Material de aluminio con tolerancia al daño que tiene una microestructura estratificada.
Material de aluminio colado de una aleación de aluminio endurecible por precipitación,
en el que la aleación aluminio comprende en % en peso:
el 0,3-1,5 de Si, preferiblemente el 0,5-1,1 de Si,
el 0,3-1,5 de Mg, preferiblemente del 0,5 al 1,5 de Mg y lo más preferiblemente el 0,65-1,2 de Mg,
< 0,6 de Mn, preferiblemente del 0,05 al 0,3, lo más preferiblemente del 0,08 al 0,15 de Mn,
< 0,5 de Cu, preferiblemente< 0,4, lo más preferiblemente el 0,05-0,2 de Cu,
< 0,5 de Fe, preferiblemente< 0,3 de Fe,
< 0,3 de Nb,
< 0,3 de V, preferiblemente el 0,01-0,1 de V,
< 0,3 de Cr,
< 0,2 de Zn, preferiblemente< 0,1 de Zn,
< 0,2 de Ti, preferiblemente el 0,01-0,1 de Ti,
< 0,2 de Mo,
< 0,2 de Zr
e impurezas inevitables cada una al 0,05% en peso como máximo y el total de impurezas del 0,15% en peso como máximo, el resto aluminio, caracterizado porque comprende granos, dendritas o células que tienen dos zonas diferenciadas con una primera zona central enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera peritéctica con aluminio y una segunda zona, que rodea a la primera zona, enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera eutéctica con aluminio, ocupando la primera zona el 1-85%, preferiblemente el 10-70%, lo más preferiblemente el 20-50% del volumen total medido en la sección transversal como colinas peritécticas en el contraste de interferencia en LOM, y en el que la aleación de aluminio endurecible por precipitación comprende elementos de aleación peritécticos con un coeficiente de distribución combinado Σk superior a 3, preferentemente superior a 5 y lo más preferentemente superior a 8 y una proporción de elementos peritécticos de más del 0,02 x [% en peso de elementos de aleación eutécticos] que pueden suprimir el contenido local de elementos eutécticos en la zona peritéctica hasta< 0,8 x [el contenido promedio de elementos de aleación eutécticos de la aleación en % en peso].
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/055504.
Solicitante: Sapa AB.
Nacionalidad solicitante: Suecia.
Dirección: Box 5505 114 85 Stockholm SUECIA.
Inventor/es: ZAJAC,STANISLAW, BRAAM,JONAS.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C22C21/00 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › Aleaciones basadas en aluminio.
- C22C21/08 C22C […] › C22C 21/00 Aleaciones basadas en aluminio. › con silicio.
- C22F1/04 C22 […] › C22F MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O ALEACIONES NO FERROSOS (procesos específicos para el tratamiento térmico de aleaciones ferrosas o aceros y dispositivos para el tratamiento térmico de metales o aleaciones C21D). › C22F 1/00 Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío. › de aluminio o aleaciones basadas en él.
- C22F1/05 C22F 1/00 […] › de aleaciones del tipo Al-Si-Mg, es decir, que contienen silicio y magnesio en proporciones sensiblemente iguales.
PDF original: ES-2488546_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Material de aluminio con tolerancia al daño que tiene una microestructura estratificada
La presente invención se refiere a un material de aluminio con tolerancia al daño que tiene una microestructura estratificada así como a aleaciones de aluminio de tipo endurecióles por precipitación adecuadas para producir dicho material de aluminio y a un método para producir dicho material de aluminio.
Antecedentes
La invención se refiere a la producción de materiales de aluminio y en particular a la producción de materiales de aluminio forjados con tolerancia al daño.
Se conoce a partir de la técnica anterior que para materiales de aluminio producidos de manera convencional, la resistencia mecánica, la ductilidad y la tolerancia al daño en general están inversamente relacionadas entre sí, de modo que un nivel aumentado de resistencia a la tracción habitualmente deteriora la ductilidad y la tolerancia al daño.
En un método anterior conocido a partir del documento EP198717, se usa una aleación que comprende el % en peso: Mn máx. ,6, Cr máx. ,3, Zr máx. ,25, Mg ,25-1,2, Si ,3-1,4, Ti ,1-,4, en la que el Ti está presente en disolución sólida y están incluidas impurezas accidentales, incluyendo Fe y Zn, hasta el ,5, siendo el resto Al. La razón Si/Mg preferida es de 1,4. La aleación se cuela para dar lingotes y luego se homogeneiza y los lingotes se extruyen para producir un material con propiedades de resistencia al aplastamiento mejoradas.
En el documento JP2876297, se presenta un material extruido o laminado con resistencia al agrietamiento por corrosión con tensión. Las composiciones usadas en esta patente dan como resultado una microestructura convencional con una distribución homogénea de elementos de aleación. Esta patente también reivindica que la tasa de colada y la tasa de enfriamiento tras la colada deben ser altas para mantener pequeño el tamaño de grano de la estructura colada. No se produce un material de alta tolerancia al daño por el presente documento.
