Aleación de magnesio de alta resistencia y alta dureza, y método para la producción de la misma.

Un producto trabajado plasticamente que se produce sometiendo un producto de fundicion de aleación de magnesio de alta resistencia y alta dureza que tiene una fase de magnesio estructurada en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración y que contiene un porcentaje atómico"a" de Zn,

un porcentaje atómico "b" de Y y un residuo de Mg, caracterizado porque "a" y "b" cumplen las expresiones siguientes (1) a (3) de un trabajo plastico, en que la fase de magnesio estructurado en hcp de dicho producto trabajado plasticamente tiene un tamaño medio de particula de 2 JAM o mas:

(1) 0.5 ≤ a

Ámbito de la Invención La presente invención se refiere a un producto de aleación de magnesio de alta dureza y alta resistencia y un método de producir un producto de fundición de aleación de 5 magnesio de alta dureza y alta resistencia y posteriormente trabajado plásticamente.

Antecedentes de la Invención Una aleación de magnesio se ha convertido en algo de uso común como material de la carcasa de un teléfono móvil o una pieza de;: un automóvil debido a su reciclabilidad.

Para estas utilizaciones, se requiere que la aleación de magnesio tenga unas altas propiedades de resistencia y dureza. De t~sta manera, se ha estudiado un método de producción de una aleación de magnesio de alta dureza de muchas formas, desde el aspecto del material y desde el aspecto de su fabricación.

Desde el aspecto de la fabricación, como n::sultado de los avances en nanocristalización, se ha desarrollado un método metalúrgico de polvo de solidificación rápida (un método 15 RS-PIM) para obtener una aleación de magnesio que tenga una resistencia de alrededor de 400 MPa, es decir aproximadamente dos veces la de un material de fundición.

Como aleaciones de magnesio, son amplia.mente conocidas las aleaciones basadas en Mg-AI, basadas en Mg-AI-Zn, basadas en Mg-Th-Zn, basadas en Mg-Th-Zn-Zr, basadas en Mg-Zn-Zr, o basadas en Mg-Zn-Zr-RE (elemento raro en la Tierra) . Cuando 20 una aleación de magnesio que presenta la composición anteriormente mencionada es producida por un método de fundición, no puede obtenerse una resistencia suficiente. Por otro lado, cuando una aleación de magnesio que tiene la composición anteriormente mencionada se produce mediante el método RS-P/M, puede conseguirse una resistencia superior a la del método de fundición; sin embargo, la resistencia sigue siendo insuficiente. Como alternativa, la resistenda es suficiente, mientras que la dureza (una ductilidad) resulta insuficiente. Por lo tanto, resulta problemático utilizar una aleación de magnesio producida por el método RS-.P/M para aplicaciones que requieren una alta resistencia y una alta dureza.

Para una aleación de magnesio de alta resistencia y alta dureza, se ha propuesto utilizar aleaciones basadas en Mg-Zn-RE (elemento raro en la Tierra) (por ejemplo, en referencia a la Literatura de Patentes 1, 2 Y 3) .

Asimismo, en la Literatura de Patentes 4 se describe una aleación que contiene Mg, un porcentaje atómico del 1% de Zn y un porcentaje atómico del 2% de Y, y una aleación que contiene Mg, un porcentaje atómico dlel 1% de Zn y un porcentaje atómico del 3% de Y, que se produce mediante un método de enfriamiento líquido. La aleación consigue obtener unas altas propiedades de resistencia creando una estructura de cristal de granulación fina mediante el enfriamiento.

Como alternativa, en la Literatura No de Patentes I se describe una aleación de magnesio. que se produce de una forma. tal que un producto de fundición de una aleación que contiene Mg, un porcentaje atómico del 1 % de Zn y un porcentaje atómico del 2% de Y se extrusiona a un índice de extrusión de 4 ya una temperatura de 420°C, y 20 a continuación se somete a un trabajo ECAE 16 veces. La idea de la Literatura No de Patentes 1 se deriva de la idea de la invención que se describe en la Literatura de Patentes 4, en la cual se forma una estructura de cristal de granulación fina mediante enfriamiento con el fin de obtener unas altns propiedades de resistencia. Por lo tanto, en esta Literatura No de Patentes se realiza. un trabajo ECAE 16 veces con el fin de

conseguir una estructura de cristal de granulación fina.

