Aleación de aluminio.

Aleación de aluminio que comprende la siguiente composición, todos los valores en % en peso:

Si 0,25 - 1,5

Cu 0,3 - 1,5

Fe hasta 0,5

Mg< 0,1

Mn hasta 0,2

impurezas inevitables menores o iguales que 0,05 cada una o menores o iguales que 0,15 en el balance total de aluminio.

Aleación de aluminio

Esta invención se refiere a una aleación de aluminio destinada principalmente al uso en vehículos de transporte. La aleación de aluminio se basa en el sistema Al-Si-Cu y es particularmente adecuada para uso como un producto en forma de lámina en automóviles. La aleación de aluminio también es adecuada para uso como una capa de revestimiento en una lámina compuesta. La invención también se refiere a una estructura unida que comprende un componente de acero y un componente de aluminio.

Durante muchos años se ha establecido el uso de aleaciones de aluminio en la producción de automóviles y otros vehículos de transporte. Se usa una gama de diferentes aleaciones dependiendo de los requisitos en particular de los componentes específicos. En determinadas aplicaciones, se desea que el material sea de alta resistencia. Además, otras aplicaciones requieren una maleabilidad más elevada y, en dichos casos, la resistencia se puede considerar menos importante. Además, ha existido un deseo de materiales que se deformen fácilmente con el impacto, por ejemplo, en el caso de colisión con peatones y dichos materiales pueden tener resistencias incluso menores. Los productos de aleación de aluminio para dichas aplicaciones se proporcionan en diversas formas, desde láminas a piezas forjadas, extrusiones a piezas moldeadas.

Por lo general, las aleaciones de aluminio son aleaciones de la serie 6XXX, cuyos elementos principales en la aleación son Mg y Si, o aleaciones de la serie 5XXX, donde el principal elemento de la aleación es el Mg. Ha existido un uso ocasional de las aleaciones de la serie 2XXX donde el principal elemento de la aleación es el Cu. Para una comprensión del sistema de designación numérico usado normalmente en la nomenclatura y en la identificación del aluminio y de sus aleaciones véase "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys", publicado por The Aluminum Association, revisado en febrero de 2009.

Además, se conocen láminas de revestimiento o láminas compuestas para uso en automoción y en otras aplicaciones. En dichos productos, la lámina compuesta consiste en al menos dos capas de aleaciones con diferentes composiciones químicas. Una capa, denominada por lo general de núcleo, proporciona propiedades mecánicas generales, mientras que la segunda capa, denominada por lo general capa de revestimiento, proporciona características superficiales específicas. La capa de revestimiento es normalmente más fina que la capa de núcleo. Normalmente, la capa de núcleo de una composición se interpone entre dos capas de revestimiento de otra composición para formar una lámina de tres capas, teniendo ambas capas la misma composición. Pero no siempre este es el caso y se puede proporcionar una lámina compuesta de múltiples capas, teniendo cada capa una composición diferente.

Las aleaciones de aluminio no son los únicos materiales usados en la construcción de vehículos de transporte; el acero sigue siendo un material estructural importante. Aunque preocupada principalmente con las estructuras de automoción, la invención que se describe en el presente documento se puede aplicar del mismo modo a otros vehículos de transporte que incluyen, pero no se limitan a, aeronaves y vehículos terrestres tales como trenes, autobuses y camiones así como a otras aplicaciones industriales en las que existe una necesidad de unir componentes de aluminio a componentes de acero. El caso de estructuras de automoción se usa para ilustrar los antecedentes de la invención y para demostrar sus beneficios.

