PT863220E

PT863220E - Elemento de ligacao

Info

Publication number: PT863220E
Application number: PT97810129T
Authority: PT
Inventors: Pius Schwellinger; Dietmar Schroder
Original assignee: Alusuisse Tech & Man Ag
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 2000-12-29
Also published as: DE59702201D1; EP0863220A1; EP0863220B1; ES2150208T5; EP0863220B2; DK0863220T3; ES2150208T3; ATE195557T1; GR3034859T3

Description

DESCRIÇÃO “ELEMENTO DE LIGAÇÃO’* A invenção refere-se a um elemento de ligação de uma liga de alumínio do tipo AlZnMgCu, com um veio para a ligação de componentes de alumínio, magnésio ou suas ligas, especialmente um parafuso ou um rebite.

Para a ligação de componentes utilizam-se frequentemente parafusos e rebites estampados com a forma de rebites maciços ou semicôncavos. Um dispositivo de fixação de auto-estampagem para a produção de uma ligação por rebite com utilização de rebites semicôncavos é por exemplo descrita na WO-A-95/09307.

Um campo de utilização importante dos elementos de ligação deste tipo é a indústria de construção de automóveis. Com a utilização crescente de materiais de alumínio e de magnésio neste domínio, ganha também importância a utilização de parafusos e de rebites de estampagem de materiais de alumínio. Até agora utilizaram-se substancialmente parafusos de aço e rebites de estampagem de aço que, por razões de corrosão galvânica e de corrosão nas fendas, tinham de ser feitos de aço inoxidável. As diferenças entre alumínio e aço relativamente às propriedades físicas tais como coeficiente de dilatação térmica, módulo de elasticidade, etc., podem, especialmente no caso de variações de temperatura, originar tensões adicionais ou uma formação de fendas na ligação. A utilização de uma matéria prima com propriedades químicas, electroquímicas e físicas semelhantes seria portanto de grande interesse para os elementos de ligação. A fabricação de parafusos e de rebites de ligação de ligas de alumínio é tecnicamente possível. Em volume restrito, fabricam-se por exemplo parafusos do /

material conhecido AA7075, em que se consegue uma resistência à tracção de cerca de 500 a 600 MPa. Um alargamento das possibilidades de utilização só seria possível se os mencionados elementos de ligação fossem fabricados de maneira económica a partir de materiais com maior resistência mecânica. Materiais conhecidos com maior resistência mecânica são as ligas AA7049, 7049A, 7149, 7249, 7349, 7449 e 7055, cuja fabricação no entanto não é simples. Na WO-A-96/34993, é além disso mencionada para a fabricação de rebites a liga AA7050 cuja composição é 6,2% de Zn, 2,2% de Mg, 2,3% de Cu e 0,12% de Zr. Por causa da sua tendência para formar fendas ao solidificar, estes materiais não são simples de vazar e a fabricação de grandes barras e lingotes como materiais de partida para a laminagem ou prensagem verifica-se ser muito dispendiosa e por consequência anti económica. Além disso, venfica-se que estes materiais em todos os estados de tratamento térmico são susceptíveis de corrosão sob tensão e corrosão em camadas. A invenção tem portanto o objectivo de proporcionar uma liga com a qual se podem fabricar os elementos de ligação do tipo mencionado antes com elevada resistência mecânica de maneira simples e económica.

Para se atingir o objectivo da presente invenção utiliza-se a liga que é constituída por 6.0 a 8,0 % em peso de zinco 2.0 a 3,5 % em peso de magnésio 1,6 a 1,9 % em peso de cobre % em peso de zircónio % em peso de crómio 0,05 a 0,3 máx 0,30 3 'ty máx 0,50 % em peso de manganês máx 0,10 % em peso de titânio máx 0,20 % em peso de silício máx 0,20 % em peso de ferro outras impurezas individuais com o máximo de 0,05 % em peso, no total máximo de 0,15 % em peso e o restante alumínio e impurezas inevitáveis. O material utilizado de acordo com a presente invenção é, em relação aos materiais muito resistentes comparáveis do grupo AA7xxx, facilmente vazável e processável também de maneira fácil por prensagem e laminagem. A resistência à corrosão é igualmente essencialmente melhor do que a das ligas comparáveis conhecidas de acordo com o estado da técnica.

Por causa das propriedades químicas e físicas semelhantes dos materiais de alumínio e de magnésio, a ligação de componentes de materiais de magnésio ou de materiais de alumínio e magnésio realiza-se preferivelmente com o elemento de acordo com a presente invenção obtida a partir de uma liga de alumínio.

Para < ds elementos individuais da liga são válidas as seguintes gamas preferidas (% em peso): zinco 6,6 a 7,3, especialmente 6,7 a 7,1 magnésio 2,3 a 3,2, especialmente 2,6 a 2,9 zircónio máx 0,20, especialmente 0,13 a 0,18 crómio máx 0,10, especialmente máx 0,05 manganês máx 0,25, especialmente máx 0,15 titânio máx 0,05, silício máx 0,15, especialmente máx 0,12

ferro máx 0,15, especialmente máx 0,12. O material prévio apropriado para a fabricação de parafusos e rebites são varões prensados por extrusão, em que com o material prévio para os rebites de estampagem se pode por exemplo pensar na utilização de chapas.

