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PROCESO Y PRODUCTO DE FUNDICION CAMPO DE LA INVENCION. La presente invención está relacionada en forma general con procesos de fundición y aleaciones de fundición. Más particularmente la presente invención está relacionada con una aleación de aluminio para usarse con una técnica de fundición a alta presión. ANTECEDENTES DE LA INVENCION. Es común en la industria de la fundición el producir productos que requieran una alta fortaleza, resistencia al desgaste, dureza, y/o ductilidad, usando aleaciones de aluminio, tales como la 356 secundaria y A356.2 junto con procesos de fundición de molde de gravedad permanente (GPM por sus siglas en inglés). La técnica de fundición GPM involucra el calentar un metal y vaciar el metal fundido en moldes de metal permanentes mientras que se permite que la gravedad actúe para llenar la cavidad del molde con metal fundido. La principal diferencia entre la fundición con molde permanente y la fundición a presión convencional, la cual comprende usar altas presiones y altas velocidades de fundición, consiste en que el metal fundido es simplemente vaciado sin usar ningún tipo de fuerzas mecánicas externas, en lugar de ser inyectado a un molde, como es hecho con la fundición a presión convencional. Típicamente, los productos fabricados con la técnica de fundición GPM tienden a tener una mayor fortaleza y son menos porosos que los productos hechos con la fundición a presión convencional. Las propiedades mecánicas de un producto no dependen solamente de la técnica de fundición utilizada, también depende de la aleación para fundición que se utilice. Las aleaciones de aluminio son comúnmente usadas en la industria de la fundición debido a que se pueden adaptar a muchos de los métodos de fundición usados más comúnmente, pueden ser moldeadas rápidamente en moldes o prensas y tienen una alta resistencia a la corrosión. Las aleaciones de aluminio como material de fundición, también proveen una buena fluidez, es decir, la mayoría de la aleación fluye fácilmente. Esto es particularmente importante debido a que si el metal, cuando se encuentra en estado derretido, no fluye a una taza insuficiente para llenar la cavidad del troquel o molde 2 antes que el metal fundido se solidifique, entonces habrá dificultades para llenar, por ejemplo, secciones estrechas del molde o troquel. Adicionalmente, las aleaciones de aluminio tienen relativamente bajos puntos de fusión. Por consiguiente, la cantidad de calor requerido para derretir aleaciones de aluminio es menor que el calor requerido para algunos otros metales, y por lo tanto, el costo de producir aleaciones de aluminio es menor. Además, hay una cantidad menor de calor que transferir de la aleación de aluminio fundido hacia el molde. Como resultado, el ciclo de tiempo requerido para fundir una aleación de aluminio es reducido. Adicionalmente, la vida útil del molde se incrementa al utilizar aleaciones de aluminio debido a que los moldes son sujetos a un menor estrés de calor. En particular, las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 son comúnmente usadas con la técnica de fundición GPM para fabricar productos que requieren una alta fortaleza, resistencia al desgaste, dureza y/o ductilidad. Las químicas de las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 son las siguientes: 357 A356.2
Porcentaje Porcentaje Elemento Elemento de peso de peso Silicón 6.5-7.5 Silicón 6.5 - 7.5 Hierro 0.12 Max Hierro 0.6 max Manganeso 0.05 Max Manganeso 0.35 Max Magnesio 0.30 - 0.45 Magnesio 0.20 - 0.45 Zinc 0.50 Max Zinc 0.35 Max 0.25:max Titanio 0.20 Max Titanio
Estroncio 0.03 max Estroncio 0.03 max
Cobre 0.10 max Cobre 0.25 max Otros 0.15 max Otros 0.15 max Aluminio Balance Aluminio Balance 3
