BR102016012355A2

BR102016012355A2 - produto de liga de alumínio e método para produzir produto de liga de alumínio

Info

Publication number: BR102016012355A2
Application number: BR102016012355A
Authority: BR
Inventors: Florence Andrea Baldwin; Jane Elizabeth Buehler; Jason Nicholas Scheuring; Junsheng Wang; Philippe Gomiero; Philippe Lassince; Robert A Matuska; Roy Austin Nash; Zhendong Long
Original assignee: Kaiser Aluminum Fabricated Products Llc
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2016-12-06
Also published as: CN106191576A; EP3101149A1; CA2928685A1; US20160348224A1

Abstract

a presente invenção é direcionada a um produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa que compreende 8,0 a 8,4% em peso de zn, 1,5 a 2,0% em peso de mg, 1,1 a 1,5% em peso de cu e 0,05 a 0,15% em peso de zr, 4,0 a 5,3 de razão de porcentagem em peso de zn/mg, 0,14 a 0,19 de razão de porcentagem em peso de cu/zn e 10,7 a 11,6% em peso de cu+mg+zn. essa liga pode ser fabricada para produzir produtos de placa de 7,62 a 25,4 centímetros de espessura (3 a 10 polegadas), de extrusão ou de forjamento, e é especialmente adequada para componentes estruturais aeroespaciais, especialmente aplicações de estrutura de asa de aviões comerciais grandes. o produto fornece alta resistibilidade, desempenho de alta tolerância a dano, assim como melhor desempenho de resistência à corrosão adequados para aplicação aeroespacial.

Description

“PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO E MÉTODO PARA PRODUZIR PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO” Antecedentes da Invenção Campo da Invenção [001] Esta presente invenção refere-se, em geral, a produtos de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade e métodos para fabricar tais produtos.

Antecedentes da Invenção [002] Produtos de liga de alumínio 7xxx (Al-Zn) de alta resistibilidade são extensivamente usados em aplicação de estrutura aeroespacial, em que a resistibilidade do material, a ductilidade à fratura, a resistência à fadiga e a resistência à corrosão são exigidas simultaneamente. A fim de reduzir agressivamente o peso da aeronave para eficácia de combustível, ligas de alumínio 7xxx de alta resistibilidade e de placa espessa estão sendo buscadas assertivamente por produtores de fuselagem e produtores de material de alumínio. Isso é especialmente crítico para uma aeronave comercial de tamanho grande, em que uma quantidade significativa de peças grandes é fabricada através de processamento de fabricação monolítico para redução de custo. Uma placa espessa é exigida para tais componentes monolíticos grandes. Entretanto, a combinação de alta resistibilidade e alta espessura impõe um desafio metalúrgico extremo para produzir tais produtos de alumínio de alta resistibilidade e placa espessa para a indústria de produção de alumínio. Devido a tais desafios metalúrgicos extremos, apenas produtos comerciais muito limitados estão atualmente disponíveis para essa aplicação aeroespacial chave, com base no mais recente “Aluminum Association: 2011 Yellow/Tan Sheets” e “Addendum to 2011 Edition of Yellow/Tan Sheets” para produtos de alumínio e de liga de alumínio registrados na Associação de Alumínio.

[003] A composição química de um produto de liga de alumínio tem uma influência fenomenal nas propriedades de produção finais. Em ligas de alumínio de série 7xxx, os altos níveis de Zn, Mg e Cu são adicionados, normalmente, a fim de atingir alta resistibilidade e resistência à corrosão. Entretanto, as composições com teor de Zn e Mg muito alto afetam negativamente, em geral, os desempenhos de resistência ao trincamento de corrosão sob tensão (SCC) e de ductilidade à fratura. Adicionalmente, as concentrações de Cu que são muito altas também aumentam significativamente o risco de alto nível de partículas grossas de AI2MgCu indesejáveis e de macrossegregação da superfície da placa para o centro. Durante a fundição, partículas de AI2CuMg grandes podem se formar durante a solidificação. Tais partículas grandes, normalmente, podem ser dissolvidas durante a homogeneização subsequente e o tratamento térmico de solução. Se o teor de Cu for muito alto, entretanto, isso pode promover altos níveis extremos de partículas de AI2CuMg, as quais não podem ser dissolvidas durante os tratamentos térmicos subsequentes. Essas partículas de AI2CuMg não dissolvidas reduzem significativamente o desempenho de resistibilidade e de tolerância a dano.

