ES2279123T3 - SHEET OR AL-MG ALLOY BAND FOR THE MANUFACTURE OF FOLDED PARTS OF SMALL CURVATURE RADIUS. - Google Patents
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Abstract
Description
Chapa o banda de aleación Al-Mg para la fabricación de piezas plegadas de pequeño radio de curvatura.Al-Mg alloy sheet or band for the manufacture of folded parts of small radius of curvature.
La invención se refiere a la fabricación de piezas plegadas de pequeño radio de curvatura, y la mayoría de las veces embutidas, en particular destinadas a la automoción, a partir de chapas o bandas de aleación de aluminio de tipo aluminio-magnesio, es decir de la serie 5000 según la nomenclatura de la Aluminum Association.The invention relates to the manufacture of folded pieces of small radius of curvature, and most of the sometimes sausages, in particular for the automotive industry, from of aluminum alloy plates or bands of type aluminum-magnesium, that is to say the 5000 series according to the nomenclature of the Aluminum Association.
Las aleaciones aluminio-magnesio con más de 4% de magnesio se utilizan ampliamente en la automoción para piezas distintas de las pieles de carrocería, por ejemplo para refuerzos o piezas de estructura, eventualmente conformadas por embutición o plegado. Permiten una buena resistencia mecánica sin requerir, como las aleaciones de piel de la serie 6000, un tratamiento térmico de disolución y temple. Por ejemplo se pueden mencionar las aleaciones 5019, 5182 y 5083 cuya composición (% en peso) registrada en la Aluminum Association se indica en el cuadro 1:Aluminum-magnesium alloys With more than 4% magnesium they are widely used in the automotive industry for parts other than body skins, for example for reinforcements or structural parts, eventually formed by drawing or folding. They allow a good mechanical resistance without requiring, such as 6000 series skin alloys, a heat dissolution and quenching treatment. For example you can mention alloys 5019, 5182 and 5083 whose composition (% in weight) registered in the Aluminum Association indicated in the table one:
La fabricación de piezas embutidas y plegadas necesita un material que presenta una conformabilidad suficiente como para realizar las partes embutidas de las piezas así como una mayor aptitud para el plegado aún cuando se deseen obtener radios de plegado muy pequeños, típicamente del orden del espesor de la chapa. Esta aptitud tiene que ser tan buena en el sentido del laminado como en el sentido perpendicular. La chapa o la banda tienen que presentar una resistencia mecánica la más elevada posible con el fin de reducir al máximo el espesor y de obtener así el efecto de reducción de carga óptima resultante de la utilización del aluminio con respecto al acero.The manufacture of stuffed and folded parts you need a material that has sufficient formability as to make the embedded parts of the pieces as well as a greater ability to fold even when you want to get radios of very small folding, typically of the order of the thickness of the lock. This ability has to be so good in the sense of laminated as perpendicular. The sheet or the band they have to have the highest mechanical resistance possible in order to reduce the thickness to the maximum and thus obtain the effect of optimal load reduction resulting from the use of aluminum with respect to steel.
Por otra parte, durante el recocido de las pinturas de la carrocería, las piezas de vehículos automóviles se someten a un tratamiento térmico que se hace a una temperatura incluida entre los 150 y los 200ºC durante 15 a 30 min. Así es necesario tener en cuenta la eventual pérdida de resistencia mecánica durante esta operación y es deseable que esta degradación sea la menor posible. La invención tiene por objeto chapas y bandas de aleación Al-Mg que permitan cumplir estas exigencias.On the other hand, during annealing of body paints, auto vehicle parts are undergo a heat treatment that is done at a temperature included between 150 and 200ºC for 15 to 30 min. So is it is necessary to take into account the possible loss of resistance mechanics during this operation and it is desirable that this degradation Be as small as possible. The object of the invention is plates and bands Al-Mg alloy to meet these requirements.
