ES2207459T3 - Aleacion de aluminio templable como producto semiacabado para estructuras. - Google Patents

Abstract

Aleaciones autotemplables de aluminio como productos semielaborados para estructuras, caracterizadas porque junto con magnesio, titanio, berilio, circonio, escandio y cerio, contienen adicionalmente manganeso, cobre, cinc, así como hierro y silicio en la siguiente composición de los componentes (% en peso), en las que la relación entre hierro y silicio se encuentra en el intervalo de 1 a 5: Magnesio 5, 0 - 5, 6 Titanio 0, 01 - 0, 05 Berilio 0, 0001 - 0, 005 Circonio 0, 05 - 0, 15 Escandio 0, 18 - 0, 30 Cerio 0, 001 - 0, 004 Manganeso 0, 05 - 0, 18 Cobre 0, 05 - 0, 15 Cinc 0, 05 - 0, 15 Hierro y silicio 0, 04 - 0, 24 Aluminio e impurezas inevitables el resto

Description

Aleación de aluminio templable como producto semiacabado para estructuras.

La presente invención trata de la composición de aleaciones, especialmente de aleaciones autotemplables de productos semielaborados, que se pueden usar en esta forma como material para estructuras.

Aleaciones autotemplables de aluminio como productos semielaborados para estructuras (véase Patrón GOST 4784-74) se usan en metalurgia, aunque sobretodo como aleación AMg6, que contiene lo siguiente (% en peso):

Magnesio	5,8 - 6,8
Manganeso	0,5 - 0,8
Titanio	0,02 - 0,1
Berilio	0,0002 - 0,005
Aluminio	el resto

Sin embargo, una aleación de este tipo muestra propiedades de resistencia insuficientes, especialmente un bajo 0,2% del límite de torsión en frío y productos semiacabados deformados en caliente.

El documento DE-A-19838018 da a conocer una aleación aluminio-magnesio soldable, resistente a la corrosión, con alto contenido en magnesio, compuesta de 5-6% en peso de magnesio (Mg), 0,05-0,15% en peso de circonio (Zr), 0,05-0,12% en peso de manganeso (Mn), 0,01-0,2% en peso de titanio (Ti), máximo 0,1% en peso de silicio (Si), 0,05-0,5% en peso de uno o más elementos del grupo del escandio y/o terbio (Tb), en la que al menos se contiene escandio (Sc), 0,1-0,2% en peso de cobre (Cu) y/o 0,1-0,4% en peso de cinc (Zn) así como aluminio (Al) y el resto impurezas inevitables.

Una aleación autotemplable de aluminio, que se usa como producto semielaborado para estructuras (véase Patente RU nº 2085607, clase IPC C22 C21/06), también pertenece al estado de la técnica como prototipo de las siguientes composiciones químicas (% en peso):

Magnesio	3,9 - 4,9
Titanio	0,01 - 0,1
Berilio	0,0001 - 0,005
Circonio	0,05 - 0,15
Escandio	0,20 - 0,50
Cerio	0,001 - 0,004
Aluminio	el resto

Esta conocida aleación muestra insuficiente resistencia estática y dinámica junto con alta trabajabilidad durante el proceso de fabricación, alta resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y alta capacidad de funcionamiento en condiciones de baja temperatura.

Es objeto de la invención una nueva aleación autotemplable de aluminio para productos semielaborados, que junto con magnesio, titanio, berilio, circonio, escandio y cerio, contenga adicionalmente manganeso, cobre, cinc, así como hierro y silicio en la siguiente composición de los componentes (% en peso), de manera que la relación entre hierro y silicio se encuentra en el intervalo de 1 a 5:

Magnesio	5,0 - 5,6
Titanio	0,01 - 0,05
Berilio	0,0001 - 0,005
Circonio	0,05 - 0,15
Escandio	0,18 - 0,30
Cerio	0,001 - 0,004
Manganeso	0,05 - 0,18
Cobre	0,05 - 0,15
Cinc	0,05 - 0,15
Hierro y silicio	0,04 - 0,24
Aluminio e impurezas inevitables	el resto

El efecto técnico consiste en una mejora de las propiedades de resistencia estática y dinámica de la aleación, por lo que se mejora la duración y seguridad de funcionamiento, así como el valor de peso de las cargas estáticas y dinámicas de las estructuras expuestas, especialmente de las estructuras de diversas aeronaves y vehículos espaciales; incluidas las que queman combustible criogénico.

A causa de las relaciones entre el contenido químico y los componentes químicos según la invención, se presenta en la aleación una matriz dúctil, que contiene un cristal mixto de magnesio, manganeso, cobre y cinc disueltos en aluminio.

