MX2007013685A

MX2007013685A - Metodo para producir lingotes, y lingotes.

Info

Publication number: MX2007013685A
Application number: MX2007013685A
Authority: MX
Inventors: Evgenij Sterling; Hugo Berger
Original assignee: Evgenij Sterling
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2008-03-18
Also published as: EP1877209A1; RU2007143897A; ES2397589T3; KR101292294B1; KR20080005248A; DE102005021891A1; DE102005021891B4; CN101232962A; CN101232962B; NO20076218L; CA2606833C; ZA200709285B; ES2397589T9; US20090304542A1; CA2606833A1; AU2006243414A1; EP1877209B1; US8459330B2; EP1877209B9; RU2421297C2

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para producir lingotes que estan hechos de una aleacion metalica y se forman de un caldo metalico al cual se introduce temporalmente energia durante el enfriamiento mediante un campo fisico variable con el fin de incrementar la formacion de cristales mixtos.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR LINGOTES, Y LINGOTES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método para producir lingotes a partir de una aleación metálica en el cual se forma un caldo metálico en el cual se encuentran en estado fluido un material de base y uno o varios componentes de la aleación de la cual se forman los lingotes. El aluminio o las aleaciones de fundición de aluminio se proporcionan usualmente como producto semiacabado en forma de lingotes bipartitos o tripartitos para el procesamiento ulterior mediante colada. Para producir los lingotes se forma un caldo metálico de la aleación metálica correspondiente que luego se vacía a la forma de lingotes. Para mejorar la calidad de las piezas fundidas que se producen a partir de este tipo de lingotes también se conoce (DE 10002670 Al) fundir los lingotes en un horno y luego exponer el caldo metálico en una cámara de tratamiento a un campo electromagnético en rotación y colar el caldo metálico tratado de esta manera. Este proceso conduce a una mejora considerable de las piezas fundidas. La invención tiene por objeto crear un método para producir lingotes que durante el procesamiento ulterior llevan a piezas de trabajo coladas con mejores propiedades sin que sea necesario efectuar modificaciones en las máquinas de colada actuales. Este problema se resuelve al introducir en el caldo metálico durante el enfriamiento, previamente a la formación de los lingotes, temporalmente energía mediante un campo físico variable que incrementa la formación de cristales mixtos. Mediante la invención se logra producir primero células elementales de cristales mixtos en las que los átomos del material de base son sustituidos mediante átomos de el o de los componente (s) adicional (es) . Se logra de manera dirigida la formación de cristales mixtos enriquecidos, siendo que el límite de saturación y la amplitud del intervalo concentración-temperatura se controlan mediante el campo físico variable externo, de manera que se producen cristales mixtos sobresaturados con átomos extraños. El límite de saturación y el incremento de la difusión de átomos extraños en el conjunto reticular del material de base no dependen de la temperatura. Al continuar el enfriamiento se produce una estructura de grano muy fino de estos cristales mixtos. En un aspecto de la invención se propone que el suministro de energía tenga lugar a una temperatura aproximada a la curva del estado líquido de esta aleación metálica . El tiempo durante el cual se deberá efectuar el suministro de energía se deberá determinar experimentalmente. Depende de la aleación metálica especial, y también de los medios con los con que se efectúa el suministro de energía. Para determinar el periodo para la aplicación de energía, de conformidad con una primera forma de realización se propone que la formación de cristales mixtos se detecte midiendo la viscosidad dinámica del caldo metálico que se encuentra en la cámara de tratamiento. La invención parte del hecho de que un óptimo de formación de cristales mixtos se presenta cuando a pesar del enfriamiento el caldo metálico tratado alcanza un estado particularmente muy fluido que se mantiene aproximadamente constante y que luego ya no varía sustancialmente. En otro refinamiento de la invención se propone se propone que la formación de cristales mixtos se determine mediante mediciones de la temperatura del estado líquido de las pruebas que se sacan de la cámara de tratamiento. En este aspecto la invención parte del hecho de que la temperatura del estado líquido real resulta ser un punto de inflexión en la curva de enfriamiento que se produce en virtud del calor de cristalización. Esta temperatura del estado líquido real se encuentra por debajo de la curva del estado líquido indicada para la aleación metálica de acuerdo a un diagrama de estado en el caso de un tratamiento exitoso.

