ES2318764T3 - Hoja de aleacion de aluminio y procedimiento de fabricacion de la misma. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de fabricación de un producto de aleación de aluminio que comprende las siguientes etapas: (a) colada continua de una masa fundida de aleación de aluminio de la siguiente composición (en % en peso): Fe 1,1-1,7 Si 0,3-0,8 Mn hasta 0,25 otros elementos menos que igual a 0,05 cada uno y menos que o igual a 0,15 en total resto aluminio (b) laminado en frío del producto colado sin etapa de inter-recocido hasta una galga inferior a 200 µm (c) recocido final del producto laminado en frío.
Description
Hoja de aleación de aluminio y procedimiento de
fabricación de la misma.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de un producto de aleación de aluminio
que tiene una galga inferior a 200 \mum. Se refiere también a un
producto de aleación de aluminio que tiene una galga inferior al
mismo valor y a envases para aplicaciones de envasado de alimentos
fabricados de este producto de aleación de aluminio.
Se han usado durante muchos años aleaciones de
aluminio como una hoja con fines de cocina doméstica, envasado de
alimentos y otras aplicaciones. Se ha desarrollado para tales usos
una serie de composiciones de aleación, e incluyen aleaciones
basadas en las composiciones AA8006, AA8011, AA8111, AA8014, AA8015,
AA8021 y AA8079 (en donde estas composiciones son las designadas
por las normas reconocidas internacionalmente de la Aluminum
Association of America). Pueden usarse también para aplicaciones de
hoja aleaciones de la serie 3XXX, por ejemplo la aleación AA3005.
Las aleaciones del tipo AA8079 y AA8021 tienen un alto contenido de
Fe y un bajo contenido de Si. Las aleaciones del tipo AA8011 tienen
un contenido de Fe y Si más equilibrado y tales variaciones de
composición afectan a la clase de fases intermetálicas formadas
durante la solidificación, que afectan a su vez a la respuesta de
recocido final.
En un procedimiento de colada continua, se
considera que las aleaciones que contienen Si más alto reducen la
productividad de la colada porque los efectos de segregación de la
cadena central se hacen peores con velocidades de colada más
altas.
Para producir productos de hoja delgada, se
considera usualmente que el producto laminado no debe hacerse
demasiado duro porque de otro modo resulta difícil laminar hacia
abajo la hoja hasta la galga final. Por esta razón, los fabricantes
de hojas incorporan típicamente una etapa de
inter-recocido para ablandar el producto laminado en
frío antes de un laminado final.
Un producto, que acaba de laminarse en frío,
tendría alta resistencia (debido al endurecimiento de trabajo) pero
ductilidad limitada. Con el fin de aumentar la ductilidad y hacer
así a los productos adecuados para manipulación y conformación, se
realiza una operación de recocido final, mediante un recocido
discontinuo o una cadena de recocido continua. Las variables
esenciales son temperatura y tiempo y, dependiendo en gran medida
de estos factores, pueden transcurrir procedimientos de
recuperación, recristalización y crecimiento de grano dentro del
producto trabajado en frío. En productos de galga delgada como hoja,
los parámetros se fijan para asegurar que se mantiene una
estructura de tamaño de grano pequeño, teniendo los granos grandes
un impacto perjudicial sobre las propiedades mecánicas.
La microestructura de una lámina u hoja laminada
en frío consiste en granos finos de escala de micrómetros y una
alta densidad de fases intermetálicas formadas durante la
solidificación. Las intermetálicas se destruyen durante el laminado
y tienen un tamaño de partículas típico entre 0,1 y 1,5 \mum. Esto
proporciona el principal prerrequisito para una respuesta de
recocido óptima. La otra característica metalúrgica importante es el
alto grado de laminado en frío, que produce una estructura de
granos finos. Sin embargo, estas estructuras de granos son
altamente anisótropas. Durante la recuperación, se reduce el número
de dislocaciones y puede formarse una estructura de
sub-granos. Con tiempo o temperatura crecientes, el
tamaño de sub-granos aumenta gradualmente.
Inicialmente en tal caso no hay un cambio apreciable de la
microestructura, conservando el producto mucha de su anisotropía.
Mientras que hay una caída de resistencia significativa desde el
estado según se laminó en frío y un aumento de ductilidad, la
ductilidad puede no alcanzar los niveles conseguidos en un material
recristalizado parcialmente.
A medida que aumentan la temperatura o el
tiempo, comienza la recristalización, que es la formación gradual
de una estructura de granos nueva y perceptible. Fuerzas
retardantes, en forma de precipitados/intermetálicas en los límites
de granos, fijan los límites de granos durante la recristalización
para restringir el crecimiento de granos. El tratamiento de
recocido puede, si hay suficiente soluto sobresaturado dentro de la
matriz de aleación, conducir también a la formación de dispersoides
intermetálicos finos. Éstos también ayudan a impedir el crecimiento
de granos.
