ES2386532T3 - Zinc Alloy, especially as a forging alloy - Google Patents
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Abstract
Description
Aleación de cinc, en especial como aleación de forja Zinc Alloy, especially as a forging alloy
La invención se refiere a una aleación con cinc como componente principal así como aluminio y cobre, así como titanio y boro o nitrógeno, en especial para la utilización como aleación de forja, a su uso y a cuerpos de moldeo de la misma así como a un procedimiento para la fabricación de la aleación conforme a la invención. The invention relates to an alloy with zinc as the main component as well as aluminum and copper, as well as titanium and boron or nitrogen, especially for use as a forging alloy, its use and molding bodies thereof as well as a process for manufacturing the alloy according to the invention.
Las aleaciones de cinc según el estado de la técnica comprenden aluminio, cobre, magnesio y silicio, así como componentes inevitables de cadmio, plomo y hierro. Tales aleaciones de cinc de uso corriente se comercializan p.ej. bajo la marca ZAMAK®. Además por el documento DE 101 31 344 es conocido proveer aleaciones de cinc con pequeñas cantidades de titanio y boro para la fabricación de fundición de cinc o fundición inyectada de cinc. Se añade ahí como máximo 0,05% en peso de titanio y también como máximo 0,005% en peso de boro para conseguir un aumento de la resistencia a la tracción así como una mejora de las propiedades de fluencia de los productos de fundición de cinc o fundición inyectada de cinc. Zinc alloys according to the state of the art comprise aluminum, copper, magnesium and silicon, as well as unavoidable components of cadmium, lead and iron. Such commonly used zinc alloys are sold, for example, under the ZAMAK® brand. Furthermore, from DE 101 31 344 it is known to provide zinc alloys with small amounts of titanium and boron for the manufacture of zinc smelting or zinc injected smelting. There is added a maximum of 0.05% by weight of titanium and also a maximum of 0.005% by weight of boron to achieve an increase in tensile strength as well as an improvement in the creep properties of zinc smelting products or zinc injected foundry.
Sin embargo se ha mostrado que estas composiciones de aleación para aleaciones de forja, en especial para la utilización en la construcción, son poco adecuadas. Para las propiedades de resistencia requeridas, sobre todo la resistencia a la fluencia durante un periodo determinado, con un simultáneo apropiado comportamiento frente a la corrosión, son precisas, p.ej. para aleaciones de cinc para construcción conforme a la norma EN 988 adiciones de 0,08 However, it has been shown that these alloy compositions for forging alloys, especially for use in construction, are poorly suited. For the required strength properties, especially creep resistance for a given period, with a simultaneous appropriate behavior against corrosion, they are precise, eg for zinc alloys for construction in accordance with EN 988, additions of 0.08
- --
- 1,05 de cobre, 0,06 - 0,2% de titanio, pero permite solo hasta 0,015% de aluminio. Otros aditivos de aleaciones, como p.ej. magnesio y silicio, no son deseables en esta aleación por efectos perjudiciales. 1.05 copper, 0.06-0.2% titanium, but allows only up to 0.015% aluminum. Other alloy additives, such as magnesium and silicon, are not desirable in this alloy due to harmful effects.
Para el cinc de construcción la configuración estructural en el proceso de conformación es un parámetro decisivo para las propiedades mecánico-tecnológicas, en especial para la resistencia y la resistencia a la fluencia durante un periodo determinado, las propiedades de conformación así como la calidad superficial. For the construction zinc, the structural configuration in the forming process is a decisive parameter for the mechanical-technological properties, especially for the strength and creep resistance during a given period, the forming properties as well as the surface quality.
El documento JP-A-02274851 da a conocer aleaciones de cinc con un contenido de aluminio relativamente alto de 3 - 10%. JP-A-02274851 discloses zinc alloys with a relatively high aluminum content of 3-10%.
El documento DE-A-4446771 da a conocer flejes y placas de zinc aleado, añadiéndose como componentes de aleación titanio, cobre, aluminio, magnesio y litio. El litio se encuentra en una cantidad de 0,01 - 0,1% en peso y el magnesio en cantidades de 0,005 – 0,004% en peso. Document DE-A-4446771 discloses strips and plates of alloyed zinc, with titanium, copper, aluminum, magnesium and lithium alloy components being added. Lithium is in an amount of 0.01-0.1% by weight and magnesium in amounts of 0.005-0.004% by weight.