En un aspecto adicional de la invención se propone que el suministro temporal de energía se efectúe mediante un campo electromagnético variable, preferiblemente pulsante. La figura 1, muestra una instalación para la producción de lingotes de acuerdo con la invención Se comprobó inesperadamente que los lingotes producidos de esta manera poseen, a manera de un efecto de memoria, la capacidad de fluencia incrementada generada con la asistencia del tratamiento en el campo electromagnético incluso si se vuelven a fundir y a procesar en una máquina de colada. Los lingotes acondicionados de esta manera tienen una mayor capacidad de fluencia en comparación con los lingotes producidos de acuerdo a métodos convencionales, de manera que es posible fabricar partes coladas con formas complicadas y mayor densidad. Las partes coladas producidas de esta manera tienen una mayor resistencia, un mejor comportamiento de dilatación y un mejor comportamiento de desgaste. Debido a ello pueden sustituir componentes que hasta ahora era necesario forjar. En comparación con el método conocido por el documento DE 10002670 Al resulta la ventaja sustancial de que no es necesario anteponer a cada máquina de colada una cámara de tratamiento correspondiente. Es posible usar las mismas máquinas de colada con las que se procesan los lingotes convencionales sin que sea necesario efectuar modificaciones en la máquina. La temperatura de colada se puede reducir, incluso por debajo de la temperatura del estado líquido de la aleación respectiva. Se incrementa el intervalo de temperatura que permite colar, de manera que se reduce sustancialmente el riesgo de la producción de desechos debido a temperaturas de colada desfavorables. Otras características y ventajas de la invención resultan de la siguiente descripción de una planta que es adecuada para la producción inventiva de los lingotes de conformidad con la invención. En un horno de fundición que comprende una abertura 1 de colada, un canal 2 de fundición y una calefacción 3 eléctrica se calientan los componentes de un metal o de una aleación metálica hasta que todos los componentes se funden y constituyen un caldo metálico 4. Este caldo metálico 4 se introduce en una cámara de tratamiento a través de una abertura 19 de llenado. Esta cámara de tratamiento está constituida de una parte 18 de caja sustancialmente cilindrica, una parte 10 inferior semiesférica y una parte 7 superior aproximadamente semiesférica. A la cámara de tratamiento se asocia una calefacción 6 preferiblemente eléctrica en forma de filamentos de calefacción con la cual la cámara de tratamiento se calienta a una temperatura en la gama y por ejemplo algo por debajo de la curva del estado líquido de la aleación metálica especial, por ejemplo, aproximadamente a la temperatura eutéctica de la aleación metálica. Adicionalmente se asocia a la cámara de tratamiento un dispositivo 5 para introducir energía, por ejemplo mediante la generación de un campo electromagnético rotatorio. Este campo electromagnético tiene, por ejemplo, una intensidad de campo de 6 a 20 mT y gira con una frecuencia de aproximadamente 60 Hz a 500 Hz. Mediante ello se produce una presión hidrodinámica en el orden de 150 x 10"1 N/m2. Durante la acción conjunta de la presión magnética isótropa y la tensión magnética cuyo intervalo óptimo se encuentra entre 15 y 80 mT se desarrolla en el caldo metálico el efecto de una anomalía fluido-elástica que se caracteriza por la más alta capacidad de fluir del caldo metálico. Tiene entonces la más baja viscosidad dinámica. Se midió una viscosidad dinámica de 0.74 mPa/s a una temperatura del caldo metálico de 580°C. También se puede observar una anomalía termocinética del caldo metálico tratado que se determina mediante la contracción a un valor mínimo del intervalo entre la temperatura del estado líquido y la temperatura del estado sólido. La completa solubilidad de varios componentes adicionados a la aleación existe incluso todavía a la temperatura sólida. La doble fase se contrae continuamente en virtud del descenso de la temperatura del estado líquido y el simultáneo aumento de la temperatura del estado sólido, de manera que se acorta el conodo. Cuando se alcanza el estado deseado el caldo 11 metálico se extrae de la cámara de tratamiento mediante un robot 12 de extracción y se vierte en moldes 14 de lingotes que se transportan sobre una banda 13 de lingotes. En un dispositivo 