Es el caso, para algunas aleaciones (por
ejemplo, de la variedad de alto contenido de Fe/bajo contenido de
Si), que sólo pueden conseguirse propiedades óptimas dentro de una
ventana de recocido estrecha, habitualmente a altas temperaturas de
recocido. Son necesarias estas temperaturas más altas porque la alta
densidad de partículas submicrométricas significa que ya es alto el
efecto de fijación de los límites de granos. Además, durante el
recocido, la precipitación de dispersoides intermetálicos refuerza
el efecto de fijación de los límites de granos. En efecto, hay una
reacción de recristalización continua en el intervalo de baja
temperatura y sólo podría comenzar a alrededor de 380ºC y superior.
Sólo cuando los dispersoides/intermetálicas se hacen más gruesos a
mayores temperaturas, las fuerzas de fijación empiezan a disminuir y
es posible la reorganización de granos. Sin embargo, puesto que las
temperaturas para esto son muy altas, el metal entra entonces en un
régimen en el que el equilibrio entre las fuerzas que impulsan el
crecimiento de granos y la fijación de límites de granos es
inestable y puede aparecer de repente un crecimiento de granos
incontrolado.
Las vías de producción en las que se usa
enfriamiento directo (DC) son más complicadas y caras que las vías
de colada continua porque implican usualmente más etapas de
elaboración, algunas de las cuales son de longitud y energía
intensivas, tales como homogeneización. Es deseable, por tanto, usar
inicialmente colada continua para eliminar etapas como
homogeneización y ha habido un trabajo sustancial para optimizar
aleaciones y procedimientos pensando en esto. Pero incluso
empezando con un producto de colada continua, la reducción hasta la
galga final implica habitualmente una etapa de
inter-recocido, ella misma cara en energía y que
exige mucho tiempo.
Para muchas aplicaciones y en particular
aplicación en recipientes de embutición profunda, la resistencia
final de la aleación por sí misma no es la propiedad más importante.
El caso es generalmente que a medida que aumenta la resistencia de
un producto de aleación, disminuye el alargamiento. En realidad, el
diseño de un producto de aleación es siempre sobre optimización de
un equilibrio de propiedades. Un buen equilibrio en el caso de
recipientes de embutición profunda sería una combinación óptima de
resistencia y conformabilidad (reflejada por alargamiento a la
tracción). Este equilibrio puede valorarse multiplicando la
resistencia a la tracción final (UTS) por el alargamiento a la
rotura (E). Además, es deseable que la aleación tenga un buen
equilibrio de propiedades en las direcciones transversal y
longitudinal porque la conformación raramente, o nunca, tiene lugar
en una dimensión.
Para algunos recipientes se requiere que las
paredes del recipiente tengan un cierto grado de rigidez. La
rigidez de un material está relacionada estrechamente con su límite
elástico (YS). Por tanto, también es deseable un buen límite
elástico. Por otra parte, si el YS es muy próximo a la UTS, un
producto de aleación no es ideal para su uso en recipientes
embutidos. Es deseable que el producto de aleación demuestre
endurecimiento por deformación en frío durante la deformación,
porque esto ayuda a prevenir estrechamiento durante la conformación.
Un producto de aleación con un YS próximo a su UTS poseería
características de deformación diferentes con endurecimiento por
deformación en frío limitado, de haberlo.
Con respecto a recipientes de embutición
profunda, es deseable evitar ennegrecimiento superficial durante las
operaciones de conformación, que los presentes inventores han
encontrado estar relacionado con la composición de las fases
intermetálicas después de la solidificación.
Además de estas calidades, es deseable, como
medio para reducir los costes de la aleación mediante reciclado,
ser capaces de acomodar elementos tales como Mn dentro de la
composición fundida. Además es deseable, desde una perspectiva
operacional, ser capaces de elaborar un producto de aleación a
través de diferentes operaciones de fabricación, para permitir el
mejor uso de un intervalo de equipo disponible, tales como hornos de
recocido discontinuos y continuos.
El documento WO 03/069003 describe una aleación
del tipo de alto contenido de Fe/bajo contenido de Si producida
mediante una vía de colada continua. La aleación descrita comprende,
en % en peso, Fe 1,5-1,9, Si < 0,4, Mn
0,04-0,15, otros elementos y el resto aluminio. La
vía de elaboración usada para fabricar este producto es colar
continuamente la aleación, laminar en frío con un
inter-recocido opcional con un recocido final
después de laminar en frío entre 200 y 430ºC durante un período de
al menos 30 horas. El procedimiento de recocido discontinuo
preferido es un procedimiento en dos etapas que implica una primera
etapa entre 200 y 300ºC y una segunda etapa entre
300 y 430ºC.
300 y 430ºC.
El documento
JP-A-03153835 revela un material de
aletas para uso en intercambiadores de calor en el que la
composición de la aleación es, en % en peso, Fe
1,1-1,5, Si 0,35-0,8, Mn
0,1-0,4 y el resto aluminio. La aleación se colaba
semicontinuamente en moldes enfriados con agua de un tamaño interior
de 30 x 150 mm, esto es, de escala de laboratorio. La colada se
laminaba en caliente, se laminaba de manera intermedia y se laminaba
en frío con una reducción por laminación en frío máxima del 30%
hasta un espesor de 70 \mum. La descripción de la laminación
intermedia seguida por un porcentaje menor de reducción en frío
sugiere que se usaba un recocido intermedio. Se indican
resistencias a la tracción finales entre 13,0 y 14,7 kg/mm^{2}
(127-144 MPa), presumiblemente en dirección
longitudinal, pero no se proporciona información sobre el YS,
alargamiento o propiedades transversales.
