ES2330332T3 - Aleacion de aluminio fundida a presion. - Google Patents
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Abstract
Aleación de aluminio para la colada a presión de elementos de construcción con alta expansión en estado de colada, con 8,5 a 10,5% en peso de silicio, 0,3 a 0,8% en peso de manganeso, como máximo 0,06% en peso de magnesio, como máximo 0,15% en peso de hierro, como máximo 0,03% en peso de cobre, como máximo 0,10% en peso de cinc, como máximo 0,15% en peso de titanio, 0,05 a 0,5% en peso de molibdeno, 30 a 300 ppm de estroncio o 5 a 30 ppm de sodio y/o 1 a 30 ppm de calcio para el refinado duradero; opcionalmente también 0,05 a 0,3% en peso de circonio, fosfuro de galio y/o fosfuro de indio en una cantidad correspondiente a entre 1 y 250 ppm de fósforo para el afinamiento de grano, titanio y boro, por adición de 0,05 a 0,5% en peso de una aleación previa de aluminio con 1 a 2% en peso de Ti y 1 a 2% en peso de B, para el afinamiento de grano; y como resto aluminio e impurezas inevitables.
Description
Aleación de aluminio fundida a presión.
La invención se refiere a una aleación de
aluminio para la colada a presión de elementos de construcción con
alta expansión en estado de colada.
La técnica de colada a presión se ha
desarrollado en la actualidad hasta tal punto, que es posible
fabricar elementos de construcción que cumplen altos requisitos de
calidad. Sin embargo, la calidad de una pieza colada a presión no
sólo depende de los ajustes de la máquina y del procedimiento
elegido, sino en gran parte también de la composición química y de
la textura de la aleación de aluminio usada. Es conocido que estos
dos parámetros mencionados en último lugar influyen en la
colabilidad, en el comportamiento de alimentación (G. Schindelbauer,
J. Czikel "Formfüllungsvermögen und Volumendefizit gebräuchlicher
Aluminiumdruckgusslegierungen", Giessereiforschung 42, 1990,
pág. 88/89), en las propiedades mecánicas y, lo que es muy
importante en el caso de la colada a presión, en la vida útil de
los útiles de colada (L.A. Norström, B. Klarenfjord, M. Svenson
"General Aspects on Wash-out Mechanism in
Aluminium Diecasting Dies", 17. International NADCA Diecasting
Congress 1993, Cleveland, OH).
En el pasado se ha prestado cierta atención al
desarrollo de aleaciones de aluminio especialmente adecuadas para
la colada a presión de elementos de construcción exigentes.
Precisamente los constructores de la industria automovilística
exigen cada vez más la realización de, por ejemplo, elementos de
construcción soldables con elevada ductilidad por medio de la
colada a presión, pues la colada a presión constituye el
procedimiento de producción más económico en el caso de un gran
número de piezas.
Gracias al perfeccionamiento de la técnica de
colada a presión, actualmente es posible fabricar elementos de
construcción soldables de alta calidad. Esto ha ampliado el campo de
aplicación de las piezas coladas a presión a componentes del
chasis.
La importancia de la ductilidad crece
precisamente en el caso de las piezas de diseño complicado.
Para poder alcanzar las propiedades mecánicas
exigidas, especialmente un elevado alargamiento a la rotura, las
piezas coladas a presión habitualmente han de someterse a un
tratamiento térmico. Este tratamiento térmico es necesario para el
moldeado de las fases de colada y, por lo tanto, para lograr un
comportamiento tenaz a la rotura. Un tratamiento térmico
generalmente significa un recocido de solubilización a temperaturas
muy poco inferiores a la temperatura solidus, con un enfriamiento
brusco siguiente en agua o en otro medio a temperaturas <100ºC.
El material así tratado presenta ahora un límite elástico y una
resistencia a la tracción reducidos. Para elevar estas propiedades
al valor deseado, se realiza a continuación un envejecimiento
artificial. Éste también puede efectuarse de forma orientada hacia
el proceso, por ejemplo mediante una solicitación térmica durante
el barnizado o mediante la atenuación de las tensiones por recocido
de todo un grupo de elementos de construcción.
