Aleación de fundición de aluminio y cobre.

Una aleación de fundición de aluminio y cobre para fundiciones,

que contiene:

Cu 3,0-6,0 %/p;

Mg 0,0-0,5 %/p;

Ag 0,0-0,5 %/p;

Mn 0,0-0,8 %/p;

Fe 0,0-1,5 %/p;

Si 0,0-1,5 %/p;

Zn 0,0-4,0 %/p;

Sb 0,0-0,5 %/p;

Zr 0,0-0,5 %/p;

Co 0,0-0,5 %/p;

Titanio libre >0,15-1,0 %/p;

Partículas insolubles 0,5-20 %/p; y

Al e impurezas inevitables Equilibrio

donde las partículas insolubles ocupan la regiones interdendríticas de la aleación y comprenden partículas de diboruro de titanio, y donde la aleación de aluminio y cobre comprende más de un 0,15 %/p de titanio libre, lo que resulta en un refinamiento de la estructura del grano de la aleación de fundición.

Aleación de fundición de aluminio y cobre Descripción de la invención

[1] Esta invención se refiere a aleaciones de fundición de aluminio y cobre. Las aleaciones de aluminio y cobre tienen potencialmente una resistencia mayor que otros sistemas de aleaciones de fundición de aluminio como, por ejemplo, las aleaciones de aluminio y silicio. No obstante, el uso de las aleaciones de aluminio y cobre para aplicaciones de alto rendimiento se ha visto limitado por su mala colabilidad en comparación con las aleaciones de aluminio y silicio.

[2] En la Solicitud de Patente Británica 2334966A se presenta una aleación de aluminio y cobre en la que partículas sustancialmente insolubles, preferentemente de diboruro de titanio, o posiblemente de otros materiales tales como carburo de silicio, óxido de aluminio, diboruro de circonio, carburo de boro o nitruro de bromo, ocupan regiones interdendríticas de la aleación cuando se funde. Cabría esperar que dichas partículas, que normalmente son duras y quebradizas, derivarían en una reducción inaceptable de la ductabllldad de la aleación de fundición pero, en realidad, las investigaciones han demostrado que la buena ductabilidad se mantiene ya que las partículas cambian las características de solidificación de la aleación, eliminando la heterogeneidad composicional y reduciendo la porosidad de contracción a escala macroscópica. Durante la solidificación de la aleación, las partículas de HB2 ocupan los espacios interdendrítlcos a medida que las dendritas de aluminio se nuclean y empiezan a crecer, y la presencia de las partículas de HB2 restringe el movimiento del metal líquido restante a través de los canales ¡nterdendríticos. Esto favorece una evolución hacia la alimentación en masa, que reduce la ocurrencia de una porosidad de contracción tanto interna como superficial. No obstante, aunque se sabe que el T¡B2 es un refinador de granos, el tamaño de los granos sigue siendo muy grande (por ej., 1 mm aproximadamente). Esta estructura de granos no refinados puede llevar a problemas como el agrietamiento en callente, sobre todo en las fundiciones en arena, así como a la formación de porosidad de contracción en grandes fundiciones enfriadas lentamente como las producidas por fundición a la cera perdida o fundición en arena.

[3] En la Patente JP1119996 se presenta una aleación de aluminio adecuada para fundiciones de culatas de motores, que puede contener titanio. No obstante, la aleación es una aleación de aluminio y silicio: tales aleaciones tienen fundamentalmente una fluidez y colabilidad mucho mayores que las aleaciones que no contienen o contienen poco silicio, y no sufren el mismo nivel de agrietamiento en caliente o porosidad de contracción que las segundas aleaciones mencionadas.

[4] Según un primer aspecto de la invención, una aleación de fundición de aluminio y cobre, comprende:

Titanio libre >,15-1, %/p;

Partículas insolubles ,5-2 %/p; y Al e impurezas inevitables Equilibrio,

donde las partículas insolubles ocupan la regiones interdendríticas de la aleación y comprenden partículas de diboruro de titanio, y en donde la aleación de aluminio y cobre comprende más de un ,15 %/p de titanio libre, lo que resulta en una refinación de la estructura del grano de la aleación de fundición.

[5] Las partículas insolubles pueden tener un tamaño de ,5 pm o superior. Puede ser de hasta 25 pm. Preferentemente, el tamaño de las partículas puede ser de hasta 15 pm o de hasta 5 pm.

[6] Las partículas insolubles pueden encontrarse presentes en un rango de un ,5 % a un 1 %, o de un 1,5 % a un 9 %, o de un 3 % a un 9 %, o de un 4 % a un 9 %.

[7] Las partículas insolubles pueden ser de un tamaño que se encuentre al menos en la región de un orden de magnitud menor que la separación de los brazos dendrítlcos/el tamaño de los granos de la aleación sólida y ocupan las regiones ¡nterdendríticas/intergranulares de la aleación.

[8] Las partículas comprenden partículas de diboruro de titanio.

[9] La aleación puede contener de un ,5 % a un 1 % de partículas de diboruro de titanio.

[1] La aleación puede contener de un 3 % a un 7 % de partículas de diboruro de titanio.