El documento
JP-A-60200943 revela una aleación
similar que tiene, en % en peso, una composición de Fe >
1,25-1,75, Si 0,41-0,8, Mn
0,10-0,70, siendo el resto aluminio e impurezas.
Esta aleación se desarrolló también para uso como material de
aletas dentro de intercambiadores de calor cobresoldados. La
aleación se colaba como un lingote, es decir, de una manera
semicontinua de DC, se homogeneizaba a 580ºC durante 10 horas y se
descostraba. Los lingotes se laminaban después en caliente a 525ºC
hasta una galga de 4 mm y se recocían de manera intermedia a 380ºC
durante 1 hora. Se sometían después a laminado en frío hasta una
galga de 0,35 mm, se recocían de manera intermedia por segunda vez
en un procedimiento continuo con una temperatura de 480ºC durante
15 segundos, se laminaban después en frío hasta una galga de 0,20 mm
(es decir, 200 \mum) y se recocían a 205ºC durante 10 minutos
para simular un tratamiento de cocido de pintura. Una aleación
específica tiene un YS de 13,7 kg/mm^{2} (134 MPa) y una UTS de
16 kg/mm^{2} (157 MPa), pero el alargamiento se reduce al 9%,
dando un producto de UTS x alargamiento de 1413. Se muestra también
la misma aleación con un YS de 4,916 kg/mm^{2} (48 MPa), una UTS
de 12,0 kg/mm^{2} (118 MPa) y un alargamiento del 34%, dando un
valor de UTS x alargamiento de 4012. No hay revelación de las
propiedades mecánicas transversales. Sin embargo, el tratamiento de
10 minutos a 205ºC es un recocido de recuperación. Tal recocido
conservará la anisotropía del procedimiento de trabajo en frío.
El documento WO 02/064848 revela un
procedimiento para fabricar un producto de hoja en el que la
composición de aleación es, en % en peso, Fe
1,2-1,7, Si 0,4-0,8, Mn =
0,07-0,20, siendo el resto aluminio e impurezas
fortuitas. La aleación se cuela en continuo usando un fundidor de
cinta, se lamina en frío con un inter-recocido a
una temperatura entre 280 y 350ºC y recuece finalmente. La galga
final es 0,3 mm (300 \mum), y el recocido final era un recocido
parcial mediante un procedimiento discontinuo que implica calentar
el producto laminado en frío entre 250 y 300ºC. Después de esta vía
de elaboración, la aleación de esta revelación desarrollaba una UTS
de aproximadamente 125-160 MPa y valores de
alargamiento entre aproximadamente 28 y 14,5%. Pueden calcularse
múltiplos de UTS por alargamiento y varían desde 2295 hasta 3476. No
se muestran datos referentes a propiedades transversales o con
respecto a YS.
El documento
US-A-5 503 689 revela un
procedimiento de fabricación de un producto de aleación de aluminio
que comprende las siguientes etapas:
(a) colada continua, como colada de doble
laminador, de una masa fundida de aleación de aluminio de la
siguiente composición, en % en peso:
- Fe 0,4-1,0%
- Si 0,3-1,1%
- Cu 0,009-0,25%
- Mn 0,10% máx.
- Ti 0,08% máx.
siendo el resto Al e impurezas inevitables;
(b) laminado en frío directo del producto colado
hasta una galga final entre 38,1 y 4.318 \mum sin
inter-recocido;
(c) recocido final del producto laminado en
frío.
\vskip1.000000\baselineskip
Se conocen y se venden aleaciones adicionales
para aplicaciones de envasado de alimentos. Éstas incluyen
aleaciones basadas en AA8011. AA8011 tiene una composición como
sigue, en % en peso: Fe 0,6-1,0, Si
0,50-0,90, Cu < 0,10, Mn < 0,20, Mg <
0,05, Cr < 0,05, Zn < 0,10, Ti < 0,08, otros elementos <
0,05 y otros totales < 0,15, resto Al. Se conoce una aleación
con Fe en el extremo inferior de este intervalo, nominalmente Fe
0,65 y Si 0,65. Esta aleación se conoce con y sin Mn y se sabe que
se cuela y se usa para productos no exigentes como hoja doméstica.
Se conoce otra aleación con un contenido de Fe nominal de 1,1 y Si
también 1,1. En estas aleaciones, en las que la relación de Fe a Si
es 1.1, la adición de Mn conduce a una respuesta de recocido
inestable a temperaturas de 320ºC y superiores. Como resultado, se
evita Mn en tales aleaciones.
Es un objeto de esta invención proporcionar un
procedimiento nuevo y económico de fabricación de un producto de
aleación de aluminio, un procedimiento que conduce a una combinación
de buenas propiedades mecánicas en términos del equilibrio entre
resistencia y alargamiento en ambas direcciones longitudinal y
transversal, que evita la creación de depósitos de ennegrecimiento
durante operaciones de embutición profunda y que proporciona
ventanas de elaboración amplias para un producto recocido
discontinuamente o recocido en continuo.