15 de selección los moldes 14 de lingotes se vacían de manera que entonces es posible retornarle al robot 12 de extracción los moldes 17 de lingotes vacíos. La introducción temporal de energía en el caldo metálico que se encuentra en la fase de enfriamiento provoca que se incremente la formación de cristales mixtos en que los átomos del material de base son sustituidos mediante átomos del componente o los componentes adicionales en los cristales elementales. El suministro de energía se puede terminar cuando el proceso de formación de cristales mixtos alcanzó un óptimo y un suministro de energía adicional ya no incrementa de manera decisiva la formación de cristales mixtos. Este óptimo que caracteriza el nuevo estado energético del caldo metálico se detecta en una forma de realización de la invención. La más alta capacidad de fluencia o más baja viscosidad que es un indicio del incremento en la formación de cristales mixtos se mide en línea en la cámara de tratamiento mediante un viscosímetro 8, de manera que es posible verificar en cada momento si se alcanzó el estado deseado para el caldo 11 metálico. Mediante el efecto energético externo se modifica el estado energético del cristal básico fluido-cristalino. Su conjunto reticular se dispersa, de manera que se facilita el proceso con el que se construyen nuevas agrupaciones atómicas. La energía y las fuerzas de adhesión que se presentan entre los átomos de componentes individuales y las unidades estructurales de las aleaciones metálicas se cuentan entre los factores decisivos. La estructuración y reestructuración de complejos atómicos provoca una liberación de compuestos reacios que antes estaban encerrados en el interior de los complejos. Estos compuestos participan en la fluencia viscosa y también en los reticulados de unidades estructurales. Una disminución de la viscosidad se debe por lo tanto a un complejo atómico que comprende los compuestos interiores debilitados y los complejos exteriores reforzados. Con ello se crean las condiciones tecnológicas-físicas con las que en el sistema fluido-cristalino se estructuran zonas colectivas con una orientación unitaria. La nueva estructuración y su estabilidad energética se incrementan mediante el campo electromagnético variable. El resultado es una menor viscosidad que reproduce el estado energético del conjunto reticular y de las unidades micro-estructurales del caldo metálico. La capacidad de fluencia puede ser indicada, por ejemplo, en un monitor 16. La capacidad máxima de fluencia se alcanza cuando la capacidad de fluencia ya no aumenta sustancialmente, es decir, cuando alcanza la rama aproximadamente horizontal de la curva de capacidad de fluencia f por el tiempo t representada en el monitor 16. Alternativamente u opcionalmente también adicionalmente se propone que de la cámara de tratamiento se extraigan y analicen pruebas del caldo 11 metálico. Mediante este análisis es posible indicar, por ejemplo en un monitor 9 adicional, como cambia la temperatura TL del estado líquido T y se acerca a la curva de temperatura Ts del estado sólido en comparación con la curva del estado líquido de la aleación metálica especial. Es posible indicar en un monitor 9 una imagen de la temperatura T a lo largo del tiempo t. El proceso de estructuración del cristal mixto sobresaturado que comenzó en el sistema fluido-cristalina se completa durante el enfriamiento de la aleación, de manera que es posible establecer una gráfica de estado realista. Mediante esta representación termodinámica realista se cubre un gran espectro de propiedades de las aleaciones, por ejemplo, indicación de la concentración, disposición de las curvas de estado líquido-sólido, límite de saturación (solubilidad), etc., que permiten establecer los parámetros tecnológicos de colada adecuados para la aleación producida según el método de conformidad con la invención. Se comprobó inesperadamente que cuando los lingotes que se produjeron de acuerdo al método precedente se someten a procesamiento ulterior resultan condiciones favorables. El aumento de la capacidad de fluencia que se obtiene en virtud del tratamiento no es reversible porque los cristales mixtos son estables. El caldo metálico que durante el procesamiento ulterior se produce a partir de lingotes vueltos a fundir tiene una capacidad de fluencia mejorada y una menor tendencia a la oxidación. Al refundir los lingotes se genera menos escoria en