Aleación AlSi dúctil con buena colabilidad y procedimientos de producción de una pieza de fundición usando la aleación de moldeo AlSi.

Aleación de AlSi dúctil con buena colabilidad constituida por el 6 - 11,8 % de silicio

,

el 0,02 - 0,5 % de magnesio,

el 0,005 - 0,7 % de manganeso,

el 0,0005 - 0,6 % de cobre,

el 0,001 - 0,06 % de titanio,

el 0,03 - 0,3 % de hierro,

así como un máximo del 0,2 % de molibdeno y un máximo del 0,2 % circonio

y dado el caso 70 - 400 ppm de estroncio, siendo el resto aluminio e impurezas debidas a la fabricación según la norma DIN EN 1676, edición de junio de 2010, caracterizada porque la aleación presenta, para la supresión de la fase de silicio primaria, un contenido de fósforo del 0,00001 - 0,0005 % y el contenido de magnesio correspondiente está asociado al contenido de silicio mediante la relación siguiente:

Mg ≤ 1,018 - 0,083 % de Si.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11009896.

Solicitante: TRIMET Aluminium SE.

Inventor/es: KOCH, HUBERT, ROSEFORT,MARCEL DR, KLEINE,ANDREAS DR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones basadas en aluminio > C22C21/02 (con silicio como constituyente que sigue al que está en mayor proporción)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones basadas en aluminio > C22C21/04 (Aleaciones modificadas de aluminio-silicio)

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Fragmento de la descripción:

Aleación AISi dúctil con buena colabilidad y procedimientos de producción de una pieza de fundición usando la aleación de moldeo AISi

La invención se refiere a una aleación AISi dúctil, con buena colabilidad, constituida por el 6 - 11,8 % de silicio, el 0,02 - 0,5 % de magnesio, el 0,005 - 0,7 % de manganeso, el 0,0005 - 0,6 % de cobre, el 0,001 - 0,06 % de titanio, el 0,03 - 0,3 % de hierro, así como un máximo del 0,2 % de molibdeno y un máximo del 0,2 % de circonio, dado el caso 70 - 400 ppm de estroncio,

siendo el resto aluminio e impurezas debidas a la fabricación según la norma DIN EN 1676, edición de junio de 2010, así como a un procedimiento para su producción. Todos los datos de composición se entienden en % en peso.

La invención se refiere también a un procedimiento de producción de una pieza de fundición de paredes finas con un espesor de pared de 1,0 - 50 mm.

Básicamente los materiales AISi sin refinar solidifican en forma de láminas o de granos, teniendo como consecuencia una estructura en láminas a menudo irregularidades en la superficie y dado el caso también tendencia a la adherencia en el molde. Por lo tanto, es preferente la estructura en forma de granos, que puede refinarse mediante adiciones de estroncio o sodio.

Es también conocido que una estructura en forma de grano o refinada está asociada a unas mejores propiedades de fundición, tales como, por ejemplo, mejores propiedades de conducción, reducción de irregularidades en forma de rechupes y una distribución más fina de microporosidades. De forma análoga para mejorar la colabilidad se constatan también mejoras generales de las propiedades de resistencia mediante la formación fina de granos o mediante refinado, no obstante existen en este caso también recurrentemente desgarros que pueden causar una peor ductilidad en caso de preparación de piezas sometidas a alta exigencia en grandes series y, como consecuencia de variaciones de resistencia, accidentes graves.

Ahora en el presente documento se plantea la invención. Existía la necesidad para piezas sometidas a alta exigencia en grandes series de desarrollar una aleación AISi dúctil con buena colabilidad, que en el estado fundido sin refinar presente una resistencia media Rp0,2 de 60 MPa y un alargamiento superior al 7 % o en un estado sin refinar alcance una resistencia media superior a 100 MPa o un alargamiento superior al 10 %.

Este objetivo se logra según la invención mediante las características indicadas en las reivindicaciones 1 a 3. En una investigación minuciosa de la imagen en rotura de piezas moldeadas de alta exigencia se determinó por parte de los inventores que posiblemente el silicio primario tenga un papel en la ductilidad y en el comportamiento de solidificación de materiales AISi.

A partir de este conocimiento se llevaron a cabo varios ensayos con distintas aleaciones, mostrándose, no obstante, que no solo se depende de la supresión del silicio primario, sino que también deben limitarse estrechamente los componentes de aleación habituales, para que se logren la ductilidad y la colabilidad deseadas. Era también sorprendente que en caso de contenidos de fósforo reducidos, limitados estrechamente a las exigencias descritas en las reivindicaciones 1 y 2, pudiera lograrse una estructura no laminar con propiedades particularmente adecuadas.

Ya en el caso de cantidades reducidas de componentes de aleación adicionales o en el caso de superar el contenido de fósforo de más de 5 ppm se determinó el silicio primario y una estructura laminar. Aparentemente, cantidades ya reducidas de fósforo junto con aluminio como fosfuro de aluminio pueden provocar la formación de núcleos para el silicio primario y otras fases intermetálicas.