Un objeto adicional de esta invención es
proporcionar productos de aleación de aluminio que presentan una
combinación aumentada de propiedades particularmente útiles en la
fabricación de recipientes de embutición profunda siendo por ello
fáciles de conformar y no propensos a defectos de ennegrecimiento
superficial.
Por consiguiente, un primer aspecto de la
invención es un procedimiento de fabricación de un producto de
aleación de aluminio que comprende las siguientes etapas:
- (a)
- colada continua de una masa fundida de aleación de aluminio de la siguiente composición (en % en peso):
- Fe 1,1-1,7
- Si 0,3-0,8
- Mn hasta 0,25
- otros elementos menos que igual a 0,05 cada uno y menos que o igual a 0,15 en total
- resto aluminio
- (b)
- laminado en frío del producto colado sin una etapa de recocido intermedio hasta una galga inferior a 200 \mum
- (c)
- recocido final del producto laminado en frío.
\vskip1.000000\baselineskip
La composición de aleación se escoge para crear
el equilibrio apropiado de intermetálicas después de la
solidificación y control de su distribución de tamaños (y por ello
el efecto en la reacción de recocido), todo lo cual determina la
microestructura final y por ello el equilibrio de propiedades.
Combinando la composición de aleación con esta vía de
procedimiento, se desarrolla una microestructura que tiene un buen
equilibrio entre las fuerzas que impulsan la movilidad de los
límites de granos y las fuerzas retardantes necesarias para
estabilizar el tamaño de granos. Este equilibrio es estable en un
intervalo más amplio de condiciones de recocido que conduce a mayor
flexibilidad en operaciones de fabricación. Esto es porque el soluto
sobresaturado de Fe y Mn (que lleva a formación de dispersoides
durante el recocido) y las partículas intermetálicas de la
estructura colada actúan ambos como fuerzas retardantes contra el
engrosamiento de granos. Además de esto, es posible conseguir altos
valores de YS isotrópico, UTS y alargamiento y reducir el
ennegrecimiento superficial durante operaciones de conformación.
La composición de la aleación se describe, en
particular con respecto a otros elementos y al resto de aluminio, de
igual manera a como se reconoce por el Aluminum Association Register
de International Alloy Designations and Chemical Composition Limits
for Wrought and Wrought Aluminum Alloys.
Se añade Fe para proporcionar resistencia
mecánica aunque, debido a que la estructura depende de la clase de
intermetálicas y dispersoides formados, su contenido debe
considerarse preferiblemente junto con el contenido de Mn y Si. Si
el contenido de Fe es demasiado bajo, la resistencia mecánica
resultante será demasiado baja. Si es contenido de Fe es demasiado
alto, promoverá que aparezcan fases intermetálicas gruesas y estas
fases pueden ser perjudiciales para la calidad superficial de
recipientes embutidos. La cantidad de Fe presente está entre 1,1 y
1,7% en peso, preferiblemente entre 1,2 y 1,6% en peso.
La presencia de Si ayuda a reducir la solución
sólida de Fe y Mn, permitiendo que comience la recristalización
continua dentro de un intervalo de recocido de baja temperatura. La
adición de Si en combinación con Fe ayuda a promover la formación
fase \alpha-Al(FeMn)Si cúbica y se
ha encontrado que un predominio de esta fase en lugar de la
Al(FeMn) libre de Si o de la forma \beta monoclínica de
AlFeSi ayuda a evitar la formación de hollín y el ennegrecimiento
durante la embutición profunda. Es una característica preferida de
la invención que la fase intermetálica predominante presente sea
fase \alpha-Al(FeMn)Si cúbica. Si el
contenido de Si es demasiado bajo, los precipitados serán de tipo
AlFe binario. Si el contenido de Si llega cerca de la paridad con
el contenido de Fe, como con las aleaciones de tipo AA8011
equilibradas mencionadas antes, es menos probable que se forme la
fase \alpha y, en su lugar, se formará la forma \beta de
AlFeSi.
Se cree que la fase \alpha cúbica tiene mejor
adhesión a la matriz en comparación con la forma \beta monoclínica
o las fases Al_{M}(FeMn) (M = 4-6) y que,
durante la conformación, es menos probable que se desprenda. Como
resultado, la fase \alpha cúbica es menos probable que se pegue a
la superficie del troquel y cause daño a la superficie de aluminio.
Una hipótesis alternativa es que la forma de la fase \alpha cúbica
durante y después del trabajo en frío tiene un efecto. Puesto que
es más redondeada que la forma \beta monocínica angular, se
generan menos finos de aluminio durante la laminación y otras
operaciones de conformación. Menos finos producen daño superficial
reducido. Con el fin de promover la formación de la fase \alpha
cúbica, por tanto, está presente Si en el intervalo de 0,3 a 0,8%
en peso, preferiblemente en el intervalo de 0,4 a 0,7% en peso, y
más preferiblemente del 0,5 al 0,7% en peso. La relación Fe:Si está
preferiblemente entre 1,5 y 5, más preferiblemente entre 1,5 y
3.
