MX2013012681A - Procedimiento para el refino y modificación de la estructura de aleaciones de almgsi. - Google Patents
Procedimiento para el refino y modificación de la estructura de aleaciones de almgsi.Info
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para el refino y modificación de estructuras de aleaciones de AlMgSi para moldeo en coquilla o en arena, en las que las aleaciones de AlMgSi tienen la composición general de 5.0-10.0 % en peso de Mg, 1.0-5.0 % en peso de Si, 0.001-1.0 % en peso de Mn, 0.01-0.2 % en peso de Ti, menos de 0.001 % en peso de Ca, menos de 0.001 % en peso de Na, y menos de 0.001 % en peso de Sr y como componente restante Al, y en el que el fósforo es añadido al caldo de aleación en un rango de cantidad de 0.01 a 0.06 % en peso referido al peso total de la aleación. Las piezas fabricadas de acuerdo con este procedimiento presentan mejores características mecánicas.
Description
PROCEDIMIENTO PARA EL REPINO Y MODIFICACIÓN
DE LA ESTRUCTURA DE ALEACIONES DE ALMGSI
DESCRIPCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento para el refino y modificación de la estructura de aleaciones de AIMgSi.
Las aleaciones del tipo AIMgSi se utilizan preferentemente en los procedimientos de moldeo a presión, que son especialmente ventajosos para la fabricación de piezas de paredes delgadas.
Como ejemplo, el estiramiento hasta la rotura [A5] para una aleación de AIMgSi de la composición general siguiente: 5.0-6.0 % en peso de Mg, 1.8-2.6 % en peso de Si, 0.5-0.8 % en peso de Mn y Al como componente restante, para piezas con un espesor de pared de 4 mm, asciende a 16%, con un espesor de pared de 18 mm al 7% y con un espesor de paredes de 24 mm solamente 4%. Por lo tanto, las piezas fabricadas mediante moldeo a presión se caracterizan por un empeoramiento sensible del estiramiento a la rotura al aumentar el grosor de pared.
Además, es sabido que las piezas fabricadas a base de aleaciones del tipo AIMgSi mediante moldeo en coquilla o bien en molde de arena, presentan propiedades mecánicas desfavorables, en especial en lo que respecta al
estiramiento a la rotura.
Por ejemplo, si se utiliza una aleación con la composición siguiente 4.5-6.5 % en peso de Mg, 1.5 % en peso de Si, 0.45 % en peso de Mn y Al como componente restante en moldeo en coquilla o en molde de arena, el estiramiento a la rotura [A5] es, por ejemplo, de 3% para una pieza con un grosor de paredes de 20 mm, fabricada en arena, y de manera correspondiente 3% para una pieza con 16 mm de espesor de paredes fabricada por moldeo en coquilla. Por lo tanto, se consiguen valores del estiramiento a la rotura comparativamente igual de desfavorables que en el caso de moldeo a presión.
Para la mejora de las características mecánicas de las piezas se pueden introducir, entre otros, tratamientos de afinamiento del grano.
De modo general, en el moldeo a presión no es necesario un tratamiento de afinamiento del grano e incluso puede actuar de forma negativa. Las condiciones de solidificación en las piezas de moldeo a presión, en especial la elevada velocidad de enfriamiento, actúan de manera suficiente en contra del crecimiento de los granos. De todas maneras, en el estado de la técnica es conocido un tratamiento con sales de tratamiento del caldo de fusión que contienen halógenos, tales como MgCl2, o los llamados gases activos, tales como cloro gaseoso con nitrógeno o
argón, en diferentes concentraciones para conseguir una estructura fina y, por lo tanto, propiedades mecánicas satisfactorias .
Además, es conocido que la estructura de las aleaciones de AIMgSi, en especial para el moldeo a presión, puede controlarse mediante añadidura de elementos de aleación, tales como Mn, Cr, Zr, ver ASM Speciality Handbook: Aluminium and Aluminium Alloys (aluminio y aleaciones de aluminio), 1993, ASM International, pág. 44.
De todas las hojas de datos de las correspondientes aleaciones y de la literatura, se desprende que se debe evitar cualquier adición de fósforo, intencionada o no intencionada, puesto que tiene un efecto negativo sobre una formación cristalera ventajosa y, por lo tanto, empeora las propiedades mecánicas de las piezas fabricadas con estas aleaciones .
