Un procedimiento de fabricación de una pieza basada en aluminio forjado sinterizada,

que comprende:

preparar un polvo de materia prima que comprende, en masa: de 3, 0 a 10 % de cinc; de 0, 5 a 5, 0% de magnesio; de 0, 5 a 5, 0 % de cobre; una cantidad inevitable de impurezas; y el resto aluminio;

conformar el polvo de materia prima en un material compacto mediante presión del polvo de materia prima;

sinterizar el material compacto en una atmósfera no oxidante de forma que se caliente el materialcompacto a una temperatura de sinterización de 590 a 610 º C durante 10 min o más, antes de enfriar el material compacto sinterizado; y forjar el material compacto sinterizado obtenido con una relación de densidades de 93 % o más, mediante presión del material compacto sinterizado en una dirección de prensado a una relación derecalcado de 10 % o más, comprimiendo el material compacto sinterizado en la dirección de prensado y produciendo flujo plástico del material en una dirección transversal a la dirección de prensado, con la relación de densidades del material compacto forjado aumentando a 98 % o más,

en el que el polvo de materia prima se prepara usando un polvo de aluminio simple en al menos 15 % en masa del polvo de materia prima y un polvo de aleación de aluminio que contiene el total del cincque comprende el polvo de materia prima, el polvo de la aleación de aluminio tiene una composición quecomprende de 10 a 30 % en masa de cinc, una cantidad inevitable de impurezas y el resto aluminio, cada uno del polvo de aluminio simple y el polvo de aleación de aluminio tiene un tamaño de partículas de 140 !m o menos, y cada uno del magnesio y el cobre se mezcla en el polvo de materia prima en una forma depolvo que tiene un tamaño de partículas de 74 !m o menos.

Procedimiento de fabricación de piezas de aluminio forjado sinterizadas con alta resistencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas de aluminio forjado sinterizadas con alta resistencia, que son adecuadas como diferentes tipos de piezas para uso estructural y material base para usar en la conformación plástica. Más en particular, la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas dealuminio forjado sinterizadas con alta resistencia, que se han mejorado en el alargamiento así como en la resistencia a la tracción.

TÉCNICA RELACIONADA

En relación con las piezas de aluminio sinterizadas fabricadas usando un procedimiento pulvimetalúrgico, hahabido una demanda creciente en los últimos años, puesto que no solo son ligeras de peso sino que también pueden tener propiedades preferidas que no se pueden obtener con materiales fundidos, tales como resistencia, resistencia aldesgaste y similares. Como aleaciones sinterizadas de aluminio convencionales, han predominado las aleaciones basadas en Al-Si-Cu, y se han aplicado a los materiales estructurales y materiales resistentes al desgaste. Sin embargo, puesto que las aleaciones sinterizadas basadas en Al-Si-Cu tienen una magnitud de 300 MPa o similar en términos deresistencia, incluso cuando se someten a forjado y tratamiento térmico, su aplicación es limitada, y por lo tanto seespera que se produzcan materiales de aluminio sinterizados con un nivel mayor de resistencia.

En las circunstancias descritas antes, en relación con los materiales de aluminio sinterizados con un nivel más alto de resistencia, la publicación nacional de la solicitud de patente japonesa (abierta a consulta por el público) nº 11504388 (Solicitud PCT de publicación internacional nº WO96/34991) propone un procedimiento de fabricación, con elprocedimiento pulvimetalúrgico, de una aleación de aluminio de la serie 7000 en el Sistema de DesignaciónInternacional de la Asociación del Aluminio, que se conoce como Duraluminio Extra Super, y en sus ejemplos describe que la aleación de aluminio presenta una resistencia a la tracción de 305 a 444 MPa y un alargamiento de 0, 6 a 5, 6 %. Sin embargo, de acuerdo con el procedimiento anterior, si la aleación de aluminio tiene una resistencia a la tracción superior a 400 MPa, su alargamiento es 1, 1 % o menos, y si por el contrario la aleación de aluminio tiene unalargamiento de 5 % o más, su resistencia a la tracción es alrededor de 300 MPa. En resumen, dicho material no presenta un alto nivel de propiedades en términos tanto de resistencia a la tracción como de alargamiento.

En los últimos años ha habido una gran demanda para hacer productos de peso más ligero en el campo de las piezas para automóviles, máquinas terminales para usar como materiales electrónicos, piezas de máquinas de precisión o similares. Si se proporcionara una aleación de aluminio sinterizada que tuviera una resistencia equivalente a la de los productos de acero generales, posiblemente se ampliaría la variedad de usos así como los propósitos de uso.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Con los problemas anteriores en mente, es por lo tanto un objeto de la presente invención, proporcionar un procedimiento nuevo de fabricación de una pieza de aluminio sinterizada que tenga una mayor resistencia, de modo que se logre simultáneamente tanto una alta resistencia a la tracción como un alargamiento alto.

