Proceso para conformación de componentes de chapa de aleación de aluminio.

Un método de conformación de un componente de chapa de aleación de Al quecomprende:

(i) calentar una chapa en bruto de aleación de Al hasta su temperatura detratamiento térmico en solución en una estación de calentamiento y, en casode aleaciones que no se encuentren en un revenido con endurecimiento porenvejecimiento previo, mantener la temperatura de SHT hasta que secomplete el tratamiento térmico en solución,

(ii) transferir la chapa en bruto a un conjunto de moldes fríos e iniciar laconformación en el plazo de segundos a partir de la extracción de laestación de calentamiento de forma que se minimice la pérdida de calor de lachapa en bruto,

(iii) cerrar los moldes fríos para conformar la chapa en bruto en uncomponente con forma, llevándose a cabo dicha conformación en menos de0,15 segundos, y

(iv) mantener el componente conformado en los moldes cerrados durante elenfriamiento del componente conformado.

La presente invención hace referencia a un método mejorado para conformar componentes de chapa de aleación de metal y más específicamente componentes de chapa de aleación de Al. El método es especialmente adecuado para la formación de componentes conformados que tienen una forma compleja que no puede formarse fácilmente usando técnicas conocidas.

Los componentes de chapa de aleación de Al con endurecimiento por envejecimiento normalmente se moldean en frío bien en la condición T4 (tratamiento térmico en solución (SHT) y temple) , seguido de envejecimiento artificial para una mayor resistencia, o en la condición T6 (tratamiento térmico en solución, temple y envejecimiento artificial) . Las dos condiciones introducen una variedad de problemas intrínsecos, como recuperación elástica y baja conformabilidad, que son difíciles de resolver. La estampación en caliente puede aumentar la conformabilidad y reducir la recuperación elástica, pero destruye la microestructura deseable. De este modo, es necesario un tratamiento térmico posterior al conformado (SHT) para recuperar la microestructura, pero esto resulta en la deformación de los componentes conformados durante en el temple tras el SHT. Estas desventajas también aparecen al moldear componentes de ingeniería usando otros materiales. [0003] En un esfuerzo por superar estas desventajas, se han realizado diversos esfuerzos y se han inventado procesos especiales para superar problemas concretos en la conformación de tipos concretos de componentes. Se describen dichos procesos a continuación:

Método 1: Conformación superplástica (SPF, en inglés) de componentes de chapa metálica

Este es un proceso de conformación por soplado de gas isotérmico lento para la producción de componentes de chapa metálica con forma compleja y se utiliza principalmente en la industria aeroespacial. Las chapas metálicas con granos finos y la herramienta de conformación se calientan juntas. Normalmente, se requiere tratamiento térmico tras la conformación (p.ej., SHT + temple + envejecimiento para aleaciones de Al tratables por calor) para obtener la microestructura apropiada para garantizar una alta resistencia. El comportamiento superplástico de un material solo puede observarse para materiales específicos con un tamaño de grano fino que se deforma a índices de tensión y temperatura especificados. (Lin, J., and Dunne, F. P. E., 2001, Modelling grain growth evolution and necking in superplastic blow-forming, Int. J. of Mech. Sciences, Vol. 43, No. 3, pp595-609, Anh Nguyen, ’Shape up’, The Engineer, 28/7/2008, págs. 1-2 y Sheet Metal 2005, ProceEdings of the 11th International Conference, Erlangen, Alemania, 5-8 Abril 2005, Advanced Materials Research Vols 6-8 (Mg. 2005) , p.p. 673-680.

Método 2: Conformación por fluencia con envejecimiento (CAF, en inglés) de 10 paneles de aleación de Al

De nuevo, éste es un proceso lento usado comúnmente para la conformación de partes de paneles de alas de aviones con la combinación de conformación y tratamiento de endurecimiento por envejecimiento. El tiempo de conformación por 15 fluencia se determina según el requisito de envejecimiento artificial para un material Normalmente, se aplica una pequeña cantidad de deformación plástica al proceso y la recuperación elástica es un problema importante que resolver. Se han propuesto diversas técnicas, como aquellas descritas en US 5.168.169, US 5.341.303 y US

5.729.462 para diseñar herramientas de CAF para compensar la recuperación elástica 20 usando ordenadores.

