ES2397636A2 - CASTING ALLOY OF THE AIMgSI TYPE - Google Patents
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Abstract
Description
Aleación para fundición de tipo AIMgSi Casting alloy of type AIMgSi
OBJETO DE LA INVENCiÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a la metalurgia no ferrosa, en particular, aleaciones para fundición de aluminio, y puede emplearse para producir piezas de componentes para aplicaciones a temperaturas altas. The present invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular alloys for cast aluminum, and can be used to produce component parts for applications at high temperatures.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
Actualmente, la industria contempla una amplia aplicación de aleaciones de aluminio basadas en la eutéctica del sistema binario de Al-Si aleado adicionalmente con Mg, Cu, Zn, Fe, Ni, Mn, Ti y otros elementos. Las mejoras de las Currently, the industry contemplates a wide application of aluminum alloys based on the eutectic of the Al-Si binary system additionally alloyed with Mg, Cu, Zn, Fe, Ni, Mn, Ti and other elements. The improvements of
aleaciones de la técnica anterior incluyen: mejorar sus composiciones químicas y de fase, actualizar e inventar prior art alloys include: improving its chemical and phase compositions, updating and inventing
tecnologías de fundición, valiéndose de adiciones especiales para refinar las masas fundidas, modificar la estructura, foundry technologies, using special additions to refine the melts, modify the structure,
etc. Uno de los mayores inconvenientes de las aleaciones para fundición de aluminio existentes es la disminución de la temperatura de fusión al aumentar el número de elementos de aleación. Establece un límite en su uso en motores de combustión interna de alta temperatura del estado de la técnica. etc. One of the major drawbacks of existing aluminum smelting alloys is the decrease in melting temperature as the number of alloy elements increases. It sets a limit on its use in high temperature internal combustion engines of the prior art.
En función de la concentración de silicio, pueden dividirse las aleaciones de aleación compleja basadas en el sistema de Al-Si en 3 grupos: hipoeutécticas que comprenden <12 % en peso de silicio (356,0, 360,0, AK7, AK9), eutécticas que comprenden el 12-13 % en peso de silicio (AK12, AK12M2MrH, Mahle 124) e hipereutécticas que comprenden el 14-26 % en peso de silicio (390,0, 20 Mahle 138, Mahle 244). Depending on the concentration of silicon, complex alloy alloys based on the Al-Si system can be divided into 3 groups: hypoeutectic comprising <12% by weight silicon (356.0, 360.0, AK7, AK9) , eutectic comprising 12-13% by weight of silicon (AK12, AK12M2MrH, Mahle 124) and hypereutectic comprising 14-26% by weight of silicon (390.0, 20 Mahle 138, Mahle 244).
Un gran número de cristales de silicio primarios en dichas aleaciones da lugar a la disminución de su ductilidad y sus A large number of primary silicon crystals in these alloys results in a decrease in their ductility and their
propiedades tecnológicas y hace necesario emplear técnicas de fundición caras. technological properties and makes it necessary to use expensive casting techniques.
Por ejemplo, una aleación de aluminio (documento UA 22435A) que contiene, en porcentaje en peso (% en peso): 25 14,0-16,5 de silicio, 1,2-2,5 de cobre, 0,8-1,5 de magnesio, 0,5-1,3 de manganeso, 0,05-0,20 de titanio, 0,01-0,6 de níquel, 0,01-0,5 de cinc, 0,7-1,6 de hierro, 0,01-0,2 de cromo, 0,01-0,4 de circonio, 0,03-0,1 de fósforo y aluminio For example, an aluminum alloy (document UA 22435A) containing, in percentage by weight (% by weight): 25 14.0-16.5 silicon, 1.2-2.5 copper, 0.8- 1.5 mg, 0.5-1.3 manganese, 0.05-0.20 titanium, 0.01-0.6 nickel, 0.01-0.5 zinc, 0.7- 1.6 iron, 0.01-0.2 chromium, 0.01-0.4 zirconium, 0.03-0.1 phosphorus and aluminum
como el resto. like the rest.
Convencionalmente, las desventajas de dicha aleación son sus propiedades mecánicas inestables, que están Conventionally, the disadvantages of said alloy are its unstable mechanical properties, which are
provocadas por cristales de silicio primarios y silicio ternario fundible que contiene 30 eutécticos, así como el entorno caused by primary silicon crystals and meltable ternary silicon containing 30 eutectic as well as the environment
contaminado por la producción de la aleación y la fundición de lingotes debido al fósforo presente en ellos. contaminated by the production of the alloy and the smelting of ingots due to the phosphorus present in them.
Las aleaciones hipoeutécticas y eutécticas de uso extendido en la industria tienen buena capacidad de fundición, son tecnológicamente más sencillas y fáciles de tratar. Sin embargo, su temperatura de uso no supera los 200-230 T. Hypoeutectic and eutectic alloys for widespread use in the industry have good casting capacity, are technologically simpler and easier to treat. However, its use temperature does not exceed 200-230 T.
Otra aleación para fundición de aluminio (documento RU 2237096) que contiene, en porcentaje en peso (% en peso): 5,0-10,0 de silicio, 2,0-5,0 de cobre, 0,3-0,7 de magnesio, 0,05-0,4 de titanio, 0,01-0,3 de circonio, 0,2-0,4 de antimonio, 0,05-0,6 de escandia, 0,1-0,3 % en peso de neodimio, 0,3-2,0 de calcio y aluminio como el resto. Another alloy for cast aluminum (RU 2237096) containing, in percentage by weight (% by weight): 5.0-10.0 silicon, 2.0-5.0 copper, 0.3-0, 7 mg, 0.05-0.4 titanium, 0.01-0.3 zirconium, 0.2-0.4 antimony, 0.05-0.6 scandia, 0.1-0, 3% by weight neodymium, 0.3-2.0 calcium and aluminum as the rest.