El Mn promueve también la formación de la fase
\alpha-AlFeSi cúbica. Además, el Mn proporciona un
pequeño efecto de refuerzo. Si el contenido de Mn es demasiado
alto, se tropezará con problemas de segregación dentro del producto
colado continuamente y tendría que homogeneizarse el producto
colado. Por esta razón, si está presente, el Mn está presente en
una cantidad de hasta el 0,25%. Puesto que es deseable ser capaces
de usar chatarra reciclada y conseguir el beneficio de promover la
formación de fases apropiada, se prefiere que esté presente Mn en
una cantidad por encima del 0,05% en peso. Se prefiere
adicionalmente que esté presente Mn en una cantidad entre 0,05 y
0,20% en peso.
Aunque puede realizarse la colada continua de
una variedad de formas, incluyendo fundición de cinta, un método
preferido es emplear colada de doble laminador. Un espesor preferido
del producto colado está entre 2 y 10 mm, más preferiblemente entre
3 y 8 mm.
Con respecto a la etapa (b), son realizaciones
preferidas que la galga final después de laminado en frío esté por
debajo de 180 \mum, más preferiblemente por debajo de 165 \mum.
Se prefiere que la galga esté por encima de 35 \mum, más
preferiblemente por encima de 60 \mum, más particularmente cuando
la aplicación pretendida es en recipientes de envasado de
alimentos.
Con respecto a la etapa (c), el recocido final
puede realizarse por un procedimiento discontinuo o por un
procedimiento de recocido continuo. El procedimiento de recocido
final establece el equilibrio final de propiedades mecánicas para
el producto de banda de aluminio. Como se ha explicado antes, es
importante durante esta fase ser capaces de controlar la reacción
de recuperación/recristalización que tiene lugar dentro del metal
trabajado en frío. En realidad, con esta aleación y el
procedimiento de la invención es posible usar un amplio intervalo de
condiciones de recocido y conseguir buenas propiedades
mecánicas.
En caso de usar un procedimiento discontinuo, la
temperatura del recocido está entre 300 y 420ºC. El producto según
la invención es tan estable durante el recocido que la duración
puede ser muy larga, siendo posibles tiempos de hasta 60 horas y
más, incluyendo esta duración el calentamiento lento hasta la
temperatura y el mantenimiento en la temperatura. No obstante,
puesto que puede conseguirse una combinación excelente de
propiedades con duraciones de recocido más cortas, y por el deseo
de minimizar costes de energía, se prefiere que la duración del
recocido discontinuo esté entre 10 y 45 horas.
En caso de usar un recocido continuo, la
temperatura del tratamiento de recocido está entre 400 y 520ºC,
preferiblemente entre 450 y 520ºC. La duración que pasa la banda
dentro del horno es mucho más corta, usualmente del orden de
segundos, por ejemplo entre 4 y 10 segundos, y se ajusta
habitualmente para producir la transformación microestructural
necesaria durante la etapa de recocido. El recocido continuo en una
cadena industrial puede simularse inmergiendo muestras en hornos
fijados a temperaturas más bajas pero durante duraciones más
largas.
La persona experta entenderá que hay un
intervalo de factores a considerar para controlar la operación de
recocido continuo. Por ejemplo, uno podría ser la velocidad del
metal a través del horno dependiendo de la galga de la banda, las
condiciones de transferencia de calor dentro del horno (que pueden
variar de horno a horno dependiendo del movimiento de aire dentro
del horno) y las temperaturas del horno fijadas máximas. El
establecimiento de condiciones óptimas para cada cadena de recocido
continuo es una práctica establecida dentro de la industria. Con
esta invención es posible hacer funcionar la cadena de recocido
continuo con un amplio intervalo de ajustes y conseguir los mismos
resultados.
Siguiendo esta vía de procedimiento es posible
obtener un producto de aleación mejorado en comparación con los
productos de aleación de la técnica anterior mencionados antes.
Un segundo aspecto d la invención es un producto
de aleación de aluminio que tiene una galga inferior a 200 \mum y
que comprende la siguiente composición de aleación en % en peso:
- Fe 1,1-1,7
- Si 0,3-0,8
- Mn hasta 0,25
- otros elementos menos que, o igual a, 0,05 cada uno y menos que, o igual a, 0,15 en total
- resto aluminio
en el que el producto de aleación de aluminio
posee las siguientes propiedades:
en dirección transversal:
- un límite elástico > 100 MPa
- una UTS > 130 MPa
- un alargamiento > 19% y
- un producto de UTS x alargamiento > 2500
y en dirección longitudinal:
- un límite elástico > 100 MPa
- UTS > 140 MPa y
- alargamiento > 18% y
- un producto de UTS x alargamiento > 2500.
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El producto de aleación del segundo aspecto de
la invención es obtenible por el procedimiento del primer aspecto de
la invención.
Deben tenerse en cuenta las mismas materias con
respecto a fases intermetálicas y a su influencia en la reacción de
recocido del producto y por tanto puede controlarse más
preferiblemente la composición de igual forma que se ha descrito
antes.
Con respecto a las propiedades mecánicas, se
prefiere que el límite elástico transversal sea > 110 MPa, más
preferiblemente > 120 MPa y se prefiere que el límite elástico
longitudinal sea > 110 MPa, más preferiblemente > 120 MPa.