Método 3: Se propuso un método de tratamiento de aleaciones de metal (FR 1 556 887) , para, preferiblemente, aleaciones de Al y su aplicación a la extrusión de aleaciones en estado de mezcla líquido-sólido con el fin de fabricar perfiles. En este método, la proporción de aleación líquida se mantiene por debajo del 40% 25 durante un periodo de 5 minutos a 4 horas de forma que la fase dendrítica al menos haya comenzado a cambiar a forma globular. El temple se lleva a cabo en el extrudado a la salida del molde bien con aire pulsado o mediante pulverización de agua, una mezcla de aire y agua o vapor. Después las partes formadas se envejecen artificialmente a una temperatura especificada para el endurecimiento por

envejecimiento. Esta técnica es difícil de aplicar para la conformación de chapa de metal, puesto que (i) le chapa se hace demasiado blanda para tratar a esa temperatura (la aleación líquida es aproximadamente el 40%) , y (ii) el método de temple mencionado es difícil de aplicar para las partes de chapa conformadas. [0007] Método 4: El tratamiento térmico en solución, conformación y temple en molde frío (HFQ, en inglés) se describe por los presentes inventores en su solicitud previa WO2008/059242. En este proceso, una chapa en bruto de aleación de Al es tratada térmicamente en solución y transferida rápidamente a un conjunto de moldes fríos que se cierran inmediatamente para modelar el componente con forma. El componente conformado se mantiene en los moldes fríos durante el enfriamiento del componente conformado. Otros estudios revelaron deficiencias en este proceso y la presente invención representa una mejora del proceso descrito en WO2008/059242. [0008] Según la presente invención, se proporciona un método de conformación de un componente de chapa de aleación de Al que comprende:

(i) calentar una chapa en bruto de aleación de Al hasta su temperatura de tratamiento térmico en solución en una estación de calentamiento y, en caso de aleaciones que no se sometan a revenido con endurecimiento por envejecimiento previo, mantener la temperatura de SHT hasta que se complete el tratamiento térmico en solución,

(ii) transferir la chapa en bruto a un conjunto de moldes fríos e iniciar la conformación en el plazo de 10 segundos a partir de la extracción de la estación de calentamiento de forma que se minimice la pérdida de calor de la chapa en bruto,

(iii) cerrar los moldes fríos para conformar la chapa en bruto en un componente con forma, llevándose a cabo dicha conformación en menos de 20 0, 15 segundos, y

(iv) mantener el componente conformado en los moldes cerrados durante el enfriamiento del componente conformado.

El método reivindicado se podrá utilizar para cualquier aleación con una microestructura y propiedades mecánicas que puedan modificarse de forma útil mediante tratamiento en solución y endurecimiento por envejecimiento. [0010] La presente invención difiere de la revelada en WO2008/059242, inter alia, por el cierre significativamente más rápido del molde. En WO2008/059242, el cierre más rápido del molde que se ejemplifica es de 2 segundos (es decir, más de un orden de magnitud más lento que el tiempo más lento contemplado por la presente invención) . Como se explicará más en detalle a continuación, los inventores han descubierto a través de su amplia investigación que tales tiempos cortos son críticos para el éxito del proceso de HFQ. [0011] En algunos modos de realización, el cierre del molde puede producirse en menos de 0, 1 segundo o incluso menos de 0, 05 segundos.

El periodo de mantenimiento del componente conformado en los moldes enfriados puede ser de menos de 4 segundos, menos de 2 segundos o incluso menos de 1 segundo dependiendo del grosor del componente. El periodo de mantenimiento solo necesita ser lo suficientemente largo para que el componente conformado alcance una temperatura de, por ejemplo, 250°C o menos, de forma que se mantenga la microestructura requerida tras la extracción de los moldes. Se entiende que este periodo podría ser extremadamente corto para materiales finos.