Literatura de Patentes 1: Patente Número 3238516 (Fig. 1) .

Literatura de Patentes 2: Patente Número 2807374.

5 Literatura de Patentes 3: Solicitud (Reivindicaciones y Realizaciones) . de Patente Japonesa Publicada 2002-256370

Literatura de Patentes 4: W002/066696 (PCT/JPOII00533) .

Literatura No de Patentes 1: Material Transactions, Vol. 44, no. 4 (2003) , páginas 463 a 467.

lO E. Abe et al. "Long-period ordered structure in a high-strength nanocr y stalline Mg-I at% Zn-2 at% Y alloy studied by atomic-rc;:solution Z-contrast STEM", Acta Materialia, no. 50, 2002, páginas 3845-3857, describe una masa de aleación de Mg97Zn¡Y2 nanocristalina preparada mediante extrusió" caliente de polvos de solidificación rápida.

Descripción de la Invención

15 Problemas que se resuelven mediante la Invención

20 Sin embargo, en un material basado conv (:ncionalmente en Mg-Zn-RE, se obtiene una aleación de magnesio de alta resistencia. mediante, por ejemplo. tratamiento ténnico de un material de aleación amorfo para formar una estructura de granulación fina. En este caso, en función de una idea preconcebida en la cual añadir una cantidad sustancial de zinc y elemento raro en la Tierra es un «:quisito para obtener el material de aleación amorfo, se ha utilizado una aleación de magnesio que contiene una cantidad

relativamente grande de zinc y de elemento raro en la Tierra.

Las Literaturas de Patentes 1 y 2 describen que puede obtenerse una aleación de alta resistencia y alta dureza. Sin embargo, en la práctica, no existen aleaciones que tengan una resistencia y una dureza suficientes para ponerlas en uso práctico. Y actualmente,

las aplicaciones de aleación de magnesio ~! han expandido, de manera que una aleación con una resistencia y una dureza convencionales resulta insuficiente para dichas aplicaciones. Por lo tanto, se requiere una aleación de magnesio con una resistencia mayor y una dureza mayor.

La Literatura No de Patentes 1 presenta. un problema de incremento de costes de producción, ya que se realiza un trabajo ECAE 16 veces después de un proceso de extrusión a un ritmo de extrusión de 4. E incluso, a pesar del tiempo y el esfuerzo que conlleva, el trabajo ECAE se realiza para conseguir una cantidad total de tensión de 16

o más, la aleación obtenida puede tenl~r una elasticidad del orden de 200MPa, mostrando una resistencia insuficiente.

La presente invención ha sido concebida a la vista de los problemas anteriormente mencionados. Uno de los objetos de la presente invención es proporcionar un producto de aleación de magnesio trabajado plásticamente de alta resistencia y alta dureza que tenga una resistencia y una dureza a un nivel suficiente para que la aleación sea utilizada en la práctica en aplicaciones expandidas de una aleación de magnesio y un método para producir una fundición y un producto trabajado plásticamente a continuación.

Forma de Solucionar los Problemas Con el fin de solucionar los problemas mencionados anteriormente, se proporciona un producto trabajado plásticamente de acuerd.o con la reivindicación l.

El producto trabajado plásticamente tiene u.na fase de magnesio estructurada en hcp y se produce sometiendo el producto de fundición a un trabajo plástico.

Por ejemplo, el producto trabajado plásticamente tiene una fase de magnesio 5 estructurada en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente.

Un producto trabajado plásticamente puede ser producido sometiendo el producto de fundición de aleación de magnesio a un trabajo plástico y un tratamiento ténnico, en que el producto trabajado plásticamente tiene una fase de magnesio estructurada en hcp

y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente.

La fase de magnesio estructurada en hcp üene un tamaño medio de partícula de 2 J.1m o más. Y la fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración tiene preferiblemente un diámetro medio de partículas de 0.2 J.1m o más, y tiene un número aleatorio de borde de los granos existente e:n el grano de cristal del mismo, en el cual el grano de cristal definido por el borde de grano aleatorio tiene preferiblemente un tamaño medio de partícula de 0.05 J.1m o llliis.

