BRPI0714451A2 - processo de fabricaÇço de uma peÇa de liga de magnÉsio - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE FABRICAÇçO DE UMA PEÇA DE LIGA DE MAGNÉSIO. A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de uma peça de liga de magnésio que compreende uma etapa de forjamento de um bloco da dita liga seguida de um tratamento térmico, caracterizado pelo fato de a liga é uma liga de fundição à base de 85% de magnésio que compreende, em peso: 0,2 a 1,3% de zinco, 2 a 4,5% de neodímio, 0,2 a 7,0% de terra rara metálica com um peso atômico de 62 a 71, 0,2 a 1,0% de zircônio e que o forjamento / a estampagem seja realizado a uma temperatura superior a 400<198> C. Em particular, a temperatura está compreendida entre 420 e 430<198> C e a etapa de forjamento compreende uma deformação plástica efetuada a baixa velocidade. O processo permite obter peças tais como elementos do cárter de máquinas aeronáuticas, que funcionam a uma temperatura da ordem de 200<198> C e que tenham uma boa resistência ao envelhecimento.
Description
"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA DE LIGA DE MAGNÉSIO"
A presente invenção refere-se ao domínio de trabalho dos metais e mais especialmente de ligas de magnésio.
Para a realização de certas peças de máquinas de altos desempenhos, utiliza-se habitualmente o alumínio ou então uma liga de alumínio por suas propriedades mecânicas associadas a um baixo peso. Por estas razões, encontra-se um emprego nos veículos automotores e especialmente nas máquinas aeronáuticas. Convencionalmente as peças, tais como elementos de cárter de motor, são usinadas nas placas ou em modelos de fundição obtidos pela técnica de moldagem. No entanto, quando se trata de peças submetidas a funcionamento a temperaturas que ultrapassam 150 — 180 °C, a estabilidade térmica destes materiais se torna insuficiente. Esta fragilidade se traduz em serviço pela deformação e pelas perdas de resistência mecânica. O aumento da massa não é uma solução em um campo em que o peso é um fator importante na escolha do material.
Foi proposto substituir este metal por ligas à base de magnésio para as mesmas aplicações. Com efeito, estas são conhecidas por um lado por sua densidade mais baixa e por outro lado porque elas são suscetíveis de se beneficiar de uma melhor resistência a quente. Entretanto, nem todas as ligas de magnésio são satisfatórias. Por exemplo, as séries de ligas conhecidas AZ31, AZ61 ou AZ80 e ZK revelam comportamentos próximos dos das ligas de alumínio e não respondem assim à necessidade expressa. Nestes últimos anos surgiram novas ligas de magnésio moldadas e são destinadas ao mesmo campo de aplicação, porém a moldagem gera elevadas taxas de peças não aproveitadas, da ordem de 15 a 30 %. Os defeitos tais como a porosidade ou o aparecimento de cavidades nas partes sólidas devem ser levados em conta no dimensionamento das peças. Isto reduz o benefício de seu emprego.
Por outro lado, que seja do conhecimento do requerente, existe uma única liga de magnésio forjada industrial que apresenta características suficientemente estáveis no campo de emprego a uma temperatura superior a 180 0C a WE 43, porém esta é muito onerosa.
No entanto, de acordo com a técnica anterior, admite-se que a resistência à ruptura e o limite de elasticidade de um bloco de liga de magnésio são influenciados negativamente pela temperatura à qual é efetuada a deformação. A figura 6.64 da obra « Magnesium technology » de 2006 por Horst E. Friedrich e Barry L. Mordike nas edições Springer da Alemanha, demonstra assim que um lingote de liga de QE22 (Mg-2,2Ag-2Nd-0,5Zr) submetido a um tratamento de extrusão vê as suas características mecânicas diminuir quando se aumenta a temperatura à qual este é efetuado. A temperatura explorada foi limitada a 400° C.
O requerente fixou como objetivo a realização de uma peça de liga de magnésio, para a redução de massa pesquisada especialmente em relação ao alumínio, porém cujas estabilidades metalúrgicas e dimensionais às temperaturas de funcionamento da peça, sejam suficienes para não necessitar o espessamento das zones solicitadas mecanicamente. Com efeito, um tal espessamento freqüentemente é tornado necessário para levar em conta a perda de características ligada ao envelhecimento térmico do material que constitui o mesmo.
r
E importante que o custo permaneça inferior ao do emprego das ligas conhecidas.