[11] La aleación puede contener un 4 % de partículas de diboruro de titanio.

[12] La aleación puede contener un 7 % de partículas de diboruro de titanio.

[13] Dos de los aspectos principales Identificados como factores que llevan a la variabilidad de las propiedades mecánicas y de la integridad estructural en las aleaciones basadas en aluminio y cobre son la segregación de los elementos de aleación y la formación de porosidad interdendrítica sobre todo conectada con la superficie.

[14] Las investigaciones sobre las aleaciones de fundición de aluminio y cobre han demostrado que un factor

significativo que contribuye a la variabilidad de las propiedades del material de tales aleaciones es el flujo del material rico en solutos a través de los Intersticios entre los brazos dendríticos creados durante la solidificación.

[15] Para prevenir o reducir la ocurrencia de estos fenómenos, según la invención se han añadido partículas

sustanclalmente insolubles, finamente divididas. Normalmente cabría esperar que la adición de dichas partículas, que por lo general son duras y quebradizas, derivara en una reducción inaceptable de la ductabilidad de la aleación. No obstante, las investigaciones llevadas a cabo han demostrado que la buena ductabilidad se mantiene tal y como se verá en el ejemplo que se presenta a continuación.

[16] La porosidad interdendrítica dispersa también es una característica de estas aleaciones debido a los problemas a la hora de alimentar la contracción de solidificación a través de los intersticios dendríticos. Este tipo de porosidad también provoca una reducción de las propiedades mecánicas del material, a saber, resistencia a la tensión y alargamiento y resistencia a la fatiga.

[17] Se apreciará que en la presente Invención, la adición de partículas sustancialmente insolubles, finamente divididas, cambia las características de solidificación de la aleación y no se aplican como un mecanismo de endurecimiento directo para la aleación. La adición ulterior de titanio a distintos niveles resulta en una reducción significativa del tamaño del grano y altera aún más estos mecanismos de solidificación, en la manera descrita más adelante.

[18] Según otro aspecto de esta invención, presentamos un método de realización de una fundición que consiste en el paso de fundir una aleación de aluminio y cobre según el primer aspecto e introducir la aleación resultante en un molde.

[19] A continuación se describirá la invención a través de un ejemplo en el que se hace referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

La Figura 1 es una vista esquemática del molde de fundición para la pieza de ensayo.

La Figura 2 es una vista esquemática de la fundición resultante.

La Figura 3 es una representación esquemática de la fundición resultante una vez seccionada para su examen microscópico.

Las Figuras 4a, b, c son imágenes macroscópicas en las que puede verse la reducción del tamaño del grano al ir aumentando los niveles de titanio ,2 %/p*, ,15 %/p*, ,44 %/p*.

Las Figuras 5a, b, c son imágenes ópticas microscópicas en las que puede verse la alteración de la microestructura al Ir aumentando el % en peso de titanio, ,2 %/p*, ,15 %/p*, ,44 %/p*, respectivamente.

Las Figuras 6a, b, c ¡lustran respectivamente, a escala ampliada, la microestructura de las aleaciones conforme se van aumentando las cantidades de titanio.

Las Figuras 7a, b ¡lustran el efecto conseguido en la microestructura al controlar la velocidad de enfriamiento de las piezas moldeadas.

[2] Nota* Todos los porcentajes en peso indicados en esta sección son valores ponderados por lo que están sujetos a error estándar. El análisis composicional se realizó mediante espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente y está sujeto a un margen de error estándar de... [Seguir leyendo]

1. Una aleación de fundición de aluminio y cobre para fundiciones, que contiene:

Cu

Mg

Ag

Zn

Zr

Co

Sb

Si

Mn

Fe

3,-6, %/p ,-,5%/p ,-,5 %/p ,-,8 %/p ,-1,5 %/p ,-1,5 %/p ,-4, %/p ,-,5%/p ,-,5%/p ,-,5%/p

Titanio libre

>,15-1, %/p;

Partículas insolubles

Al e impurezas inevitables

,5-2 %/p; y Equilibrio

donde las partículas insolubles ocupan la regiones interdendríticas de la aleación y comprenden partículas de diboruro de titanio, y donde la aleación de aluminio y cobre comprende más de un ,15 %/p de titanio libre, lo que 5 resulta en un refinamiento de la estructura del grano de la aleación de fundición.

2. Una aleación conforme a la reivindicación 1, donde las partículas insolubles tienen un tamaño de las partículas comprendido entre ,5 y 25 pm.

3. Una aleación conforme a la reivindicación 2, donde el tamaño de las partículas está comprendido entre ,5 y 15 pm.

4. Una aleación conforme a la reivindicación 3, donde el tamaño de las partículas está comprendido entre ,5 y

pm.

5. Una aleación conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende entre un 3 %/p y un 7 %/p de partículas de diboruro de titanio.

6. Una aleación conforme a la reivindicación 5 que comprende un 4 %/p de partículas de diboruro de titanio.

7. Una aleación conforme a la reivindicación 5 que comprende un 7 %/p de partículas de diboruro de titanio.

8. Un método para la realización de una fundición que consiste en fundir una aleación de aluminio y cobre conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes e introducir la aleación resultante en un molde.