ES2288097B2 - Proceso de extrusion a partir de aleaciones de zinc-aluminio-plata. - Google Patents
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Abstract
Proceso de extrusión a partir de aleaciones de Zinc-Aluminio-Plata. Se describe el proceso de extracción de perfiles a partir de aleaciones de Zinc-Aluminio-Plata (ZINAG), los cuales pueden ser de simetría simple o compleja y que pueden ser de aplicación tanto en estructuras como para otras aplicaciones industriales. Los contenidos de cada uno de los elementos bases de la aleación varían entre 20-23% peso en Al, del 0,5-4% Ag y finalmente el Zn hasta que la suma total sea del 100% en peso. El procedimiento de fabricación incluye una etapa de precalentamiento de lingotes previamente colados, extrusión y enfriamiento del perfil hasta temperatura ambiente.
Description
Proceso de extrusión a partir de aleaciones de
Zinc-Aluminio-Plata.
La presente invención se incluye en el área de
los materiales estructurales y su aplicación o procesamiento
industrial. De forma más concreta se refiere a un proceso de
extrusión de aleaciones ZINAG (Zn - Al - Ag). Son diversos los
sectores industriales donde la familia de aleaciones objeto de esta
patente resulta de interés como sustituto de materiales base como
aluminio, bronces, latones o incluso el hierro gris. Por ejemplo,
es de utilidad en la industria aeroespacial y del automóvil,
instrumentación, materiales estructurales, electrónica,
microelectrónica, biomaterial de aplicación en odontología,
numimástica, etc. que requieren figuras de formas complejas e
irregulares.
El proceso de extrusión para la obtención de
perfiles se aplica a metales y aleaciones para la fabricación de
piezas de pequeñas dimensiones pero de gran longitud. La extrusión
permite obtener una estructura metálica de grano fino de material
extruido, lo que constituye una característica inherente del
proceso objeto de la invención.
Existen procesos y equipos patentados de
extrusión de aleaciones base aluminio, cobre y hierro entre otros
(US 2004/046402, US 2002112797, US 6342133, por ejemplo).
Considerando que el principio físico del proceso
de extrusión es conocido en diversos estados del arte, los
materiales y equipos son seleccionados de manera exclusiva para
cada metal o aleación pues los parámetros térmicos y mecánicos del
proceso dependen tanto de los equipos como del material
empleado.
En la patente ES 2203334 se describe un
procedimiento de fabricación y conformado superplástico para
obtener un producto superplástico de aleación ZINAG con un
refinamiento de grano adecuado y propiedades mecánicas óptimas
finales del producto.
La presente invención se centra en los
tratamientos termomecánicos a que se somete una aleación ZINAG
durante el proceso de extrusión.
La invención describe cómo realizar de manera
óptima el proceso de extrusión de aleaciones de la familia ZINAG
(Zn-Al-Ag), con la finalidad de
obtener como producto final materiales extruidos con diversas
simetrías, sin importar la complejidad de las mismas, para ser
aplicadas como perfiles estructurales u otras aplicaciones
industriales.
Para realizar el proceso de extrusión la
aleación ZINAG debe haber sido colada en forma de barras con un
diámetro entre 12.7 - 76.2 mm (aproximadamente 0.5 - 3''), en
función de las dimensiones finales deseadas de la pieza extruida y
del dado extrusor empleado.
Como en cualquier proceso de extrusión también
es conveniente decapar las barras cilíndricas con el objeto de
eliminar cualquier impureza superficial que pudiera provocar
problemas severos en los dados de extrusión.
Después de la colada y el decapado se enfría el
material hasta que se alcance la temperatura de operación óptima
para el proceso de extrusión (200 < T < 380°C). A
continuación, se inicia el proceso de extrusión de la familia de
aleaciones ZINAG.
