Temple rápido mejorado de grandes secciones de aleaciones endurecibles por precipitación.

Un proceso para el temple de una aleación endurecible por precipitación según el cual la aleación se enfría de una temperatura de recocido por solubilización a una temperatura de temple final,

en donde el proceso consiste en permitir que la temperatura de la aleación se estabilice a una primera temperatura de estabilización que es inferior a la temperatura de recocido por solubilización y 56 °C o menos superior a la temperatura de solvus antes de templar rápidamente la aleación, según el cual se templa una sección de la aleación que tiene un calibre mínimo de 7, 6 cm por lo menos.

Temple rápido mejorado de grandes secciones de aleaciones endurecibles por precipitación

Antecedentes Campo de la invención La presente invención se refiere a un método nuevo para el temple rápido de grandes secciones de aleaciones endurecibles por precipitación.

Antecedentes Una aleación endurecible por precipitación (o “endurecible por envejecimiento”) es una aleación que, cuando se calienta a una temperatura inferior a su temperatura de solvus, se nuclea y forma un precipitado de los componentes de la aleación. El endurecimiento por precipitación normalmente causa un aumento considerable de la dureza de la aleación además de una mejora ventajosa de otras características combinadas de la aleación incluyendo, por ejemplo, la resistencia, la ductabilidad y la conductividad eléctrica.

Industrialmente, el endurecimiento por precipitación se consigue calentando la aleación a un margen de temperaturas relativamente estrecho, más o menos entre la temperatura de solvus y la temperatura ambiente, durante de 0, 5 a 20 horas. Normalmente se evitan aquellas temperaturas de endurecimiento por precipitación cercanas a la temperatura de solvus, ya que resulta difícil controlar los resultados obtenidos a estas temperaturas más elevadas y la naturaleza de los precipitados cambia considerablemente. También se evita el endurecimiento por precipitación a una temperatura de endurecimiento inferior a la mínima necesaria a la que el endurecimiento por precipitación es demasiado lento para que resulte comercialmente viable.

El endurecimiento por precipitación normalmente no se producirá a menos que los componentes de la aleación estén distribuidos de manera relativamente uniforme por la masa de la aleación. Por lo tanto, las aleaciones endurecibles por precipitación normalmente se someten a una o más fases de tratamiento térmico y/o procesamiento por forja, antes del endurecimiento por precipitación, para reducir la segregación en bruto y/o microsegregación de los elementos que ocurre inherentemente cuando las aleaciones fundidas se solidifican y para refinar la microestructura. Ejemplos de dichas fases de procesamiento incluyen la homogeneización, recocido por solubilización, labrado en caliente y labrado en frío.

Durante la homogeneización, la aleación se calienta a una temperatura inferior pero relativamente cercana a la temperatura de solidus durante un período de tiempo prolongado como de 4 a 12 horas, por ejemplo, y, a continuación, se templa. La homogeneización normalmente se realiza de forma temprana durante el régimen de procesamiento, normalmente como primera fase del procesamiento después de la fusión de la aleación. Como resultado de la homogeneización, los componentes solutos de la aleación tienden a disolverse en la matriz de la aleación, consiguiéndose así una mejor distribución, casi uniforme, de los componentes. El temple tras la homogeneización puede ser rápido o lento y normalmente se realiza mediante enfriamiento por aire.

El recocido por solubilización es similar a la homogeneización en cuanto que el lingote también se calienta a una temperatura cercana pero inferior a su temperatura de solidus. No obstante, el recocido por solubilización normalmente presupone que la aleación ya comienza con una distribución relativamente uniforme de los componentes y el calentamiento solo se realiza para disolver los componentes que pudieran haber sido sometidos a la segregación de corto alcance durante el enfriamiento en una fase de labrado en caliente o de calentamiento térmico previo. Además, los tiempos de calentamiento normalmente son considerablemente más cortos que durante la homogeneización convencional, del orden de unos pocos minutos a varias horas más o menos. El tamaño de la sección, es decir, el tamaño de la masa o sección de metal que se está calentando, también influye en los tiempos de calentamiento por las limitaciones de conductividad térmica.

