ES2153189T5 - Chapa o perfil extruido de aleacion de aluminio-magnesio. - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UNA ALEACION DE AL-MG DE ELEVADA RESISTENCIA EN FORMA DE PLACA O ELEMENTO DE EXTRUSION, CON UNA RESISTENCIA SIGNIFICATIVAMENTE MEJORADA, TANTO EN REVENIDOS BLANDOS, COMO ENDURECIDOS POR MEDIOS MECANICOS, COMPARADA CON AA5083. DICHOS MATERIALES PRESENTAN DUCTILIDAD, RESISTENCIAS FRENTE A LA CORROSION LOCALIZADA, TENSION Y CORROSION POR EXFOLIACION EQUIVALENTES A LAS DEL AA5083. LOS CITADOS MATERIALES PRESENTAN ADEMAS RESISTENCIAS MEJORADAS FRENTE A LA TENSION Y A LA CORROSION POR EXFOLIACION A LARGO PLAZO, A TEMPERATURAS SUPERIORES A 80 C. LA COMPOSICION DE LA ALEACION ESTA FORMADA POR: 5-6 % MG, > 0,6-1,2 % MN, 0,4-1,5 % ZN, 0,05-0,25 % ZR, HASTA 0,3 % CR, HASTA 0,2 % TI, HASTA 0,5 % DE CADA UNO DE FE Y SI, HASTA 0,4 % DE CADA UNO DE CU Y AG, SIENDO EL RESTO AL E IMPUREZAS INEVITABLES. LA FABRICACION DE UNA PLACA DE DICHA ALEACION SE REALIZA MEDIANTE HOMOGENEIZACION DE UN LINGOTE, LAMINADO EN CALIENTE DE DICHO LINGOTE HASTA FORMAR UNA PLACA, EN UN INTERVALO DE 400-530 C, LAMINADO EN FRIO DE LA PLACA CON O SIN RECOCIDO INTERMEDIO, FINALMENTE Y DE FORMA OPCIONAL RECOCIDO INTERMEDIO DEL MATERIAL LAMINADO EN FRIO, A TEMPERATURAS DEL ORDEN DE 200-550 C.
Description
Chapa o perfil extruido de aleación de
aluminio-magnesio.
La presente invención se refiere a una aleación
de aluminio y magnesio en forma de chapas y perfiles extruidos, que
es particularmente adecuada para usar en la construcción de grandes
estructuras soldadas tales como depósitos y recipientes de
almacenamiento para el transporte por mar y por tierra. Por ejemplo,
las chapas de esta invención se pueden usar en la construcción de
embarcaciones para el transporte por mar tales como catamaranes del
tipo monocasco, transbordadores rápidos, embarcaciones ligeras de
alta velocidad y coronas de las turbinas para la propulsión de
tales embarcaciones. Las chapas de aleación de la presente invención
también se pueden usar en un gran número de otras aplicaciones
tales como materiales estructurales para depósitos de GNL (Gas
Natural Licuado), silos, camiones cisterna y como chapas de
utillaje y de moldeo. Las chapas pueden tener un espesor que varía
en el intervalo de unos pocos milímetros, por ejemplo, 5 mm, hasta
200 mm. Por ejemplo, los perfiles extruidos de la aleación de esta
invención se pueden usar como refuerzos y en superestructuras de las
embarcaciones marítimas tales como transbordadores rápidos.
Las aleaciones de Al-Mg con
niveles de Mg superiores al 3% se usan de forma extensa en grandes
construcciones soldadas tales como depósitos y recipientes de
almacenamiento para el transporte por mar y por tierra. Una
aleación convencional de este tipo es la aleación AA5083 que tiene
una composición nominal, en % en peso:
- Mg
- 4,0 a 4,9
- Mn
- 0,4 a 1,0
- Zn
- \leq 0,25
- Cr
- 0,05 a 0,25
- Ti
- \leq 0,15
- Fe
- \leq 0,4
- Si
- \leq 0,4
- Cu
- \leq 0,1
- Otros
- (cada uno) \leq 0,05
- \quad
- (total) \leq 0,15
- El resto
- Aluminio.