A invenção consegue realizar estes objetivos com um processo de fabricação de uma peça de liga de magnésio que compreende uma etapa de forjamento de um bloco da dita liga seguida de um tratamento térmico, caracterizado pelo fato de que a liga é uma liga de fundição à base de 85 % de magnésio compreendendo em peso:
0,2 a 1,3 % de Zinco,
2 a 4,5 % de Neodímio, 0,2 a 7,0 % de terra rara metálica de peso atômico 62 à 71, 0,2 a 1,0 % de zircônio e que o forjamento é realizado a uma temperatura superior a 400° C.
Um exemplo de liga de fundição é aquela fornecida pela companhia Magnésio Elektron Limited (sob a referência Elektron 21) de denominação normalizada EV31A e cuja composição mais precisa é a seguinte. A liga de magnésio compreende: 0,2 a 0,5 % de Zinco, 2,6 a 3,1 % de Neodímio, 1,0 a 1,7 % de Gadolínio e é saturada em Zircônio. Este produto é definido pelas reivindicações do pedido de patente WO 2005/035811.
Mais particularmente, a temperatura de forjamento está
compreendida entre 420 e 430° C e a deformação plástica é efetuada a uma velocidade baixa, especialmente a uma velocidade correspondente a uma velocidade de deslocamento da peça corrediça de forjamento inferior a 40 mm/segundo.
Apesar de que de acordo com a técnica anterior, como é
ilustrado na obra citada acima, o forjamento a quente de uma liga de magnésio de fundição não parecesse fornecer resultados melhorados quanto às suas características mecânicas, foi constatado com surpresa que a aplicação do processo da invenção sobre uma liga de fundição da família de PEV31A,
que já fornece características mecânicas elevadas e uma resistência à corrosão melhorada, permitia a realização de peças que tinham além disso um excelente comportamento no envelhecimento durante o serviço submetido a temperaturas da ordem de 200° C. Além disso pela forjamento, reduz-se sensivelmente a taxa de peças não aproveitadas.
De preferência e de acordo com um modo de realização a
deformação plástica de forjamento é efetuada por estampagem em uma ou em diversas etapas.
De acordo com um outro modo de realização, a deformação plástica é efetuada por fiação ou laminação. De acordo com uma outra característica, o bloco inicial provém de moldagem e mais especialmente o bloco moldado é corroído previamente antes da estampagem.
De acordo com um outro uma outra característica, o forjamento é seguido de um tratamento térmico com uma etapa de dissolução, uma etapa de têmpera e uma etapa de recozimento a uma temperatura compreendida entre 200° C e 250° C.
Descreve-se agora, um modo de realização da invenção a título de exemplo não limitativo, em relação às ilustrações anexas nas quais
a figura 1 apresenta um bloco de liga de fundição em sua forma inicial antes do forjamento e em sua forma depois da deformação a quente,
a figura 2 é um exemplo de instalação de estampagem.
Tratou-se previamente um bloco de liga EV31A proveniente de fundição. Um tarugo, de porte inicial (proporção H/D) da ordem de 2, foi deformado a quente muitas vezes, para obter um coxim 1 de porte H/D =1/5, proporção para a qual é possível forjá-lo, sem que ela seja mantida lateralmente, sem risco de flambagem e de criação de imperfeições nas fibras do metal. A deformação a quente é aqui obtida por recuo ou por outra técnica. Um dispositivo de recuo para deformação a quente dos tarugos metálicos compreende duas bigornas planas, podendo envolver eventualmente uma cavidade para encaixe. Um tarugo acha-se disposto sobre a bigorna inferior, as duas bigornas planas estando comprimidas uma contra a outra, por uma prensa, para garantir o recuo do tarugo, que assume portanto a forma, correspondente à cavidade entre as duas bigornas planas. São geralmente necessárias diversas operações de recuo para a obtenção do tarugo que pode ser utilizado em Estampagem são possíveis reaquecimientos dos tarugos entre as diferentes operações de recuo.
Procede-se em seguida à estampagem em uma ou diversas etapas; por exemplo, uma primeira etapa de estampagem do modelo de fundição permite obter uma primeira forma que se aproxima da forma definitiva. Em seguida processa-se à estampagem de precisão sobre uma prensa permitindo obter a peça com a forma definitiva. Observa-se que esta forma definitiva pode ser, se for o caso, usinada para se obter a peça pronta para ser utilizada. Um exemplo de instalação 3 acha-se representada na figura 2. As matrizes, superior 5a, inferior 5b são bigornas planas que permitem a obtenção da forma na etapa considerada. A instalação compreende meios de aquecimento, no caso um forno elétrico ventilado, para aquecer o coxim à temperatura conforme o procédé da invenção. Esta temperatura é superior a 400° C, de preferência ela está compreendida entre 420 e 430° C (temperatura visada = 425° C) para a liga EV31A. Aquece-se da mesma maneira o modelo de fundição antes da etapa de estampagem de precisão.