Se prefiere que la UTS transversal sea mayor de
135 MPa, más preferiblemente > 140 MPa. Se prefiere que la UTS
longitudinal sea mayor de 150 MPa.
Se prefiere que el alargamiento transversal para
el producto de aleación de la invención sea superior al 20% y es
más preferido que sea el 22%. Se prefiere que el alargamiento
longitudinal esté por encima del 19% y es más preferido que esté
por encima del 19% y más preferido que esté por encima del 20%.
Para el producto de resistencia a la tracción
final por alargamiento, éste es preferiblemente > 3000 para la
dirección transversal y, en dirección longitudinal, se prefiere que
este producto sea > 3000.
El procedimiento y el producto según la
invención tienen un equilibrio de propiedades y adaptabilidad muy
útiles, de tal modo que su uso puede considerarse dentro de un
amplio intervalo de aplicaciones de hojas típicas incluyendo,
aunque sin limitarse a ellas, recipientes de embutición profunda,
recipientes de paredes lisas o de paredes rugosas y hoja de cocina
doméstica.
Se ilustrará ahora la invención con referencia a
los siguientes ejemplos, tablas y figuras. Los Ejemplos 1 a 3 se
refieren a recocido discontinuo en el recocido final y los Ejemplos
4 y 5 se refieren a recocido continuo en el recocido final. Todos
los ensayos mecánicos se realizaron según DIN-EN
10002. Los valores de YS y UTS se indican siempre en MPa y el
alargamiento (E) como porcentaje. "T" se refiere a dirección
transversal, "L" a la longitudinal. Todos los contenidos de
aleaciones se expresan en % en peso.
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La Tabla 1 resume las composiciones de aleación
investigadas. Las aleaciones 1 y 2 son aleaciones dentro del
alcance de la invención. La aleación 4 es una aleación de tipo
AA8011 con Fe hacia el extremo inferior del intervalo de
composición, es decir, similar a productos disponibles
comercialmente, pero con adición de Mn. La aleación 5 es una
aleación según el documento WO 03/069003 de la técnica anterior.
Para cada composición, los otros elementos fueron < 0,05 cada uno
y < 0,15 en total, con el resto Al.
Todas las aleaciones de colaron continuamente en
un fundidor de doble laminador hasta las galgas mostradas en la
Tabla 1. Se laminaron después en frío en un laminador en frío a
escala de laboratorio hasta una galga final de 150 \mum sin etapa
de inter-recocido. Cada producto laminado en frío de
las aleaciones 1, 4 y 5 se sometió después a tratamientos de
recocido discontinuo a 320, 350, 380 y 410ºC durante períodos de 20,
40 y 60 horas. La aleación 2 se recoció en discontinuo a estas
temperaturas durante una duración de 45 horas. Se encontró que la
aleación 5 en particular tiene propiedades mecánicas muy
inconsecuentes debido a un comportamiento de deformación por
tracción completamente diferente. Como se ha mencionado antes, con
el fin de valorar el equilibrio de resistencia y ductilidad, se
calculó el producto de UTS por alargamiento. Las propiedades
mecánicas se muestran en las Tablas 2, 3 y 4 y en las
Figuras 1 a 6.
Figuras 1 a 6.
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Como puede verse en las Figuras 1, 3 y 5, la
aleación de la invención 1 tiene siempre la mejor combinación de
UTS y alargamiento en dirección transversal en comparación con las
aleaciones 4 o 5. En dirección longitudinal (como se muestra en las
Figuras 2, 4 y 6), la aleación 5 es capaz de igualar la combinación
de UTS y alargamiento sólo cuando se recuece a altas temperaturas.
Como se ha descrito antes, a tales temperaturas hay un peligro
aumentado de recristalización incontrolada y crecimiento de granos
gruesos, y esto no es satisfactorio desde una perspectiva de
elaboración industrial. La aleación 2, también según la invención,
proporciona la mejor combinación de propiedades, una combinación
que la aleación 5 no iguala. Estos resultados muestran que el
procedimiento según la invención proporciona un producto superior y
permite a los fabricantes escoger entre un intervalo más amplio de
condiciones de recocido.
La aleación 1 se coló continuamente en un
fundidor de doble laminador hasta la misma galga que en la Tabla 1
y se laminó después en frío en un laminador en frío a escala de
laboratorio hasta una galga de 1,5 mm. En este punto, algunas
muestras se sometieron a un inter-recocido y otras
no. Para las inter-recocidas, la velocidad de
calentamiento fue 50ºC por hora y se mantuvieron a una temperatura
de 320ºC durante 4 horas. Se enfriaron después con aire. Todas las
muestras se laminaron en frío después hasta una galga final de 210
\mum. Las muestras del producto laminado en frío, con y sin
inter-recocido, se sometieron a cuatro tratamientos
de recocido discontinuo final. Todos los recocidos tuvieron una
duración de 4 horas y a temperaturas de 250, 300 y 350ºC.