Sin embargo, existen problemas específicos asociados con las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356 cuando se utilizan como metal de fundición. Por ejemplo, la temperatura de fusión de la fundición de la aleación 356 secundaria y A356.2 es aproximadamente 1 ,320 grados Fahrenheit (715.5 grados Celsius). Cuando se producen las fundiciones con las aleaciones con temperaturas de fundición de 1 ,320 grados Fahrenheit, ocurre soldadura. La soldadura se refiere a la adherencia de aluminio a la cavidad de un molde o troquel, la cual, después de un cierto periodo de tiempo, provoca que el molde o troquel ya no pueda ser usado. Es común en la industria automotriz el producir cilindros maestros y componentes para frenos a prueba de trabas (ABS por sus siglas en inglés) a partir de aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 usando GPM. Los sistemas de frenos son utilizados para reducir la velocidad de un vehículo y frenarlo completamente, o para mantener el vehículo inmóvil si el vehículo se encuentra estacionado. El cilindro maestro es uno de los dispositivos de control para sistemas de frenos de vehículos, tales como automóviles de pasajeros y vehículos utilitarios ligeros, el cual se usa para aplicar presión a los cilindros de las ruedas. Los componentes ABS son dispositivos de control que forman parte del sistema de frenos, los cuales previenen que la rueda del vehículo se bloquee durante el frenamiento, controlando la presión que se aplica a los cilindros de las ruedas para mantener la estabilidad del vehículo. En vista de los propósitos para los cuales sirven los cilindros maestros y los componentes ABS, se requiere que éstos tengan altas propiedades mecánicas en áreas como fortaleza, resistencia al desgaste y dureza. Además, se requiere que los componentes ABS sean dúctiles, es decir, que tengan la habilidad de soportar una deformación permanente antes de fallar. Típicamente, después de la fundición de cilindros maestros y/o componentes para frenos ABS, éstos son tratados con calor para proporcionarles fortaleza y dureza adicionales, y son anodizados para proporcionarles resistencia adicional a la corrosión. Los productos son tratados con calor para proporcionarles los requerimientos mínimos de propiedades para los componentes requeridos como se muestra a continuación: Propiedades mínimas para cilindros maestros: 4 Resistencia a punto cedente =~23 ksi Resistencia a la tensión =~35 ksi Porcentaje de estiramiento =~1% Dureza =~80 BHN
Propiedades mínimas para componentes ABS Resistencia a punto cedente =~25 ksi Resistencia a la tensión =~35 ksi Porcentaje de estiramiento =~3% Dureza =~80 BHN Los cilindros maestros y los componentes para frenos ABS producidos mediante GPM y aleaciones de aluminio 356 secundaria y 356.2 son típicamente tratados con calor para asegurar que los productos satisfacen los requerimientos de propiedades mínimos para su producto respectivo. Normalmente, los cilindros maestros son tratados con calor de acuerdo a un templado T6. Un templado típico T6 consiste en una solución que trata a la fundición a 1,000 grados Fahrenheit (537.7 grados Celsius) más o menos 10 grados Fahrenheit, durante diez horas, templar con agua la fundición y envejecer artificialmente a la fundición a 340 grados Fahrenheit (171.1 grados Celsius) más o menos 10 grados Fahrenheit durante cuatro a cinco horas. RESUMEN DE LA INVENCION. Por consiguiente, es deseable el proveer, por lo menos hasta cierto punto, un producto de fundición, el cual exceda en cuanto a propiedades mecánicas y costos, productos de fundición fabricados con técnicas de fundición GPM usando las aleaciones de aluminio 356 secundaria o A356.2. En un aspecto deja presente invención, se provee un producto consistente en una aleación de aluminio el cual incluye una aleación de aluminio ADC12, en donde la aleación de aluminio ADC12 se usa para formar el producto utilizando una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad. En otro aspecto de la presente invención, se provee un sistema de frenos el cual incluye un componente de frenado, en donde dicho componente de frenado se encuentra hecho de una aleación de aluminio ADC12, y en donde la aleación de 5 aluminio ADC12 es usada para formar el componente de frenado utilizando una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad. En aún otro aspecto de la presente invención, se provee un método para la fabricación de un componente hecho de una aleación de aluminio, el cual comprende inyectar una aleación de aluminio ADC12 dentro de un troquel y aplicar una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad. En otro aspecto de la presente invención, se provee un aparato de fundición, el cual incluye medios para inyectar una aleación de aluminio ADC12 en un