En particular, las chapas de aleación AA5083
revenidas en blando o endurecidas por medios mecánicos se usan en
la construcción de embarcaciones marítimas tales como barcos,
catamaranes y embarcaciones ligeras de alta velocidad. Las chapas
de la aleación AA5083 con un tratamiento de revenido blando se usan
en la construcción de camiones cisterna, camiones volquete y
similares. La razón principal de la versatilidad de la aleación
AA5083 es que proporciona unas buenas combinaciones de una elevada
resistencia (tanto a temperaturas ambiente como criogénicas), un
peso ligero, resistencia a la corrosión, capacidad para flexionarse,
conformabilidad y soldabilidad. La resistencia de la aleación
AA5083 puede aumentarse sin la pérdida significativa de la
ductilidad aumentando el % de Mg en la aleación. Sin embargo, el
aumento del % de Mg en las aleaciones de Al-Mg va
acompañado de una drástica reducción en las resistencias a la
exfoliación y a la corrosión bajo tensión. Recientemente, se ha
introducido una nueva aleación AA5383 con propiedades mejoradas
respecto a la aleación AA5083, tanto en piezas con tratamiento de
revenido blando como con endurecimiento por medios mecánicos. En
este caso, la mejora se ha conseguido fundamentalmente optimizando
la composición existente de la aleación AA5083.
Más adelante se hará referencia a algunas otras
descripciones de aleaciones de Al-Mg encontradas en
la bibliografía de la técnica anterior.
El documento
GB-A-1458181 propone una aleación de
una resistencia mejorada con respecto a JISH 5083, que contiene una
mayor cantidad de zinc. La composición, en % en peso, es:
En los ejemplos, sin contemplar los ejemplos de
referencia, los contenidos de Mn varían de 0,19 a 0,44 y no se
emplea el Zr. Esta aleación se describe por poder fabricarse en
frío, y también por ser adecuada para extrusión.
El documento
US-A-2985530 describe una aleación
para fabricar y soldar que tiene un nivel de Zn mucho mayor que la
aleación AA5083. El Zn se añade para efectuar el temple por
envejecimiento natural de la aleación, después de la soldadura. La
composición para la chapa es, en % en peso:
- Mg
- 4,5 a 5,5, preferiblemente 4,85 a 5,35
- Mn
- 0,2 a 0,9, preferiblemente 0,4 a 0,7
- Zn
- 1,5 a 2,5, preferiblemente 1,75 a 2,25
- Cr
- 0,05 a 0,2, preferiblemente 0,05 a 0,15
- Ti
- 0,02 a 0,06, preferiblemente 0,03 a 0,05
- El resto
- Al.
En "The Metallurgy of Light Alloys",
Institute of Metallurgy, Ser. 3 (Londres) 1983, de Hector S.
Campbell, páginas 82 a 100, se describen los efectos de la adición
de un 1% de Zn a aleaciones de aluminio que contienen 3,5 a 6% de
Mg y 0,25 ó 0,8% de Mn. Se dice que el Zn mejora la resistencia a la
tracción y mejora la resistencia a la corrosión bajo tensión en el
envejecimiento durante 10 días a 100ºC, pero no en el envejecimiento
durante 10 meses a 125ºC.
El documento
DE-A-2716799 propone una aleación de
aluminio para su uso en lugar de láminas de acero en piezas para
automóviles, que tienen la composición, en % en peso:
Se dice que más de un 0,4% de Mn reduce la
ductilidad.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una chapa o perfil extruido de aleación de
Al-Mg con una resistencia sustancialmente mejorada
tanto en piezas con tratamiento de revenido blando como de revenido
con endurecimiento por medios mecánicos al compararla con las de la
aleación AA5083. También es un objeto proporcionar chapas de
aleación y perfiles extruidos que puedan ofrecer ductilidad,
capacidad de flexión, resistencias a la corrosión por picaduras, a
la exfoliación y a la corrosión bajo tensión al menos equivalentes a
las de la aleación AA5083.