Las desventajas de dicha aleación tienden a ser baja resistencia a altas temperaturas y escasa resistencia al uso. The disadvantages of said alloy tend to be low resistance to high temperatures and low resistance to use.
Existen algunos procedimientos más para mejorar las propiedades mecánicas de materiales usados en entornos de There are some more procedures to improve the mechanical properties of materials used in environments
altas temperaturas. Por ejemplo, el refuerzo de matrices de aleaciones eutécticas mediante fibras o filamentos de AbO" SiC, C, etc. (los llamados compuestos de matriz metálica -MMC) o el uso de la técnica de CMC (compuestos high temperatures. For example, the reinforcement of matrices of eutectic alloys by fibers or filaments of AbO "SiC, C, etc. (the so-called metal matrix compounds -MMC) or the use of the CMC technique (compounds
de matriz cerámica). Sin embargo, el uso de dichas técnicas es más caro que la fundición. Por lo tanto, no ganaron ceramic matrix). However, the use of such techniques is more expensive than casting. Therefore, they did not win
popularidad en la producción. production popularity.
Existe otra solución a estos problemas. Incluye el uso del sistema ternario eutéctico de AI-Mg-Si en lugar del binario de Al-Si. El sistema de AI-Mg-Si comprende un eutéctico cuasibinario usado para crear nuevas aleaciones para fundición de aluminio con propiedades mejoradas. Este eutéctico está formado por la fase a-Al y la fase intermetálica Mg,Si, que funde a mayor temperatura y es termodinámicamente más estable en contraste con el silicio. Esto garantizará una mayor temperatura de fusión de las aleaciones desarrolladas y su conservación en un alto grado al introducir elementos de aleación y dará lugar a una amortiguación de los procesos dependientes de difusión a altas There is another solution to these problems. It includes the use of the eutectic ternary system of AI-Mg-Si instead of the Al-Si binary. The AI-Mg-Si system comprises a quasibinary eutectic used to create new alloys for cast aluminum with improved properties. This eutectic is formed by the a-Al phase and the Mg, Si intermetallic phase, which melts at a higher temperature and is thermodynamically more stable in contrast to silicon. This will guarantee a higher melting temperature of the developed alloys and their conservation to a high degree when introducing alloy elements and will lead to a damping of the diffusion-dependent processes at high
temperaturas de la operación. operation temperatures.
Por ejemplo, la aleación para fundición de AIMgSi (documento US 6.623.570 B2) que contiene, en porcentaje en peso (% en peso), 3,0 a 7,0 de magnesio, 1,7 a 3,0 de silicio, 0,2 a 0,48 de manganeso, 0,15 a 0,35 de hierro, titanio como se desee, con un máximo del 0,2 %, 0,1 a 0,4 de niquel y aluminio como el resto. For example, the alloy for casting of AIMgSi (US 6,623,570 B2) containing, in percentage by weight (% by weight), 3.0 to 7.0 of magnesium, 1.7 to 3.0 of silicon, 0.2 to 0.48 of manganese, 0.15 to 0.35 of iron, titanium as desired, with a maximum of 0.2%, 0.1 to 0.4 of nickel and aluminum as the rest.
Las desventajas de dicha aleación tienden a ser baja resistencia a altas temperaturas y escasa resistencia al uso. The disadvantages of said alloy tend to be low resistance to high temperatures and low resistance to use.
La aleación de aluminio para fundición de AI/Mg/Si que contiene escandia (documento WO 2005/047554 A 1) que comprende al menos el 1,0-8,0 % en peso de magnesio (Mg), > 1,0-4,0 % en peso de silicio (Si), el 0,01-<0,5 % en peso de escandia (Se), el 0,005-0,2 % en peso de titanio (Ti), el 0-0,5 % en peso de un elemento o grupo de elementos, seleccionados del grupo que comprende circonio (Zr), hafnio (Hf), molibdeno (Mo), terbio (Tb), niobio (Nb), gadolinio (Gd), erbio (Er) y vanadio (Y), el 0-0,88 % en peso de manganeso (Mn), el 0-0,3 % en peso de cromo (Cr), 0-1,0 % en peso de cobre (Cu), 0-0,1 % en peso de cinc (Zn), 0-0,6 % en peso de hierro (Fe), 0-0,004 % en peso de berilio (B) y el resto de aluminio con impurezas adicionales hasta un máx. individual del 0,1 % en peso y un máx. total del 0,5 % en peso. Cast aluminum alloy of AI / Mg / Si containing scandia (WO 2005/047554 A 1) comprising at least 1.0-8.0% by weight of magnesium (Mg),> 1.0- 4.0% by weight of silicon (Si), 0.01- <0.5% by weight of scandia (Se), 0.005-0.2% by weight of titanium (Ti), 0-0, 5% by weight of an element or group of elements, selected from the group comprising zirconium (Zr), hafnium (Hf), molybdenum (Mo), terbium (Tb), niobium (Nb), gadolinium (Gd), erbium (Er ) and vanadium (Y), 0-0.88% by weight of manganese (Mn), 0-0.3% by weight of chromium (Cr), 0-1.0% by weight of copper (Cu) , 0-0.1% by weight of zinc (Zn), 0-0.6% by weight of iron (Fe), 0-0.004% by weight of beryllium (B) and the rest of aluminum with additional impurities up to max. 0.1% by weight and max. 0.5% total by weight.