La fase de estructura de apilamiento ordena.do de larga duración tiene preferiblemente al menos una densidad de dislocación por lo menos inferior a diez en relación con la fase de magnesio estructurado en hcp.

La fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración tiene preferiblemente un grano de cristal con una fracción de vollJlmen del 5% o más.

El producto trabajado plásticamente puede contener por lo menos un tipo de precipitación seleccionado entre el grupo que consta de un compuesto de Mg y elemento raro en la Tierra, un compuesto de Mg y Zn, un compuesto de Zn y elemento raro en la Tierra y un compuesto de Mg, Zn y elemento raro en la Tierra.

El por 10 menos un tipo de precipitación puede tener una fracción de volumen total mayor que O hasta un 40% o menos.... [Seguir leyendo]

1. Un producto trabajado plásticamente que se produce sometiendo un producto de fundición de aleación de magnesio de alta resistencia y alta dureza que tiene una fase de magnesio estructurada en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración y que contiene un porcentaje atómico "a" de Zn, un porcentaje atómico "b" de Y y un n~siduo de Mg, caracterizado porque "a" y"b" cumplen las expresiones siguientes (1) a (3) de un trabajo plástico, en que la fase de magnesio estructurado en hcp de dicho producto trabajado plásticamente tiene un tamaño medio de partícula de 2 Jlm o más:

(1) O.S";a<S.O,

(2) O.S<b<S.O,

(3) 213a-S/6";b;

y opcionalmente contiene un poreentaj (: atómico de entre más de un 0% y un 2.5% o menos, en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Al, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Sn, Au, Ba, Ge. Bi. Ga. In. Ir. Li. Pd. Sb y V;

Y que opcionalmente contiene un porcentaje atómico "e", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Yb, Tb, Sm y Nd, donde "e" cumple las siguientes t~xpresiones (4) y (5) :

(4) O, ;; cl> 3.0,

(5) 0.2 ';;b+c;S;6.0;

o que opcionalmente contiene un porcentaje atómico "c", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de La, Ce, Pr, Eu, Mm y Gd, donde "c" cumple las siguientes expresiones (4 ') Y (S') o (5') y (6') :

(4') 0';;0<2.0,

(S') 0.2:iób+c:>6.0,

(6') <lb;;; 1.5;

o que opcionalmente contiene un pore.entaje atómico "c", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Yb, Tb, Sm y Nd Y un porcentaje atómico "d" en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de La, Ce, Pr, Eu, Mm y Gd, , donde "c" y "d" cumplen las siguientes expresiones (4") a (6") o (6") y (7") :

(4") O:5:c:5:3.0.

(S") () :5:d<2.0.

(6") O.2~;b+c+d:5:6.0.

(7") dlb';; 1.5.

2. El producto trabajado plásticament, :: de la reivindicación l que tiene una fase de magnesio estructurado en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente.

3. El producto trabajado plásticamente de la reivindicación 1 o 2, en que dicho 15 producto trabajado plásticamente después de ser sometido a un tratamiento térmico tiene una fase de magnesio estructurado en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente.

4. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con las reivindicaciones l a 3, en que dicha fase de estructura dI:: apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente tiene por lo menos una densidad de dislocación de menos de un diez por ciento que dicha fase de magnesio estructurada en hcp.

5. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con las reivindicaciones l a 4, en que dicha fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente tiene un grano de cristal con una fracción de volumen del

5%0 más.

6. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, en que el producto trabajado plásticamente contiene por lo menos un tipo de precipitación seleccionado de entre el grupo que consta de un consta de un compuesto de Mg y elemento raro en la Tierra, un compuesto de Mg y Zn, un compuesto de Zn y elemento raro en la Tierra y un compuesto de Mg, Zn y elemento raro en la Tierra.

7. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con la reivindicación 6, en que el por 10 menos un tipo de precipitación puede tener una fracción de volumen total mayor que O hasta un 40% o menos.

8. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con las reivindicaciones I a 7, en que dicho trabajo plástico se lleva a cabo preferiblemente mediante por lo menos un proceso entre un enrollado, una extrusión, un trabajo ECAE, un laminado, un forjado, un prensado, un enrollado formado, un doblado, un trabajo FSW y un trabajo cíclico de estos trabajos.

9. El producto trabajado plásticamente de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, en que la cantidad total de tensión cuando se realiza el trabajo plástico es preferiblemente de 15 o menos.

10. El producto trabajado plásticamente de las reivindicaciones 1 a 9, en que la cantidad total de tensión cuando se realiza el trabajo plástico es más preferiblemente de 10 o menos.

11. Un método para producir una fundición de aleación de magnesio de alta resistencia y alta dureza y posteriormente un producto trabajado plásticamente 10 que comprende:

una fase para preparar un producto de fundición de aleación de magnesio con una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración y que comprende un porcentaje atómico "a" de Zn, un porcentaje atómico "b" de Y y un residuo de Mg, en que "a" y "b" cumplen las expresiones siguientes (l) a (3) ,

en que el índice de refrigeración en la fundición es de 1OOK/seg. o meros:

(1) 0.5';;.<5.0,

(2) 0.5<b<5.0,

(3) 2/3. 5/6:>b;

y que opcionalmente contiene un porcentaje atómico de entre más de un 0% y un 2.5% o menos, en una cantidad total de por lo meros un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Al, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B,

e, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb y V; y que opcionalmente contiene un porcentaje atómico "e", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Yb, Tb, Sm yNd, donde "e" cumple las siguientes expresiones (4) y (5) :

(4) 0""c:03.0,

(5) O.2:>b+c::ió.0;

o que opcionalmente contiene un porcentaje atómico "c", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de La, Ce, Pr, Eu. Mm y Od, donde "c" cumple las siguientes expresiones (4') y (5') o (5') y (6') :

(4') O "" c<2.0,

(5') () .2, , "b+c~6.0,

(6') cJb:> 1.5;

o que opcionalmente contiene un porcentaje atómico "e", en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de Yb, Tb, Sm y Nd Y un porcentaje atómico "d" en una cantidad total de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consta de La, Ce, Pr, Eu, Mm y Od, , donde "c" y "d" cumplen las siguientes expresiones (4") a (6") o (6") y

(7") :

(4") O:;;c:;; 3.0,

(S") O:iO d<2.0,

(6") 0.2 ;;>b+c+d:;; 6.0,

(7") d1b';; 1.5;

12. El método de acuerdo con la reivindicaci6Q 11 en que dicho producto de fundición de aleación de magnesio tiene una fase de magnesio estructurado en hcp y una fase de estructura de apilamiento ordenado de larga duración a temperatura ambiente.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1I o 12, en que dicho trabajo plástico se lleva a cabo preferiblemente mediante por lo menos un proceso entre un enrollado, una extrnsión, un trabajo ECAE, un laminado, un forjado, un prensado, un enrollado formado, un doblado, un trabajo FSW y un trabajo cíclico de estos trabajos.

14. El método de acuerdo con la reivindicaciones JI a 13, en que la cantidad total de tensión cuando se realiza el trabajo plástico es de 15 o menos.

15. El método de acuerdo con la reivindicaciones 11 a 13, en que la cantidad total de tensión cuando se realiza el trabajo plástico es de 10 o menos.

16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones II a 15, que también comprende una fase para tratar ténnicamente el producto trabajado plásticamente después de la fose pata producir el producto trabo.jado plásticamente.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en que dicho tratamiento ténnico se realiza preferiblemente bajo una s condiciones de temperatura de entre 2000C y menos de 5000C. y un período de tratamiento de entre 10 minutos y menos de 24 horas.

18. El método de acuerdo con cualqu~era de las reivindicaciones 11 a 17, en que dicha aleación de magnesio, después de ser sometida al trabajo de plástico tiene una fase estructurada en hcp preferiblemente con una densidad de dislocación superior en menos de diez un diez por ciento a la fase de magnesio de estructura de apilamiento ordenado de larga duración.