La invención tiene por objeto una chapa o banda de aleación de aluminio con un espesor incluido entre 1 y 5 mm, destinada a la fabricación de piezas embutidas y plegadas de pequeño radio de curvatura, con la composición (% en peso):The object of the invention is a sheet or band Aluminum alloy with a thickness included between 1 and 5 mm, intended for the manufacture of stuffed and folded pieces of Small radius of curvature, with the composition (% by weight):
Si < 0,3 Fe: 0,2 - 0,4 Mn: 0,3 - 0,45 Mg: 4,5 - 5,5 Cr < 0,04 - 0,1 Cu < 0,1 Zn < 0,1 otros elementos < 0,05 cada uno y < 0,15 en total, resto aluminio y, para esta composición específica, R_{0,2} sentido T > 240 MPa, A_{80} > 15% y R_{m} - R_{0,2} > 90 MPa.Si <0.3 Fe: 0.2-0.4 Mn: 0.3-0.45 Mg: 4.5 - 5.5 Cr <0.04 - 0.1 Cu <0.1 Zn <0.1 other elements <0.05 each and <0.15 in total, rest aluminum and, for this specific composition, R 0.2 sense T> 240 MPa, A 80> 15% and R m - R 0.2> 90 MPa.
También tiene por objeto un procedimiento de fabricación de tal chapa o banda que comprende la colada de una chapa que tiene la composición anterior, su laminado en caliente hasta un espesor e_{c}, el laminado en frío hasta un espesor final e_{f} incluido entre los 70 y 40% de e_{c}, y un recocido de recuperación a una temperatura incluida entre los 180 y los 280ºC sin endurecimiento por deformación ulterior.It also aims at a procedure of manufacture of such sheet or band comprising the casting of a sheet that has the previous composition, its hot rolled up to a thickness e_ {c}, cold rolled to a thickness final e_ {f} included between 70 and 40% of e_ {c}, and an annealing of recovery at a temperature included between 180 and 280 ° C without hardening due to further deformation.
La única figura ilustra los resultados del ejemplo 1 de límite de elasticidad R_{0,2} y radio de curvatura.The only figure illustrates the results of the example 1 of elasticity limit R 0.2 and radius of curvature.
La invención radica en la combinación de la selección estrecha de una composición de aleación Al-Mg con más de 4% de Mg y de una gama de fabricación específica para obtener un compromiso de propiedades, en particular entre el límite de elasticidad, el alargamiento y la aptitud para el plegado, particularmente favorable a la realización de piezas embutidas y plegadas de pequeño radio de curvatura.The invention lies in the combination of the narrow selection of an alloy composition Al-Mg with more than 4% Mg and a range of specific manufacturing to obtain a property commitment, in particular between the limit of elasticity, elongation and ability to fold, particularly favorable to realization of embedded and folded pieces of small radius of curvature.
Las aleaciones según la invención son aleaciones con más de 4,5% de Mg como las aleaciones 5182, 5019 o 5083 arriba mencionadas.The alloys according to the invention are alloys. with more than 4.5% Mg as alloys 5182, 5019 or 5083 above mentioned.
El magnesio contribuye a la resistencia mecánica y es posible ajustar su porcentaje según la resistencia mecánica deseada. Más allá de los 5,5% de Mg, la aleación es más difícil de colar y de poner por obra.Magnesium contributes to mechanical resistance and it is possible to adjust its percentage according to the mechanical resistance desired. Beyond 5.5% Mg, the alloy is more difficult to strain and put to work.
El control del porcentaje total de manganeso y cromo es un punto importante para obtener el conjunto de las propiedades deseadas. Un porcentaje inferior a 0,3% mejora el alargamiento, pero disminuye el límite de elasticidad sin mejorar la aptitud para el plegado. Un porcentaje superior a 0,7% mejora el límite de elasticidad sin demasiado reducir el alargamiento pero, de manera asombrosa, no da un buen radio de curvatura.Control of the total percentage of manganese and Chrome is an important point to get the set of the desired properties A percentage lower than 0.3% improves the elongation, but decreases the elasticity limit without improving the ability to fold. A percentage higher than 0.7% improves elasticity limit without much reducing elongation but, amazingly, it does not give a good radius of curvature.
