si 0.0 - 0.15% Zn 0.0 - 1.8% Sb 0.0 - 0.5% Zr 0.0 - 0.5% Co 0.0 - 0.5% Ti 0.01 - 1.0% Partículas insolubles 4.0 - 9.0% Al e impurezas inevitables B alance 14. Una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 1 3 caracterizada porque comprende una cantidad hiperperitéctica de titanio. 1 5. Una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las partículas insolubles son de un tamaño el cual está al menos en la región de un orden de magnitud más pequeño que el espacio del brazo dendrítico/tamaño del grano de la aleación sólida, y ocupa las regiones interdendrítica/intragranular de la aleación. 1 6. Una aleación de conformidad con la reivindicación 15 caracterizada porque las partículas insolubles tienen un tamaño de partícula que se encuentra en el intervalo de 0.5 a 25 µ??. 1 7. Una aleación de conformidad con la reivindicación 1 5 caracterizada porque el tamaño de la partícula se encuentra en el intervalo de 0.5 a 15 µ??. 1 8. Una aleación de conformidad con la reivindicación 15 caracterizada porque el tamaño de la partícula se encuentra en el intervalo de 0.5 a 5 µ??. 1 9. Una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende 0.5% de las partículas insolubles. 20. Una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 4 a 7 caracterizada porque comprende hasta 20% de partículas insolubles. 21 . Una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las partículas comprenden partículas de diboruro de titanio . 22. Una aleación de conformidad con la reivindicación 21 caracterizada porque comprende 0.5 % - 10% de partículas de diboruro de titanio. 23. Una aleación de conformidad con la reivindicación 21 caracterizada porque comprende 3% - 7% de partículas de diboruro de titanio. 24. Una aleación de conformidad con la reivindicación 21 caracterizada porque comprende 4% de partículas de diboruro de titanio. 25. Una aleación de conformidad con la reivindicación 21 caracterizada porque comprende 7% de partículas de diboruro de titanio . 26. Un método para hacer una fundición, caracterizado porque comprende fundir una aleación de aluminio-cobre de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores e introduciendo la aleación resultante en un molde. 27. Un método de conformidad con la reivindicación 26 caracterizado porque comprende controlar la tasa de enfriamiento de la aleación en el molde. 28. Un método de conformidad con la reivindicación 27 caracterizado porque la aleación es como se reivindica en la reivindicación 3 o cualquier reivindicación anexa a la misma, y la fundición es hecha por fundición a presión u otras técnicas de solidificación rápida. 29. Un método de conformidad con la reivindicación 27 caracterizado porque la aleación es como se reivindica en la reivindicación 4, 14, o cualquier otra reivindicación anexa a la misma, y la fundición se hace por fundición en arena o fundición con cera perdida. 30. Una fundición hecha de una aleación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 o por un método de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29.