Puesto que las piezas coladas a presión se
cuelan con unas dimensiones cercanas a las finales, normalmente
presentan una geometría complicada con paredes poco gruesas. Durante
el recocido de solubilización y, en particular, durante el proceso
de enfriamiento brusco se ha de contar con una deformación que puede
conllevar un trabajo posterior, por ejemplo un enderezamiento de
las piezas coladas o, en el peor de los casos, su rechazo. El
recocido de solubilización ocasiona además costes adicionales, y la
rentabilidad de este procedimiento de producción podría
incrementarse considerablemente si estuvieran disponibles aleaciones
que cumplieran las propiedades exigidas en ausencia de un
tratamiento térmico.
Por el documento EP-A 0 687 742
se conoce una aleación de AlSi con buenos valores mecánicos en
estado de colada. Por el documento EP-A 0 911 420,
por ejemplo, también se conocen aleaciones de tipo AlMg que
presentan una muy alta ductilidad en estado de colada pero que
tienden a la formación de grietas en estado caliente o en estado
frío cuando el diseño del molde es complicado, de modo que son
inadecuadas. Otro inconveniente de las aleaciones de colada a
presión dúctiles es su lento envejecimiento en estado de colada, lo
que puede tener como consecuencia una alteración de las propiedades
mecánicas en el tiempo, entre otras cosas una pérdida de expansión.
Este comportamiento es tolerado en muchas aplicaciones puesto que no
se superan ni se llegan a alcanzar los límites de las propiedades,
pero en algunas aplicaciones no es tolerable y sólo puede suprimirse
mediante un tratamiento térmico
selectivo.
selectivo.
La invención se propone el objetivo de
proporcionar una aleación de aluminio adecuada para la colada a
presión que se pueda colar perfectamente, presente una alta
expansión en estado de colada y ya no envejezca después de la
colada. Además, la aleación debe ser soldable y rebordeable, poderse
remachar y presentar una alta resistencia a la corrosión.
El objetivo se alcanza, de acuerdo con la
invención, mediante una aleación de aluminio con
8,5 a 10,5% en peso de silicio,
0,3 a 0,8% en peso de manganeso,
como máximo 0,06% en peso de magnesio,
como máximo 0,15% en peso de hierro,
como máximo 0,03% en peso de cobre,
como máximo 0,10% en peso de cinc,
como máximo 0,15% en peso de titanio,
0,05 a 0,5% en peso de molibdeno,
30 a 300 ppm de estroncio o 5 a 30 ppm de sodio
y/o 1 a 30 ppm de calcio para el refinado duradero;
\vskip1.000000\baselineskip
opcionalmente también
0,05 a 0,3% en peso de circonio,
fosfuro de galio y/o fosfuro de indio en una
cantidad correspondiente a entre 1 y 250 ppm de fósforo para el
afinamiento de grano,
titanio y boro, añadidos mediante una aleación
previa de aluminio con 1 a 2% en peso de Ti y 1 a 2% en peso de B,
para el afinamiento de grano;
y como resto aluminio e impurezas
inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
Con la composición de aleación de acuerdo con la
invención se puede lograr en las piezas coladas a presión en estado
de colada una alta expansión junto con buenos valores para el límite
elástico y la resistencia a la tracción, de manera que la aleación
es especialmente adecuada para la fabricación de componentes de
seguridad en la construcción de automóviles. Sorprendentemente se
ha observado que mediante la adición de molibdeno se puede aumentar
de nuevo la expansión sin mermar las demás propiedades mecánicas. El
efecto deseado se alcanza con una adición de 0,05 a 0,5% en peso de
Mo, encontrándose el contenido preferido entre 0,08 y 0,25% en peso
de Mo.
Con una adición combinada de molibdeno y de 0,05
a 0,3% en peso de Zr se puede incluso mejorar aún más la expansión.
El contenido preferido se encuentra entre 0,15 y 0,20% en peso de
Zr.
La proporción relativamente alta de silicio
eutéctico se refina con estroncio. Frente a las aleaciones de
colada a presión granulosas con más impurezas, la aleación de
acuerdo con la invención presenta también ventajas en cuanto a la
resistencia a la fatiga por vibración. La tenacidad a la fractura es
mayor debido a los cristales mixtos de tamaño muy pequeño y el
eutéctico refinado. El contenido en estroncio se encuentra
preferentemente entre 50 y 150 ppm, y generalmente no debería ser
inferior a 50 ppm puesto que si no puede empeorar el comportamiento
de colada. En lugar de estroncio se puede añadir sodio y/o
calcio.
La limitación del contenido en magnesio a un
máximo de, preferentemente, 0,05% en peso de Mg hace que la
estructura eutéctica no se vuelva más gruesa y la aleación no tenga
potencial de endurecimiento, lo que contribuye a una alta
expansión.