la superficie del baño. En una aleación de metal con el material de base aluminio y el componente principal de la aleación silicio fue posible colar exitosamente cabezas de cilindro todavía con una temperatura de colada de 637°C, la cual por consiguiente fue aproximadamente 100°C inferior que la temperatura de colada especificada para esta máquina y esta aleación. A pesar de la menor temperatura de colada no hubo disminuciones de calidad debido a poros, porosidad de gas o fluencia en frío y tampoco una formación de estructura burda . La invención parte del supuesto de que el influjo energético externo, es decir, mediante la interacción entre un campo electromagnético externo y un campo electromagnético interno del cristal se influye en un refuerzo del proceso de difusión y en los compuestos interatómicos. El resultado de esta interacción es la estructuración de una aleación cuyos cristales tienen en el estado fundido un orden de gran alcance o respectivamente orden extenso. Esta interacción también se puede controlar adicionando un componente de aleación que difiere del material de base por la susceptibilidad magnética. La invención es particularmente adecuada para aleaciones metálicas en las que el material de base es aluminio y el componente de adición principal silicio. Sin embargo, fundamentalmente la invención se puede usar para todas las aleaciones metálicas independientemente de la susceptibilidad magnética de los componentes. El efecto energético externo tiene lugar en el ejemplo de realización mediante un campo electromagnético pulsante variable. Sin embargo también existen sin inconveniente otras posibilidades para el efecto energético externo mediante un campo físico variable, por ejemplo, un influjo mediante ultrasonido. En este aspecto el campo se proyecta de manera que también se conservan las condiciones que resultan en el campo electromagnético explicado en lo precedente. Los lingotes de conformidad con la invención son adecuados para todos los procesos de colada. En este aspecto la elevada capacidad de fluencia es una ventaja particular en el caso de una colada en coquilla, en tanto que en la fundición a presión es una ventaja particular la excelente facilidad de deformación. Se supone que incluso con la refundición de los lingotes se conserva en el conjunto reticular la nueva disposición atómica que se obtuvo mediante difusión con el tratamiento previo, sin que los átomos de los componentes de la aleación rescindan sus sitios en el conjunto reticular del aluminio. De conformidad con la invención, con el concepto de lingotes no sólo se entienden las formas de lingotes usuales en el comercio. Más bien se debe entender por esto cualquier forma en la que un caldo metálico se vacía en un proceso de colada previo a una refundición.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Método para producir lingotes de una aleación metálica en el cual primero se forma un caldo metálico en el cual un material de base y uno o varios componentes de la aleación se encuentran en estado líquido, a partir de la cual se forman lingotes, caracterizado porque antes de formar los lingotes al caldo metálico se le introduce durante el enfriamiento temporalmente energía mediante un campo físico variable que incrementa la formación de cristales mixtos.
2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro de energía se lleva a cabo a una temperatura aproximada a la curva del estado líquido de esta aleación metálica.
3. Método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la formación de cristales mixtos se detecta mediante medición de la viscosidad dinámica del caldo metálico que se encuentra en la cámara de tratamiento.
4. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la formación de cristales mixtos se determina mediante mediciones de la temperatura del estado líquido de las pruebas que se extraen de la cámara de tratamiento.
5. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el suministro temporal de energía se efectúa mediante un campo electromagnético variable, preferiblemente pulsante.
6. Lingote de una aleación metálica que es una pieza colada de un caldo metálico de un material de base y uno o varios componentes de la aleación, caracterizado porque el lingote se formó de un caldo metálico en el que durante el enfriamiento se introdujo temporalmente energía mediante un campo físico variable para incrementar la formación de cristales mixtos.