Conforme a la invención, se proporciona una
aleación de aluminio y magnesio en forma de una chapa o de un
perfil extruido, que tiene la siguiente composición en porcentaje en
peso:
- Mg
- 5,0 a 6,0
- Mn
- > 0,6 a 1,2
- Zn
- 0,4 a 0,9
- Zr
- 0,05 a 0,25
- Cr
- 0,3 máximo
- Ti
- 0,2 máximo
- Fe
- 0,5 máximo
- Si
- 0,5 máximo
- Cu
- 0,4 máximo
- Ag
- 0,4 máximo
- Resto
- Al e impurezas inevitables.
Por medio de la invención, los autores pueden
proporcionar una chapa o perfil extrudido de aleación que tiene una
mayor resistencia que la AA5083, y en particular, las uniones
soldadas de la presente aleación pueden tener una mayor resistencia
que las soldaduras convencionales de AA5083. Se ha encontrado
también que las aleaciones de la presente invención tienen mejores
resistencias a la exfoliación y a la corrosión bajo tensión a largo
plazo a temperaturas por encima de los 80ºC, que es la máxima
temperatura de uso para la aleación AA5083.
La invención también se refiere a una estructura
soldada que tiene al menos una chapa o perfil extrudido soldados de
la aleación descrita anteriormente. Con preferencia, la resistencia
de prueba de la soldadura es de al menos 140 MPa.
Se cree que las propiedades mejoradas
disponibles con la invención, en particular los mayores niveles de
resistencia de piezas con tratamiento de revenido blando o
endurecidas por medios mecánicos, es el resultado de aumentar los
niveles de Mg y Zn y de añadir Zr.
Los autores de la presente invención consideran
que la mala resistencia a la exfoliación y a la corrosión bajo
tensión en la AA5083 puede atribuirse a un mayor grado de
precipitación de intermetálicos que contienen Mg anódico sobre los
bordes de grano. Las resistencias a la exfoliación y a la corrosión
bajo tensión a mayores niveles de Mg se pueden mantener
precipitando preferiblemente intermetálicos que contienen Zn y
relativamente menos intermetálicos que contienen Mg en los bordes
de grano. La precipitación de intermetálicos que contienen Zn sobre
los bordes de grano reduce de forma eficaz la fracción en volumen de
intermetálicos de AlMg binarios fuertemente anódicos precipitados
en los bordes de grano y, por tanto, proporciona una mejora
significativa en las aleaciones de la presente invención a los
mayores niveles de Mg empleados.
Las chapas de aleación de la invención se pueden
fabricar por calentamiento previo, laminado en caliente, laminado
en frío con o sin un recocido intermedio y recocido final de una
chapa en bruto de aleación de Al-Mg de la
composición seleccionada. Preferiblemente, las condiciones son que
la temperatura para el calentamiento previo varíe en el intervalo
de 400 a 530ºC y que el tiempo de homogeneización no sea mayor que
24 horas. El laminado en caliente comienza preferiblemente a 500ºC.
Preferiblemente, después de una reducción del 20%, existe un 20 a
60% de laminado en frío de la chapa laminada en caliente con o sin
recocido intermedio. El recocido final e intermedio se realizan
preferiblemente a temperaturas en el intervalo de 200 a 530ºC con
un período de calentamiento de 1 a 10 horas y un período de
mantenimiento a la temperatura del recocido en el intervalo de 10
minutos a 10 horas. El recocido se puede llevar a cabo después de la
etapa de laminado en caliente y la chapa final se puede estirar un
máximo del 6%.
A continuación se dan detalles de los procesos
de extrusión.
A continuación se describen las razones para la
limitación de los elementos de aleado y de las condiciones de
procesado de la aleación de aluminio conforme a la presente
invención.
Todos los porcentajes de la composición se dan
en peso.
Mg: El Mg es el elemento reforzante primario en
la aleación. Niveles de Mg por debajo de un 5,0% no proporcionan la
resistencia de la soldadura requerida y cuando la adición supera el
6,0%, se produce una grave formación de fisuras durante el laminado
en caliente. El nivel preferido de Mg varía de 5,0 a 5,6%, más
preferiblemente, de 5,2 a 5,6%, como compromiso entre la facilidad
de fabricación y la resistencia.
Mn: El Mn es un elemento aditivo esencial.