Con el fin de lograr el objeto mencionado antes, un procedimiento de fabricación de una pieza sinterizada basada en aluminio forjado de acuerdo con la presente invención comprende: preparar un polvo de materia prima quecomprende, en masa: de 3, 0 a 10 % de cinc; de 0, 5 a 5, 0 % de magnesio; de 0, 5 a 5, 0 % de cobre; una cantidad deimpurezas inevitable; y el resto aluminio; conformar el polvo de materia prima en un material compacto mediante presión del polvo de materia prima; sinterizar el material compacto en una atmósfera no oxidante de forma que se caliente elmaterial compacto a una temperatura de sinterización de 590 a 610 º C durante 10 min o más, antes de enfriar el material compacto sinterizado; y forjar el material compacto sinterizado obtenido con una relación de densidades de 93 % o más, mediante presión del material compacto sinterizado en una dirección de prensado, en una relación de recalcado de 10 % o más, comprimiendo el material compacto sinterizado en la dirección de prensado y produciendo flujo plástico del material en una dirección transversal a la dirección de prensado, aumentando la relación de densidades del material compacto forjado a 98 % o más, en el que el polvo de materia prima se prepara usando un polvo dealuminio simple de al menos 15 % en masa del polvo de materia prima y un polvo de aleación de aluminio que contieneel total del cinc que comprende el polvo de materia prima, el polvo de la aleación de aluminio tiene una composición quecomprende de 10 a 30 % en masa de cinc, una cantidad inevitable de impurezas y el resto aluminio, cada uno del polvo de aluminio simple y el polvo de aleación de aluminio tiene un tamaño de partículas de 140 !m o menos, y cada uno delmagnesio y el cobre se mezcla en el polvo de materia prima en forma de un polvo que tiene un tamaño de partículas de 74 !m o menos.

De acuerdo con el uso del polvo de materia prima que tiene la composición de ingredientes descrita antes, precipitan MgZn2 (fase T) , Al2Mg3Zn3 (fase T) o CuAl2 (fase 8) y se dispersan en la matriz de aluminio de la pieza de aluminio obtenida, y se puede proporcionar una pieza de aluminio que tiene una alta resistencia y un alargamiento alto.Además, puesto que la etapa de forjado de acuerdo con la presente invención permite no solo cerrar los poros de lamasa sinterizada sino también obtener enlaces metálicos después de cerrar los poros, esto permite, junto con losefectos del polvo de materia prima descritos antes, realizar una pieza de aluminio que tiene un nivel muy alto de resistencia y de alargamiento.

Las características y ventajas del procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención frente a latécnica convencional, se entenderán más claramente a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Los autores de la presente invención han seguido haciendo muchos estudios e investigaciones en vista de los antecedentes de la técnica convencional descrita antes. Como resultado, han llegado a tener el conocimiento de que hay unos pocos factores eficaces para obtener una pieza forjada sinterizada que tenga una resistencia a la tracción de

500 MPa o más y un alargamiento de 2 % o más, que no se podrían esperar de las piezas de aluminio sinterizadas que proporciona la técnica anterior, y estos incluyen: especificar la relación en la mezcla y las formas de las materias primas en polvo en la etapa de preparación de un polvo de materia prima que se va a compactar; especificar las condiciones decompactación para el polvo de materia prima en una etapa de formación de un material compacto del polvo de materia prima; especificar las condiciones de sinterización para el material compacto obtenido en una etapa de sinterización delmaterial compacto formado; y llevar a cabo un forjado en frío o en caliente con respecto al material compacto sinterizado así obtenido a un valor predeterminado de relación de recalcado; y después del forjado, llevar a cabo un tratamiento térmico en condiciones predeterminadas según las necesidades, y así se ha completado la presente invención.

En lo sucesivo, se describirán las realizaciones de la presente invención, explicando en detalle todas las etapas del procedimiento de fabricación. Hay que indicar que, en la descripción de la presente solicitud, Al, Zn, Mg y similares, son los símbolos de los elementos usados, y que la expresión "pieza o piezas de aluminio" debe entenderse que significa "pieza o piezas basadas en aluminio" o pieza o piezas que están compuestas principalmente de aluminio y queposiblemente contienen pequeñas cantidades de otros elementos. Además, la "temperatura de sinterización" significa latemperatura máxima a la que se sinteriza el material compacto, y el "tiempo de sinterización" significa el periodo de tiempo durante el cual el material compacto está a la temperatura de sinterización.

