Aleaciones de magnesio que contienen tierras raras.

Una aleación de magnesio adecuada para uso como aleación de forjado,

que consiste en:

Y: 2,0 - 6,0% en peso,

Nd: 0,05 - 4,0% en peso,

Gd: 0 - 1,0% en peso,

Dy: 0 - 1,0% en peso,

Er: 0 - 1,0% en peso,

Zr: 0,05 - 1,0% en peso,

Zn + Mn:< 0,11% en peso,

Yb: 0 - 0,02% en peso,

Sm: 0 - 0,04% en peso,

Al:< 0,3% en peso,

Li:< 0,2% en peso,

cada uno de Ce, La, Zn, Fe, Si, Cu, Ag y Cd, individualmente: 0 - 0,06% en peso,

Ni: 0 - 0,003% en peso,

opcionalmente, tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy, Er, Yb y Sm en una cantidad total de hasta 0,5% en peso,

siendo el resto magnesio e impurezas ocasionales hasta un total de 0,3% en peso,

en donde el contenido total de Gd, Dy y Er está en el intervalo de 0,3% - 1,0% en peso,

y en donde la aleación presenta una velocidad de corrosión, medida de acuerdo con la norma ASTM B117, menor 20 que 30 mpy cuando es forjada.

Aleaciones de magnesio que contienen tierras raras La presente invencion se refiere a unas aleaciones de magnesio que contienen tierras raras que poseen una elaborabilidad y/o una ductilidad mejoradas, particularmente cuando son forjadas, mientras que conservan una 5 buena resistencia a la corrosion.

Las tierras raras se pueden dividir segun su masa entre tierras raras ("RE" - definidas en esta memoria como Y, La, Ce, Pr y Nd) y tierras raras pesadas ("HRE" - definidas en esta memoria como los elementos con numeros atomicos comprendidos entre 62 y 71, es decir, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu) . A menudo se las refiere colectivamente como RE/HRE. Por la patente GB-A-2095288, por ejemplo, se sabe que la presencia de RE/HRE

proporciona aleaciones de magnesio con unas buenas resistencia mecanica y resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas.

Estan disponibles comercialmente aleaciones de magnesio - itrio - neodimio - tierras raras pesadas - circonio (Mg-Y-Nd-HRE-Zr) . Los ejemplos incluyen las disponibles en la actualidad bajo las marcas comerciales Elektron WE43 y Elektron WE54 (referidas en lo sucesivo como "WE43" y "WE54", respectivamente) . Las WE43 y WE54 se disefan para su uso desde la temperatura ambiente hasta 300DC, y se sabe que estas aleaciones se pueden usar tanto en forma de moldeo como de forjado. Su composicion quimica, segun se define mediante la norma ASTM B107/B 107M06, se muestra a continuacion en la Tabla 1 (tomada de la norma ASTM B107/B) . Estas aleaciones conocidas por WE43 y WE54 se referiran colectivamente en lo sucesivo como "aleaciones del tipo WE43".

º

AleacionB Composicion, tras impure asc totales 0, 30 0, 30 0, 30 0, 30 0, 30 0, 30 0, 30