En relación con las temperaturas de extrusión
hay que indicar que estas aleaciones, presentan la ventaja de poder
ser extruidas incluso a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando
el proceso se realiza a bajas temperaturas (T < 100°C), las
cargas de extrusión necesarias son muy altas con lo que se
incrementa de manera considerable el coste del proceso y, además,
el producto final obtenido no poseería las características mecánicas
y de calidad máximas de estas aleaciones ya que la aleación
presentaría una fragilidad elevada y unas pobres propiedades
mecánicas.
Uno de los parámetros críticos del proceso de
extrusión es la velocidad del proceso que será variable durante la
extrusión. Esta velocidad de extrusión está condicionada por el
tipo de producto final deseado, la velocidad del cabezal y la
relación de extrusión. Generalmente, esta velocidad de extrusión
varía entre 0.5 - 15 m/min si bien se ha comprobado
experimentalmente que el uso de velocidades bajas para la
deformación de la aleación provoca un efecto difusivo con el
consiguiente aumento de la plasticidad del material, requiriéndose
cargas inferiores. Cuando se dan estas condiciones el producto
final posee una mejor resistencia mecánica.
En este proceso en particular, debido a la gran
plasticidad y al coeficiente de rozamiento de la familia de
aleaciones ZINAG, no es necesaria la aplicación de ningún producto
lubricante que disminuya el rozamiento y facilite el deslizamiento
de la aleación sobre el útil. Se ensayó con materiales lubricantes
utilizados normalmente en la industria como: aceites derivados del
petróleo, o aceites sintéticos. El desgaste observado en ausencia de
lubricantes en el dado de extrusión no resultó severo por lo es
recomendable solamente un mantenimiento preventivo. El proceso de
extrusión en ausencia de lubricantes presenta la ventaja de obtener
un material final con una mayor calidad superficial y que no
requiere procesos de decapado posteriores, lo que llevará asociado
beneficios económicos.
De lo anteriormente expuesto, se considera que
la carga de extrusión estará en función de la temperatura de
trabajo, considerando que las mínimas variaciones en la composición
de la familia de aleaciones no produce modificaciones de
importancia. La lubricación debe ser nula, salvo en el caso de
velocidades de operación altas que podrían dañar al dado de
extrusión, lo que perjudicaría el proceso desde un punto de vista
económico.
Para la realización del proceso de extrusión se
pueden utilizar equipos comerciales estándar de extrusión empleados
en aleaciones de Al o aceros convencionales ya que las cargas de
extrusión necesarias, y disponibles en el equipo se encuentran en
el intervalo de 500 - 1500 toneladas. No es necesario realizar
modificación alguna del equipo para la realización del proceso.
Desde el punto de vista metalúrgico el proceso
de extrusión propuesto, las condiciones de operación y los
intervalos críticos indicados implican una transformación en la
microestructura de la aleación ZINAG debido al tratamiento
termomecánico sufrido durante dicho proceso. Las tensiones
inducidas a la temperatura de trabajo favorecen el deslizamiento de
los planos, ya que en el interior del grano coexisten tres fases:
Zn, Al y el intermetálico formado por la adición de la Plata
(AgZn_{3}). La existencia de estas fases tiene como consecuencia
un incremento en la rigidez de la aleación lo que es importante
para obtener una mayor resistencia del material.
El producto extruido final, denominado perfil
crudo normalmente se endereza como consecuencia del proceso y debe
dejarse enfriar a temperatura ambiente.
Las principales propiedades mecánicas del
producto final y de la aleación ZINAG son: resistencia mecánica en
el intervalo entre 150 - 400 MPa, límite elástico en el intervalo
de 10 - 45 MPa, deformación máxima del material del
10-35% y densidad final del producto en el intervalo
de 4.8 - 5.6 g/cm^{3}.
La figura 1 es un esquema en el que se muestran
diferentes tipos de geometrías de perfiles extruidos de las
aleaciones de la familia ZINAG, que corresponden principalmente a
tres casos en particular. a) barra del tipo T, b) barra hueca y c)
placa plana.
La temperatura de trabajo de los tres casos fue
de 285ºC, con un intervalo de carga de operación entre 700 - 1000
tons, y la velocidad del cabezal de extrusión durante el proceso
fue de 20 - 40 mm/min. La velocidad con la que fluye el material a
través del dado, depende de la carga de extrusión que se
aplica.