El procedimiento de fabricación de las bandas según la invención comprende la colada de una chapa con la aleación considerada, su laminado en caliente para obtener una banda de espesor e_{c} así como después su laminado en frío hasta el espesor final e_{f} incluido entre 1 y 5 mm. Para obtener las propiedades deseadas, el espesor final e_{f} tiene que estar incluido entre los 40 y los 70% del espesor de la banda laminada en caliente e_{c}. Si el índice de laminado en frío es insuficiente, no se puede alcanzar el límite de elasticidad deseado. Si es demasiado importante, el coeficiente de endurecimiento por deformación n es demasiado bajo y la conformabilidad es insuficiente.The manufacturing process of the bands according to the invention comprises the casting of a sheet with the alloy considered, its hot rolled to get a band of thickness e_ {c} as well as after its cold rolling until the final thickness e_ {f} included between 1 and 5 mm. To get the desired properties, the final thickness e_ {f} has to be included between 40 and 70% of the thickness of the laminated strip in hot e_ {c}. If the cold rolling index is insufficient, the elasticity limit cannot be reached wanted. If it is too important, the coefficient of strain hardening n is too low and the conformability is insufficient.
La banda laminada en frío se somete después a un recocido de recuperación a una temperatura incluida entre los 180 y los 280ºC. Es importante el control de esta temperatura: una ausencia de recuperación o una temperatura demasiado baja perjudican el alargamiento. A la inversa una temperatura de recocido superior a los 280ºC conduce a un estado recristalizado, con una resistencia mecánica insuficiente.The cold rolled strip is then subjected to a recovery annealing at a temperature included between 180 and 280 ° C. It is important to control this temperature: a lack of recovery or too low temperature They impair elongation. Conversely a temperature of Annealing greater than 280 ° C leads to a recrystallized state, With insufficient mechanical resistance.
Una característica esencial del procedimiento de fabricación de las bandas y chapas según la invención es la ausencia de reendurecimiento por deformación después del recocido de recuperación, sea por laminado en frío, sea por aplanado bajo tensión. En efecto tal endurecimiento por deformación aumentaría el límite de elasticidad pero reduciría demasiado el alargamiento y el coeficiente de endurecimiento por deformación, lo que sería desfavorable a la conformabilidad y a la aptitud para el plegado. Además, durante el tratamiento de recocido de las pinturas, se pierde muy rápidamente el beneficio de límite de elasticidad mientras que, durante el recocido de las pinturas, se reduce la pérdida de resistencia mecánica para los productos recuperados y no reendurecidos por deformación.An essential feature of the procedure manufacture of the bands and sheets according to the invention is the absence of deformation resurfacing after annealing of recovery, either by cold rolling, or by low flattening tension. Indeed, such strain hardening would increase the elasticity limit but would reduce lengthening too much and the strain hardening coefficient, which would be unfavorable to conformability and fitness for folding. In addition, during the annealing treatment of the paints, loses the elasticity limit benefit very quickly while, during annealing of the paints, the loss of mechanical strength for recovered products and not re-hardened by deformation.
Otra ventaja de la ausencia de endurecimiento por deformación, en particular por aplanado, después de la recuperación es que se obtienen chapas y bandas que presentan una baja anisotropía, con una diferencia entre los límites de elasticidad en los sentidos L y T de menos de 15 MPa y la mayoría de las veces de menos de 10 MPa.Another advantage of the absence of hardening by deformation, in particular by flattening, after recovery is that you get sheets and bands that have a low anisotropy, with a difference between the limits of elasticity in the L and T senses of less than 15 MPa and most of times less than 10 MPa.
Para no tener que reendurecer el metal después de la recuperación, es necesario controlar bien la planeidad de la banda durante el laminado en frío, y sobre todo durante el acabado, en particular durante el corte longitudinal de bandas relativamente estrechas y con un espesor bastante importante, en las que se tienen que evitar las deformaciones de tipo "lámina de sable".So as not to have to re-harden the metal later of recovery, it is necessary to control the flatness of the band during cold rolling, and especially during finishing, particularly during the longitudinal cutting of bands relatively narrow and with a fairly important thickness, in which have to avoid deformations of type "sheet of saber".
Las chapas y bandas según la invención se adaptan particularmente bien a la fabricación de piezas embutidas y plegadas de pequeño radio de curvatura, en particular para la automoción. Se obtienen radios de curvatura a 180º inferiores al espesor de la chapa o de la banda, incluso inferiores a 80% de este espesor. El coeficiente de endurecimiento por deformación n es superior a 0,10, lo que contribuye al rápido aumento de la resistencia mecánica de las piezas al conformarlas, y por consiguiente a la utilización de espesores menos importantes.The sheets and bands according to the invention are they adapt particularly well to the manufacture of embedded parts and bends of small radius of curvature, in particular for the Automotive Radii of curvature are obtained at 180º less than sheet or band thickness, even less than 80% of this thickness. The strain hardening coefficient n is greater than 0.10, which contributes to the rapid increase in mechanical resistance of the pieces when forming them, and by consequent to the use of less important thicknesses.
