ALEACION PARA LA COLADA DE ALUMINIO MG-SI CON ESCANDIO.
Aleación para la colada de aluminio, estando caracterizada la aleación porque se compone por lo menos de
3,
0-6,0% en peso de magnesio (Mg),
> 1,0-4, 0% en peso de silicio (Si),
0,01-< 0,5% en peso de escandio (Sc),
0,005-0, 2% en peso de titanio (Ti),
0-0,5% en peso de un elemento o de un conjunto de elementos, que se selecciona entre el conjunto que se compone de zirconio (Zr), hafnio (Hf), molibdeno (Mo), terbio (Tb), niobio (Nb), gadolinio (Gd), erbio (Er) y vanadio (V),
0-0,8% en peso de manganeso (Mn),
0-0,3% en peso de cromo (Cr),
0-1,0% en peso de cobre (Cu),
0-0,05% en peso de zinc (Zn),
0-0,6% en peso de hierro (Fe),
0-0,004% en peso de berilio (Be),
así aluminio como resto y otras impurezas individualmente como máximo en 0,1% en peso y en total como máximo en 0,5% en peso
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2004/002425.
Solicitante: EADS DEUTSCHLAND GMBH
ALUMINIUM RHEINFELDEN GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: WILLY-MESSERSCHMITT-STRASSE,85521 OTTOBRUNN.
Inventor/es: KOCH, HUBERT, LENCZOWSKI, BLANKA.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 6 de Enero de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C22C21/08 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 21/00 Aleaciones basadas en aluminio. › con silicio.
- C22F1/047 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 aleaciones con magnesio como segundo constituyente mayor.
Clasificación PCT:
Clasificación antigua:
Fragmento de la descripción:
Aleación para la colada de aluminio Mg-Si con escandio.
El presente invento se refiere a una aleación para la colada de aluminio, que es apropiada en particular para piezas moldeadas por colada muy cargadas térmicamente. Por medio de la utilización de la aleación para la colada de aluminio conforme al invento se mejora considerablemente la capacidad productiva de las piezas moldeadas por colada producidas a partir de ella, estando garantizada su estabilidad térmica hasta llegar a unas temperaturas de 400ºC.
Con los modernos procedimientos de colada, tales como los procedimientos de colada a presión, colada en arena y colada en lingotera o el moldeo por tixocolada (colada tixótropa) y reocolada (colada reológica), que se han desarrollado muy ampliamente a escala técnica, se pueden producir hoy en día unas piezas moldeadas por colada muy capaces de aguantar cargas, a base de aleaciones de aluminio.
Mediante la colada a presión se producen por ejemplo unas piezas moldeadas por colada con altas exigencias cualitativas. La calidad de una pieza moldeada por colada depende sin embargo no solamente del ajuste de la máquina y del procedimiento escogido, sino en alta medida también de la composición química y de la microestructura de la aleación para colada utilizada. Estos dos parámetros últimamente mencionados influyen, tal como es sabido, sobre la aptitud para la colada, el comportamiento de alimentación, las propiedades mecánicas y, lo que es muy especialmente importante en la colada a presión, la duración de vida útil de las herramientas de colada.
Por consiguiente, en la tecnología de la construcción de automóviles y aviones está cada vez más ampliamente en predominancia el desarrollo de las aleaciones propiamente dichas, con el fin de conseguir las deseadas propiedades de las piezas componentes mediante unas composiciones especiales de las aleaciones.
A partir del estado de la técnica se conocen un gran número de composiciones para aleaciones para la colada de aluminio.
El documento de solicitud de patente europea EP 0.687.742 A1 divulga por ejemplo una aleación para la colada a presión sobre la base de aluminio y silicio, que contiene de 9,5-11,5% en peso de silicio, 0,1-0,5% en peso de magnesio, 0,5-0,8% en peso de manganeso, como máximo 0,15% en peso de hierro, como máximo 0,03% en peso de cobre, como máximo 0,10% en peso de zinc, como máximo 0,15% en peso de titanio así como el resto aluminio y, como ennoblecimiento permanente, de 30 a 300 ppm (partes por millón) de estroncio.
A partir del documento EP 0.792.380 A1 se conoce una aleación de aluminio, que se compone de 5,4-5,8% en peso de magnesio, 1,8-2,5% en peso de silicio, 0,5-0,9% en peso de manganeso, como máximo 0,2% en peso de titanio, como máximo 0,15% en peso de hierro, así como aluminio como resto, con otras impurezas individualmente como máximo en 0,02% en peso, en total como máximo en 0,2% en peso, que es apropiada en particular para la colada tixótropa o la forja tixótropa.