Na fabricação de elementos de ligação de material passando de varões em primeiro lugar vaza-se a liga para obtenção de biletes para prensagem e prensa-se o bilete depois de um recozimento de homogeneização para se obter um material prévio sob a forma de varões. Depois de um recozimento de dissolução e arrefecimento brusco, este é em geral processado por deformação a frio para se obter os elementos de ligação que em seguida são submetidos a um endurecimento térmico para se obter a resistência mecânica pretendida com suficiente alongamento. Numa variante de acabamento especialmente preferida, que permite um maior grau de deformação a frio com correspondente aumento da resistência mecânica e sobretudo origina uma maior resistência à corrosão, o material prévio antes da deformação a frio para obtenção de parafusos ou para obtenção de rebites é submetido a um recozimento de evolução regressiva a uma temperatura de cerca de 180 a 260°C durante um intervalo de tempo de cerca de 5 segundos a 120 minutos. Neste caso, é válido um curto tempo de tratamento para uma elevada temperatura de tratamento técnico

No elemento de ligação de acordo com a invenção é possível obter resistências mecânicas de até 740 MPa com um endurecimento térmico para o estado T 6 ou T 7.

Os parafusos ou os rebites prontos tratados termicamente podem de acordo com o domínio da utilização ser eloxidados, revestidos, envernizados ou protegidos 5 contra a corrosão de outra maneira. Numa realização melhorada da ligação podem vedar-se parafusos por exemplo também com uma camada de Teflon ou uma camada de Ormocere. Em certos casos é também vantajosa uma vedação e colagem correspondente ao conhecido processo Sped-Cap. A vantagem das ligas utilizadas de acordo com a presente invenção é evidenciada na seguinte descrição de exemplos de realização preferidos.

Exemplos

Vazaram-se 7 ligas com uma composição de acordo com o Quadro 1 de maneira a obter-se um bilete vazado de 220 mm φ e um comprimento de cerca de 1500 mm. Efectuou-se uma refinação dos grânulos com arame TÍ5B1 adicionado directamente na calha de vazamento. A fundição do bilete realizou-se em todas as ligas de acordo com as seguintes condições:

Velocidade de aprofundamento 6,5 a 7 m/min Água de arrefecimento 75 1/min Nível do menisco 42 mm Nível de água 40 cm abaixo da coquilha

Antes da divisão para a obtenção de dois lingotes com 660 mm de comprimento realizou-se um recozimento a 460° durante 6 horas. Em seguida realizou-se um recozimento a alta temperatura a 470°/3h + 480°/18h (a liga 6 foi recozida com 470°C/21 h).

Em cada liga prensou-se indirectamente um perfil plano 10x50 mm e um varão redondo de 40 mm de diâmetro. A temperatura do lingote montou a cerca de 230° a 260°C, a temperatura do recipiente foi mantida a cerca de 300°C. A 6 velocidade de prensagem montou a aproximadamente 2 a 2,8 m/min. O recozimento de solubilização realizou-se a uma temperatura de 470 + 3°C durante um intervalo de tempo de 0,5 h.

No Quatro 2 estão indicadas os dados de todas as ligas que foram obtidas com um perfil plano de 10x50 mm. O tratamento térmico realizou-se em cada caso como se indica seguidamente:

Recozimento de solubilização: 470°C/0,5 h Estiramento. < 1% Armazenagem intermédia: < 1 dia Endurecimento: Estado T 651: 130°C/14h

Estado T 7351: 105°C/5h + 175°C/7h

De todas as ligas realizaram-se ensaios de tracção e ensaios de tracção com entalhe na direcção longitudinal. Os valores das características mecânicos à rotura foram medidos na direcção transversal.

Com os valores da resistência mecânica indicados no Quadro 2 pode pensar--se que a resistência à tracção atinge maiores valores no elemento de ligação porque se verifica um reforço a frio.

Todas as ligas nos dois estados de tratamento térmico foram submetidas a um ensaio de corrosão sob tensão de formação de fendas. Todas amostras resistiram ao ensaio sem a formação de fendas de corrosão sob tensão. 7

Quadro 1

Liga N° Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Zr 1 0.008 0.02 1.8 - 2,7 - 6.9 0,14 2 0.10 0.06 1.8 - 2.7 - 6.9 0.L5 0.10 0.19 1.7 2.7 - 6,9 0.15 4 0.10 0.20 1.9 0.20 2.7 - 6.9 0.14 5 0.04 0.06 1.8 0.20 2,7 - 6.8 0.14 6* 0.04 0.06 L.9 - 2.0 - 8.8 0.15 7 0.04 0.06 1.7 0.23 2.7 0.25 6.0 - *) não de acordo com a invenção