El documento DE-C-10131344 da a conocer aleaciones de cinc para la fundición de cinc o fundición inyectada de cinc, en las que están también añadidos además de los componentes de la aleación aluminio, cobre, magnesio, titanio, boro y dado el caso cromo y también silicio. Document DE-C-10131344 discloses zinc alloys for zinc smelting or zinc injected smelting, in which they are also added in addition to the components of the aluminum, copper, magnesium, titanium, boron alloy and if necessary chrome and also silicon.
Skenazi AF y col. en Metalwissenschaft und Technik, año 37, cuaderno 19, páginas 898 - 902 da a conocer investigaciones de las relaciones entre estructura y propiedades mecánicas de determinadas aleaciones de fundición de cinc. Ahí se describen las influencias del tratamiento térmico de la velocidad de enfriamiento y en especial del afinamiento del grano por aditivos. Como aditivos de afinamiento del grano se describen boro, titanio, zirconio, lantano y cerio en “master alloys” (aleaciones madre) de por ejemplo 5% de aluminio, 1% de titanio. Skenazi AF et al. Metalwissenschaft und Technik, year 37, notebook 19, pages 898-902 discloses investigations of the relationships between structure and mechanical properties of certain zinc smelting alloys. This describes the influences of the heat treatment of the cooling rate and especially the refinement of the grain by additives. Boron, titanium, zirconium, lanthanum and cerium in "master alloys" of eg 5% aluminum, 1% titanium are described as grain refining additives.
Se plantea el objetivo de proporcionar una aleación mejorada que con propiedades mecánico-tecnológicas al menos equivalentes, en especial resistencia a la fluencia durante un periodo determinado, así como comportamiento frente a la corrosión equivalente al de las aleaciones conforme al estado de la técnica, presente una estructura más fina con mejor ductilidad, mejor conformabilidad a bajas temperaturas y cualitativamente mejor estructura superficial reproducible de carga a carga. A este respecto la aleación debe poderse utilizar como aleación de forja. The objective is to provide an improved alloy with at least equivalent mechanical-technological properties, especially creep resistance for a given period, as well as corrosion behavior equivalent to alloys according to the state of the art, present a finer structure with better ductility, better formability at low temperatures and qualitatively better reproducible surface structure from load to load. In this respect, the alloy must be used as a forging alloy.
Este objetivo se consigue con una aleación con las características de la reivindicación 1. A la aleación se le añaden más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en peso de boro o más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en peso de nitrógeno. La adición de nitrógeno puede añadirse por ejemplo como gas a través de una lanza a la masa fundida. La aleación conforme a la invención no contiene ningún añadido de silicio y magnesio. Sin embargo, para el especialista está claro que no pueden excluirse mínimas cantidades de estos elementos en la aleación conforme a la invención introducidas por impurezas en los otros componentes. This objective is achieved with an alloy with the characteristics of claim 1. More than 0.0005 is added to the alloy, especially 0.001 to 0.5% by weight of boron or more than 0.0005, especially of 0.001 to 0.5% by weight of nitrogen. The addition of nitrogen can be added, for example, as a gas through a lance to the melt. The alloy according to the invention does not contain any silicon and magnesium additives. However, it is clear to the specialist that minimal amounts of these elements in the alloy according to the invention introduced by impurities in the other components cannot be excluded.
Sorprendentemente la aleación conforme a la invención muestra no solo una mejora de las propiedades mecánicotecnológicas, en especial de la resistencia, sino también una mejor conformabilidad a bajas temperaturas así como una estructura superficial más homogénea sin que las propiedades de corrosión y la resistencia a la fluencia durante un periodo determinado empeoren. Surprisingly, the alloy according to the invention shows not only an improvement of the mechanicotechnological properties, especially of the resistance, but also a better formability at low temperatures as well as a more homogeneous surface structure without the corrosion properties and creep resistance worsen during a certain period.