El bajo contenido en metales de transición y cobre en dicha aleación no garantiza su resistencia y su resistencia al uso a altas temperaturas, mientras que elementos de aleación tales como terbio, gadolinio y erbio la encarecen. The low content of transition metals and copper in said alloy does not guarantee its strength and resistance to high temperature use, while alloy elements such as terbium, gadolinium and erbium make it more expensive.
La aleación para fundición de aluminio (documento UA 83776) técnicamente más comparable a la reivindicada es la que contiene, en porcentaje en peso (% en peso): 3,0-22,0 de magnesio, 2,8-10,0 de silicio, 0,05-1,0 de circonio, 0,52,5 de cobre, 0,05-1,0 de manganeso, 0,05-1,5 de níquel, 0,05-1,5 de cobalto, 0,05-1,0 de titanio, 0,05-1,0 % de híerro, 0,05-1,0 de boro, 0,05-0,5 de carbono, 0,05-1,0 de cromo, 0,05-0,3 % de molibdeno, 0,05-0,5 de volframio, 0,01-0,6 de escandia y aluminio como el resto. The alloy for smelting of aluminum (document UA 83776) technically more comparable to the one claimed is that which contains, in percentage by weight (% by weight): 3.0-22.0 mg, 2.8-10.0 silicon, 0.05-1.0 zirconium, 0.52.5 copper, 0.05-1.0 manganese, 0.05-1.5 nickel, 0.05-1.5 cobalt, 0.05-1.0 titanium, 0.05-1.0% iron, 0.05-1.0 boron, 0.05-0.5 carbon, 0.05-1.0 chromium , 0.05-0.3% molybdenum, 0.05-0.5 tungsten, 0.01-0.6 scandia and aluminum like the rest.
El alto contenido en elementos de aleación refractarios en dicha aleación y la necesidad de un sobrecalentamiento considerable y de mantener la masa fundida a temperaturas de -800 'C puede aumentar la evaporación de magnesio y escandia y dar lugar a propiedades mecánicas inestables. The high content of refractory alloy elements in said alloy and the need for considerable overheating and maintaining the melt at temperatures of -800 'C can increase the evaporation of magnesium and scandia and give rise to unstable mechanical properties.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
El propósito general de la presente invención es proporcionar una aleación para fundición de aluminio mejorada para The general purpose of the present invention is to provide an improved cast aluminum alloy for
aplicaciones a temperaturas altas (a temperatura> 250 'C) y combina buenas propiedades mecánicas y tecnológicas. applications at high temperatures (at temperatures> 250 'C) and combines good mechanical and technological properties.
Un objetivo de la invención es usar una combinación de componentes conocidos y nuevos que garantice buenas An objective of the invention is to use a combination of known and new components that guarantees good
propiedades mecánicas de dicha aleación a temperaturas de más de 250 'C, más resistencia al uso y mejora de algunas de sus propiedades de fundición, p. ej., la fluidez. mechanical properties of said alloy at temperatures of more than 250 'C, more resistance to use and improvement of some of its casting properties, e.g. eg, fluency.
Un objetivo adicional de la invención es proporcionar una composición mejorada de dicha aleación para fundición de aluminio, modificando el contenido cualitativo y cuantitativo en elementos básicos y de aleación y añadiendo germanio, hafnio e itrio, lo que mejora las propiedades mecánicas sin deteriorar las de fundición. A further objective of the invention is to provide an improved composition of said alloy for cast aluminum, modifying the qualitative and quantitative content in basic and alloy elements and adding germanium, hafnium and yttrium, which improves the mechanical properties without deteriorating the casting .
El objetivo mencionado anteriormente se logra proporcionando una aleación para fundición de aluminio que contiene, The aforementioned objective is achieved by providing an aluminum casting alloy that contains,
en porcentaje en peso, (% en peso): in percentage by weight, (% by weight):
Magnesio (Mg) 4,0-16,0 Silicio (Si) 2,0-9,0 Manganeso (Mn) 0,05-1,5 Escandia (Se) 0,01-0,6 Circonio (Zr) 0,05-0,5 Magnesium (Mg) 4.0-16.0 Silicon (Si) 2.0-9.0 Manganese (Mn) 0.05-1.5 Scandia (Se) 0.01-0.6 Zirconium (Zr) 0, 05-0.5
al menos uno o más elementos seleccionados del grupo que comprende: at least one or more elements selected from the group comprising:
Cromo (Cr) 0,05-0,5 Cobre (Cu) 0,1-2,0 Niquel (Ni) 0,05-1,0 Hafnio (Hf) 0,01-0,6 Chromium (Cr) 0.05-0.5 Copper (Cu) 0.1-2.0 Nickel (Ni) 0.05-1.0 Hafnium (Hf) 0.01-0.6
así como uno o más elementos seleccionados del grupo que comprende: as well as one or more elements selected from the group comprising:
Titanio (Ti) 0,05-0,6 Boro (B) 0,005-0,05 Itrio (Y) 0,01-0,85 Germanio (Ge) 0,001-0,2 Titanium (Ti) 0.05-0.6 Boron (B) 0.005-0.05 Itrium (Y) 0.01-0.85 Germanium (Ge) 0.001-0.2
en el que 0,001 % < (Ti+B+Y+Ge) < 1,5 % in which 0.001% <(Ti + B + Y + Ge) <1.5%
Aluminio (Al) el resto. Aluminum (Al) the rest.
