ES2279123T3 - Chapa o banda de aleacion al-mg para la fabricacion de piezas plegadas de pequeño radio de curvatura. - Google Patents
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Abstract
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): Si < 0, 3 Fe: 0, 2 - 0, 4 Mn: 0, 3 - 0, 45 Cr: 0, 04 - 0, 1 Mg: 4, 5 - 5, 5 Cu < 0, 1 Zn < 0, 1 otros elementos < 0, 05 cada uno y < 0, 15 en total, resto aluminio, caracterizada porque presenta, en estado recuperado, un límite de elasticidad R0, 2 sentido T > 240 MPa, un alargamiento A80 > 15% y una diferencia Rm - R0, 2 > 90 MPa.
Description
Chapa o banda de aleación Al-Mg
para la fabricación de piezas plegadas de pequeño radio de
curvatura.
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.
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:
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.
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.
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):
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.
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.
La única figura ilustra los resultados del
ejemplo 1 de límite de elasticidad R_{0,2} y radio de
curvatura.
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.
Las aleaciones según la invención son aleaciones
con más de 4,5% de Mg como las aleaciones 5182, 5019 o 5083 arriba
mencionadas.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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".
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.
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.
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.
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.
Se indican las composiciones (% en peso) en el
cuadro 1:
\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:
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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.
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).
\vskip1.000000\baselineskip
\hskip0,4cm(C no endurecida por deformación)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\hskip0,4cm(E no endurecida por deformación)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\hskip0,4cm(C no endurecida por deformación)
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.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
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:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se observa que las características mecánicas, en
particular el límite de elasticidad, varían muy poco según el
sentido de la medida.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Se colaron chapas de aleación de
composición:
\vskip1.000000\baselineskip
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:
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.
Claims (9)
1. 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):
Si < 0,3 Fe: 0,2 - 0,4 Mn: 0,3 - 0,45 Cr:
0,04 - 0,1 Mg: 4,5 - 5,5 Cu < 0,1 Zn < 0,1 otros elementos
< 0,05 cada uno y < 0,15 en total, resto aluminio,
caracterizada porque presenta, en estado recuperado, un
límite de elasticidad R_{0,2} sentido T > 240 MPa, un
alargamiento A_{80} > 15% y una diferencia R_{m} - R_{0,2}
> 90 MPa.
2. Chapa o banda según la reivindicación 1
caracterizada porque su radio de curvatura a 180º es
inferior a su espesor.
3. Chapa o banda según la reivindicación 2,
caracterizada porque su radio de curvatura es inferior al
80% de su espesor.
4. Chapa o banda según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la diferencia
entre los límites de elasticidad en el sentido L y en el sentido T
es inferior a los 15 MPa.
5. Chapa o banda según la reivindicación 4,
caracterizada porque la diferencia entre los límites de
elasticidad en el sentido L y en el sentido T es inferior a los 10
MPa.
6. Chapa o banda según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la diferencia
entre el límite de elasticidad antes y después de un tratamiento de
recocido de pintura de 20 min. a 185ºC es inferior a los 20
MPa.
7. Procedimiento de fabricación de una chapa o
banda según una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende la
colada de una chapa, 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.
8. Utilización de chapas o bandas según una de
las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de refuerzos de un
techo corredizo de vehículo automóvil.
9. Utilización de chapas o bandas según una de
las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de gatos.
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