Para facilitar la compresión de del proceso de
extrusión de perfiles se ilustra la invención mediante el siguiente
ejemplo que es ilustrativo y no establece los límites en cuanto a
condiciones, eficacia o aplicaciones de la invención.
Se emplea el equipo de extrusión en condiciones
normales de operación y se determina el tipo de dado de extrusión
de acuerdo a la geometría deseada, considerado la relación entre el
material de aporte de la familia de aleaciones denominadas ZINAG,
la extrusión se realiza a una temperatura de operación de 300°C, en
una prensa de 250 Toneladas.
El material final extruido se endereza
inmediatamente a la salida del dado y se procede a su enfriamiento
a temperatura ambiente. El producto final de la extrusión es un
perfil con un diámetro de 2.54 mm.
La velocidad de extrusión está condicionada por
el tipo de producto final, la velocidad del cabezal y la relación
de extrusión; por ejemplo si se emplea una velocidad de cabezal de
500 mm/min y una relación de extrusión de 15, la velocidad de
extrusión será de 7 m/min. Cabe señalar que para un incremento de
la relación de extrusión es necesario un aumento de la carga
aplicada.
Finalmente, indicar que el proceso de extrusión
se realiza en ausencia de lubricantes.
En estas condiciones se obtiene un producto de
aleación extruido con una resistencia a la tensión de
290-300 MPa, un módulo elástico de
100-125 GPa, una dureza de 40-55
Vickers y una resistencia a la tensión de 380-410
MPa.
Claims (7)
1. Procedimiento de extrusión a partir de
aleaciones Zn - 22 Al - Ag (ZINAG) caracterizado porque se
realiza a una temperatura entre 200 y 380°C y con una velocidad de
extrusión comprendida entre 0,5 y 15 m/min.
2. Procedimiento de extrusión a partir de
aleaciones ZINAG, según reivindicación 1, caracterizado
porque se realiza en equipos de extrusión convencionales con cargas
de extrusión de 500 - 1500 toneladas.
3. Procedimiento de extrusión a partir de
aleaciones ZINAG según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque se realiza en presencia de lubricantes
para velocidades de extrusión mayores de 0.1 m/min.
4. Procedimiento de extrusión a partir de
aleaciones ZINAG según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque la aleación de partida debe haber sido
previamente conformada en barras con un diámetro entre 12.7 - 76.2
mm, decapada y enfriada hasta la temperatura de extrusión.
5. Producto extruido de aleaciones ZINAG
siguiendo el procedimiento reivindicado y caracterizado por
presentar una resistencia mecánica en el intervalo entre 150 - 400
MPa, un límite elástico en el intervalo 10 - 45 MPa, una
deformación máxima del material del 10 - 35% y una densidad final de
4.8 - 5.6 g/cm^{3}.
6. Producto extruido de aleaciones ZINAG según
el procedimiento reivindicado caracterizado porque puede
presentar diversas geometrías de simetría simple o compleja como
barra tipo T, barra hueca o placa plana.
7. Uso del producto extruido de aleaciones ZINAG
reivindicado, según reivindicaciones 5 y 6, como perfil estructural
y arquitectónico.
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| ES200502766A ES2288097B2 (es) | 2005-11-11 | 2005-11-11 | Proceso de extrusion a partir de aleaciones de zinc-aluminio-plata. |
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| ES200502766A ES2288097B2 (es) | 2005-11-11 | 2005-11-11 | Proceso de extrusion a partir de aleaciones de zinc-aluminio-plata. |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2288097A1 ES2288097A1 (es) | 2007-12-16 |
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| ES (1) | ES2288097B2 (es) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH06234012A (ja) * | 1991-04-01 | 1994-08-23 | Falmex Sa De Cv | 亜鉛基合金材からの押出し成形方法 |
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2005
- 2005-11-11 ES ES200502766A patent/ES2288097B2/es not_active Expired - Fee Related
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