La caracteristica esencial de dicha aleación es la presencia, en porcentaje en peso (% en peso): de magnesio (4,016,0), silicio (2,0-9,0), manganeso (0,05-1,5), escandío (0,01-0,6) y circonio (0,05-0,5). La característica distintiva de la The essential characteristic of said alloy is the presence, in percentage by weight (% by weight): of magnesium (4,016.0), silicon (2.0-9.0), manganese (0.05-1.5), scandium (0.01-0.6) and zirconium (0.05-0.5). The distinctive feature of the
invención es la presencia en ella de al menos uno o más elementos seleccionados de! grupo que comprende, en Invention is the presence in it of at least one or more elements selected from! group comprising, in
porcentaje en peso (% en peso): cromo (0,05-0,5), cobre (0,1-2,0), niquel (0,05-1,0), hafnio (0,01-0,6), así como uno o más elementos seleccionados del grupo que comprende: titanio (0,05-0,6), boro (0,005-0,05 %), itrio (0,01-0,85) y weight percentage (% by weight): chromium (0.05-0.5), copper (0.1-2.0), nickel (0.05-1.0), hafnium (0.01-0, 6), as well as one or more elements selected from the group comprising: titanium (0.05-0.6), boron (0.005-0.05%), yttrium (0.01-0.85) and
germanio (0,001-0,2), en la que en 0,001 < (Ti+B+Y+Ge) < 1,5 %. germanium (0.001-0.2), in which in 0.001 <(Ti + B + Y + Ge) <1.5%.
El motivo de los porcentajes mencionados anteriormente se explica por los siguientes factores. The reason for the percentages mentioned above is explained by the following factors.
Una combinación de magnesio y silicio usada en una aleación de aluminio forma una estructura eutéctica, que proporciona una resistencia a altas temperaturas, buena resistencia al uso y fluidez. Los límites superior e inferior del A combination of magnesium and silicon used in an aluminum alloy forms an eutectic structure, which provides high temperature resistance, good resistance to use and fluidity. The upper and lower limits of the
porcentaje se estipulan mediante el equilibrio de fases del sistema ternario de AI-Mg-Si. En combinación con otros Percentage are stipulated by the phase equilibrium of the ternary system of AI-Mg-Si. In combination with others
componentes, estos elementos determinan la zona de existencia de aleaciones eutécticas binarias que contienen fase components, these elements determine the zone of existence of binary eutectic alloys that contain phase
de Mg2Si. Dicha aleación se caracteriza por una estructura bien diferenciada proporcionada por la fase de Mg2Si situada en el a-Al de la matriz metálica en forma de fibras y placas. El porcentaje mencionado anteriormente de of Mg2Si. Said alloy is characterized by a well differentiated structure provided by the Mg2Si phase located in the a-Al of the metal matrix in the form of fibers and plates. The aforementioned percentage of
magnesio y silicio en dicha aleación proporciona las propiedades necesarias. Cuando el contenido en magnesio y silicio en una aleación es más bajo, el 4,0 % de su masa y el 2,0 % de su masa, respectivamente, la parte en volumen Magnesium and silicon in said alloy provides the necessary properties. When the content of magnesium and silicon in an alloy is lower, 4.0% of its mass and 2.0% of its mass, respectively, the part by volume
del Mg2Si en el eutéctico no es suficiente para proporcionar las propiedades mecánicas, tribológicas y de fundición necesarias. Cuando el contenido en magnesio y silicio en una aleación es mayor, el 16,0 % de su masa y el 9,0 % de su masa, respectivamente, se forman grandes cristales primarios de Mg2Si y la cantidad de eutéctico disminuye, lo que provoca la fragilización de la aleación y deteriora su capacidad de fundición. of Mg2Si in the eutectic is not sufficient to provide the necessary mechanical, tribological and foundry properties. When the magnesium and silicon content in an alloy is greater, 16.0% of its mass and 9.0% of its mass, respectively, form large primary crystals of Mg2Si and the amount of eutectic decreases, which causes the embrittlement of the alloy and deteriorates its casting capacity.
El manganeso tiene una tasa de difusión baja en aluminio y, en consecuencia, una influencia pOSitiva en la resistencia Manganese has a low diffusion rate in aluminum and, consequently, a positive influence on resistance
a altas temperaturas de las aleaciones. Además, el manganeso ralentiza la difusión del cobre en aluminio, lo que también mejora las propiedades de las aleaciones. Cuando el contenido en manganeso en una aleación es inferior al at high temperatures of the alloys. In addition, manganese slows the diffusion of copper into aluminum, which also improves the properties of alloys. When the manganese content in an alloy is less than
0,05 % de su masa, su efecto sobre la resistencia a altas temperaturas y la resistencia al uso de la aleación es insignificante, mientras que su contenido superior al 1,5 % de su masa provoca compuestos intermetálicos gruesos 0.05% of its mass, its effect on high temperature resistance and resistance to the use of the alloy is negligible, while its content greater than 1.5% of its mass causes thick intermetallic compounds
que desintegran la aleación. that disintegrate the alloy.
La introducción simultánea de Sc y Zr en las proporciones mencionadas anteriormente da lugar a la formación de nanopartículas de la fase L12 Y mejora la resistencia de la aleación, Dichas partículas se forman como consecuencia de un tratamiento térmico a altas temperaturas, Son coherentes con la matriz de aleación eutéctica, no reaccionan con las colonias eutécticas de la aleación y proporcionan estructuras uniformes de un lingote, lo que permite el uso de The simultaneous introduction of Sc and Zr in the aforementioned proportions results in the formation of nanoparticles of the L12 phase and improves the strength of the alloy, such particles are formed as a result of a heat treatment at high temperatures, are consistent with the matrix of eutectic alloy, they do not react with the eutectic colonies of the alloy and provide uniform ingot structures, allowing the use of
la aleación a altas temperaturas. Alloy at high temperatures.