[004] A fim de atingir um endurecimento por precipitação de envelhecimento, o elemento de liga de Cu, Mg e Zn tem que estar em uma solução sólida antes de envelhecer. Isso é atingido, em geral, através de etapas de processamento de Tratamento Térmico de Solução, seguida por arrefecimento brusco por água fria. Com os níveis de Mg, Zn e Cu mais altos, é extremamente difícil dissolver todas as partículas de constituinte, que consomem uma quantidade significativa de elementos de liga adicionados, em uma solução sólida. De modo mais importante, os níveis mais altos de elemento de liga aumentam a precipitação potencial de partículas grossas durante o arrefecimento brusco. Isso é especialmente crítico para uma placa espessa com taxa de resfriamento lenta durante arrefecimento brusco. É mais fácil atingir uma melhor resistibilidade e outras propriedades para um produto de corte transversal delgado do que para um produto de corte transversal espesso de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade. À medida que o corte transversal aumenta, a taxa de resfriamento relacionada a arrefecimento brusco na placa diminui significativamente, o que resulta não apenas em diminuição da resistibilidade geral, mas também da ductilidade à fratura. Esse fenômeno também é denominado como sensibilidade a arrefecimento brusco de placa espessa 7xxx de alta resistibilidade, o que causa grande preocupação na liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade.

[005] Resumidamente, a combinação do comportamento de endurecimento por envelhecimento complicado, condição de arrefecimento brusco específica para placa espessa, tolerância a dano rigorosa e exigências de corrosão necessita de uma faixa de química muito fina, otimizada e provavelmente muito estreita que necessita ser descoberta. Existe uma grande necessidade de tais novas ligas em aplicação aeroespacial, especialmente para aeronave comercial de tamanho grande.

Descrição Resumida da Invenção [006] Os produtos de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa compreendem Zn de 8,0 a 8,4% em peso, Mg de 1,5 a 2,0% em peso e Cu de 1,1 a 1,5% em peso, 4,0 a 5,3 de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg, 0,14 a 0,19 de razão de porcentagem em peso de Cu/Zn e 10,7 a 11,6% em peso de Cu+Mg+Zn, um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em até 0,2% de Zr, até 0,2% de Sc, até 0,2% de Hf e o saldo de Al e impurezas.

[007] Em uma realização da presente invenção, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa é produzido com o uso de processos mecânicos térmicos precisamente controlados.

[008] De preferência, a liga pode ser fabricada a uma espessura de 7,62 a 25,4 centímetros (3 a 10 polegadas), mais preferencialmente 10,16 a 25,4 centímetros (4 a 10 polegadas), ainda mais preferencialmente produtos de placa de 10,16 a 20,32 centímetros (4 a 8 polegadas) de espessura, de extrusões e de forjamento. Em uma realização, o produto de liga de alumínio também fornece ductilidade no sentido da transversal curta necessária, desempenho de tolerância a dano, assim como desempenho de resistência à corrosão exigidos para aplicações aeroespaciais. Tais placas, forjamentos e extrusões são adequadas para uso na produção de componentes estruturais aeroespaciais, tais como componentes de asa de aviões comerciais grandes.