Cabe mencionar a modo de ejemplo de utilización los refuerzos de techos corredizos de protección contra las intrusiones que comprenden partes embutidas y plegadas, y que se someten al tratamiento de recocido de las pinturas, en particular de las capas de cataforesis. Para un tratamiento de 20 min. a 200ºC, la pérdida de límite de elasticidad queda inferior a los 20 MPa.It should be mentioned as an example of use the reinforcements of sunroofs of protection against intrusions comprising embedded and folded parts, and which undergo the annealing treatment of paints, in particular of the cataphoresis layers. For a treatment of 20 min. to 200 ° C, the loss of elasticity limit is below 20 MPa.
Otra utilización interesante de las chapas y bandas según la invención es la fabricación de gatos, lo que permite obtener un importante ahorro de peso con respecto a los gatos de acero.Another interesting use of the plates and bands according to the invention is the manufacture of cats, which allows get significant weight savings with respect to cats steel.
Se colaron chapas de 7 aleaciones diferentes A a G, las aleaciones A a E tenían una composición según la invención y las aleaciones F y G una composición fuera de la invención.Plates of 7 different alloys were cast A G, alloys A to E had a composition according to the invention and alloys F and G a composition outside the invention.
Se indican las composiciones (% en peso) en el cuadro 1:The compositions (% by weight) are indicated in the table 1:
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Las chapas se laminaron en caliente para obtener bandas de 5 mm de espesor, luego se laminaron en frío hasta los 3 mm, o sea 60% del espesor de la banda en caliente. Las bandas se sometieron a un recocido de recuperación a 200ºC. Se midieron el límite de elasticidad R_{0,2} sentido L, el alargamiento a la ruptura A_{80} según la norma NF EN 10002-1 relativa a las pruebas de tracción en los materiales metálicos, y el radio de curvatura a 180º. Se indican los resultados en el cuadro 2:The sheets were hot rolled to obtain 5 mm thick bands, then cold rolled to 3 mm, that is 60% of the thickness of the hot strip. The bands are underwent recovery annealing at 200 ° C. The elasticity limit R_ {0.2} direction L, elongation at A_ {80} break according to NF EN 10002-1 concerning tensile tests on metallic materials, and the radius of curvature at 180º. The results are indicated in the table 2:
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Se observa que la aleación con Mn elevado H tiene un alargamiento < 15% y un radio de curvatura límite bastante elevado, superior a 80% del espesor. La aleación F con bajo Mn también tiene un radio de curvatura bastante elevado. En la figura 1 se representó el compromiso entre el límite de elasticidad R_{0,2} y el radio de curvatura. Se considera aceptable un radio de 1,5 mm para un R_{0,2} de 200 MPa y de 2,5 mm para un R_{0,2} de 280 MPa.It is observed that the alloy with high Mn H It has an elongation <15% and a limit radius of curvature quite high, more than 80% thick. F alloy with under Mn it also has a fairly high radius of curvature. In the Figure 1 represented the compromise between the elasticity limit R 0.2 and the radius of curvature. A radius is considered acceptable 1.5 mm for an R 0.2 of 200 MPa and 2.5 mm for a R 0.2 of 280 MPa.
Los puntos que corresponden a las 5 aleaciones según la invención se sitúan a la izquierda de la derecha y muestran un buen compromiso entre las dos propiedades. Los puntos que corresponden a las aleaciones F y G se sitúan a la derecha de la derecha y no presentan pues ningún compromiso aceptable.The points that correspond to the 5 alloys according to the invention they are located to the left of the right and They show a good compromise between the two properties. Points corresponding to alloys F and G are located to the right of right and do not present any acceptable commitment.