La especialmente buena capacidad de funcionamiento de la aleación bajo cargas variables dinámicas se debe a la alta ductilidad de la matriz. Eliminaciones secundarias de partículas intermetálicas finamente distribuidas, que contienen aluminio, escandio, circonio, titanio y otros metales de transición que se encuentran en la aleación, se ocupan tanto de la elevada resistencia estática de la aleación como de una buena oposición a la propagación de grietas bajo cargas variables. El valor teórico de la relación entre hierro y silicio optimiza la morfología de los compuestos intermetálicos primarios procedentes de la solidificación, que contiene principalmente aluminio, hierro y silicio y se ocupan de una mejora de la resistencia estática de la aleación, mientras se mantiene su resistencia dinámica y plasticidad.

Ejemplo

Mediante el uso de aluminio A85, magnesio MG90, cobre MO, cinc TsO, aleaciones madre binarias como aluminio-titanio, aluminio-berilio, aluminio-circonio, aluminio-escandio, aluminio-cerio, aluminio-manganeso, aluminio-hierro y silumin como aditivo, se preparó la masa fundida en un horno eléctrico, se vertió sobre moldes grandes y planos de 165 x 550 mm la aleación según la invención con una relación de componentes mínima (Composición 1), óptima (Composición 2) y máxima (Composición 3) -incluso las relaciones de componentes que van más allá de las presentes restricciones (Composiciones 4 y 5) así como la aleación usual (Composición 6)- con ayuda de técnicas semicontinuas de fundición (Tabla 1).

Si la aleación se prepara bajo condiciones de producción metalúrgicas, puede usarse chatarra de aleaciones aluminio-magnesio como aditivo.

Los bloques fundidos se homogeneizaron y mecanizaron, hasta una dureza de 140 mm. A continuación se laminaron en caliente a una temperatura de 400ºC a una dureza de 7 mm y entonces se laminaron en frío a una dureza de 4 mm. Las chapas laminadas en frío se trataron en caliente en un horno eléctrico. Las chapas tratadas en caliente sirvieron como material de investigación.

Se usaron probetas transversales desbastadas según el estándar para la determinación de la resistencia estática a la tracción (Rm, R_{p0,2}, A) y la resistencia dinámica de las chapas:

-

resistencia a la fatiga (N) mediante determinación de la resistencia a tiempos cortos (LCF), para lo que se usan muestras con un factor de entalladura de K_{t} = 2,5 y una tensión máxima de \sigma_{max} = 160 MPa;

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Velocidad de propagación de grietas da/dN en un intervalo de factor de intensidad de tensión \DeltaK = 31,2 Mpa\surdm;

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factor crítico de intensidad de tensión Kc en un estado de tensión preciso, de manera que el ancho (B) de la muestra asciende a 160 mm.

Todas las pruebas se llevaron a cabo a temperatura ambiente.

Los resultados de las pruebas se enumeran en la Tabla 2.

La Tabla 2 prueba que la aleación según la invención muestra frente a la aleación usual una mayor resistencia estática y dinámica. Esto hace posible reducir en 10 a 15% el peso de las estructuras de las aleaciones según la invención, para disminuir los costes de funcionamiento, lo que es especialmente importante en la industria aeronáutica. La alta capacidad de funcionamiento de la aleación según la invención bajo condiciones estáticas y dinámicas, así como el hecho que la aleación según la invención es autotemplable, que muestra una alta resistencia a la corrosión y una buena soldabilidad, hace posible su uso para la construcción de aeronaves, vehículos espaciales, barcos de alta mar, vehículos terrestres totalmente nuevos, cuyos elementos estructurales se unen mediante soldadura. La aleación según la invención puede utilizarse como material base en estructuras soldadas y como metal de aportación para uniones soldadas.

1

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Claims (1)

1. Aleaciones autotemplables de aluminio como productos semielaborados para estructuras, caracterizadas porque junto con magnesio, titanio, berilio, circonio, escandio y cerio, contienen adicionalmente manganeso, cobre, cinc, así como hierro y silicio en la siguiente composición de los componentes (% en peso), en las que la relación entre hierro y silicio se encuentra en el intervalo de 1 a 5:

Magnesio 5,0 - 5,6 Titanio 0,01 - 0,05 Berilio 0,0001 - 0,005 Circonio 0,05 - 0,15 Escandio 0,18 - 0,30 Cerio 0,001 - 0,004 Manganeso 0,05 - 0,18 Cobre 0,05 - 0,15 Cinc 0,05 - 0,15 Hierro y silicio 0,04 - 0,24 Aluminio e impurezas inevitables el resto