Por el contrario, es conocida en el estado de la técnica una adición de fósforo a las aleaciones de AISiMg, ver, por ejemplo, ASM Speciality Handbook: Aluminium and Aluminium Alloys, 1993, ASM International, pág. 44 y siguientes. En este caso, la designación es AISiMg al contrario que AIMgSi, puesto que dicha aleación tiene un contenido más elevado de Si que de Mg.
La añadidura de fósforo tiene lugar en este caso, en especial para aleaciones de AISiMg cuasi-eutécticas y
supereutécticas . Las aleaciones de AISiMg supereutécticas son aquellas con un contenido de Si de valor muy pequeño o sensiblemente superior a 12% Si. Para un contenido de 12% Si se presenta exclusivamente un eutéctico en forma de cristales mixtos de Al-Si de grano fino.
En aleaciones supereutécticas de AISiMg se forman en el enfriamiento de los caldos de fusión de la aleación, en primer lugar, cristales de grano grueso de Si que, a continuación, quedan embebidas en la estructura de solución sólida de grano fino. Por la acción de los cristales groseros de Si se empeoran las características mecánicas. Una adición de A1P produce un afinamiento de dichos cristales de Si, porque el A1P actúa como nucleados de cristales Si y estos se encuentran por lo tanto con una dimensión sensiblemente más reducida en la microestructura conseguida, lo que comporta una mejora de las características mecánicas.
Una adición de fósforo del tipo indicado en aleaciones AISiMg subeutécticas no tiene, por el contrario, efecto alguno puesto que en el enfriamiento de estas aleaciones se constituyen, en primer lugar, cristales a-Al, y ningún cristal de Si y, a continuación se constituye el eutéctico Al-Si.
De manera sorprendente, se ha descubierto que la adición de fósforo a una aleación de AIMgSi, tal como se
puede utilizar en el moldeo a presión, puede mejorar las características mecánicas, en especial el estiramiento a la rotura en piezas que presentan mayores grosores de pared, cuando éstas se fabrican de aleaciones que contienen fósforo en procedimiento de moldeo en coquilla o de moldeo en arena.
Por lo tanto, la presente invención da a conocer un procedimiento para el refino de aleaciones de AI gSi para los procedimientos de moldeo en coquilla o en arena, presentando las aleaciones de AIMgSi presentan la composición general de 5.0-10.0 % en peso de Mg, 1.0-5.0 % en peso de Si, 0.001-1.0 % en peso de Mn, 0.01-0.2 % en peso de Ti, menos de 0.001 % en peso de Ca, menos de 0.001 % en peso de Na, y menos de 0.001 % en peso de Sr así como Al como componente restante, y de manera que se añade fósforo al caldo de fusión de la aleación en un rango de cantidades de 0.01 a 0.06 % en peso referido al peso total de la aleación.
Para utilización con el procedimiento de la invención son especialmente preferentes aleaciones de AIMgSi que contienen la composición general siguiente 6-9 % en peso de Mg; 2.5-4.5 % en peso de Si; 0.02-0.5 % en peso de Mn; 0.01-0.2 % en peso de Ti; menos de 0.001 % en peso de Ca; menos de 0.001 % en peso de Na; y menos de 0.001 % en peso de Sr y Al como componente restante.
Así, por ejemplo, se han medido los siguientes valores de estiramiento a la rotura para una pieza de aleación con la composición general de 7.88-7.96 % en peso de Mg; 4.53-4.60 % en peso de Si; 0.017-0.018 % en peso de Mn; 0.0003-0.0007 % en peso de Ca y menos de 0.0001 % en peso de Na y Sr, así como Al como componente restante, con un grosor de paredes de 25 mm, fabricada por moldeo en coquilla.