Combinado con el Mg, el Mn proporciona la resistencia tanto en la
chapa como en las uniones soldadas de la aleación. Niveles de Mn por
debajo del 0,6% no pueden impartir una resistencia suficiente a las
uniones soldadas de la aleación. Por encima del 1,2%, el laminado en
caliente se hace cada vez más difícil. El mínimo preferido para el
Mn es 0,7% para la resistencia y el intervalo preferido para el Mn
es 0,7 a 0,9%, que representa un compromiso entre la resistencia y
la facilidad de fabricación.
Zn: El Zn es un aditivo importante para la
resistencia a la corrosión de la aleación. El Zn también contribuye
en cierto grado a la resistencia de la aleación en revenidos
endurecidos por medios mecánicos. Por debajo del 0,4%, la adición
de Zn no proporciona una resistencia a la corrosión intergranular
equivalente a la de la aleación AA5083. Debido a que niveles de Zn
por encima del 0,9% pueden conducir a corrosión en una zona de la
soldadura afectada por el calor, el nivel máximo es 0,9% de Zn.
Zr: El Zr es importante para conseguir mejoras
en la resistencia en tratamientos de revenido con endurecimiento
por medios mecánicos de la aleación. El Zr también es importante
para la resistencia a las fisuras durante la soldadura de las
chapas de aleación. Niveles de Zr por encima del 0,25% tienden a dar
como resultado partículas primarias con forma de agujas muy
gruesas, lo cual reduce la facilidad de fabricación de la aleación y
la capacidad de flexión de las chapas de aleación y, por tanto, el
nivel de Zr no deberá ser mayor que 0,25%. El nivel mínimo de Zr es
0,05% y para proporcionar una resistencia suficiente en revenidos
endurecidos por medios mecánicos, se emplea un intervalo preferido
de Zr de 0,10 a 0,20%.
Ti: El Ti es importante como afinador de grano
durante la solidificación de los lingotes y de las uniones soldadas
producidas usando la aleación de la invención. Sin embargo, el Ti
combinado con Zr forma partículas primarias gruesas no deseables.
Para evitar esto, los niveles de Ti no serán mayores de 0,2% y el
intervalo preferido para el Ti no es mayor que 0,1%. Un nivel
mínimo adecuado para Ti es 0,03%.
Fe: El Fe forma compuestos de
Al-Fe-Mn durante la colada,
limitando de este modo los efectos beneficiosos debidos al Mn.
Niveles de Fe por encima de 0,5% causan la formación de partículas
primarias gruesas que disminuyen la resistencia a la fatiga de las
uniones soldadas de la aleación de la invención. El intervalo
preferido para el Fe varía de 0,15 a 0,30%, más preferiblemente, de
0,2 a 0,3%.
El Si forma Mg_{2}Si que es prácticamente
insoluble en las aleaciones de Al-Mg que contienen
más de 4,5% de Mg. Por tanto, el Si limita los efectos beneficiosos
del Mg. El Si también se combina con Fe formando partículas
trifásicas de Al-Fe-Si gruesas que
pueden afectar a la resistencia a la fatiga de las uniones soldadas
de la aleación. Para evitar la pérdida del Mg como elementos
reforzante primario, el nivel de Si no deberá ser mayor que 0,5%.
El intervalo preferido para el Si varía de 0,07 a 0,20%, más
preferiblemente, de 0,10 a 0,20%.
Cr: El Cr mejora la resistencia a la corrosión
de la aleación. Sin embargo, el Cr limita la solubilidad del Mn y
Zr. Por tanto, para evitar la formación de primarios gruesos, el
nivel de Cr no deberá ser mayor que 0,3%. Un intervalo preferido
para el Cr varía de 0 a 0,15%.
Cu: El contenido en Cu no deberá ser mayor que
0,4%. Niveles de Cu por encima de 0,4% dan lugar a un deterioro
inaceptable en la resistencia a la corrosión por picaduras de las
chapas de aleación de la invención. El nivel preferido de Cu no
será mayor que 0,15%, más preferiblemente, no mayor que 0,1%.
Ag: La Ag puede estar opcionalmente incluida en
la aleación hasta un máximo de 0,4%, preferiblemente al menos
0,05%, para mejorar adicionalmente la resistencia a la corrosión
bajo tensión.
El resto de la composición es Al y las impurezas
inevitables. De forma típica, cada elemento de impureza está
presente a un máximo de 0,05% y el nivel máximo de impurezas totales
es de 0,15%.