El escandio también proporciona una mejor estabilidad térmica de la estructura, mejora su capacidad de soldadura y The scandium also provides better thermal stability of the structure, improves its welding capacity and
minimiza su tendencia hacia la formación de grietas por contracción, Con el fin de proporcionar la necesaria minimizes its tendency towards the formation of cracks by contraction, in order to provide the necessary
resistencia a altas temperaturas, el contenido en escandio debe ser del 0,01 al 0,6 % en peso. Cuando el contenido es Resistance to high temperatures, the content of scandium should be 0.01 to 0.6% by weight. When the content is
inferior al 0,01 % en peso, la cantidad de dispersoides de la fase de refuerzo no es suficiente y, como consecuencia, no se consigue el refuerzo por dispersión, Cuando el contenido en escandia es superior al 0,6 % en peso, se forman grandes cristales de su alumínido, lo que disminuye las propiedades mecánicas de la aleación. less than 0.01% by weight, the amount of dispersoids of the reinforcement phase is not sufficient and, as a consequence, the dispersion reinforcement is not achieved. When the content of scandia is greater than 0.6% by weight, they form large crystals of their aluminoid, which decreases the mechanical properties of the alloy.
El circonio, junto con el escandio, forma nanopartículas de la fase AI,(Sc,_,Zr,). El circonio presente en la aleación minimiza la tendencia de la partícula a la coagulación, lo que proporciona una buena estabilidad térmica de la estructura y las propiedades. Cuando el contenido en circonio es inferior al 0,05 % en peso, su efecto sobre la The zirconium, together with the scandium, forms nanoparticles of the AI phase, (Sc, _, Zr,). The zirconium present in the alloy minimizes the tendency of the particle to coagulation, which provides good thermal stability of the structure and properties. When the zirconium content is less than 0.05% by weight, its effect on
resistencia a altas temperaturas y la resistencia al uso es insignificante. Cuando el contenido es superior al 1,0 % en High temperature resistance and resistance to use is negligible. When the content is greater than 1.0% in
peso, se forman grandes cristales del intermetálico de AI,Zr, lo que disminuye la ductilidad de la aleación. weight, large crystals of the intermetallic of AI, Zr are formed, which decreases the ductility of the alloy.
El uso de al menos uno o más elementos del grupo que comprende cromo, cobre, níquel y hafnio en las proporciones mencionadas anteriormente mejora la resistencia de la aleación a temperaturas de más de 250 oC. Cuando el The use of at least one or more elements of the group comprising chromium, copper, nickel and hafnium in the aforementioned proportions improves the strength of the alloy at temperatures of more than 250 oC. When he
contenido en cromo es inferior al 0,05 % en peso, su efecto sobre las propiedades mecánicas de la aleación es insignificante, mientras que el contenido en cromo superior al 0,5 % en peso provoca la formación de eutécticos Chromium content is less than 0.05% by weight, its effect on the mechanical properties of the alloy is negligible, while the chromium content greater than 0.5% by weight causes the formation of eutectic
multifase fundibles en los límites de granos, lo que disminuye la resistencia a temperaturas altas de la aleación. Multi-phase melts in grain boundaries, which decreases the high temperature resistance of the alloy.
El cobre y el níquel aumentan un grado de aleación de la solución sólida de aluminio y permiten lograr la resistencia a altas temperatura de la aleación conservando una ductilidad moderada. El efecto de refuerzo se logra mediante la solución sólida de aluminio aleada, así como mediante las fases metaestable y estable presentes en la estructura, que se forman como resultado de la descomposíción parcial de la solución sólida supersaturada provocada por la cristalización o el calentamiento a altas temperaturas. Estos elementos influyen en la movilidad difusiva mutua de los átomos y la resistencia a altas temperaturas de la aleación. Las concentraciones de cobre y níquel se cambian en relación con los límites de concentración y temperatura del equilibrio eutéctico de dos fases del sístema multicomponente cuando se usan elementos adicionales. Cuando el contenido en cobre es inferior al 0,1 % en peso, Copper and nickel increase an alloy grade of the solid aluminum solution and allow the high temperature resistance of the alloy to be achieved while maintaining moderate ductility. The reinforcing effect is achieved by the solid alloy aluminum solution, as well as by the metastable and stable phases present in the structure, which are formed as a result of the partial decomposition of the supersaturated solid solution caused by crystallization or heating at high temperatures These elements influence the mutual diffusive mobility of atoms and the high temperature resistance of the alloy. Copper and nickel concentrations are changed in relation to the concentration and temperature limits of the two-phase eutectic equilibrium of the multi-component system when additional elements are used. When the copper content is less than 0.1% by weight,
su efecto sobre la resistencia a altas temperaturas es insignificante, Es necesario que el contenido en cobre se limite Its effect on high temperature resistance is negligible, It is necessary that the copper content is limited
al 2,0 % en peso, ya que en su exceso se forman los eutécticos fundibles multifase y fases adicionales, lo que provoca la fragilización de la aleación y disminuye su resistencia a altas temperaturas. at 2.0% by weight, since in its excess the multi-phase fused eutectic and additional phases are formed, which causes the embrittlement of the alloy and decreases its resistance to high temperatures.
Cuando el contenido en níquel es inferior al 0,05 % en peso, su efecto sobre la resistencia a altas temperaturas de la When the nickel content is less than 0.05% by weight, its effect on the high temperature resistance of the
aleación es insignificante, mientras que el contenido en níquel superior al 1,0 % en peso provoca la formación de Alloy is insignificant, while the nickel content exceeding 1.0% by weight causes the formation of
eutécticos fundibles multifase, lo que disminuye la resistencia a altas temperaturas de la aleación. Multi-phase fused eutectic, which decreases the high temperature resistance of the alloy.