Además, a partir del documento EP 1.229.141 A1 se conoce una aleación para la colada de aluminio, que es apropiada sobre todo para la colada en lingotera y la colada en arena, y que contiene por lo menos 0,05-0,5% en peso de manganeso, 0,2-1,0% en peso de magnesio, 4-7% en peso de zinc y 0,15-0,45% en peso de cromo.
Sin embargo, estas aleaciones para la colada de aluminio están concebidas principalmente para componentes de vehículos que son relevantes para la seguridad, tal como por ejemplo manillares (volantes de dirección), vigas de soporte, partes y piezas de bastidores y ruedas, en cuyos casos está en predominancia principalmente un alto alargamiento a la rotura. Para unas cargas térmicas hasta de 400ºC estas aleaciones no son apropiadas. Los clásicos materiales para la colada de aluminio son térmicamente estables sólo hasta 200ºC.
Además, a partir del artículo de Feikus y colaboradores "Optimierung einer AlSi-Gußlegierung und anwendungsorientierte Entwicklung der Gießtechnik zu Herstellung hochbelastbarer Motorblöcke" [optimización de una aleación para colada de AlSi y desarrollo orientado a la aplicación de la técnica de colada para la producción de bloques de motor muy capaces de aguantar cargas], Giesserei 88 (2001), nº 11, páginas 25-32, se conoce una aleación de AlSi7MgCuNiFe que está concebida especialmente para piezas moldeadas por colada de motores.
Junto a esto, a partir del documento de solicitud de patente internacional WO A-96/10099 se conocen unas aleaciones de aluminio con escandio para la elevación de la resistencia mecánica. La alta resistencia mecánica se establece por medio de un envejecimiento en caliente después de un recocido por disolución y de un enfriamiento brusco (temple) con agua. Es desventajoso el hecho de que al efectuar el recocido por disolución se llega por regla general a una deformación, que tiene que ser corregida mediante medidas técnicas o respectivamente etapas de trabajo adicionales (medición de comprobación y enderezamiento).
A partir del documento de solicitud de patente japonesa JP-A-09279280 se conoce una aleación maleable de aluminio y a partir de los documentos EP 1138794 A1 y WO 96/15281 se conocen otras aleaciones para la colada de aluminio.
El presente invento se basa en la misión de desarrollar una aleación para la colada de aluminio, que sea apropiada para piezas moldeadas por colada muy cargadas térmicamente. La resistencia mecánica en caliente, es decir la estabilidad térmica de las propiedades mecánicas, debe de estar garantizada en este contexto a unas temperaturas hasta de 400ºC. Además de esto, la aleación para la colada de aluminio conforme al invento debe de presentar una buena soldabilidad y se debe de poder producir con un gran número de procedimientos en el caso de una buena capacidad para la colada.
El problema planteado por esta misión se resuelve mediante una aleación para la colada de aluminio, que se compone de por lo menos
3,0-6,0% en peso de magnesio (Mg),
> 1,0-4,0% en peso de silicio (Si),
0,01-< 0,5% en peso de escandio (Sc),
0,005-0,2% en peso de titanio (Ti),
0-0,5% en peso de un elemento o de un conjunto de elementos seleccionados entre el conjunto que se compone de zirconio (Zr), hafnio (Hf), molibdeno (Mo), terbio (Tb), niobio (Nb), gadolinio (Gd), erbio (Er) y vanadio (V),
0-0,8% en peso de manganeso (Mn),
0-0,3% en peso de cromo (Cr),
0-1,0% en peso de cobre (Cu),
0-0,05% en peso de zinc (Zn),
0-0,6% en peso de hierro (Fe),
0-0,004% en peso de berilio (Be),
el resto aluminio y otras impurezas individualmente como máximo en 0,1% en peso y en total como máximo en 0,5% en peso.
Es ventajoso un contenido de silicio de 1,1-4,0% en peso. Es especialmente ventajoso un contenido de silicio de 1,1-3,0% en peso.