As ferramentas de estampagem são pré-aquecidas e mantidas em temperatura durante o processo de fabricação.
A velocidade de deformação da peça que corresponde à velocidade de deslocamento da peça corrediça da máquina de estampagem é inferior a 40 mm/segundo, de preferência compreendida entre 10 e 30 mm/segundo, a velocidade visada é de 20 mm/s.
Quando a peça sai da instalação de estampagem, ela tem as suas rebarbas raspadas (retirada do excesso de matéria útil à fabricação das peças) e limpa.
Ela é submetida enfim a um tratamento térmico do tipo T6 em função das características mecânicas pesquisadas especialmente para garantir as características mecânicas e a estabilidade dimensional até 200° C. Este tratamento compreende: uma dissolução durante 8 horas a 520° C, uma têmpera com água + polímero < 40° C ou água de 60 a 80° C, um recozimento à uma temperatura compreendida entre 200°C e 250°C durante um período de tempo superior a 16 horas. Esta temperatura é determinada em função da temperatura de funcionamento previsto da peça.
A faixa de temperatura de recozimento compreendia entre 200°C e 2250C é otimizada para obter melhores características no caso de um funcionamento à temperatura ambiente.
A faixa de temperatura de recozimento compreendia entre 225° C e 250° C é otimizada para obter melhores características no caso de um funcionamento à temperatura superior a 180° C.
Foram realizados ensaios de maneira a se poder comparar as propriedades mecânicas da liga forjada com uma liga moldada da técnica anterior AS7G06T1R2 que é uma referência para a aeronáutica.
Mediu-se a resistência à ruptura Rm em MPa e o limite de elasticidade Rpo,2·
Sem envelhecimento
Ensaio à temperatura ambiente Rra (MPa) Rpo.2 (Mpa) AS7G06T1R2 S 270 >220 BV 31A forjado 287 187,5 Depois de 10.000 horas de envelhecimento a 180° C Baixa das características Rtii (MPa) Rp0 2 (Mpa) AS7G06T1R2 53% 68% EV 31A foijado 15% <15%
Estas tabelas apresentam uma melhoria significativa das características mecânicas da liga forjada da invenção em relação a uma liga de magnésio da técnica anterior de fundição, especialmente em relação às características depois de 10 000 horas de envelhecimento a 180° C.
Claims (13)
1. Processo de fabricação de uma peça de liga de magnésio que compreende uma etapa de forjamento de um bloco da dita liga seguida de um tratamento térmico, caracterizado pelo fato de que a liga é uma liga de fundição à base de 85 % de magnésio compreendendo em peso: 0,2 a 1,3 % de Zinco, 2 a 4,5 % de Neodímio, 0,2 a 7,0 % de terra rara metálica de peso atômico 62 à 71, 0,2 a 1,0 % de zircônio e que o forjamento é realizado a uma temperatura superior a 400° C.
2. Processo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a dita temperatura está compreendida entre 420 e 430° C.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de forjamento compreende uma deformação plástica efetuada à velocidade lenta.
4. Processo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a velocidade correspondente à velocidade de deslocamento da peça corrediça de forjamento é inferior a 40 mm/segundo.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a velocidade está compreendida entre 10 e 30 mm/segundo.
6. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a deformação plástica é efetuada por estampagem.
7. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a deformação plástica é efetuada por fiação ou laminação.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o forjamento é efetuado sobre um bloco moldado.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o bloco moldado foi previamente deformado a quente antes do forjamento.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o forjamento é seguido de um tratamento térmico com uma etapa de dissolução, uma etapa de têmpera e uma etapa de recozimento a uma temperatura compreendida entre 200° C e 250° C.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a temperatura de recozimento está compreendida entre 200 e 225° C.
12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a temperatura de recozimento está compreendida entre 225° e 250° C.
13. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga de magnésio compreende: 0,2 a 0,5 % de Zinco, 2,6 a 3,1 % de Neodímio, 1,0 a 1,7 % de Gadolínio e é saturada de Zircônio.
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