El recocido por solubilización también connota que la aleación se templa rápidamente a una temperatura igual o cercana a la ambiental normalmente hasta su estado de menor dureza. Por “temple rápido” se entiende que la temperatura de la aleación se reduce por toda su masa lo más rápido posible en términos comercialmente viables. Normalmente, el temple rápido se realiza mediante la inmersión en agua, si bien pueden utilizarse otras técnicas como el contacto con aceite, gas refrigerante u otro material. El temple rápido “congela" los componentes disueltos en su lugar correspondiente, evitando así la formación de otras fases que pudieran ocurrir si el enfriamiento fuera más lento.

Durante el labrado en frío y en caliente, la aleación se somete a la deformación mecánica uniforme significativa para romper mecánicamente los granos de cristal de mayor tamaño en otros más pequeños. El labrado en caliente normalmente se realiza entre la temperatura de solvus y la de solidus de la aleación, permitiendo así la recristalización de los componentes de la aleación en unos granos más pequeños tras el enfriamiento. El labrado en frío normalmente se realiza a temperatura ambiente y, en cualquier caso, por debajo de las temperaturas de endurecimiento por precipitación. El labrado en frío puede ir seguido de un recocido por solubilización, que también fomenta la recristalización de los componentes de la aleación en granos más pequeños.

Las aleaciones endurecibles por precipitación, recocidas por solubilización en forma de grandes secciones son difíciles de producir de manera fiable y sistemática. En este contexto, "sección" significa una masa de la aleación tanto si ha sido labrada previamente como si no para cambiar su tamaño o su forma. En algunos casos, la aleación no es totalmente endurecible tal y como queda reflejado por una resistencia y/o dureza insuficientes cuando la aleación se endurece por precipitación. En otros casos, la masa de la aleación sufre un agrietamiento interno durante el tratamiento térmico o distorsión durante el mecanizado y/o uso posteriores. Dependiendo de la aleación particular de que se trate, estos problemas se observan en secciones cuyo calibre mínimo (dimensión mínima del espesor) es tan pequeño como 37, 62 cm (3 pulgadas) . En otras aleaciones, estos problemas no se observan hasta que el calibre mínimo de la sección es de 20, 32 cm (8 pulgadas) o superior.

Así, en el contexto de este caso una sección “grande” de una aleación endurecible por precipitación significa una sección cuyo calibre mínimo es lo suficientemente grande como para que, después del recocido por solubilización convencional usando el templado por inmersión en agua, se observe uno o más de los problemas antedichos.

En la Patente Estadounidense 4488913 se presenta un método para el temple interrumpido de aleaciones de aluminio que consiste en un enfriamiento rápido por temple, detención del temple mediante el enfriamiento por aire y reanudación del temple a temperatura ambiente.

En la Patente Estadounidense 4420345 se presenta un artículo fundido de aleación de aluminio, producido vertiendo la aleación fundida en un molde. Mientras el cuerpo fundido de la aleación se enfría, tras la solidificación completa pero antes de que la temperatura haya descendido a menos de 450 °C, el artículo se coloca en el horno de recalentamiento que se mantiene a temperaturas de entre 500 y 550 °C, antes del temple.

Resumen de la invención Según la presente invención, se ha descubierto que pueden producirse grandes secciones de aleaciones endurecibles por precipitación, recocidas por solubilización, resistentes al agrietamiento interno y a la distorsión si bien completamente endurecibles si, durante el temple de la aleación, se deja que la temperatura de la sección se estabilice justo por encima de la temperatura de solvus antes de templar rápidamente la sección. Preferentemente, se deja que la temperatura de la sección se estabilice una segunda vez, al final del temple rápido, antes de que la sección se enfríe a temperatura ambiente.