El hafnio reduce el desajuste entre la red de la matriz de aluminio y las partículas L 12, mejorando su estabilidad térmica. Cuando el contenido en hafnio es inferior al 0,01 % en peso, su efecto sobre la resistencia a altas temperaturas y la resistencia al uso de la aleación es insignificante. El contenido en hafnio superior al 0,6 % en peso da lugar a la formación de grandes cristales intermetálicos, lo que disminuye la ductilidad de la aleación. Hafnium reduces the mismatch between the aluminum matrix network and the L 12 particles, improving its thermal stability. When the hafnium content is less than 0.01% by weight, its effect on high temperature resistance and resistance to the use of the alloy is negligible. The hafnium content exceeding 0.6% by weight results in the formation of large intermetallic crystals, which decreases the ductility of the alloy.
La adición de uno o más elementos seleccionados del grupo que comprende, en porcentaje en peso (% en peso): titanio (0,05-0,6), boro (0,005-0,05), itrio (0,01-0,85) y germanio (0,001-0,2), en la que 0,001 % < (Ti+B+Y+Ge) < 1,5 %, modifica la estructura, proporciona el aumento de la uniformidad de distribución de las fases de refuerzo y la correlación óptima de resistencia y plasticidad provocada por ella. Los elementos pierden su efecto modificador si el límite de concentración inferior se reduce. El exceso del límite de concentración superior puede dar lugar a la formación de cristales intermetálicos gruesos, lo que disminuye la capacidad de fundición y la ductilidad. Además, el The addition of one or more elements selected from the group comprising, in percentage by weight (% by weight): titanium (0.05-0.6), boron (0.005-0.05), yttrium (0.01-0 , 85) and germanium (0.001-0.2), in which 0.001% <(Ti + B + Y + Ge) <1.5%, modifies the structure, provides increased distribution uniformity of the phases of reinforcement and the optimal correlation of resistance and plasticity caused by it. The elements lose their modifying effect if the lower concentration limit is reduced. The excess of the upper concentration limit may lead to the formation of thick intermetallic crystals, which decreases the melt capacity and ductility. In addition, the
titanio, junto con el boro, mejora la resistencia al uso. Titanium, together with boron, improves resistance to use.
Se fundieron lingotes de prueba en horno de resistencia eléctrica u horno de inducción en crisoles de AbOs en aire Test ingots were melted in an electric resistance furnace or induction furnace in AbOs crucibles in air
usando flujos protectores (UCI y UF) en una proporción 3:1 correspondiente o en una atmósfera protectora (Ar). Los lingotes se fabricaron de materiales de carga puros y se produjeron aleaciones maestras en horno de inducción o de using protective flows (ICU and UF) in a corresponding 3: 1 ratio or in a protective atmosphere (Ar). The ingots were manufactured from pure fillers and master alloys were produced in induction furnace or from
resistencia o usando otros procedimientos. Los componentes de los crisoles deben cargarse de forma que no se formen cristales intermetálicos. Antes de usar cada uno de los componentes, la masa fundida se agitó y se mantuvo resistance or using other procedures. The crucibles components must be loaded so that intermetallic crystals do not form. Before using each of the components, the melt was stirred and maintained
hasta que los componentes anteriores se disolvieron totalmente. Las ternperaturas de fusión y vertido fueron, respectivamente, de (700-750) 'C y (680-720) 'C. Después de la disolución de los componentes, la masa fundida se until the previous components dissolved completely. The melting and pouring temperatures were respectively (700-750) 'C and (680-720)' C. After dissolution of the components, the melt is
agitó bien, se refinó mediante un gas inerte o agentes especiales, se limpió de escorias y se moldeó. stirred well, refined by an inert gas or special agents, cleaned of slags and molded.
Para lograr el refuerzo por dispersión mediante las nanopartículas de LI, se llevó a cabo el tratarniento térmico de los lingotes en horno de resistencia a (200-400) 'C durante (2-50) h. Después de realizar este tipo de tratamiento térmico se prepararon piezas de prueba para determinar las propiedades de tensión y tribológicas. In order to achieve the dispersion reinforcement by means of the LI nanoparticles, the heat treatment of the ingots in an oven of resistance at (200-400) 'C for (2-50) h was carried out. After performing this type of heat treatment, test pieces were prepared to determine the stress and tribological properties.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La fig. 1 muestra la resistencia al uso de la aleación para fundición de tipo AIMgSi en comparación con las aleaciones comercialmente disponibles 356.0 y 390.0. Se determinó la resistencia al uso en las operaciones cuasiestacionaria (1,) Y dinámica (Id) bajo carga a 180 oC y 300 oC. Fig. 1 shows the resistance to use of the alloy for cast iron type AIMgSi compared to commercially available alloys 356.0 and 390.0. The resistance to use in quasi-stationary (1,) and dynamic (Id) operations under load at 180 oC and 300 oC was determined.
EJEMPLOS EXAMPLES
Ejemplo 1 Example 1
AIMgSi, en porcentaje en peso (% en peso): AIMg Yes, in percentage by weight (% by weight):
Magnesio 5,5-7,5 Silicio 2,0-3,5 Manganeso 0,1-0,8 Escandio 0,15-0,3 Circonio 0,08-0,15 Cromo 0,05-0,2 Titanio 0,05-0,2 Boro 0,01-0,04 lirio 0,03-0,4 Aluminio el resto Magnesium 5.5-7.5 Silicon 2.0-3.5 Manganese 0.1-0.8 Scandium 0.15-0.3 Zirconium 0.08-0.15 Chrome 0.05-0.2 Titanium 0 , 05-0.2 Boron 0.01-0.04 lily 0.03-0.4 Aluminum the rest
Se fabricaron lingotes de 200 g usando hornos de resistencia eléctrica con crisoles de AI,03 en aire y usando flujos protectores. Posleriormente, los lingotes se sometieron a Iratamiento térmico a temperaturas de (250-340) 'C durante 2-10 h. 200g ingots were manufactured using electric resistance furnaces with AI crucibles, 03 in air and using protective flows. Subsequently, the ingots were subjected to thermal wracking at temperatures of (250-340) 'C for 2-10 h.