La vía de elaboración con un
inter-recocido (IA) a 320ºC y el recocido final a
300ºC refleja la vía de producción recomendada del documento WO
02/064848. Las propiedades mecánicas de la aleación 1 después de
estos tratamientos se dan en la Tabla 5 y en las Figuras 8 a 13.
Muestran que hay una diferencia significativa entre las propiedades
mecánicas alcanzables con la presente invención y el producto
fabricado según el documento WO 02/064848.
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Las propiedades mecánicas de la aleación 1
después de elaboración según el documento WO 02/064848 son siempre
más bajas que el nuevo procedimiento de la invención en ambas
direcciones longitudinal y transversal. En particular el YS para las
muestras inter-recocidas era considerablemente más
bajo cuando el recocido final era a 300ºC y superior.
Para investigar el efecto del
inter-recocido en las propiedades después de
recocido continuo, muestras de la aleación 1 elaborada de igual
forma a como se ha descrito antes en este Ejemplo anterior hasta una
galga de 210 \mum, con y sin inter-recocido, se
inmergieron en un horno a 350ºC durante 10 minutos para simular un
recocido continuo. Las propiedades transversales se muestran en la
Tabla 6.
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Como con el recocido discontinuo, el YS de la
versión inter-recocida fue muy inferior al
procedimiento de la invención.
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Con el fin de demostrar el nivel típico de
propiedades alcanzable a escala industrial y con diferentes galgas,
la aleación 2 se coló continuamente por colada de doble laminador
hasta la misma galga que en el Ejemplo 1 y se laminó en frío en un
laminador en frío industrial hasta galgas de 78 y 116 \mum sin
inter-recocidos usando programas de paso de
laminación en frío convencional. El producto laminado en frío de
galga 78 \mum se recoció en discontinuo a 350ºC durante 25 horas
y el producto de galga 116 \mum se recoció a 320ºC durante 30
horas. Los resultados de ensayos mecánicos se muestran en la Tabla
7.
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Mientras que los Ejemplos 1 y 2 ilustran las
ventajas relativas del procedimiento de la invención aplicado a las
aleaciones 1 y 2 sobre la técnica anterior, este Ejemplo ilustra la
clase de propiedades alcanzables en producción industrial
completa.
La laminación en frío a escala de laboratorio,
según se usa en los Ejemplos 1 y 2, implica diferentes condiciones
térmicas y de tensión. En un laminador industrial, la banda se
deforma/reduce de galga en mayor extensión a través de cada paso.
Como resultado, su temperatura aumenta, cerca de 100ºC y superior.
Después de un paso, se bobina la banda caliente y la masa térmica
significa que una bobina conserva calor durante algún tiempo. A
medida que aumenta a la temperatura, puede comenzar la recuperación,
de tal modo que la recuperación tenga lugar durante la laminación
adicional y cuando el metal está en una bobina. La recuperación que
tiene lugar de este modo se conoce como recuperación dinámica y,
puesto que la recuperación aumenta la ductilidad, explica las
propiedades aumentadas que se ven después de la elaboración a escala
industrial, especialmente con respecto al alargamiento.
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Las aleaciones 1, 4 y 5 se colaron y laminaron
hasta una galga final de igual forma que se ha descrito en el
Ejemplo 1. Se inmergieron después en un horno caliente durante 10
minutos a cada una de las siguientes temperaturas, 320, 350, 380 y
410ºC, para simular una cadena de recocido continuo a escala
industrial. Las propiedades mecánicas en dirección transversal
únicamente se muestran en la Tabla 8 y en la Figura 7. Sólo se
muestran las propiedades transversales porque son las propiedades
transversales las que representan habitualmente el guión del peor
caso para ductilidad. Una
buena ductilidad en dirección transversal se corresponde usualmente con buena ductilidad en dirección longitudinal.
buena ductilidad en dirección transversal se corresponde usualmente con buena ductilidad en dirección longitudinal.
Como se muestra por estos resultados, la
aleación 1 de la invención tenía siempre el mejor equilibrio de
propiedades mecánicas. Aunque los valores de alargamiento medidos
aquí para el procedimiento de la invención son relativamente bajos,
debe recordarse que estos ensayos se realizaron en hola laminada
usando un laminador a escala de laboratorio. Por tanto, no
experimentaron la clase de procedimiento de recuperación dinámica
necesario para proporcionar propiedades óptimas. Pero estos
resultados muestran la combinación relativa de propiedades para
diferentes aleaciones. Realmente, estos datos sirven para ilustrar
que la aleación 5 no puede recocerse continuamente, haciéndola un
producto de aleación menos adaptable para elaboración industrial en
diferentes instalaciones de fabricación.
La aleación 1 se coló en doble laminador hasta
una galga de 6,05 mm y se laminó después en frío en un laminador en
frío industrial, sin inter-recocido, hasta galgas
finales de 79 \mum y 120 \mum usando programas de paso
convencionales. Se recocieron después continuamente bobinas de ambas
galgas haciéndolas pasar a través de un horno fijado a una
temperatura de 499ºC. Para el material de galga 120 \mum, esto
significaba una velocidad de banda de 125 m/min y una duración
dentro del horno de aproximadamente 8 segundos. Para la hoja de
galga 79 \mum, la velocidad de banda fue 160 m/min, dando una
duración dentro del horno de aproximadamente 6 segundos. Las
propiedades mecánicas se muestran en la Tabla 9.