A continuación se describirán procedimientos
para preparar los productos de la invención.
El calentamiento previo antes del laminado en
caliente se lleva a cabo normalmente a una temperatura en el
intervalo de 400 a 530ºC en una única o en varias etapas. En
cualquier caso, el calentamiento previo reduce la segregación de
los elementos de aleación en el material como colada. En varias
etapas, se pueden precipitar de forma intencionada Zr, Cr y Mn para
controlar la microestructura del material que abandona el tren de
laminación en caliente. Si el tratamiento se lleva a cabo por
debajo de 400ºC, el efecto homogeneizador resultante es inadecuado.
Por otro lado, debido al aumento sustancial en la resistencia a la
deformación de la chapa en bruto, el laminado en caliente a escala
industrial es difícil para temperaturas inferiores a 400ºC. Si la
temperatura es superior a 530ºC, podría producirse una fusión
eutéctica, dando lugar a una indeseable formación de poros. El
tiempo preferido del citado tratamiento térmico previo varía de 1 a
24 horas. El laminado en caliente comienza preferiblemente a
aproximadamente 500ºC. Al aumentar el % de Mg en el intervalo de la
composición de la invención, la programación inicial de pasadas se
hace más crítica.
Antes de la etapa de recocido final se aplica
preferiblemente una reducción del 20-60% por
laminado en frío a la chapa laminada en caliente. Se prefiere una
reducción de al menos el 20% de modo que la precipitación de los
intermetálicos que contienen Mg se produzca de manera uniforme
durante el tratamiento de recocido final. Las reducciones por
laminado en frío superiores al 60% sin ningún tratamiento de
recocido intermedio pueden causar la formación de fisuras durante
el laminado. En el caso de recocido intermedio, el tratamiento se
lleva a cabo preferiblemente después de una reducción en frío de al
menos un 20% para distribuir los intermetálicos que contienen Mg
y/o Zn de manera uniforme en el material recocido en el tratamiento
intermedio. El recocido final se puede llevar a cabo en ciclos de
una única o de varias etapas en una o más de calentamiento,
mantenimiento y enfriamiento desde la temperatura de recocido. El
período de calentamiento varía típicamente de 10 minutos a 10
horas. La temperatura de recocido varía en el intervalo de 200 a
550ºC, dependiendo del revenido. El intervalo preferido varía de
225 a 275ºC para producir revenidos endurecidos por medios
mecánicos, por ejemplo, H321 y de 350 a 480 para revenidos blandos,
por ejemplo O/H111, H116 y similares. El período de mantenimiento a
la temperatura de recocido varía preferiblemente de 15 minutos a 10
horas. La velocidad de enfriamiento después del período de
mantenimiento a la temperatura de recocido varía preferiblemente en
el intervalo de 10 a 100ºC/h. Las condiciones del recocido
intermedio son similares a las del recocido final.
En la fabricación de perfiles extrudidos, la
etapa de homogeneización se realiza normalmente a una temperatura
en el intervalo de 300 a 500ºC durante un período de 1 a 15 horas.
Desde la temperatura de mantenimiento de recocido, los tochos se
enfrían hasta la temperatura ambiente. La etapa de homogeneización
se lleva a cabo principalmente para disolver los eutécticos que
contienen Mg presentes de la colada.
El calentamiento previo anterior a la extrusión
se realiza normalmente a una temperatura en el intervalo de 400 a
530ºC en un horno de gas durante 1 a 24 horas o en un horno de
inducción durante 1 a 10 minutos. Normalmente, se evitan
temperaturas excesivamente altas como 530ºC. La extrusión se puede
realizar en una prensa de extrusión con una única boquilla o con
varias boquillas, dependiendo de la presión disponible y de los
tamaños de tocho. Con velocidades de extrusión típicamente de 1 a
10 m/min se puede aplicar una amplia variación de la relación de
extrusión de 10 a 100.
Después de la extrusión, la sección extrudida se
puede enfriar con agua o con aire. El recocido se puede llevar a
cabo en un horno de recocido discontinuo calentando la sección
extrudida hasta una temperatura en el intervalo de 200 a 300ºC.