En diversas ubicaciones dentro de la estructura del automóvil, la aleación de aluminio debe entrar en contacto y se debe unir a un producto de aleación de acero. Esto crea problemas porque el aluminio y el acero no se pueden unir de forma satisfactoria mediante técnicas de soldadura convencionales, tales como TIG, MIG, soldadura con láser, soldadura con plasma, etc., debido a la gran diferencia entre las temperaturas de líquidus y la baja solubilidad entre elementos. De hecho, la soldadura definida de forma clásica, en el sentido de coalescencia de dos metales fundidos, no se produce porque las temperaturas usadas generalmente no son lo suficientemente elevadas para conseguir que el acero se funda. Por lo tanto, se usan diversos términos para describir el proceso de unión térmica que se produce y dichos términos pueden incluir, pero no se limitan a, soldadura con láser, soldadura con latón, etc.. Básicamente, y para los fines de la presente Invención, una estructura que comprende una pieza de aluminio unida a una pieza de acero se refiere a una que surge de un proceso térmico que hace que al menos una parte del componente de aluminio se funda.

El diagrama de fases de equilibrio binarlo de Al-Fe indica que existen diversos compuestos intermetálicos en equilibrio tales como Fe2AI5, FeAh, FeAI2 y FeAI. Se sabe que estos compuestos intermetálicos son duros y frágiles. Además, el aporte elevado de calor de las técnicas de soldadura convencionales y la reacción y la difusión resultantes entre las piezas de acero y de aluminio puede dar lugar a una capa espesa de compuestos Intermetálicos frágiles. La presencia de dichos compuestos intermetálicos en las superficies de contacto de acero / aluminio puede conducir a propiedades mecánicas deficientes y al comportamiento de fractura frágil de la unión. Por lo tanto, la unión entre las aleaciones de aluminio y acero se puede convertir en un sitio de debilidad estructural fundamental. Es preferente una unión que tenga una resistencia a la factura razonable, una que posea una ductilidad suficiente.

Se han hecho intentos para mejorar la resistencia interfacial y la ductilidad de dichas uniones. Un enfoque ha sido reducir el aporte de calor al proceso de unión, por ejemplo, mediante el aumento de la velocidad de soldadura, añadiendo un bloque de soporte para extraer el calor para Interrumpir el proceso de soldadura. Dicho enfoque se representa dentro de la técnica conocida de soldadura con latón con Transferencia de Metal en Frío, (CMT). Las desventajas de este enfoque son que, con él, la fabricación es más complicada y más cara, existe una ventana de funcionamiento reducida que no se presta a sí misma a la producción en masa a escala industrial y, aunque existe una mejora en la resistencia de la superficie de contacto, el modo de fractura sigue siendo frágil.

Un segundo enfoque para mejorar la capacidad de soldadura ha sido añadir Zn a la soldadura para promover la formación de una estructura eutéctica de Al-Zn, con bajo punto de fusión. En este enfoque, durante la operación de soldadura se usa un material de relleno de Zn sin fundente en una atmósfera al aire o se usa un revestimiento de Zn sobre el componente de acero. Además se puede usar un aporte de calor bajo en combinación. Un problema con el uso del Zn es que tiende evaporarse durante la soldadura con láser. Además, el Zn reduce la resistencia a la corrosión de la región de la unión porque tiene un potencial de corrosión muy negativo.

El documento de patente JP04768487B2 describe un método para obtener una estructura compuesta de aluminio y acero para vehículos a motor que implica la fusión de una capa de aluminio de una aleación AA5182 sobre una placa de acero usando un rayo láser sin fundente.

El documento de patente US-A-4.814.022 describe una aleación de aluminio que se puede soldar que comprende Si y Mg definida por un trapecio que tiene coordenadas en; Si 0,5, Mg 0,1; Si 0,5, Mg 0,2; Si 1,3, Mg 0,5; Si 1,3, Mg 0,1. Además, la aleación contiene Cu entre 0,1 y 0,5. La composición se controla para limitar la precipitación de Mg2S¡ durante la solidificación después de la fundición y los precipitados de Mg2Si desarrollados en la aleación, y necesario para el refuerzo, aparecen después de tratamientos térmicos posteriores. Aunque se describe como una aleación que se puede soldar, los ejemplos describen que la aleación se está soldando a sí misma, no a un componente de acero.