Se efectuó un tratamiento térmico de 20 min. respectivamente a 170ºC, 185ºC y 200ºC, que simulaba tratamientos de recocido de las pinturas de un vehículo automóvil, en muestras de chapa del ejemplo 1 de aleaciones C y E y en una muestra de la aleación C sometida además a un endurecimiento por aplanado por tracción. Se midieron las características mecánicas en el sentido de la longitud, a saber la resistencia a la ruptura R_{m}, el límite de elasticidad R_{0,2} y el alargamiento A_{80}, antes y después del tratamiento térmico. Se indican los resultados en los cuadros 3 (para la aleación C recuperada), 4 (para E) y 5 (para C endurecida por deformación).A 20 min heat treatment was carried out. respectively at 170ºC, 185ºC and 200ºC, which simulated treatments of annealing the paints of a motor vehicle, in samples of sheet metal of example 1 of alloys C and E and in a sample of the alloy C further subjected to a hardening by flattening by traction. The mechanical characteristics were measured in the sense of the length, namely the breaking strength R_ {m}, the elasticity limit R 0.2 and elongation A 80, before and after heat treatment. The results are indicated in the Tables 3 (for the recovered C alloy), 4 (for E) and 5 (for C hardened by deformation).
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\hskip0,4cm(C no endurecida por deformación)
\ hskip0,4cm(C not hardened by deformation)
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\hskip0,4cm(E no endurecida por deformación)
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\hskip0,4cm(C no endurecida por deformación)
\ hskip0,4cm(C not hardened by deformation)
Se observa que el bajón de R_{0,2} debido al tratamiento térmico es muy inferior para las muestras no endurecidas por deformación que para la muestra endurecida por deformación.It is observed that the low of R 0.2 due to heat treatment is much lower for samples not hardened by deformation than for the sample hardened by deformation.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Ejemplo 3Example 3
En las muestras C y E del ejemplo 1, se midieron las características mecánicas R_{m}, R_{0,2} y A_{80} en el sentido de la longitud, a 45º y en el sentido transversal. Se indican los resultados en el cuadro 6:In samples C and E of example 1, they were measured the mechanical characteristics R_ {m}, R_ {0.2} and A_ {80} in the sense of longitude, at 45º and in the transverse direction. Be indicate the results in table 6:
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
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Se observa que las características mecánicas, en particular el límite de elasticidad, varían muy poco según el sentido de la medida.It is observed that the mechanical characteristics, in particular the limit of elasticity, vary very little according to the sense of measure
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Ejemplo 4Example 4
Se colaron chapas de aleación de composición:Alloy plates of composition:
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Se varía el espesor de salida del laminado en caliente, quedándose el espesor final en 3 mm, de modo que se varía la relación e_{f}/e_{c} entre los 70% y los 40%. También se varía la temperatura de recocido final entre los 200 y los 320ºC. No se efectúo ningún endurecimiento por deformación posterior al recocido final. En cada uno de los casos se midieron la resistencia a la ruptura R_{m}, el límite de elasticidad R_{0,2}, el alargamiento A y el coeficiente de endurecimiento por deformación n. Los resultados, que corresponden a la media de 5 medidas, se indican en el cuadro 7:The output thickness of the laminate is varied in hot, with the final thickness remaining 3 mm, so that it varies the relation e_ {f} / e_ {c} between 70% and 40%. I also know the final annealing temperature varies between 200 and 320 ° C. No hardening was performed due to deformation after final annealing In each case, the breaking strength R_m, the elasticity limit R_ {0.2}, elongation A and the coefficient of hardening by deformation n. The results, which correspond to the average of 5 measures, are indicated in table 7:
Se observa un importante bajón de R_{m} y sobre todo de R_{0,2} cuando la temperatura del recocido final pasa de 260 a 290ºC, lo que corresponde al paso a la temperatura de recristalización. Por otra parte, a determinada temperatura de recuperación, se observa que cuando disminuye la relación ef/ec, es decir cuando el laminado en frío es más importante, R_{0,2} aumenta pero el alargamiento y el coeficiente de endurecimiento por deformación n disminuyen.An important decrease of R_ {m} is observed and especially R_ {0.2} when the temperature of the final annealing passes from 260 to 290 ° C, which corresponds to the temperature step recrystallization On the other hand, at a certain temperature of recovery, it is observed that when the ef / ec ratio decreases, it is say when cold rolling is more important, R 0.2 increases but the elongation and the coefficient of hardening by deformation n decrease.
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