troquel, y medios para aplicar una técnica de fundición de alta presión. Han sido por lo tanto descritas, de manera muy general, las ventajas más importantes de la presente invención con el fin de que la siguiente descripción detallada de la invención pueda ser comprendida mas fácilmente, y con el fin de que la presente contribución al arte pueda ser mejor apreciada, existen por supuesto, características adicionales de la presente invención que serán descritas a continuación y las cuales formaran la materia inventiva de las reivindicaciones. A este respecto, antes de explicar por lo menos una modalidad de la invención en detalle, debe ser entendido que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y a los arreglos de componentes descritos en la siguiente descripción o ¡lustrados en los dibujos. Pueden existir otras modalidades y otras maneras de ser llevada a cabo. También debe ser entendido que la parafraseología y terminología empleada en la siguiente descripción, así como el resumen, tienen como propósito describir la invención y no deben ser tomadas como limitativas. Como tales, las personas con conocimientos en el ramo apreciarán que el concepto sobre el cual la presente descripción esta basada, puede ser utilizada como base para el diseño de otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a cabo varios de los propósitos de la presente invención. Por lo tanto es muy importante que se considere que las reivindicaciones incluyen dichas construcciones equivalentes, siempre y cuando no se alejen del verdadero espíritu y alcance de la presente invención. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS. La FIG.1 muestra de manera esquemática partes del sistema de frenado de acuerdo con la presente invención.
6 La FIG. 2 muestra de manera esquemática un aparato de fundición de acuerdo con la presente invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCION. De acuerdo con la presente invención, se utiliza una aleación de aluminio ADC12 con una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad para producir productos de fundición tales como cilindros maestros y componentes para frenos ABS. Las técnicas de fundición de alta presión y baja velocidad tales como fundición por moldeamiento, involucran el inyectar metal fundido en un molde por medio de un pistón motorizado, lentamente dentro de la cavidad del molde/troquel. Cuando la alta presión aplicada empuja el metal fundido hacia las paredes de la cavidad del molde/troquel, los huecos de aire entre el metal fundido y las paredes del molde/troquel se minimiza rápidamente. Por consiguiente existe una rápida transferencia de calor entre el metal y la cavidad del molde/troquel. Consecuentemente, debido a la rápida transferencia de calor involucrada en la fundición a alta presión, el metal se enfría a un estado sólido rápidamente. Como resultado de la rápida solidificación, la estructura de grano de la fundición es muy pequeña, es decir, refinada. Cuando la aleación ADC12 es utilizada con una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad para fundir, por ejemplo cilindros maestros y componentes para frenos ABS, las fundiciones resultantes exhiben propiedades mecánicas que son mas altas que las propiedades mecánicas de productos fabricados de acuerdo con técnicas de fundición GPM utilizando las aleaciones de aluminio 356 y A356.2. La aleación de aluminio ADC12 está compuesta de los elementos listados a continuación, en porcentaje de peso:
Elemento % de peso Silicón 9.6 a 12.0 Hierro 0 a 1.3 Cobre 1.5 a 3.5 Manganeso 0 a 0.5 7
Como se muestra en la tabla anterior, la aleación de aluminio ADC12 no requiere estroncio. El estroncio es utilizado en una aleación de aluminio como agente modificador para, por ejemplo, mejorar la ductilidad de la aleación de aluminio. El estroncio se utiliza frecuentemente en los procesos de fundición que cuentan con tazas de solidificación lentas, tales como la fundición GPM y la fundición en arena. La aleación ADC12, cuando de utiliza con técnicas de fundido a alta presión y baja velocidad, tiene una taza de solidificación más alta debido a las rápidas tazas de transferencia de calor que son característica de técnicas de fundición a alta presión. Por lo tanto debido a que los productos adquieren una