Contenido de P en % en peso Estiramiento a la rotura
A5 [%]
Probeta 1 0.0004 1.3
(es decir, con un contenido
de P tal como en el estado
de la técnica en moldeo a
presión)
Probeta 2 0.0078 3.8
Probeta 3 0.0129 9.3
(contenido de P según la
invención)
Se puede apreciar de la tabla anterior que piezas con un contenido de fósforo según la invención (Probeta 3) presentan una mejora del estiramiento a la rotura de más de siete veces con respecto al estado de la técnica (Probeta
1) - Sin desear quedar limitados por teorías, se considera que la adición de fósforo tiene como efecto que el eutéctico se desarrolla desacoplado. De este modo, varía la morfología de la fase eutéctica Mg2Si de laminar y grosera a globular y fina. Se asume que el fósforo se une al calcio y, por lo tanto, refuerza la constitución de las fases intermetálicas CaMg2, Al2Ca, Al4Ca, y otras. Estas fases son puntos de nucleación para el eutéctico Mg2Si, en caso de que no existan, faltan los puntos de nucleación sobre los planos huésped y la fase g2Si se produce por superenfriamiento . Puesto que para cada partícula individual es necesaria una nucleación, el crecimiento tiene lugar de manera extremadamente lenta con respecto a las aleaciones no modificadas. La nucleación tiene lugar de manera autónoma o sobre el aluminio, el cual es también un nucleador poco satisfactorio y minimiza, por lo tanto, la velocidad de crecimiento. En el análisis térmico se anula o bien disminuye el pico del eutéctico ternario con el crecimiento del contenido de fósforo.
La añadidura del fósforo puede tener lugar en forma de una aleación de fósforo o de mezclas de sales que facilitan el fósforo. Las aleaciones de fósforo preferentes que pueden ser utilizadas en la invención comprenden aleaciones maestras de CuP8, AlCuP, AlFeP, y FeP.
La fabricación según la invención de una aleación con características mecánicas mejoradas para el moldeo en coquilla o en arena presenta el siguiente esquema:
fusión de aluminio puro o aluminio secundario apropiado en cantidad suficiente (por ejemplo, chapas de AlMg)
aleación de silicio, magnesio, titanio mediante adición de metales puros (silicio, magnesio, titanio) o de las llamadas prealeaciones, por ejemplo, a base de 90% de aluminio y 10% de titanio
determinación de la composición del caldo de fusión (por ejemplo, mediante espectrometría de emisión de radiaciones)
purificación del caldo de fusión mediante adición de sales de purificación (por ejemplo, MgCl2) , por burbujeo de mezclas de gases activos (por ejemplo, Ar:Cl2 98:2) o de gases inertes (por ejemplo, N2 o Ar) . El objetivo de la purificación del metal es la eliminación de óxidos, hidrógeno e impurezas a nivel de trazas, tales como sodio y calcio
ajuste de la temperatura de fusión a 730-780°C aleación del fósforo a una proporción de 0.01- 0.06% por añadidura de prealeaciones de CuP8-, AlCuP-,
AlFeP- o FeP- - control de la composición química y, en caso
deseado, corrección mediante nueva adición de elementos de aleación
ajuste de la temperatura de moldeo
moldeo del caldo de fusión en colada continua horizontal u otros procedimientos adecuados tales como moldeo en coquilla (la llamada banda de caldo de fusión o "rielera") o en proceso "Properzi".
Claims (4)
1. Procedimiento para el refino y modificación de la estructura de aleaciones de AlMgSi para moldeo en coquilla o en arena, presentando las aleaciones de AlMgSi la composición global 5.0-10.0 % en peso de Mg, 1.0-5.0 % en peso de Si, 0.001-1.0 % en peso de Mn, 0.01-0.2 % en peso de Ti, menos de 0.001 % en peso de Ca, menos de 0.001 % en peso de Na, y menos de 0.001 % en peso de Sr y como componente restante Al, y en el que se añade fósforo al caldo de fusión de la aleación en un rango de cantidad de 0.01 a 0.06 % en peso referido al peso total de la aleación .
2. Procedimiento, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se añade fósforo en forma de aleaciones maestras de fósforo o mezclas de sales que proporcionan fósforo.
3. Procedimiento, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque las aleaciones maestras de fósforo comprenden aleaciones maestras de CuP8-, AlCuP-, AlFeP- y FeP-.
4. Procedimiento, de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las aleaciones de AIMgSi presentan la siguiente composición global 6-9 % en peso de Mg; 2.5-4.5 % en peso de Si; 0.02-0.5 % en peso de Mn, 0.01-0.2 % en peso de Ti, menos de 0.001 % en peso de Ca, menos de 0.001 % en peso de Na, y menos de 0.001 % en peso de Sr y Al como componente restante.
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