Es esencial la adición de escandio. El escandio, junto a un intenso endurecimiento de las partículas, da lugar, mediante las partículas de Al3Sc que son muy estables térmicamente, a un afinamiento del grano de la textura de colada y una inhibición de la recristalización. Unas piezas moldeadas por colada, que se producen a partir de la aleación conforme al invento tienen por consiguiente la ventaja de que sus propiedades mecánicas son estables hasta unas temperaturas de 400ºC. La aleación para la colada conforme al invento está predestinada sobre todo para piezas moldeadas por colada muy cargadas térmicamente. Además, constituye una ventaja el hecho de que mediante la alta resistencia mecánica en caliente no se necesita un reemplazo de materiales de aluminio por unos materiales con una alta densidad. Mediante la utilización de la aleación conforme al invento, el peso de las piezas componentes está garantizado junto con una elevada capacidad productiva (conductividad?) y puede ser reducido incluso por medio de piezas moldeadas por colada con paredes más delgadas. Una ventaja adicional consiste en que mediante la proporción de escandio se mejora también la soldabilidad. De manera preferida, el contenido de escandio está situado entre 0,01 y 0,45% en peso. Se prefiere especialmente un contenido de escandio de 0,015-0,4% en peso.
Igual que el escandio, también el estaño produce un afinamiento del grano y contribuye por consiguiente de una manera correspondiente al mejoramiento de la resistencia mecánica en caliente. Junto a esto el titanio disminuye la conductividad eléctrica. De manera...
Reivindicaciones:
1. Aleación para la colada de aluminio, estando caracterizada la aleación porque se compone por lo menos de
3,0-6,0% en peso de magnesio (Mg),
> 1,0-4, 0% en peso de silicio (Si),
0,01-< 0,5% en peso de escandio (Sc),
0,005-0, 2% en peso de titanio (Ti),
0-0,5% en peso de un elemento o de un conjunto de elementos, que se selecciona entre el conjunto que se compone de zirconio (Zr), hafnio (Hf), molibdeno (Mo), terbio (Tb), niobio (Nb), gadolinio (Gd), erbio (Er) y vanadio (V),
0-0,8% en peso de manganeso (Mn),
0-0,3% en peso de cromo (Cr),
0-1,0% en peso de cobre (Cu),
0-0,05% en peso de zinc (Zn),
0-0,6% en peso de hierro (Fe),
0-0,004% en peso de berilio (Be),
así aluminio como resto y otras impurezas individualmente como máximo en 0,1% en peso y en total como máximo en 0,5% en peso.
2. Aleación para la colada de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, estando caracterizada la aleación porque contiene 1,1-4,0% en peso, en particular 1,1-3,0% en peso de silicio (Si).
3. Aleación para la colada de aluminio según las reivindicaciones 1 ó 2, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,01-0,45% en peso, en particular 0,015-0,4% en peso de escandio (Sc).
4. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 3, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,01-0,2% en peso, en particular 0,05-0,15% en peso de titanio (Ti).
5. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 4, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,01-0,3% en peso, en particular 0,05-0,1% en peso de zirconio (Zr).
6. Aleación para la colada de aluminio de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, estando caracterizada la aleación porque contiene por lo menos 0,001% en peso, en particular por lo menos 0,008% en peso de vanadio (V).
7. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 6, estando caracterizada la aleación porque contiene por lo menos 0,001% en peso de gadolinio (Gd).
8. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 7, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,001-0,3% en peso, en particular 0,0015-0,2% en peso de cromo (Cr).
9. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 8, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,001-1,0% en peso, en particular 0,5-1,0% en peso de cobre (Cu).
10. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 9, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,001-0,05% en peso de zinc (Zn).
11. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 10, estando caracterizada la aleación porque contiene 0,05-0,6% en peso, de manera preferida 0,05-0,2% en peso de hierro (Fe).
12. Aleación para la colada de aluminio según una de las reivindicaciones 1 a 11, estando caracterizada la aleación porque contiene como máximo 0,15% en peso o 0,4-0,8% en peso de manganeso (Mn).
13. Utilización de la aleación para la colada de aluminio de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, para la producción de piezas componentes moldeadas por colada muy capaces de aguantar térmicamente, realizándose que las piezas componentes moldeadas por colada son tratadas térmicamente después de la colada a una temperatura de 250-400ºC.
14. Utilización de la aleación para la colada de aluminio de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, para la producción de piezas componentes moldeadas por colada muy capaces de aguantar térmicamente mediante colada a presión, colada en arena, colada en lingotera, colada tixótropa, colada reológica o derivados de estos procedimientos.
15. Utilización de aleación moldeada por colada de aluminio de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, para culatas de cilindros, cajas de cigüeñales, piezas componentes de seguridad resistentes en caliente, componentes de instalaciones de acondicionamiento de aire, piezas componentes de estructuras de aviones, en particular en el caso de aviones ultrasónicos, segmentos de mecanismos de accionamiento o pilones de aviones.
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