Según el uso aquí realizado, la temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) es la temperatura a la que se lleva a cabo el SHT (normalmente dentro del

intervalo de aproximadamente 50°C de la temperatura líquida de la aleación) . El SHT implica disolver los elementos de aleación tanto como sea posible en la matriz de aluminio. [0014] El temple posterior en etapas (ii) a la (iv) evita la formación de precipitados (es decir, los componentes de aleación se mantienen en solución supersaturada) y

también evita la deformación del componente conformado. [0015] Claramente, la temperatura de SHT variará entre aleaciones. Sin embargo, una temperatura típica se encontraría en el intervalo de 450 a 600ºC y para determinadas aleaciones dentro del intervalo de 500 a 550°C. En aquellos casos en los que se requiere completar el SHT, la temperatura de SHT se mantendrá

típicamente durante un periodo de entre 20 y 60 minutos, por ejemplo, 30 minutos. [0016] En el caso de aleaciones endurecidas por envejecimiento previo, como aquellas en... [Seguir leyendo]

1. Un método de conformación de un componente de chapa de aleación de Al que 5 comprende:

(i) calentar una chapa en bruto de aleación de Al hasta su temperatura de tratamiento térmico en solución en una estación de calentamiento y, en caso de aleaciones que no se encuentren en un revenido con endurecimiento por

envejecimiento previo, mantener la temperatura de SHT hasta que se complete el tratamiento térmico en solución,

(ii) transferir la chapa en bruto a un conjunto de moldes fríos e iniciar la conformación en el plazo de 10 segundos a partir de la extracción de la estación de calentamiento de forma que se minimice la pérdida de calor de la chapa en bruto,

(iii) cerrar los moldes fríos para conformar la chapa en bruto en un componente con forma, llevándose a cabo dicha conformación en menos de 0, 15 segundos, y

(iv) mantener el componente conformado en los moldes cerrados durante el 20 enfriamiento del componente conformado.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el periodo de mantenimiento del componente conformado en los moldes cerrados es lo suficientemente largo como para que el componente conformado alcance una temperatura de 250°C o menos.

3. Un método según la reivindicación 2, en el que el periodo de mantenimiento del componente conformado en los moldes cerrados es inferior a 4 s.

4. Un método según la reivindicación 1, en el que la temperatura para el tratamiento

térmico en solución (SHT, por sus siglas en inglés) se encuentra en el intervalo de 450 a 600°C.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que la temperatura para el tratamiento térmico en solución (SHT, por sus siglas en inglés) se encuentra en el intervalo de 500 35 a 550°C.

6. Un método según la reivindicación 1, en el que la temperatura de SHT se mantiene durante un periodo de entre 20 y 60 minutos.

7. Un método según la reivindicación 1, en el que la velocidad de calentamiento a la temperatura de SHT es al menos de 2°C/s.

8. Un método según la reivindicación 1, en el que el tiempo de transferencia de la chapa en bruto a los moldes fríos es inferior a 5s.

9. Un método según la reivindicación 1, en el que el componente conformado se enfría por debajo de los 200°C en menos de 10 segundos.

10. Un método según la reivindicación 1, en el que los moldes se mantienen a una 15 temperatura no superior a 150°C.

11. Un método según la reivindicación 1, que comprende una fase de envejecimiento artificial adicional de calentamiento del componente conformado a una temperatura de envejecimiento artificial y mantener el componente conformado a esa temperatura para permitir que ocurra el endurecimiento por precipitación.

12. Un método según la reivindicación 1, llevado a cabo en una aleación de Al tratable por calor en las series 2XXX, 6XXX y 7XXX.

13. Un método según la reivindicación 1, llevado a cabo en una aleación de Al no tratable por calor en la serie 5XXX.

ºº

em ur gur

em ur gur

º

T empº TFgurº1

º

T empº TFgurºº

ºº º

TFgurº3r

TFgurº33

TFgurº3º

TFgurº33