La proporción de manganeso impide la adherencia
al molde y garantiza una buena desmoldeabilidad. El contenido en
manganeso confiere a la pieza colada una alta resistencia de diseño
a temperatura aumentada, de manera que durante el desmoldeo se puede
contar con una deformación muy reducida o nula.
La aleación de acuerdo con la invención se puede
remachar en estado de colada.
Con un recocido de estabilización durante 1 a 2
h en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 280 a 320ºC se
pueden alcanzar valores de expansión muy elevados.
La aleación según la invención se prepara
preferentemente en forma de lingote de colada continua horizontal.
De este modo se puede fundir una aleación de colada a presión con
una reducida impurificación por óxidos sin una costosa purificación
de la masa fundida: una condición previa importante para lograr
altos valores de expansión en la pieza colada a presión.
Durante la fusión debe evitarse cualquier
impurificación de la masa fundida, en especial por cobre o hierro.
La purificación de la aleación de AlSi refinada de forma duradera de
acuerdo con la invención se lleva a cabo preferentemente mediante
un tratamiento de gas de lavado con gases inertes mediante
turbina.
\newpage
En la aleación según la invención se realiza
preferentemente un afinamiento de grano. Para ello se puede
introducir en la aleación fosfuro de galio y/o fosfuro de indio en
una cantidad correspondiente a entre 1 y 250 ppm, preferentemente a
entre 1 y 30 ppm, de fósforo. De forma alternativa o adicional, la
aleación también puede contener titanio y boro para el afinamiento
de grano, efectuándose la adición de titanio y boro mediante una
aleación previa con 1 a 2% en peso de Ti y 1 a 2% en peso de B,
resto aluminio. La aleación previa de aluminio contiene
preferentemente entre 1,3 y 1,8% en peso de Ti y entre 1,3 y 1,8% en
peso de boro y presenta una relación de peso Ti/B de
aproximadamente 0,8 a 1,2. El contenido de la aleación previa en la
aleación de acuerdo con la invención se ajusta preferentemente a
entre 0,05 y 0,5% en peso.
La aleación de aluminio de acuerdo con la
invención es especialmente adecuada para la fabricación de
componentes de seguridad mediante el procedimiento de colada a
presión.
Claims (8)
1. Aleación de aluminio para la colada a presión
de elementos de construcción con alta expansión en estado de colada,
con
8,5 a 10,5% en peso de silicio,
0,3 a 0,8% en peso de manganeso,
como máximo 0,06% en peso de magnesio,
como máximo 0,15% en peso de hierro,
como máximo 0,03% en peso de cobre,
como máximo 0,10% en peso de cinc,
como máximo 0,15% en peso de titanio,
0,05 a 0,5% en peso de molibdeno,
30 a 300 ppm de estroncio o 5 a 30 ppm de sodio
y/o 1 a 30 ppm de calcio para el refinado duradero;
\vskip1.000000\baselineskip
opcionalmente también
0,05 a 0,3% en peso de circonio,
fosfuro de galio y/o fosfuro de indio en una
cantidad correspondiente a entre 1 y 250 ppm de fósforo para el
afinamiento de grano,
titanio y boro, por adición de 0,05 a 0,5% en
peso de una aleación previa de aluminio con 1 a 2% en peso de Ti y 1
a 2% en peso de B, para el afinamiento de grano;
y como resto aluminio e impurezas
inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Aleación de aluminio según la reivindicación
1, caracterizada por 50 a 150 ppm de estroncio.
3. Aleación de aluminio según la reivindicación
1 ó 2, caracterizada por un máximo de 0,05% en peso de
magnesio.
4. Aleación de aluminio según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por 0,10 a 0,20% en
peso de circonio.
5. Aleación de aluminio según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por 0,08 a 0,25% en
peso de molibdeno.
6. Aleación de aluminio según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por fosfuro de galio
y/o fosfuro de indio en una cantidad correspondiente a entre 1 y 30
ppm de fósforo.
7. Aleación de aluminio según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por una aleación previa
de aluminio con 1,3 a 1,8% en peso de titanio y 1,3 a 1,8% en peso
de boro y por una relación de peso de titanio/boro de 0,8 a 1,2.
8. Uso de una aleación de aluminio según una de
las reivindicaciones 1 a 7 para la colada a presión de componentes
de seguridad en la construcción de automóviles.
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