[009] Constatou-se, surpreendentemente, que uma liga de alumínio que tem uma química de Zn alta, associada a teor de Mg e de Cu preciso, razões de porcentagem em peso de Zn/Mg e Cu/Zn em conjunto com processamento mecânico térmico deliberadamente controlado, tem a capacidade para produzir produtos de 7,62 a 25,64 centímetros (3 a 10 polegadas) de espessura de medida com alta resistibilidade, melhor tolerância a dano e propriedades de corrosão nunca atingidas anteriormente.

[010] Em uma realização, o produto de alumínio de placa espessa 7xxx de alta resistibilidade oferece uma oportunidade promissora para eficácia de combustível significativa e vantagem de redução de curso para aeronaves comerciais, especialmente uma aeronave comercial de tamanho grande. Um exemplo de tal aplicação da presente invenção é a caixa de asa de projeto integral, a qual exige produtos de liga de alumínio 7xxx em corte transversal espessos. A resistibilidade de material é um fator chave de projeto para redução de peso. Além disso, a ductilidade de tração de Transversal Curta (ST), a tolerância a dano, a desempenho de resistência à corrosão, tais como esfoliação e resistência à corrosão sob tensão e resistência de crescimento de trincamento por fadiga, são importantes.

Descrição Resumida das Figuras [011] As funções e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada de uma realização preferencial da mesma, tomada em conjunto com os desenhos anexos, em que: A Figura 1 é um gráfico que mostra uma comparação dos níveis de Cu e Zn entre 32 químicas na patente ne US 6.972.110 e na faixa da presente invenção; A Figura 2 é um gráfico que mostra a resistibilidade e a ductilidade à fratura das placas de liga de 10,16 centímetros (4 polegadas) de invenção e de não invenção; A Figura 3 é um gráfico que mostra a resistibilidade e a ductilidade à fratura das placas de liga de 15,24 centímetros (6 polegadas) de invenção e de não invenção; A Figura 4 é um gráfico que mostra a resistibilidade e a ductilidade à fratura das placas de liga de 19,05 centímetros (7,5 polegadas) de invenção e de não invenção; A Figura 5 é um gráfico que mostra o efeito de Cu+Mg+Zn em ductilidade à fratura de uma placa de 19,05 centímetros (7,5 polegadas) de espessura que mostra que teores de Cu+Mg+Zn muito baixos ou muito altos fornecem uma ductilidade à fratura pior; A Figura 6 é um gráfico que mostra o efeito da razão de Cu/Zn em ductilidade à fratura de uma placa de 19,05 centímetros (7,5 polegadas) de espessura; e A Figura 7 é um gráfico que mostra o efeito da razão de Zn/Mg em ductilidade à fratura de uma placa de 15,24 centímetros (6 polegadas) de espessura.

Descrição Detalhada da Invenção [012] O produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa compreende 8,0 a 8,4% em peso de Zn, 1,5 a 2,0% em peso de Mg, 1,1 a 1,5% em peso de Cu, 4,0 a 5,3 de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg, 0,14 a 0,19 de razão de porcentagem em peso de Cu/Zn e 10,7 a 11,6% em peso de Cu+Mg+Zn, um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em até 0,2% em peso de Zr, até 0,2% em peso de Sc e até 0,2% em peso de Hf, e o saldo de Al e impurezas.