El documento de patente US-A-4.808.247 describe un proceso para fabricar aleaciones de Al-Si-Cu-Mg que implica la aplicación de una etapa de atemperado final donde las aleaciones que se describen se calientan entre 60-360 °C, se mantienen a esa temperatura durante un periodo de tiempo, y se enfrían de una manera controlada. Se describen tres aleaciones, de las cuales todas contienen Mg para promover la formación de precipitados de refuerzo de Mg2S¡.

El documento de patente US-A-5.582.660 describe una aleación para uso en una lámina de automoción que comprende la siguiente composición; Si > 1,0 aproximadamente 1,3, Mg > 0,25 a aproximadamente 0,60, Cu de aproximadamente... [Seguir leyendo]

1. Aleación de aluminio que comprende la siguiente composición, todos los valores en % en peso:

impurezas inevitables menores o iguales que 0,05 cada una o menores o iguales que 0,15 en el balance total de aluminio.

2. Una aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 donde el contenido de Si es 0,5 -1,25.

3. Una aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el contenido de Cu es 0,3 -1,25.

4. Una aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el contenido de Mn es < 0,01.

5. Una aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el contenido de Mg es < 0,01.

6. Una estructura unida, donde la estructura unida comprende un componente de acero y un componente de aleación de aluminio unido a la misma y donde el componente de aleación de aluminio se prepara a partir de una aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Una estructura unida de acuerdo con la reivindicación 6 donde la zona de la superficie de contacto entre el componente de acero y el componente de aleación de aluminio se caracteriza por una capa de FeAl adyacente al componente de acero.

8. Un producto de lámina de aluminio compuesta que comprende una capa de núcleo y al menos una capa de revestimiento, donde la al menos una capa de revestimiento es una aleación de aluminio que comprende la siguiente composición, todos los valores en % en peso:

Si 0,25-1,5

Cu 0,3-1,5 Fe hasta 0,5

Mg <0,1 Mn hasta 0,2

impurezas inevitables menores o iguales que 0,05 cada una o menores o iguales que 0,15 en el balance total de aluminio.

9. Un producto de lámina de aluminio compuesta de acuerdo con la reivindicación 8 donde la capa de núcleo se prepara a partir de una aleación seleccionada entre el grupo de aleaciones de las series 5XXX y 6XXX.

10. Un producto de lámina de aluminio compuesta de acuerdo con la reivindicación 9 donde la capa de núcleo se prepara a partir de una aleación seleccionada entre el grupo que consiste en AA6016, AA6016A, AA6014, AA6011, AA6111, AA6009, AA6010, AA6022 y AA6451.

11. Un producto de lámina de aluminio compuesta de acuerdo con la reivindicación 9 donde la capa de núcleo se prepara a partir de una aleación seleccionada entre el grupo que consiste en AA5005, AA5152, AA5052, AA5018, AA5454, AA5754, AA5056, AA 5456, AA5182, AA5186, AA5059, AA5083 y AA5383.

12. Una estructura unida, donde la estructura unida comprende un componente de acero y un componente de aleación de aluminio unida a la misma y donde el componente de aleación de aluminio se prepara a partir de un producto de lámina de aluminio compuesta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.

13. Un método para preparar una estructura unida, donde la estructura unida comprende un componente de acero y un componente de aluminio y donde los componentes de acero y aluminio se unen mediante un proceso térmico que hace que al menos una parte del componente de aluminio se funda y donde el componente de aluminio se prepara a partir de una aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

14. Un método para preparar una estructura unida, donde la estructura unida comprende un componente de acero y un componente de aluminio y donde los componentes de acero y aluminio se unen mediante un proceso térmico que hace que al menos una parte del componente de aluminio se funda y donde el componente de aluminio se prepara a

partir de un producto de lámina de aluminio compuesta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.

15. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 13 o 14 donde el proceso térmico es soldadura con láser.