En el documento EP21371, se usa una aleación de aluminio que comprende Si ,68-,77, Fe ,16-,24, Cu ,24- ,32, Mn ,68-,77, Mg ,58-,67, Cr < ,4, Zn < ,1, Ti < ,1, V < ,4, otros elementos < ,3, el resto Al para producir productos para la industria automotriz con un límite de elasticidad de más de 28 MPa.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar condiciones para permitir la producción de un material de aluminio forjado con tolerancia al daño mejorada a la vez que se conserva la alta resistencia mecánica del material.
El objeto se consigue por medio de un material de aluminio colado según la reivindicación 1 independiente, y un método controlado de producción de un material de aluminio colado según la reivindicación 8 independiente. Se facilitan realizaciones mediante las reivindicaciones dependientes.
Por tanto, se consigue un material de aluminio forjado que tiene una microestructura que se compone de capas alternas con propiedades mecánicas significativamente diferentes que proporciona una combinación superior de resistencia mecánica, ductilidad y tolerancia al daño al material de aluminio forjado.
La estructura estratificada se forma mediante deformación de una aleación de aluminio endurecióle por precipitación que comprende una estructura colada que se compone por granos que tienen dos zonas; una primera zona central enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera peritéctica con aluminio y una segunda zona, que rodea a la primera, enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera eutéctica con aluminio. Con el fin de conseguir un efecto de la estructura estratificada, la aleación de aluminio debe comprender elementos de aleación peritécticos con un coeficiente de distribución combinado superior a 3, preferentemente superior a 5 y lo más preferentemente superior a 8, a una proporción de más de ,2 veces el contenido del % en peso de los elementos eutécticos.
La invención proporciona un material de aluminio de una aleación de aluminio endurecióle por precipitación que comprende una estructura colada que se compone de granos, dendritas o células que tienen dos zonas diferenciadas con una primera zona central enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera peritéctica con aluminio y una segunda zona, que rodea a la primera zona, enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera eutéctica con aluminio, ocupando la primera zona el 1-85%, preferiblemente el 1-7%, lo más preferiblemente el 2-5% del volumen de lingote total medido en la sección transversal como colinas peritécticas en el contraste de interferencia en LOM.
La invención proporciona además un material de aluminio forjado producido mediante deformación del material de aluminio colado, mediante lo cual se produce un material con una microestructura estratificada, así como un método
para producir dicho material controlando la velocidad de colada para producir una estructura colada de dos zonas, ocupando la primera zona el 1-85%, preferiblemente el 1-7%, lo más preferiblemente el 2-5% del volumen total medido en la sección transversal como colinas peritécticas en el contraste de interferencia en LOM.
El material de aluminio forjado es un material candidato excelente especialmente en aplicaciones que requieren tolerancia al daño, tales como piezas para automóviles en las que la tolerancia al daño es un requisito previo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un dibujo esquemático de una sección transversal del material recién colado según la presente invención, en el que A significa la zona central enriquecida en elementos peritécticos y B significa la zona circundante enriquecida en elementos eutécticos en un grano, y un dibujo esquemático de una estructura estratificada obtenida tras deformación.
La figura 2 muestra la redistribución de Mg+Si- en diferente áreas de un grano para la aleación de AIMgSi solidificada que contiene el 1,2% (Mg+Si) en función del contenido del % en peso de elementos de aleación peritécticos en estas áreas, revelada mediante espectroscopia de rayos X por dispersión de energía.
Las figuras 3a y 3b comparan la tolerancia al daño en flexión de dos materiales de aluminio con el mismo nivel de resistencia mecánica, en las que a) muestra un material de aluminio convencional y b) muestra un material de aluminio según la presente Invención, y en las que los números de referencia significan 1 grieta perpendicular, 2 grietas longitudinales detenidas pequeñas.
Descripción detallada de la invención
En esta invención el material de aluminio forjado con tolerancia al daño se compone de capas alternas con propiedades mecánicas significativamente diferentes que siguen siendo diferenciadas a nivel microscópico dentro de la estructura terminada, véase la figura 1. Esta estructura estratificada muestra un grado potenciado de tolerancia al daño a alta resistencia mecánica. La tolerancia al daño es una propiedad de una estructura que está relacionada con su capacidad para resistir defectos de manera segura.
La presente Invención proporciona en un aspecto, un procedimiento para producir un material de aluminio con tolerancia al daño en el que el procedimiento de colada produce una estructura colada que se compone de granos que tienen dos zonas; en los que el 1-85% de su volumen consiste en una zona enriquecida en elementos peritécticos, denominada a continuación en el presente documento la "zona peritéctica" y el 15-99%, del volumen que consiste en una zona circundante enriquecida en elementos eutécticos, denominada a continuación en el presente documento la "zona eutéctica". El procedimiento de solidificación de la invención se denomina solidificación peritéctica extendida, y se ha encontrado que a una proporción dada de elementos de aleación peritécticos seleccionados en relación con los elementos eutécticos, se forma una estructura colada con dos zonas diferenciadas con composiciones diferentes dentro de cada grano, a diferencia de una estructura colada homogénea convencional. Esta solidificación peritéctica extendida conduce a una redistribución muy fuerte de los elementos de aleación, produciendo la estructura de dos zonas deseada. El desarrollo de la estructura de dos zonas depende del control del procedimiento de colada, por ejemplo la geometría de la colada, la velocidad de colada, el nivel de metal fundido y la temperatura de la masa fundida.