tras impure as, por separado 0, 01 0, 2

Cinc 0, 6-1, 4 0, 50-1, 5 0, 40-1, 5 0, 20-0, 8 0, 20 3, 5-4, 5 4, 8-6, 2

Circonio min. 0, 40-1, 0 0, 40-1, 0 0, 45 0, 45

Ctrio 3, 7-4, 3 4, 75-5, 5

Silicio 0, 10 0, 10 0, 10 0, 10 0, 10 0, 01

Tierras raras 1, 9 E 2, 0 E

Niquel 0, 005 0, 03 0, 005 0, 005 0, 01 0, 005 0, 005

Neodimio 2, 0-2, 5 1, 5-2, 0

Manganeso 0, 20-1, 0 0, 15-1, 0D 0, 15-0, 5 0, 12-0, 5 1, 2-2, 0 0, 03 0, 03

Litio 0, 2 0, 2

Hierro 0, 005 0, 005 0, 005 0, 010

Cobre 0, 05 0, 10 0, 05 0, 05 0, 05 0, 02 0, 03

Calcio 0, 04 0, 30

Aluminio 2, 5-3, 5 2, 4-3, 6 5, 8-7, 2 7, 8-9, 2

Magnesio Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto

ASTM ND AZ31B AZ31C AZ61A AZ80A M1A WE43B WE54A Zº40A Zº60A

ºNS ND M11311 M11312 M11610 M11800 M15100 M18432 M18410 M16400 M16600

A Los limites se eºpresan en maºimo porcentaje en peso, salvo que se muestren como un intervalo o se estable can de otra manera.B Estas designaciones de aleacion se establecieron de acuerdo con la Practica B275 (v ase tambi n la Practica E527) .

Cncluye los elementos listados para los que no se muestra un limite especifico.D No se necesita satisfacer el limite minimo de manganeso si el contenido de hierro es 0, 005 o menos. E tras tierras raras seran principalmente tierras raras pesadas, por ejemplo, gadolinio, disprosio, erbio e iterbio.

tras tierras raras se derivan del itrio, tipicamente 80 de itrio y 20 de tierras raras pesadas.

En la WE43B, el contenido de cinc º plata no debe superar 0, 20 .

Para estas aleaciones del tipo WE43, las propiedades mecanicas beneficiosas de buenas resistencia mecanica y resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas se consiguen principalmente a trav s del mecanismo de endurecimiento por precipitacion provocado por la presencia de elementos tales como el itrio y el neodimio, que crean precipitados de refuer o en el interior de la aleacion. Las HRE tambi n estan presentes en estos precipitados de refuer o, que son compuestos de Mg-Y- (HRE) -Nd (ref. ing, Lyon, Savage. 59a World Magnesium Conference, Montreal, mayo 2002) . Segun la patente GB-A-2095288, el contenido de HRE de este tipo de aleacion debe ser < 40 del contenido de itrio. Aunque en la aleacion descrita se puede usar Y puro, con el fin de reducir el coste de la aleacion se afirma que se puede usar una materia prima de pure a inferior, a condicion de que el contenido de Y sea al menos 60 . En este documento no se reconoce la importancia de las HRE en particular, y se advierte tambi n que en los ejemplos especificos se fomenta el uso del Cd. Por otra parte, ºing et al. (ref. ing, Lyon, Savage. 59a World Magnesium Conference, Montreal, mayo 2002) afirman que la relacion de Y/otras RE (siendo el componente RE principalmente HRE) debe ser tipicamente 80/20. Esta misma referencia tambi n ensefa que, mientras que el componente HRE de las aleaciones del tipo WE43 es beneficioso desde el punto de vista del rendimiento a la fluencia, las adiciones elevadas de RE, tales como Ce y La (es decir, del orden de 0, 5 en peso) pueden ser perjudiciales para las propiedades de traccion de la aleacion.

Con un contenido de Y de aproº imadamente 4 , las aleaciones del tipo WE43 incluyen tipicamente alrededor de 1 de HRE, que pueden contener Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb y Lu y otras RE, tales como La, Ce y Pr (ref. ing, Lyon, Savage. 59a World Magnesium Conference, Montreal, mayo de 2002) . En la bibliografia no se especifica la concentracion de cada uno de estos elementos por separado, simplemente se afirma que "otras tierras raras seran principalmente tierras raras pesadas, por ejemplo Gd, Dy, Er, Yb" (Ref. norma ASTM B107/B 107M06) , o se hace referencia a "Nd y otras tierras raras pesadas" (ref. norma BSC 3116:2007) . Aunque estas hojas de datos publicadas para las aleaciones del tipo WE43 sugieren que los niveles de estas "otras tierras raras" pueden ser bastante bajos, en la practica, la concentracion total en tales aleaciones comerciales es de alrededor de 20 del total de las HRE mas el Y presente (ref. Tabla 1, nota E a pie de pagina) . Asi que para una aleacion WE43 que contiene 4 de Y debe haber alrededor de 1 de "otras tierras raras". Dentro de esta cantidad de otras tierras raras, las HRE distintas de Gd, Dy, Er, Yb y Sm generalmente son aproº imadamente 10 -30 del contenido total de Gd, Dy, Er, Yb y Sm en la aleacion.