alta ductilidad cuando son fabricados de acuerdo con una técnica de fundido a alta presión y baja velocidad, no existe la necesidad de usar estroncio cuando se usa la aleación ADC12. Como resultado, el contenido de aluminio se incrementa en los productos hechos de la aleación ADC12. El costo del aluminio es mas bajo que el costo del estroncio. Por consiguiente, el costo de los productos hechos de la aleación ADC12 es mas bajo que los productos hechos con aleaciones tales como la A356.2 y 356 secundaria que contienen estroncio. La aleación ADC12 tiene un contenido de silicón de un 9.6 a un 12.0 por ciento de su peso y es más alto que el contenido de silicón de las aleaciones de aluminio A356.2 y 356 secundaria, el cual comprende de un 6.5 a un 7.5 por ciento de su peso. Debido al mayor contenido de silicón de la aleación ADC12, ésta tiene una temperatura de fundición de 1,250 grados Fahrenheit (676.6 grados Celsius). La temperatura de fundición de las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 es aproximadamente 1 ,320 grados Fahrenheit (715.5 grados Celsius). Por consiguiente, se requiere menos energía para fundir la aleación ADC 2 que la que se requiere para fundir las aleaciones 356 secundaria y 356.2. Por lo tanto, el costo asociado con la fabricación de productos 8 hechos de ADC12 es menor que el costo asociado con la fabricación de productos de aleaciones 356 secundaria y A356.2. Además, la menor temperatura de fundición de la aleación ADC12 causa una menor formación de escoria en el orden de un treinta y cinco por ciento menos que la producida con las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2. La escoria consiste en óxido metálico que se forma cuando el metal fundido reacciona con aire. La formación de escoria típicamente ocurre antes que el metal fundido es transferido a la cavidad del molde/troquel. Si la escoria entra en la cavidad del molde/troquel y pasa a formar parte de la fundición, pude conducir a fundiciones defectuosas debido a que la fundición no consiste exclusivamente de la aleación deseada. Adicionalmente, la menor temperatura de fundición y el mayor contenido de hierro de la aleación ADC12, causa menos ocurrencias de soldadura en el orden de aproximadamente un quince por ciento menos, que el producido con las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2. El soleamiento se refiere a la adherencia de aluminio de la aleación a la cavidad del molde o troquel. A lo largo de un periodo de tiempo, las ocurrencias de soldadura reducen la vida útil del molde. Por consiguiente, el utilizar la aleación ADC12 en lugar de las aleaciones 356 secundaria y A356.2 reduce la soldadura y prolonga la vida útil de la cavidad del molde/troquel. Cuando un templado T6, que consiste tratar el metal fundido con una solución a
932 grados Fahrenheit (500 grados Celsius) más o menos diez grados Fahrenheit durante cuatro horas, templar con agua el metal fundido y envejecer artificialmente el metal a 356 grados Fahrenheit (180 grados Celsius) más o menos diez grados Fahrenheit durante cinco horas, fue aplicado a la aleación ADC12, ésta sobrepasó a las aleaciones A356.2 y 356 secundaria en cuanto a la resistencia a punto cedente y la resistencia a la tensión, cuando el mismo templado T6 fue aplicado a las aleaciones A356.2 y 356 secundaria. La resistencia a punto cedente, la resistencia a la tensión y las propiedades de estiramiento resultantes de las aleaciones A356.2, 356 secundaria y ADC12 se muestran a continuación: g
De la tabla anterior, es evidente que la aleación ADC12 tiene una mayor resistencia a la tensión que las aleaciones de aluminio 356 secundaria y 356.2. La resistencia a la tensión corresponde a la máxima capacidad de resistencia a la carga del metal antes de que el metal se rompa. Por lo tanto, la aleación ADC12 tiene una mayor resistencia a la aplicación de fuerzas. La mayor resistencia de la aleación ADC12 puede ser atribuida, por lo menos en parte, a su microestructura refinada, es decir al menor tamaño de grano que desarrolla la aleación del uso de una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad. Por consiguiente, la aleación ADC12 es más fuerte que las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 y por lo tanto, es más adecuada para productos que requieren de una alta resistencia, por ejemplo, componentes de sistemas de frenado, tales como cilindros maestros y componentes para frenos ABS. La FIG. 1 muestra de manera esquemática un sistema de frenado 10 que tiene un cilindro maestro 20 y un componente ABS 30. Además, cuando se aplicó un templado T6 a la aleación ADC12, la aleación