La Tabla 1 muestra la composición química (en %
en peso) de los lingotes usados para producir materiales tratados
por revenido blando o con endurecimiento por medios mecánicos. Los
lingotes se calentaron previamente a una velocidad de 35ºC/h hasta
510ºC. Después de alcanzar la temperatura del calentamiento previo,
los lingotes se someten a un período de mantenimiento a la
temperatura de recocido durante un período de 12 horas previo a su
laminado en caliente. Se aplicó una reducción total en caliente del
95%. Se usó una reducción del 1-2% en las tres
primeras pasadas del laminado en caliente. Gradualmente, se aumentó
la reducción porcentual por pasada. Los materiales que salen de la
laminadora tienen una temperatura en el intervalo de 300\pm10ºC. A
los materiales laminados en caliente se les aplicó una reducción en
frío del 40%. El espesor final de la chapa fue de 4 mm. Los
materiales tratados por revenido blando se produjeron por recocido
de los materiales laminados en frío a 525ºC durante un período de
15 minutos. Los materiales tratados por revenido con endurecimiento
por medios mecánicos se produjeron sometiendo a la temperatura de
recocido los materiales laminados en frío a 250ºC durante una hora.
El período de calentamiento fue de 1 hora. Después de los
tratamientos térmicos, los materiales se enfriaron con aire. Las
propiedades en tracción y las resistencias a la corrosión de los
materiales resultantes se muestran en la
Tabla 2.
Tabla 2.
En la Tabla 2, RP es la resistencia de prueba en
MPa, RRT es la resistencia a la rotura por tracción en MPa y Alarg
es el alargamiento máximo en %. Los materiales se valoraron también
para determinar las resistencias a la corrosión por picaduras, a la
exfoliación y a la corrosión intergranular. Para evaluar las
resistencias de los materiales a la exfoliación y las corrosiones
por picaduras se usó el ensayo ASSET (ASTM G66). PA, PB, PC y PD
indican los resultados del ensayo ASSET, PA representa el mejor
resultado. Para determinar la susceptibilidad de las aleaciones a
la corrosión intergranular se usó el ensayo de pérdida de peso ASTM
G67 (resultados en mg/cm^{2} en la Tabla 2). Las muestras de
chapas soldadas de las aleaciones se ensayaron para determinar las
propiedades en tensión de las uniones soldadas.
Las aleaciones que son ejemplos de la presente
invención son B4-B5, B11 y B14-B15.
El resto de aleaciones se dan a efectos de comparación. AO es una
aleación típica AA5083. Las composiciones listadas en la Tabla 1 se
agrupan de forma que las aleaciones con el código que comienza por A
tienen un nivel de Mg <5%, las aleaciones con código que
comienza por B tienen un nivel de Mg de 5 a 6% y las aleaciones con
código que comienza por C tienen más del 6% de Mg.
Una sencilla comparación de las resistencias de
soldaduras de aleaciones de código A con las aleaciones de código B
indica claramente que para obtener resistencias de soldaduras
significativamente mayores, es necesario un nivel de Mg superior al
5%. Aunque aumentar el contenido de Mg tenga como resultado una
mayor resistencia de la soldadura, el hecho de que las tres
aleaciones de código C sufran fisuración durante el laminado en
caliente sugiere que la facilidad de fabricación de las aleaciones
se deteriora de manera significativa si la aleación tiene un nivel
de Mg por encima del 6%. Aumentar el Mg por encima del 5% también
causa una mayor susceptibilidad a la corrosión intergranular como
se indica por el valor de pérdida de peso de la aleación B3, que es
de 17 mg/cm^{2} (revenido H321). La comparación de los valores de
pérdida de peso de las aleaciones B4-B7 con las de
aleaciones convencionales de AA5083 (aleación A0) indica que una
adición de Zn por encima de 0,4% a aleaciones que contienen un
nivel de Mg superior al 5% tiene como resultado una significativa
mejora en la resistencia a la corrosión intergra-
nular.
nular.