A continuación se describen más detalladamente las aleaciones conforme a la invención: The alloys according to the invention are described in more detail below:
Es un objeto de la invención una aleación de cinc con cinc como componente principal así como aluminio, cobre y titanio y dado el caso boro o nitrógeno como otros componentes de la aleación, que contiene: An object of the invention is a zinc alloy with zinc as the main component as well as aluminum, copper and titanium and, in the case, boron or nitrogen as other components of the alloy, which contains:
de 0,005 a menos de 3, en especial de 0,005 a 2 o de 0,005 a 0,015% en peso de aluminio, de 0,01 a 1,5, en especial de 0,1 a 1,0 o de 0,1 a 0,2% en peso de cobre, más de 0,05, en especial de 0,06 a 0,25 o de 0,08 a 0,12% en peso de titanio y from 0.005 to less than 3, especially from 0.005 to 2 or from 0.005 to 0.015% by weight of aluminum, from 0.01 to 1.5, especially from 0.1 to 1.0 or from 0.1 to 0 , 2% by weight of copper, more than 0.05, especially 0.06 to 0.25 or 0.08 to 0.12% by weight of titanium and
más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en peso de boro, o más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en more than 0.0005, especially 0.001 to 0.5% by weight of boron, or more than 0.0005, especially 0.001 to 0.5% in
peso de nitrógeno. Otro objeto de la invención se refiere al uso de una aleación de cinc con cinc como componente principal así como aluminio, cobre y titanio y dado el caso boro o nitrógeno como otros componentes de la aleación, que contiene: nitrogen weight Another object of the invention relates to the use of a zinc alloy with zinc as the main component as well as aluminum, copper and titanium and, if necessary, boron or nitrogen as other components of the alloy, which contains:
de 0,005 a menos de 3, en especial de 0,005 a 2 o de 0,005 a 0,015% en peso de aluminio, 0.005 to less than 3, especially 0.005 to 2 or 0.005 to 0.015% by weight of aluminum,
de 0,01 a 1,5, en especial de 0,1 a 1,0 o de 0,1 a 0,2% en peso de cobre, más de 0,05, en especial de 0,06 a 0,25 o de 0,08 a 0,12% en peso de titanio y más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en peso de boro, o más de 0,0005, en especial de 0,001 a 0,5% en from 0.01 to 1.5, especially 0.1 to 1.0 or 0.1 to 0.2% by weight of copper, more than 0.05, especially 0.06 to 0.25 or 0.08 to 0.12% by weight of titanium and more than 0.0005, especially 0.001 to 0.5% by weight of boron, or more than 0.0005, especially 0.001 to 0.5 % in
peso de nitrógeno. nitrogen weight
En una configuración de la invención la aleación de forja se fabrica en forma de placas, flejes, láminas o alambres. Esta aleación de forja se usa en especial en la industria de la construcción. La aleación conforme a la invención puede también procesarse para dar cuerpos de moldeo, por ejemplo como In a configuration of the invention the forging alloy is manufactured in the form of plates, strips, sheets or wires. This forging alloy is used especially in the construction industry. The alloy according to the invention can also be processed to give molding bodies, for example as
canalones, chapa de aleros, tubos bajantes de aguas pluviales, codos de tubos, escuadras de canales, apoyos para gutters, eave sheet, rainwater downpipes, tube elbows, channel brackets, supports for
suspender canales, bases de canales, paneles, casetones, perfiles de plegado. Otro objeto de la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de las aleaciones de cinc conforme a la invención, en el que suspend channels, channel bases, panels, cassettes, folding profiles. Another object of the invention relates to a process for the manufacture of zinc alloys according to the invention, in which
a) se ponen cinc, aluminio y cobre en un recipiente y se funden, o como alternativa se funde una aleación previa de cinc, titanio y cobre y esta se pone con aluminio y cinc en un recipiente y se funde, b) esta masa fundida se homogeneiza durante al menos 12 h a al menos 500ºC, c) a continuación se añade titanio y boro o nitrógeno o como alternativa una aleación previa que contenga boro, d) esta aleación se homogeneiza durante al menos 10 min y a) zinc, aluminum and copper are placed in a container and melted, or alternatively a previous alloy of zinc, titanium and copper and this is put with aluminum and zinc in a container and melts, b) this melt is homogenized for at least 12 h at at least 500 ° C, c) titanium and boron or nitrogen are added next or alternatively a previous alloy containing boron, d) this alloy is homogenized for at least 10 min and
e) se enfría. En otra forma de realización se prepara en el paso a) primeramente a partir de cinc, cobre y titanio una aleación previa y esta se funde entonces con cinc y aluminio conforme al paso b). En el paso c) se añade entonces tan solo una aleación previa que contiene boro o nitrógeno. Los pasos d) y e) permanecen igual. e) cools. In another embodiment, a previous alloy is prepared in step a) first of all from zinc, copper and titanium and then melted with zinc and aluminum according to step b). In step c) then only a previous alloy containing boron or nitrogen is added. Steps d) and e) remain the same.