El producto con galga de 120 \mum se conformó
después con éxito en recipientes de pared lisa y embutición profunda
sin indicios de algún ennegrecimiento superficial. De igual modo, el
producto de galga 79 \mum se conformó en recipientes de pared
rugosa sin señal de ennegrecimiento superficial.
Una aleación de la siguiente composición: Fe
1,50, Si 0,60 y Mn 0,09, otros elementos < 0,05 cada uno y <
0,15 en total, resto Al, se coló en doble laminador hasta una galga
de 6,29 mm y se laminó después en frío en un laminador industrial
hasta una galga de 135 \mum usando programas de paso
convencionales. Se sometió después a tratamientos de recocido
continuo simulado de 10 minutos en un horno a 325, 350 y 375ºC. Las
propiedades mecánicas se muestran en la Tabla 10.
Los resultados de este Ejemplo muestran que es
posible, con una aleación fabricada según la invención y en una
cadena de recocido continuo a escala industrial, conseguir una
combinación muy buena de propiedades en las direcciones
longitudinal y transversal. Estos resultados muestran también que es
posible con la aleación y el procedimiento según la invención
obtener propiedades similares en un amplio intervalo de galgas y
velocidades de banda. Una respuesta de recocido consecuente como
ésta es muy útil para fabricación flexible.
Además, la consecuencia de los resultados cuando
se comparan con los resultados de recocido discontinuo a escala
industrial del Ejemplo 3, muestran que la aleación y el
procedimiento de la invención permiten una fabricación altamente
flexible en el sentido de que un productor no está limitado a un
conjunto simple de instalaciones de tratamiento térmico
disponibles, sino que puede cambiar de recocido discontinuo o
recocido continuo y esperar aún características de producto
similares.
Claims (21)
1. Un procedimiento de fabricación de un
producto de aleación de aluminio que comprende las siguientes
etapas:
- (a)
- colada continua de una masa fundida de aleación de aluminio de la siguiente composición (en % en peso):
- Fe 1,1-1,7
- Si 0,3-0,8
- Mn hasta 0,25
- otros elementos menos que igual a 0,05 cada uno y menos que o igual a 0,15 en total
- resto aluminio
- (b)
- laminado en frío del producto colado sin etapa de inter-recocido hasta una galga inferior a 200 \mum
- (c)
- recocido final del producto laminado en frío.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que la colada continua (a) tiene lugar en un fundidor de doble
laminador.
3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1
o 2, en el que el contenido de Fe es del 1,2 al 1,6% en peso.
4. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el contenido de Si es del 0,4 al
0,7% en peso.
5. Un procedimiento según la reivindicación 4,
en el que el contenido de Si es del 0,5 al 0,7% en peso.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la relación Fe:Si está entre 1,5 y
5.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6,
en el que la relación Fe:Si está entre 1,5 y 3.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la fase intermetálica predominante
es la fase \alpha-AlFeSi cúbica.
9. Un procedimiento según las reivindicaciones 1
a 8, en el que el contenido de Mn es del 0,05 al 0,25% en peso.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que el contenido de Mn es del 0,05 al 0,20% en peso.
11. Un procedimiento según la reivindicación 10,
en el que el contenido de Mn es del 0,05 al 0,15% en peso.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que el recocido final (c) es un
recocido discontinuo.
13. Un procedimiento según la reivindicación 12,
en el que el recocido discontinuo se realiza en el intervalo de
temperatura de 300 a 420ºC.
14. Un procedimiento según la reivindicación 13,
en el que el recocido discontinuo se realiza en el intervalo de
temperatura de 300 a 380ºC.
15. Un procedimiento según la reivindicación 14,
en el que el recocido discontinuo se realiza en el intervalo de
temperatura de 320 a 380ºC.
16. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que el recocido final (c) es un
recocido continuo.
17. Un procedimiento según la reivindicación 16,
en el que el recocido continuo se realiza en el intervalo de
temperatura de 400 a 520ºC.
18. Un procedimiento según la reivindicación 17,
en el que el recocido continuo se realiza en el intervalo de
temperatura de 450 a 520ºC.
\newpage
19. Un producto de aleación de aluminio que
tiene una galga inferior a 200 \mum y la siguiente composición en
% en peso:
- Fe 1,1-1,7
- Si 0,3-0,8
- Mn hasta 0,25
- otros elementos menos que igual a 0,05 cada uno y menos que o igual a 0,15 en total
- resto aluminio
en el que el producto de aleación de aluminio
posee las siguientes propiedades:
en dirección transversal:
- un límite elástico > 100 MPa
- una UTS> 130 MPa
- un alargamiento > 19 y
- un producto de UTS x alargamiento > 2500
- y en dirección longitudinal:
- un límite elástico > 100 MPa
- una UTS > 140 MPa
- un alargamiento > 18 y
- un producto de UTS x alargamiento > 2500.
20. Un producto según la reivindicación 19
obtenible por el procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18.
21. Un recipiente de embutición profunda
fabricado a partir del producto de aleación de las reivindicaciones
19 o 20.
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