Las propiedades de tensión mecánica se probaron usando INSTRON. El espécimen se mantuvo 5 sin carga durante 0,5 h (tiempo de estabilización) a la temperatura de prueba y se llevó hasla rolura cargándolo posteriormente. La tasa de carga ascendió a 10·3c·', el diámetro de la parte eficaz del espécimen fue de 3 mm, la longitud -18 mm. The mechanical tension properties were tested using INSTRON. The specimen was kept 5 free of charge for 0.5 h (stabilization time) at the test temperature and the roll was carried up by loading it later. The loading rate amounted to 10 · 3c · ', the diameter of the effective part of the specimen was 3 mm, the length -18 mm.
La aleación tiene las siguientes propiedades a 300 oC: The alloy has the following properties at 300 oC:
Resistencia a la rotura (cra) , MPa 150-200 Límite de elasticidad (cro,,), MPa 130-155 Elongación (5), % 3,0-6,0. Breaking strength (cra), MPa 150-200 Elasticity limit (cro ,,), MPa 130-155 Elongation (5),% 3.0-6.0.
Ejemplo 2. en porcentaje en peso (% en peso): Example 2. in percentage by weight (% by weight):
Magnesio 7,0-10,0 Magnesium 7.0-10.0
Silicio 3,0-5,0 Manganeso 0,1-0,8 Escandio 0,15-0,3 Silicon 3.0-5.0 Manganese 0.1-0.8 Scandium 0.15-0.3
Circonio 0,08-0,15 Zirconium 0.08-0.15
Cromo 0,05-0,2 Cobre 0,3-0,7 Niquel 0,1-0,3 Hafnio 0,01-0,6 Titanio 0,05-0,2 Boro 0,01-0,04 Germanio 0,01-0,05 Aluminio el resto. Chrome 0.05-0.2 Copper 0.3-0.7 Nickel 0.1-0.3 Hafnium 0.01-0.6 Titanium 0.05-0.2 Boron 0.01-0.04 Germanium 0 , 01-0.05 Aluminum the rest.
La aleación que se preparó como en el ejemplo 1 tiene las siguientes propiedades a una temperatura de 400 ·C: The alloy that was prepared as in Example 1 has the following properties at a temperature of 400 · C:
Resistencia a la rotura (as), MPa 110-120 Límite de elasticidad (ao,2) , MPa 105-111 Elongación (&), % 1,2-2,0 Breaking strength (as), MPa 110-120 Elasticity limit (ao, 2), MPa 105-111 Elongation (&),% 1,2-2,0
Las propiedades descritas son superiores a aquellas de las aleaciones presentadas en las patentes UA 83776 y US The described properties are superior to those of the alloys presented in patents UA 83776 and US
6.399.020 B 1 . 6,399,020 B 1.
Ejemplo 3 Example 3
Para demostrar la resistencia al uso se preparó la aleación para fundición de tipo AIMgSi como en el ejemplo 1, en porcentaje en peso (% en peso): To demonstrate the resistance to use, the alloy for cast iron of the AIMgSi type was prepared as in example 1, in percentage by weight (% by weight):
Magnesio 8,4-10,0 Silicio 3,0-5,0 Manganeso 0,1-0,8 Escandio 0,15-0,3 Circonio 0,08-0,15 Cromo 0,05-0,2 Titanio 0,05-0,2 Boro 0,01-0,04 Aluminio el resto, Magnesium 8.4-10.0 Silicon 3.0-5.0 Manganese 0.1-0.8 Scandium 0.15-0.3 Zirconium 0.08-0.15 Chrome 0.05-0.2 Titanium 0 , 05-0.2 Boron 0.01-0.04 Aluminum the rest,
Se llevaron a cabo pruebas tribológicas en el circuito de contacto de la zona esférica usando la unidad ATCD original [NA Zenkin, K.E. Grinkevych. Control Diagnostics 6 (2002) 49]. Para estos propósitos se crearon condiciones especiales bajo las cuales el penetrador de esfera se deslizaba de forma correspondiente sobre el espécimen plano a Tribological tests were carried out in the contact circuit of the spherical zone using the original ATCD unit [NA Zenkin, K.E. Grinkevych. Control Diagnostics 6 (2002) 49]. For these purposes, special conditions were created under which the sphere penetrator slid correspondingly over the flat specimen to
temperaturas definidas. Las pruebas se llevaron a cabo tanto en la operación cuasiesfacionaria permanente como en defined temperatures The tests were carried out both in the quasi-permanent permanent operation and in the
la alternativa dinámica (Id) bajo carga [KE Grinkevych. Friction and Wear, vol. 24, n.' 3 (2003) 344]. the dynamic alternative (Id) under load [KE Grinkevych. Friction and Wear, vol. 24, n. ' 3 (2003) 344].