La zona peritéctica se define como un constituyente de la microestructura que tiene al menos el ,2 x [% en peso de elementos eutécticos] x [Zk de elementos peritécticos], en la que Zk es el coeficiente de distribución combinado. Los elementos... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
Material de aluminio colado de una aleación de aluminio endurecióle por precipitación, en el que la aleación aluminio comprende en % en peso:
el ,3-1,5 de Si, preferiblemente el ,5-1,1 de Si,
el ,3-1,5 de Mg, preferiblemente del ,5 al 1,5 de Mg y lo más preferiblemente el ,65-1,2 de Mg,
< ,6 de Mn, preferiblemente del ,5 al ,3, lo más preferiblemente del ,8 al ,15 de Mn,
< ,5 de Cu, preferiblemente < ,4, lo más preferiblemente el ,5-,2 de Cu,
< ,5 de Fe, preferiblemente < ,3 de Fe,
< ,3 de Nb,
< ,3 de V, preferiblemente el ,1-,1 de V,
< ,3 de Cr,
< ,2 de Zn, preferiblemente <,1 de Zn,
< ,2 de TI, preferiblemente el ,1-,1 de TI,
< ,2 de Mo,
< ,2 de Zr
e impurezas Inevitables cada una al ,5% en peso como máximo y el total de impurezas del ,15% en peso como máximo, el resto aluminio, caracterizado porque comprende granos, dendritas o células que tienen dos zonas diferenciadas con una primera zona central enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera peritéctica con aluminio y una segunda zona, que rodea a la primera zona, enriquecida en elementos que pueden reaccionar de manera eutéctica con aluminio, ocupando la primera zona el 1-85%, preferiblemente el 1-7%, lo más preferiblemente el 2-5% del volumen total medido en la sección transversal como colinas peritécticas en el contraste de interferencia en LOM, y en el que la aleación de aluminio endurecióle por precipitación comprende elementos de aleación peritécticos con un coeficiente de distribución combinado Ek superior a 3, preferentemente superior a 5 y lo más preferentemente superior a 8 y una proporción de elementos peritécticos de más del ,2 x [% en peso de elementos de aleación eutécticos] que pueden suprimir el contenido local de elementos eutécticos en la zona peritéctica hasta < ,8 x [el contenido promedio de elementos de aleación eutécticos de la aleación en % en peso].
Material de aluminio colado según la reivindicación 1, en el que la aleación de aluminio comprende en % en peso:
el ,3-1,5% de Si,
el ,3-1,5 de Mg, preferiblemente del ,5 al 1,5 de Mg,
< ,6 de Mn, preferiblemente del ,5 al ,3, lo más preferiblemente del ,8 al ,15 de Mn,
< ,5 de Cu, preferiblemente < ,4, lo más preferiblemente el ,5-,2 de Cu,
< ,5 de Fe, preferiblemente < ,3 de Fe, el ,2-,15 de Nb,
< ,3 de V, preferiblemente el ,1-,1 de V,
< ,3 de Cr,
< ,2 de Zn, preferiblemente <,1 de Zn,
< ,2 de TI, preferiblemente el ,1-,1 de Ti,
3.
4.
5.
7.
8.
9.
11.
< ,2 de Mo,
< ,2 de Zr,
e impurezas inevitables cada una al ,5% en peso como máximo y el total de impurezas del ,15% en peso como máximo, el resto aluminio.
Material de aluminio colado según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la razón de Mg/Si de la aleación de aluminio es > 1.
Material de aluminio forjado producido mediante deformación del material de aluminio colado según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, mediante lo cual el material obtiene una microestructura estratificada de capas blandas y duras (peritécticas y eutécticas) alternas durante dicha deformación.
Material de aluminio forjado según la reivindicación 4, en el que el material se deforma mediante extrusión.
Material de aluminio forjado según la reivindicación 4, en el que el material se deforma mediante fundición.
Material de aluminio forjado según cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que el material tiene una estructura de grano recristalizada.
Método de producción de un material de aluminio colado según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque una aleación de aluminio endurecióle por precipitación se cuela a la vez que se controla la velocidad de colada de modo que se produzca una estructura colada de dos zonas, ocupando la primera zona el 1-85%, preferiblemente el 1-7%, lo más preferiblemente el 2-5% del volumen total medido en la sección transversal como colinas peritécticas en el contraste de interferencia en LOM.
Método de producción de un material de aluminio forjado a partir del material colado según la reivindicación 1-3, que comprende las etapas:
- opcionalmente homogeneizar el material colado
- opcionalmente precalentar el lingote
- deformar la estructura colada para producir un material con una estructura estratificada que comprende capas alternas de propiedades mecánicas diferentes
- enfriar dicho material
- opcionalmente tratar térmicamente dicho material.
Método según la reivindicación 9, en el que el material se deforma mediante extrusión o fundición.
Uso del material de aluminio forjado según cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en vehículos automóviles y ferroviarios.
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