Los resultados del ensayo ASSET de las
aleaciones B1 y B2 sugieren que un nivel de Cu por encima de 0,4%
tiene como resultado un nivel inaceptable de corrosión por
picaduras y, por tanto, el nivel de Cu se deberá mantener por
debajo de 0,4% para conseguir una resistencia a la corrosión por
picaduras/exfoliación comparable a la de AA5083. Aunque, salvo por
el nivel de Mn, las composiciones de las aleaciones B9 y B5 son
comparables, los valores de resistencia de B9 en el revenido H321
son menores que los de B5, lo que implica que para obtener una
mayor resistencia, es importante tener un nivel de Mn superior a
0,4%. Sin embargo, una grave fisuración de la aleación B10 que
contiene 1,3% de Mn durante el laminado en caliente implica que 1,3%
representa el límite máximo para aumentar la resistencia en el
revenido H321 mediante la adición de Mn. La experiencia obtenida
durante varios ensayos indica que un nivel de Mn entre 0,7 y 0,9%
representa el compromiso entre el aumento de la resistencia y la
dificultad de
fabricación.
fabricación.
Para encontrar el efecto de la adición de Zr se
pueden comparar las propiedades de las aleaciones B11, B14 y B16;
los resultados para estas aleaciones indican que la adición de Zr
aumenta tanto la resistencia el revenido con endurecimiento por
medios mecánicos como la resistencia de la unión soldada. El hecho
de que la aleación B16 sufriera fisuración durante el laminado en
caliente implica que el límite para la adición de Zn está por
debajo de 0,3%. Los ensayos a mayor escala indicaron que el riesgo
de formación de intermetálicos gruesos es mayor a niveles de Zr
superiores a 0,2% y, por tanto, se prefiere un nivel de Zr en el
intervalo de 0,1 a 0,2%. Las aleaciones B4, B5, B11, B14 y B15 que
representan la invención tienen no solo una resistencia
significativamente superior, tanto antes como después de la
soldadura, al compararlas con las de AA5083 convencional, sino que
también tienen resistencias a la corrosión similares a las de la
aleación convencional.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Se homogeneizaron lingotes de fundición DC con
la composición mostrada en la Tabla 3 en % en peso (aleación D1)
usando las condiciones de 510ºC/12 h y se laminaron en caliente
hasta chapas de 13 mm de espesor. Las chapas laminadas en caliente
se laminaron en frío posteriormente hasta un espesor de 8 mm.
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Las chapas se recocieron posteriormente a 250ºC
durante un período de 1 hora. Se determinaron las propiedades en
tensión y las resistencias a la corrosión de las chapas. Para
valorar las susceptibilidades a las picaduras y a la exfoliación y
a la corrosión intergranular se usaron las normas ASTM G66 y ASTM
G67. Las propiedades de la aleación D1 antes de la soldadura se
muestran en la Tabla 4 y se comparan con las de la aleación A5083
convencional. Cada valor de datos mostrados en la Tabla 4 es una
media de diez ensayos llevados a cabo en muestras producidas de la
aleación D1. Es evidente a partir de la Tabla 4 que la aleación D1
no solo tiene una resistencia de prueba y una resistencia a la
rotura por tracción superiores a la aleación AA5083 convencional,
sino que también tiene niveles similares de resistencia a la
corrosión por picaduras, a la exfoliación y a la corrosión
intergra-
nular.
nular.
\vskip1.000000\baselineskip
Se produjeron chapas de 800 x 800 mm de la
aleación D1 usando una corriente y una tensión de 190A y 23 V
respectivamente. Se usaron tres pasadas para producir las uniones
soldadas. Se mecanizaron 25 probetas de tracción con soldadura en
cruz a partir de las chapas soldadas. El metal de aportación usado
fue AA5183. A efectos de referencia, se mecanizaron 25 probetas de
tracción con soldadura en cruz a partir de chapas soldadas de igual
forma de la aleación AA5083 convencional. La Tabla 5 presenta los
datos derivados de los 25 ensayos de tracción obtenidos a partir de
las 25 uniones soldadas de cada una de las aleaciones D1/5183 y
5083/5183, como media, máximo y mínimo. Es evidente a partir de los
datos de la Tabla 5 que la aleación D1 tiene una resistencia de
prueba y a la rotura por tracción superiores al comparar con las de
la aleación AA5083 convencional en estado soldado.