ADC12 superó a las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2 en cuanto a resistencia al desgaste, la cual es medida en términos de pérdida de volumen de material basados en estándares establecidos por la American Society of Testing of Materials ASTM G-77, como sigue: 10
Por lo tanto, cuando la aleación ADC12 fue sujeta a los procedimientos ASTM G- 77, los cuales involucran la medición de la pérdida de volumen de aleación de aluminio mediante el sometimiento de la aleación de aluminio a un disco rotatorio de hierro colado durante un tiempo prescrito, la aleación ADC 2 perdió menos material que las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.2. La mayor resistencia al desgaste, es decir, menor pérdida de de volumen de material, puede ser atribuida, al menos en parte, a la microestructura refinada, es decir, a un tamaño de grano menor de la fundición que se desarrolla por el uso de una técnica de fundición a alta presión y baja velocidad. Típicamente los productos, por ejemplo, los cilindros maestros y los componentes para frenos ABS son anodizados para incrementar la resistencia al desgaste de dichos productos. Mediante la utilización de la aleación ADC12 en conjunto con una técnica de fundición de alta presión y baja velocidad, la cantidad de anodizado que es necesario aplicar a los productos es reducida o eliminada. Adicionalmente, la aleación ADC12 tiene un contenido máximo de hierro del 1.3 por ciento de su peso que es mayor que el contenido de hierro de las aleaciones de aluminio 356 secundaria y A356.3, las cuales tienen un máximo de un 0.6 y un 0.12 por ciento de su peso respectivamente. Cuando el contenido de hierro de una aleación ADC12 es mayor que el contenido máximo de hierro de una aleación de aluminio 356 secundaria o A356.2, el producto hecho con la aleación ADC12 será mas fácil de maquinar que el producto hecho con la aleación A356.2 y/o 356 secundario. El alto contenido de hiero de la aleación ADC12 facilita la formación de virutas, es decir, la formación de acepilladuras mientras el producto es maquinado. Por consiguiente, es 11 posible aplicar menos presión o presión a la máquina herramienta cuando se alimenta/empuja la máquina/herramienta sobre el producto de aleación ADC12 para efectuar el corte inicial en el producto de ADC12, y también cuando se corta el producto de ADC12, que cuando se efectúan las mismas acciones en productos de aleaciones 356 secundaria y A356.2. Por consiguiente, la máquina/herramienta de corte se somete a un menor estrés y la vida de dicha máquina/herramienta de corte es prolongada con la aleación ADC12. Además, el costo de lingotes de la aleación ADC12 es más bajo que el costo de lingotes de las aleaciones 356 secundaria y A356.2 por aproximadamente diez centavos por libra. Por consiguiente, cuando se utiliza una aleación ADC12 junto con una técnica de fundición de alta presión para la fabricación de productos, por ejemplo cilindros maestros y componentes para frenos ABS, los productos adquieren altas propiedades mecánicas y son más baratos de producir. La FIG.2 muestra de manera esquemática un aparato de fundición 40 que utiliza una técnica de fundición a alta presión que incluye un montaje de pistón 50 y un molde/troquel 60. Las numerosas características y ventajas de la presente invención serán aparentes de la descripción detallada de la invención, y por lo tanto, se busca que por medio de las siguientes reivindicaciones se cubran todas las características y ventajas de la presente invención las cuales caerán dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención. Además, dado que numerosas modificaciones y variaciones pueden ocurrírseles a aquellos expertos en el ramo, no se desea limitar la invención exactamente a la construcción y operación ilustrada y descrita, y por consiguiente todas las modificaciones posibles y equivalentes pueden considerarse dentro del alcance de la invención.