Quadro 2

Liga N° Estado Dirccção da tensão Rm (MPa) Rpo.; (MPa) A, (%) Ag (%) Rink/ Rpn; Kr MPa mK" 1 L 708 680 10.5 6.6 1,06 T651 T 654 532 12.7 7.6 - 23.0 L 614 578 10.0 4.77 1.15 T7531 T 578 524 12.5 6.5 - 27.4 2 L 698 670 10.2 5.40 1,05 T651 T 644 584 12.7 8.5 - 20,7 L 610 576 9.4 4.28 0,81 T7531 T 556 494 12.7 6.8 - 33.4 3 L 700 676 10.4 4.54 0.857 T651 T 634 585 11.5 6.1 - 19.8 L 602 559 9.9 5.03 1.04 T7531 T 550 491 12.3 7.6 - 33.0 4 L 702 671 10,3 5.99 0,88 T651 T 642 583 10.8 6.9 - 22.2 L 614 585 8.1 4.07 0,92 T7531 X 570 498 11.5 6.8 - 30.8 5 L 713 686 11.0 5,77 1,03 (37) T651 T 653 589 12,2 7.1 - 28 L 624 592 9.1 4.37 1,10 (60) T7531 T 582 524 12.6 7.2 - 32.1 6 L 720 675 11.6 5.55 1.10 T651 T 634 577 12.1 6.5 - 29.2 L 574 513 12.6 5.06 L,22 T7531 T 521 460 13.4 6.4 - 73.8 7 L 682 634 11.2 7.84 0.867 T651 T 622 522 12.1 8.6 - 34.5 L 609 576 9.2 4.41 0.971 T7531 T 547 456 12.0 7.6 - 45.7

Claims

1 J \ REIVINDICAÇÕES 1. Elemento de ligação de uma liga de alumínio do tipo ALZnMgCu, com um veio para ligação de elementos construtivos de alumínio, magnésio ou suas ligas, especialmente parafusos ou rebites, caracterizado pelo facto de a liga consistir em 6,0 a 8,0 % em peso de zinco 2,0 a 3,5 % em peso de magnésio 1,6 a 1,9 % em peso de cobre 0,05 a 0,3 % em peso de zircónio máx 0,30 % em peso de crómio máx 0,50 % em peso de manganês máx 0,10 % em peso de titânio máx 0,20 % em peso de silício máx 0,20 % em peso de ferro outros componentes individuais máximo 0,05 % em peso, no total máximo de 0,15 % em peso e o resto alumínio e impurezas inevitáveis.

2. Elemento de ligação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a liga conter 6,6 a 7,3, preferivelmente 6,7 a 7,1% em peso de zinco.

3. Elemento de ligação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a liga conter 2,3 a 3,2, de preferência 2,6 a 2,9% em peso de magnésio.

4. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,20, de preferência 0,13 a 0,18% em peso de zircónio. 2

5. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações l a 4, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,10, de preferência um máximo de 0,05% em peso de crómio.

6. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,25, de preferência um máximo de 0, 15% em peso de manganês.

7. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,05% em peso de titânio.

8. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,15, de preferência um máximo de 0, 12% em peso de silício.

9. Elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de a liga conter um máximo de 0,15, de preferência um máximo de 0, 12% em peso de ferro.

10. Processo para a preparação de um elemento de ligação de acordo com uma das reivindicações 1 a 9 por vazamento da liga de modo a obter-se um lingote de prensagem, recozimento de homogeneização do lingote e prensagem do lingote de modo a obter-se um material prévio, recozimento de dissolução e arrefecimento brusco do material prévio, processamento do material prévio para obtenção de elementos de ligação por deformação a frio e endurecimento térmico do elemento de ligação, caracterizado pelo facto de, antes da deformação a frio, se efectuar um recozimento de regressão a uma temperatura de 180 a 260°C durante 5 segundos a 120 minutos. | Lisboa, 7 de Set^pbro de 2000

ZGZt ZZ fAK?AIO a/ív:'.:. Rua ÚQ Sisliri, !93, r/c-Drt. 12SQ LSbSCíA

1 RESUMO “ELEMENTO DE LIGAÇÃO” Para a produção de elementos de ligação apropriados para a ligação de componentes de construção de alumínio, magnésio ou suas ligas, reivindica-se uma liga de alumínio do tipo AlZnMgCu que consiste em 6,0 a 8,0 % em peso de zinco 2,0 a 3,5 % em peso de magnésio 1,0 a 3,0 % em peso de cobre 0,05 a 0,3 % em peso de zircónio máx 0,30 % em peso de crómio máx 0,50 % em peso de manganês máx 0,10 % em peso de titânio máx 0,20 % em peso de silício máx 0,20 % em peso de ferro componentes individuais no máximo 0,05 % em peso, no total máximo de 0,15 % em peso e o resto alumínio e impurezas inevitáveis. O elemento de ligação caracteriza-se por possuir uma elevada resistência mecânica com suficiente alongamento assim como por uma elevada resistência à corrosão.