Se ha observado, además, que las fases intermetálicas a base de hierro y silicio, por ejemplo las denominadas fases FeSi, pueden impedirse ventajosamente en el crecimiento en las condiciones siguientes:

a) Si = 6-11,8%

b) Mg = 0,02 - 0,5 %

c) Fe = 0,03 - 0,3 %

manteniéndose la relación Mg/Si en el intervalo

d) Mg á1,018 -0, 083 % de Si

En estas condiciones se logra que las fases FeSi cristalicen más tarde y concretamente solo cuando se solidifica el eutéctico AISi. La fase FeSi, a este respecto, en la transición de fase líquida/sólida (véase la FIG. 10) se introduce en el eutéctico y, con ello, se reduce con éxito un crecimiento de la fase intermetálica.

Como medida adicional e) se recomienda según la experiencia de los inventores un control de las condiciones de fundición con un ajuste correspondiente de parámetros de fundición, de modo que la distancia entre brazos dendríticos DAS sea inferior a 60 pin, preferentemente inferior a 40 pm. En estas condiciones también se garantiza

en el caso de piezas en grandes series una colabilidad constante de la aleación AISi dúctil con unos valores de resistencia altos. De este modo pueden fabricarse piezas para vehículos de motor de alta exigencia, por ejemplo cabezas de cilindros de motores diésel, componentes estructurales o llantas de ruedas de turismos o camiones.

La estructura producida en las condiciones descritas no contiene deposiciones grandes o con forma de placas, sino que se caracteriza por muchas partículas pequeñas finamente divididas que se introducen de forma interdendrítica en la estructura AISi. Por "partículas grandes" se entiende un diámetro de partícula de aproximadamente. 5-10 pm.

Para explicar los procesos nos remitimos a la curva de análisis térmico adjunta (véase la FIG. 10), que en el intervalo de temperatura relevante solo muestra una reacción exotérmica corta en el enfriamiento y en la transición de fase de líquida a sólida. Por lo tanto, la estructura está constituida, además del a-aluminio puro, no solo por la fase en el eutéctico y las fases intermetálicas divididas finamente que cristalizan conjuntamente con la misma.

Esto se prueba también mediante las mediciones de conductividad eléctrica llevadas a cabo en numerosas muestras. El aumento de la conductividad, en particular en aleaciones sin refinar, muestra más del 10 %, en las que la composición de aleación según la invención tiene una influencia significativa sobre la formación de una estructura de célula fina particularmente uniforme.

El modo de funcionamiento de los componentes de aleación habituales no pudo aclararse individualmente, de todas las maneras se produjo fuera de los intervalos indicados en las reivindicaciones una influencia de la estructura cristalina que causó un empeoramiento de la ductilidad. Era sorprendente, también, que contrariamente a la hipótesis de que a contenidos reducidos de aditivos de refinado se lograse una estructura laminar, en el intervalo de aplicación según la invención apareciese en este caso una estructura en granos con propiedades de procesamiento correspondientemente adecuadas. Por lo tanto, puede lograrse una estructura de fundición casi refinada con una proporción de aditivos muy reducida según las reivindicaciones 1 y 2.

Los documentos de patente DE 10323741 B y EP 1687742 B divulgan una aleación Al-Si.

La invención FIG 1:

FIG 2a:

FIG 2b:

FIG 3:

FIG 4:

FIG 5:

FIG 6a, b:

FIG 7a, b FIG 8a, b FIG 9a, b

FIG 10:

se explicará a continuación en detalle por medio de varios ejemplos de realización. Muestran:

Detalle de una construcción de ensayo para un moldeo en coquilla Formación de varillas de muestra (estado fundido)

Formación de varillas de muestra después de procesamiento mecánico

Dibujo CAD de una placa de muestra después del desmoldeo del molde de fundición a presión

Muestra para el ensayo de tracción procesada

... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aleación de AISi dúctil con buena colabilidad constituida por el 6 -11,8 % de silicio,

el 0,02 - 0,5 % de magnesio, el 0,005 - 0,7 % de manganeso, el 0,0005 - 0,6 % de cobre, el 0,001 - 0,06 % de titanio, el 0,03 - 0,3 % de hierro,

así como un máximo del 0,2 % de molibdeno y un máximo del 0,2 % circonio

y dado el caso 70 - 400 ppm de estroncio, siendo el resto aluminio e impurezas debidas a la fabricación según la norma DIN EN 1676, edición de junio de 2010, caracterizada porque la aleación presenta, para la supresión de la fase de silicio primaria, un contenido de fósforo del 0,00001 - 0,0005 % y el contenido de magnesio correspondiente está asociado al contenido de silicio mediante la relación siguiente:

Mgá 1,018-0,083 % de Si.

2. Aleación de AISi dúctil con buena colabilidad, que en el estado fundido y sin refinar presenta una resistencia media Rp0,2 de 60 MPa y un alargamiento superior al 7 %, según la reivindicación 1, caracterizada porque la conductividad en estado fundido, medida con la sonda de Fórsters, en las aleaciones AISi es superior a 26 m/Qmm2 y en las aleaciones AISiMg superior a 22 m/Q mm2

3. Procedimiento de producción de una pieza de fundición de paredes finas (espesor de pared de 1,0 a 50 mm) con una aleación de AISi dúctil con buena colabilidad según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 2, caracterizado porque la aleación se moldea en un moldeo en coquilla a una temperatura de pared de la coquilla en el intervalo de 80 a 250 °C y un tiempo de solidificación local en el intervalo de 5 a 30 s, o en el procedimiento de moldeo a presión con un tiempo de solidificación local en el intervalo de 5 - 40 ms con una distancia entre brazos dendríticos DAS de 5 pm a 60 pm.