Las aleaciones de Mg-Y-Nd-HRE-Zr, tales como las aleaciones del tipo WE43, se disefaron para aplicaciones a temperaturas elevadas (ref. J. Becker, pag. 15-28, Magnesium alloys and applications proceedings, 1998, editado por B.L. Mordike) . Los precipitados de refuer o que contienen Y/HRE y Nd son estables a temperatura elevada y contribuyen a un buen rendimiento de traccion y fluencia. Si bien esta resistencia y estabilidad es beneficiosa para las aplicaciones a temperaturas elevadas, esta misma caracteristica puede ser perjudicial durante las operaciones de conformado (forjado) . Esto esta relacionado con las aleaciones que tienen una capacidad de conformado y una ductilidad limitadas. A consecuencia de ello, para minimi ar el agrietamiento es necesario emplear altas temperaturas de elaboracion y bajas velocidades de reduccion (durante las operaciones de conformado en caliente) . Esto eleva los costes de produccion y tiende a altas tasas de recortes.

Se ha descubierto que mediante la seleccion y el control de ciertos tipos de RE/HRE, dentro de las aleaciones del tipo Mg-Y-Nd-HRE-Zr, se pueden conseguir beneficios inesperados en la elaborabilidad y/o la ductilidad del material, en particular cuando es forjado, mientras que se conserva una buena resistencia a la corrosion, sin necesidad de ningun tratamiento t rmico especial de la aleacion.

Especificamente, en las aleaciones del tipo WE43 se ha encontrado que la presencia de las tierras raras pesadas Gd, Dy y Er mejora la elaborabilidad y/o la ductilidad de la aleacion, mientras que la presencia de otras tierras raras, en particular el Yb, y en menor medida el Sm, tiende a actuar en contra de esta mejora.

ºn trabajo adicional conduce a la investigacion del comportamiento de las aleaciones de magnesio que contienen itrio-neodimio estrechamente relacionadas, y sorprendentemente se ha encontrado que las mejoras de la elaborabilidad y/o la ductilidad mencionadas anteriormente tambi n se pueden encontrar en algunas de estas aleaciones, incluso cuando el Nd esta casi completamente ausente.

En la patente Sº 1360223, se describen aleaciones a base de magnesio que contienen tierras raras que tienen mejores resistencia mecanica y resistencia a la corrosion a largo pla o por la incorporacion esencial en su interior de 0, 1-2, 5 en peso de Zn y 0, 01-0, 05 en peso de Mn. Los intervalos indicados para el Y, el Gd y el Nd son amplios y no se reconoce la importancia del contenido de Gd en relacion con la cantidad de Y en la aleacion. Tampoco se reconoce la influencia de otras HRE. Tambi n es evidente que la aleacion descrita esta destinada unicamente a aplicaciones de moldeo y... [Seguir leyendo]

1. ºna aleacion de magnesio adecuada para uso como aleacion de forjado, que consiste en:

Y: 2, 0 - 6, 0 en peso, Nd: 0, 05 - 4, 0 en peso, Gd: 0 - 1, 0 en peso, Dy: 0 - 1, 0 en peso, Er: 0 - 1, 0 en peso, Zr: 0, 05 - 1, 0 en peso, Zn ºMn: < 0, 11 en peso, Yb: 0 - 0, 02 en peso, Sm: 0 - 0, 04 en peso, Al: < 0, 3 en peso, Li: < 0, 2 en peso, cada uno de Ce, La, Zn, e, Si, Cu, Ag y Cd, individualmente: 0 - 0, 06 en peso, Ni: 0 - 0, 003 en peso,

opcionalmente, tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy, Er, Yb y Sm en una cantidad total de hasta 0, 5 en peso,

siendo el resto magnesio e impure as ocasionales hasta un total de 0, 3 en peso,

en donde el contenido total de Gd, Dy y Er esta en el intervalo de 0, 3 -1, 0 en peso,

y en donde la aleacion presenta una velocidad de corrosion, medida de acuerdo con la norma ASTM B117, menor que 30 mpy cuando es forjada.