(1) Etapa de mezclamiento del polvo de materia prima En esta etapa, se prepara un polvo de materia prima que se va a compactar... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de fabricación de una pieza basada en aluminio forjado sinterizada, que comprende:

preparar un polvo de materia prima que comprende, en masa: de 3, 0 a 10 % de cinc; de 0, 5 a 5, 0% de magnesio; de 0, 5 a 5, 0 % de cobre; una cantidad inevitable de impurezas; y el resto aluminio;

conformar el polvo de materia prima en un material compacto mediante presión del polvo de materia prima;

sinterizar el material compacto en una atmósfera no oxidante de forma que se caliente el materialcompacto a una temperatura de sinterización de 590 a 610 º C durante 10 min o más, antes de enfriar el material compacto sinterizado; y forjar el material compacto sinterizado obtenido con una relación de densidades de 93 % o más, mediante presión del material compacto sinterizado en una dirección de prensado a una relación derecalcado de 10 % o más, comprimiendo el material compacto sinterizado en la dirección de prensado y produciendo flujo plástico del material en una dirección transversal a la dirección de prensado, con la relación de densidades del material compacto forjado aumentando a 98 % o más,

en el que el polvo de materia prima se prepara usando un polvo de aluminio simple en al menos15 % en masa del polvo de materia prima y un polvo de aleación de aluminio que contiene el total del cincque comprende el polvo de materia prima, el polvo de la aleación de aluminio tiene una composición quecomprende de 10 a 30 % en masa de cinc, una cantidad inevitable de impurezas y el resto aluminio, cada uno del polvo de aluminio simple y el polvo de aleación de aluminio tiene un tamaño de partículas de 140 !m o menos, y cada uno del magnesio y el cobre se mezcla en el polvo de materia prima en una forma depolvo que tiene un tamaño de partículas de 74 !m o menos.

2. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que el forjado comprende uno deforjado en frío y forjado en caliente, comprendiendo el forjado en frío presionar el material compacto sinterizado a temperatura ambiente, estando la relación de recalcado en un intervalo de 10 a 40 %, ycomprendiendo el forjado en caliente presionar el material compacto sinterizado a una temperatura de100 a 450 º C estando la relación de recalcado en el intervalo de 10 a 70 %.

3. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que el polvo de materia prima en elconformado se presiona a una presión de compactación de 200 MPa o más, y la relación de densidadesdel material compacto formado en el conformado es 90 % o más.

4. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que la presión de compactación esde 400 a 500 MPa, y la relación de densidades del material compacto formado en el conformado es 95 %

o más.

5. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que la preparación del polvo demateria prima comprende mezclar un polvo de aluminio con: un polvo de cinc; un polvo de magnesio; un polvo de cobre; y un polvo aditivo en forma de un polvo de aleación o una mezcla de polvos de metalessimples, comprendiendo el polvo aditivo al menos dos elementos que se seleccionan del grupo que consiste en cinc, magnesio, cobre y aluminio.

6. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 5, en el que el polvo de aluminio tiene untamaño de partículas de 140 !m o menos, y cada uno del polvo de cinc, el polvo de magnesio, el polvo decobre y el polvo aditivo, tiene un tamaño de partículas de 74 !m o menos.

7. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que el polvo de aleación de aluminiocomprende además cobre en una relación de 10 % en masa o menos respecto al polvo de aleación dealuminio.

8. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que el polvo de materia primaademás comprende al menos un polvo auxiliar de sinterización que se selecciona del grupo que consisteen un polvo de estaño simple, un polvo de bismuto simple, un polvo de indio simple, y tanto un polvo decompuesto eutéctico como un polvo de compuesto monotáctico, los cuales comprenden ambos al menosun elemento de: estaño, bismuto e indio, como componente principal, y los dos producen una fase líquida eutéctica de dicho componente principal en la sinterización, y la relación del polvo de ayuda de lasinterización al polvo de materia prima es de 0, 01 a 0, 5 % en masa.

9. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que la sinterización comprende:elevar la temperatura en un intervalo de temperatura de 400 º C a la temperatura de sinterización, a unavelocidad de aumento de 10 º C/min.

10. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que la atmósfera no oxidante en lasinterización es una atmósfera de nitrógeno gaseoso que tiene un punto de rocío de -40 º C o menos.

11. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, que además comprende: someter elmaterial compacto forjado a tratamiento térmico que comprende: calentar el material compacto forjado a una temperatura de 460 a 490 º C y enfriamiento con agua para así disolver una fase de precipitación en labase de aluminio del material compacto forjado produciendo disolución sólida; y mantener la temperaturaen un intervalo de 110 a 200 º C durante 1 a 28 horas para producir una fase de precipitación de la disolución sólida.

12. El procedimiento de fabricación de la reivindicación 1, en el que el enfriamiento del materialcompacto sinterizado a temperatura ambiente es a una velocidad de -10 º C/min.