La aleación conforme a la invención se explica a continuación más detalladamente mediante un ejemplo de realización: En primer lugar se preparó a partir de cinc, cobre y titanio una aleación previa. Esta se fundió con aluminio y cinc para obtener una aleación de cinc de construcción conforme a la norma EN 988. Después de la homogeneización durante aprox. 12 h a aprox. 550ºC se añadió una aleación previa que contenía boro y la aleación se homogeneizó durante otros aprox. 60 min a 550ºC. La aleación resultante contenía: 0,08 - 0,12% de titanio, 0,1 - 0,2% de cobre, < 0,015 de aluminio, 0,001 - 0,01% de boro, resto 99,985% de cinc. The alloy according to the invention is explained in more detail below by means of an embodiment: First, a previous alloy was prepared from zinc, copper and titanium. This was cast with aluminum and zinc to obtain a zinc alloy of construction according to EN 988. After homogenization for approx. 12 h to approx. 550 ° C was added a previous alloy containing boron and the alloy was homogenized for another approx. 60 min at 550 ° C. The resulting alloy contained: 0.08-0.12% titanium, 0.1-0.2% copper, <0.015 aluminum, 0.001-0.01% boron, 99.985% zinc residue.
La aleación se laminó después por el procedimiento de laminado de colada continua en un tren laminador duo-tándem de 5 bastidores a un espesor final de 0,8 mm. The alloy was then laminated by the continuous casting rolling process in a 5-frame duo-tandem rolling mill to a final thickness of 0.8 mm.
En comparación con una aleación de cinc de construcción convencional conforme a la norma EN 988 (sin boro) del mismo grosor de material fabricada por el mismo procedimiento, la aleación conforme a la invención presenta las siguientes propiedades: In comparison with a zinc alloy of conventional construction according to EN 988 (without boron) of the same thickness of material manufactured by the same procedure, the alloy according to the invention has the following properties:
- Aleación conforme a la invención Alloy according to the invention
- Aleación de cinc de construcción conforme a la norma EN 988 Zinc alloy construction conforming to EN 988
- Resistencia a la tracción Tensile strength
- 155 N/mm2 165 N/mm2 155 N / mm2 165 N / mm2
- Límite de fluencia Creep limit
- 120 N/mm2 130 N/mm2 120 N / mm2 130 N / mm2
- Alargamiento de rotura Breaking Elongation
- 63% 50% 63% fifty%
- Resistencia a la fluencia durante un periodo determinado Creep resistance for a given period
- 0,072% 0,070% 0.072% 0.070%
- Conformabilidad hasta Conformability up to
- - 2ºC + 5ºC - 2ºC + 5ºC
- Pérdida de peso tras 1 ciclo de ensayo de clima alterno de humedad Weight loss after 1 cycle of alternate humidity climate test
- 19 g/mm2 18 g/mm2 19 g / mm2 18 g / mm2
La aleación conforme a la invención se sometió previamente a una exposición a la intemperie simulada en un baño ácido para que tomara el tono de color de la exposición a la intemperie natural. En este proceso apareció reforzada la estructura superficial. Resultó que la superficie de la aleación conforme a la invención (fig. 1) presentaba una estructura más fina y homogénea que la superficie de una aleación de cinc de construcción convencional conforme a la norma EN 988 tratada del mismo modo (fig. 2). The alloy according to the invention was previously subjected to simulated weather exposure in an acid bath to take the color tone of natural weather exposure. In this process the surface structure was reinforced. It turned out that the surface of the alloy according to the invention (fig. 1) had a finer and more homogeneous structure than the surface of a conventionally constructed zinc alloy according to standard EN 988 treated in the same way (fig. 2).
Claims (3)
- 10 2. Uso de la aleación de cinc conforme a la reivindicación 1 como aleación de forja, en especial para la industria de la construcción. Use of the zinc alloy according to claim 1 as a forging alloy, especially for the construction industry.
- 3.3.
- Uso conforme a la reivindicación 2, caracterizado porque la aleación de forja se presenta en forma de placas, flejes, láminas o alambres. Use according to claim 2, characterized in that the forging alloy is in the form of plates, strips, sheets or wires.
- 4.Four.
- Cuerpos de moldeo de una aleación de cinc conforme a la reivindicación 1. Molding bodies of a zinc alloy according to claim 1.
- 15 5. Procedimiento para la fabricación de la aleación de cinc conforme a la reivindicación 1, en el que Method for manufacturing the zinc alloy according to claim 1, wherein
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