2. ºna aleacion segun la reivindicacion 1, en donde el porcentaje de cualquiera de las particulas precipitadas formadas durante la elaboracion de la aleacion que tienen un tamafo medio entre 1 y 15 !m es menor que 3 .

3. ºna aleacion segun la reivindicacion 2, donde dichas particulas son ricas en Nd, de tal modo que las particulas tienen una composicion porcentual de Nd mayor que la composicion porcentual de cualquier otro elemento de las particulas.

4. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un YS al 0, 2 > 150 MPa.

5. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el Yb esta presente en una cantidad menor que 0, 01 en peso.

6. ºna aleacion de magnesio adecuada para uso como aleacion de moldeo, que consiste en:

Y: 2, 0 - 6, 0 en peso, Nd: 0, 05 - 4, 0 en peso, Gd: 0 - 1, 0 en peso, Dy: 0 - 1, 0 en peso, Er: 0 - 1, 0 en peso, Zr: 0, 05 - 1, 0 en peso, Zn ºMn: < 0, 11 en peso, Yb: 0 - 0, 01 en peso, Sm: 0 - 0, 04 en peso, Al: < 0, 3 en peso, Li: < 0, 2 en peso, cada uno de Ce, La, Zn, e, Si, Cu, Ag y Cd, individualmente: 0 - 0, 06 en peso, Ni: 0 - 0, 003 en peso,

opcionalmente, tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy, Er, Yb y Sm en una cantidad total de hasta 0, 5 en peso,

y siendo el resto magnesio e impure as ocasionales hasta un total de 0, 3 en peso,

en donde el contenido total de Gd, Dy y Er esta en el intervalo de 0, 3 -1, 0 en peso,

y en donde, cuando se moldea y cuando la aleacion esta en la condicion T4 o T6, el porcentaje de superficie de cualquiera de las particulas precipitadas que tienen un tamafo medio entre 1 y 15 !m es menor que 3 .

7. ºna aleacion segun la reivindicacion 6, en donde la aleacion presenta una velocidad de corrosion, medida de acuerdo con la norma ASTM B117, menor que 30 mpy.

8. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido de Y es 3, 5 -4, 5 en peso, preferiblemente 3.7 - 4.3 en peso.

9. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido de Nd es 1, 5 -3, 5

en peso, preferiblemente 2, 0 -3, 0 en peso.

10. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido de Zr es 0, 1 -0, 7 en peso.

11. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido total de Gd, Dy y Er esta en el intervalo de 0, 5 - 1, 0 en peso, preferiblemente es menor que 0, 6 en peso.

12. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido total de Nd, Gd, Dy y 10 Er esta en el intervalo de 2, 0 -5, 5 en peso.

13. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido total de tierras raras (eº cluidos el Y y el Nd) distintas de Gd, Dy y Er es menor que 13 del peso total de Gd, Dy y Er.

14. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el Sm esta presente en una cantidad menor que 0, 02 en peso.

15. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un contenido de magnesio de al menos 91 en peso.

16. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, cuando la aleacion esta en la condicion T4 o T6, el porcentaje de superficie de cualquiera de las particulas precipitadas que tienen un tamafo medio mayor que 1 !m y menor que 15 !m es menor que 1, 5 , preferiblemente el porcentaje de superficie de las particulas que tienen un tamafo medio mayor que 1 !m y menor que 7 !m es menor que 3 .

17. ºna aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, cuando se moldea y/o se trata t rmicamente y/o se forja y/o se usa como aleacion base para un material compuesto de matri metalica.