El componente dinámico modulado de la fuerza de presión normal !lP se asignó en forma de tren de oscilaciones que se añade simultáneamente a la fuerza estática Po; el valor del componente dinámico de carga supone el 10 % tomado a partir del estático y se determina a partir de la fórmula: The modulated dynamic component of the normal pressure force! LP was assigned in the form of an oscillation train that is added simultaneously to the static force Po; The value of the dynamic load component assumes 10% taken from the static and is determined from the formula:
A ( 2JlJ'A (2JlJ '
¿p = -l-'3eno--,donde A -amplitud de carga, T -periodo, t -tiempo. ¿P = -l-'3eno -, where A -ample load, T -period, t -time.
2 T 2T
La carga modulada se aplicó de modo que la carga total fue de P = Po -flP. !lP alterna desde °hasta A. The modulated load was applied so that the total load was P = Po -flP. ! lP alternates from ° to A.
otra mediante el impacto dinámico. La resistencia al uso se valora mediante la profundidad de las bandas de rozamiento en la zona de los impactos cuasiestacionario y dinámico (1" Id). another through dynamic impact. The resistance to use is assessed by the depth of the friction bands in the area of the quasi-stationary and dynamic impacts (1 "Id).
Las condiciones de prueba son las siguientes: 180·C y 300 oC, Po=22H, !lPMá,=A=5H, 25 Hz, 10 minutos, penetrador de esfera R=8 mm con Si,N4, lubricante de silicio. Los resultados del ensayo se muestran en la fig. 1. The test conditions are as follows: 180 · C and 300 oC, Po = 22H,! LPMá, = A = 5H, 25 Hz, 10 minutes, sphere penetrator R = 8 mm with Si, N4, silicon lubricant. The test results are shown in fig. one.
Ejemplo 4 Example 4
Para demostrar la fluidez se preparó la aleación para fundición de tipo AIMgSi como en el ejemplo 1, en porcentaje en peso (% en peso): To demonstrate the fluidity, the alloy for cast iron type AIMgSi was prepared as in example 1, in percentage by weight (% by weight):
- Magnesio Magnesium
- Silicio Silicon
- Manganeso Manganese
- Escandia Scandia
- 5 5
- Circonio Zirconium
- Cromo Chrome
- Titanio Titanium
- Boro Boron
- Aluminio Aluminum
- 10 10
7,0-10,0 3,0-5,0 0,1-0,8 0,15-0,3 0,08-0,15 0,05-0,2 0,05-0,2 0,01-0,04 el resto. 7.0-10.0 3.0-5.0 0.1-0.8 0.15-0.3 0.08-0.15 0.05-0.2 0.05-0.2 0 , 01-0.04 the rest.
La fluidez se determinó mediante el uso de una muestra compleja con forma de U de Nekhendzi-Kuptsov. Se vertió una parte de metal fundido de 350 9 a temperaturas de 40 oC por encima del estado líquido. Fluency was determined by using a complex U-shaped sample of Nekhendzi-Kuptsov. A portion of molten metal of 350 9 was poured at temperatures of 40 oC above the liquid state.
15 La aleación preparada como en el ejemplo 1 y la aleación comercialmente disponible 356.0 tienen una fluidez, respectivamente, de 385 mm y 283 mm. The alloy prepared as in Example 1 and the commercially available alloy 356.0 have a flowability, respectively, of 385 mm and 283 mm.
Los ejemplos anteriores muestran que dicha aleación para fundición de tipo AIMgSi tiene una alta resistencia y The previous examples show that said alloy for casting of type AIMgSi has a high strength and
resistencia al uso a temperaturas superiores a 250 oC en combinación con una elevada fluidez y tiende a ser una resistance to use at temperatures above 250 oC in combination with high fluidity and tends to be a
20 mejor alternativa a las aleaciones para fundición de aluminio de la técnica anterior. Dicha aleación puede producirse 20 best alternative to cast aluminum alloys of the prior art. Said alloy can be produced.
bajo condiciones tanto de laboratorio como de fabricación. under conditions of both laboratory and manufacturing.
Claims (20)
- 3. 3.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1-2 que comprende el 0,08 -1,2 % de manganeso, que varía principalmente desde el 0,1 hasta el1 ,0 % en peso. Alloy according to claims 1-2 comprising 0.08-1.2% manganese, which varies mainly from 0.1 to 1.0% by weight.
- 4. Four.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1-3 que comprende el 0,05 -0,5 % de escandio, que varía principalmente desde el 0,1 hasta el 0,4 % en peso. Alloy according to claims 1-3 comprising 0.05-0.5% scandium, which varies mainly from 0.1 to 0.4% by weight.
- 7. 7.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1 -6 que comprende el 0,05 -0,2 % en peso de cromo. Alloy according to claims 1-6 comprising 0.05-0.2% by weight of chromium.
- 8. 8.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1 -6 que comprende el 0,3 -1,0 % en peso de cobre. Alloy according to claims 1-6 comprising 0.3-1.0% by weight of copper.
- 9. 9.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1 -6 que comprende el 0,1 -0,4 % en peso de níquel. Alloy according to claims 1-6 comprising 0.1-0.4% by weight nickel.
- 10. 10.
- Aleación de acuerdo con las reívindicaciones 1 -6 que comprende el 0,3 -0,6 % en peso de hafnio. Alloy according to claims 1 -6 comprising 0.3-0.6% by weight of hafnium.
- 11. eleven.
- Aleación de acuerdo con las reivindicaciones 1-10, en la que 0,001 % en peso < (Ti+B+Y+Ge) < 1,5 % en peso. Alloy according to claims 1-10, wherein 0.001% by weight <(Ti + B + Y + Ge) <1.5% by weight.
- 12. 12.
- Los medios de producción de lingotes para la aleación de fundición de acuerdo con los puntos 1 a 11 incluyen las Ingot production means for the casting alloy according to items 1 to 11 include the
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