Así, la presente invención proporciona un proceso nuevo para el temple de una aleación endurecible por precipitación según el cual la aleación se enfría de una temperatura de recocido por solubilización a una temperatura de temple final, en donde el proceso consiste en dejar que la temperatura de la aleación se estabilice a una primera temperatura de estabilización justo por encima de la temperatura de solvus de la aleación antes de templar rápidamente la aleación. Preferentemente, también se deja que la temperatura de la aleación se estabilice una segunda vez a una segunda temperatura de estabilización superior a la temperatura de temple final... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para el temple de una aleación endurecible por precipitación según el cual la aleación se enfría de una temperatura de recocido por solubilización a una temperatura de temple final, en donde el proceso consiste en permitir que la temperatura de la aleación se estabilice a una primera temperatura de estabilización que es inferior a la temperatura de recocido por solubilización y 56 °C o menos superior a la temperatura de solvus antes de templar rápidamente la aleación, según el cual se templa una sección de la aleación que tiene un calibre mínimo de 7, 6 cm por lo menos.

2. Un proceso conforme a la reivindicación 1, en donde la primera temperatura de estabilización es 42 °C o menos superior a la temperatura de solvus.

3. Un proceso conforme a la reivindicación 1, en donde la primera temperatura de estabilización es 28 °C o menos superior a la temperatura de solvus.

4. Un proceso conforme a la reivindicación 1, en donde la primera temperatura de estabilización es 14 °C o menos superior a la temperatura de solvus.

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde se deja que la temperatura de la aleación se estabilice a una segunda temperatura de estabilización superior a la temperatura de temple final aunque no tan alta como para que ocurra algún cambio de fase significativo en la aleación.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el temple rápido ocurre poniendo la aleación en contacto con agua.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la aleación se endurece posteriormente por precipitación manteniendo la aleación a una temperatura de endurecimiento por precipitación, estando la segunda temperatura de estabilización dentro de los límites de los 65, 6 °C (150 °F) de temperatura de la temperatura de endurecimiento por precipitación.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la aleación es una aleación de BeCu que contiene de un 0, 1 a un 5 % en peso de Be o una aleación espinodal de Cu-Ni-Sn que contiene de un 8 a un 16 % en peso de Ni aproximadamente y de un 5 a un 8 % en peso de Sn, siendo el equilibrio Cu e impurezas incidentales.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el proceso comprende

enfriar la aleación en un primer incremento de enfriamiento de su temperatura de recocido por solubilización a una primera temperatura de estabilización dentro de los límites de los 56 °C de temperatura de la temperatura de solvus de la aleación,

dejar que la temperatura de la aleación se estabilice a la primera temperatura de estabilización y, a continuación,

enfriar rápidamente la aleación a través de un segundo incremento de enfriamiento a una temperatura menor en la que no ocurre ningún cambio de fase significativo en la aleación.

10. El proceso de la reivindicación 9, que también comprende permitir que la temperatura de la aleación se estabilice a una segunda temperatura de estabilización superior a la temperatura ambiente aunque no tan alta como para que ocurra algún cambio de fase significativo en la aleación.

11. El proceso de la reivindicación 10, en donde la aleación se endurece posteriormente por precipitación manteniendo la aleación a una temperatura de endurecimiento por precipitación, estando la segunda temperatura de estabilización dentro de los límites de los 66, 6 °C (150 °F) de la temperatura de endurecimiento por precipitación.

12. El proceso de la reivindicación 11, que también comprende enfriar más la aleación a través de un tercer incremento de enfriamiento.

13. El proceso de la reivindicación 12, en donde la aleación se enfría a temperatura ambiente en el tercer incremento de enfriamiento.

14. El proceso de la reivindicación 9, en donde la aleación es una aleación de BeCu que contiene de un 0, 1 a un 5 % en peso de Be o una aleación espinoidal de Cu-Ni-Sn que contiene de un 8 a un 16 % en peso de Ni aproximadamente y de un 5 a un 8 % en peso de Sn, siendo el equilibrio Cu e impurezas incidentales.

15. El proceso de la reivindicación 9, en donde la aleación tiene una dimensión mínima del espesor de 20, 3 cm (8 pulgadas) por lo menos.