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\newpage
Se homogeneizaron lingotes de fundición DC con
la misma composición que la aleación D1 del Ejemplo 2 usando
condiciones de 510ºC/12 horas y laminado en caliente hasta chapas de
13 mm de espesor. Las chapas laminadas en caliente se laminaron
posteriormente en frío hasta chapas de 8 mm de espesor. Las chapas
se recocieron seguidamente a 350ºC durante un período de 1 hora.
Las chapas de revenido "O" producidas de este modo se
trataron térmicamente posteriormente sometiendo las muestras a 100ºC
durante diversos períodos desde 1 hora a 30 días. A efectos de
referencia, las muestras de 8 mm, de chapas de AA5083 de revenido
"O" se trataron también térmicamente en paralelo a estas
muestras de la aleación D1. Las microestructuras de las muestras se
caracterizaron usando un Microscopio Electrónico de Barrido. El
examen de las muestras de AA5083 expuesta a 100ºC mostró la
precipitación de intermetálicos anódicos en los bordes de grano.
También se observó que cuando aumentaba el tiempo de exposición a
100ºC, la precipitación en los bordes se hacía más intensa. Se
hacía tan intensa que finalmente se originaba una red de bordes
continua de intermetálicos anódicos. Sin embargo, a diferencia del
caso de la aleación AA5083 convencional, se encontró que las
muestras de la aleación D1 contenían precipitación de
intermetálicos anódicos en los granos, incluso después de una
exposición prolongada a 100ºC. Puesto que es conocido que la red de
bordes continua de intermetálicos anódicos es responsable de la
fisuración por corrosión bajo tensión, el uso de la aleación AA5083
convencional está limitado a aplicaciones en las que la temperatura
de servicio sea menor que 80ºC. Sin embargo, dado que la química de
la aleación D1 no permite la precipitación de bordes de grano
continuos, incluso después de una exposición prolongada a 100ºC,
puede concluirse que esta aleación es adecuada para usar en
aplicaciones en las que la temperatura de servicio sea superior a
80ºC.
Claims (15)
-
\global\parskip0.970000\baselineskip
1. Aleación de aluminio y magnesio en forma de una chapa o un perfil extrudido, que tiene la siguiente composición en porcentaje en peso:- Mg
- 5,0 a 6,0
- Mn
- > 0,6 a 1,2
- Zn
- 0,4 a 0,9
- Zr
- 0,05 a 0,25
- Cr
- 0,3 máximo
- Ti
- 0,2 máximo
- Fe
- 0,5 máximo
- Si
- 0,5 máximo
- Cu
- 0,4 máximo
- Ag
- 0,4 máximo
- Resto
- Al e impurezas inevitables.
- 2. Aleación de aluminio y magnesio según la reivindicación 1, que tiene un tratamiento de revenido seleccionado de revenido blando y revenido con endurecimiento por medios mecánicos.
- 3. Aleación de aluminio y magnesio según la reivindicación 1 ó 2, en la que el contenido de Mg varía en el intervalo de 5,0 a 5,6% en peso.
- 4. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el contenido de Mn es al menos 0,7% en peso.
- 5. Aleación de aluminio y magnesio según la reivindicación 4, en la que el contenido de Mn varía en el intervalo de 0,7 a 0,9% en peso.
- 6. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el contenido de Zr varía en el intervalo de 0,10 a 0,20% en peso.
- 7. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el contenido de Mg varía en el intervalo de 5,2 a 5,6% en peso.
- 8. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el contenido de Cr no es mayor que 0,15% en peso.
- 9. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el contenido de Ti no es mayor que 0,10% en peso.
- 10. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el contenido de Fe varía en el intervalo de 0,2 a 0,3% en peso.
- 11. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el contenido de Si varía en el intervalo de 0,1 a 0,2% en peso.
- 12. Aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el contenido de Cu no es mayor que 0,1% en peso.
- 13. Estructura soldada que comprende al menos una chapa soldada o perfil extrudido realizados en aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
- 14. Estructura soldada según la reivindicación 13, en la que la resistencia de prueba de la soldadura de dicha chapa o perfil extrudido es de al menos 140 MPa.
- 15. Uso de una aleación de aluminio y magnesio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 a una temperatura de operación mayor que 80ºC.
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