[013] Os limites superior ou inferior para as faixas fornecidas acima são compreendidos incluir todos os números fornecidos dentro da faixa. Compreende-se que dentro da faixa de 8,0 a 8,4% em peso de Zn, o limite superior ou inferior para a quantidade de Zn pode ser selecionado dentre 8,0, 8.1.8.2, 8,3 e 8,4% em peso de Zn. Compreende-se que dentro da faixa de 1,5 a 2,0% em peso de Mg, o limite superior ou inferior para a quantidade de Mg pode ser selecionado dentre 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 e 2,0 % em peso de Mg. Compreende-se que dentro da faixa de 1,1 a 1,5% em peso de Cu, o limite superior ou inferior para a quantidade de Cu pode ser selecionado dentre 1,1, 1.2, 1,3, 1,4 e 1,5 % em peso de Cu. Compreende-se que dentro da faixa de 4,0 a 5,3 de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg, o limite superior ou inferior para a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg pode ser selecionado dentre 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2 e 5,3 de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg. Compreende-se que dentro da faixa de 0,14 e 0,19 de razão de porcentagem em peso de Cu/Zn, o limite superior ou inferior para a razão de porcentagem em peso de Cu/Zn pode ser selecionado dentre 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18 e 0,19 de razão de porcentagem em peso de Cu/Zn. Compreende-se que dentro da faixa de 10,7 a 11,6% em peso de Cu+Mg+Zn, o limite superior ou inferior para a quantidade de Cu+Mg+Zn pode ser selecionado dentre 10,7, 10,78, 10,79, 11,0, 11,1, 11,2, 11,3, 11,4, 11,5 e 11,6% em peso de Cu+Mg+Zn.

[014] A faixa de química única em conjunto com as razões de Zn/Mg e Cu/Zn, de acordo com a presente invenção, fornece os comportamentos distintivos termodinâmico e cinético de precipitações durante arrefecimento brusco e tratamento térmico de envelhecimento.

[015] Os Zn e Mg são, em geral, adicionados para produzir MgZn2 metaestável e/ou estável (Fase η’ e/ou η) e suas fases variantes, que são as fases de endurecimento por precipitação predominantes. Entretanto, as composições químicas reais de fases de endurecimento por envelhecimento são muito mais complicadas que a razão atômica 1:2 de Mg/Zn. A razão de porcentagem em peso de Zn/Mg na faixa de 4,0 a 5,3 fornece, surpreendentemente, a metalurgia física otimizada adequada para as propriedades de alta resistibilidade de placa espessa e de ductilidade à fratura.

[016] O cobre é adicionado, em geral, a fim de aperfeiçoar o desempenho resistência a SCC. O Cu pode aumentar significativamente os potenciais de quebra, o que resulta em um desempenho melhor de resistência à corrosão. Durante o processo de arrefecimento brusco e envelhecimento, o Cu pode substituir com Zn em fase de tipo MgZn2 para formar fases de Mg(ZnCuAI)2 em matriz e/ou contorno de grão. Portanto, o nível de Cu deve ser considerado cuidadosamente para níveis diferentes de Zn e Mg, assim como a espessura de placa que afeta a precipitação durante arrefecimento brusco. A razão de Cu/Zn na faixa de 0,14 a 0,19 fornece, surpreendentemente, a metalurgia física otimizada adequada para as propriedades alta resistibilidade de placa espessa e ductilidade à fratura.

[017] Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa inclui <0,12% em peso de Si, de preferência ^0,05 % em peso de Si. Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa inclui <0,15% em peso de Fe, de preferência ^0,08% em peso de Fe. Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa inclui < 0,2% em peso de Μη. Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa inclui £0,04% em peso de Cr, de preferência nenhum Cr é adicionado à liga diferente daquele fornecido como uma impureza. Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa inclui £0,06 % em peso de Ti.

[018] O produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa da presente invenção também pode incluir um nível baixo de “impurezas” que não são incluídas intencionalmente. As “impurezas” significam quaisquer outros elementos com exceção dos descritos acima Al, Zn, Mg, Cu, Zr, Sc, Hf, Si, Fe, Mn, Cr e Ti.

[019] De preferência, os produtos de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa grossa, tais como placas, forjamentos e extrusões, são adequados para uso na fabricação de componentes estruturais aeroespaciais, tais como componentes de asa de aviões comerciais grandes. De preferência, a liga tem uma espessura de 7,62 a 25,4 centímetros (3 a 10 polegadas), de preferência 10,16 a 25,4 centímetros (4 a 10 polegadas), mais preferencialmente 10,16 a 20,32 centímetros (4 a 8 polegadas) para produzir produtos de placas, extrusão e forjamento. Em uma realização, o produto de liga de alumínio também fornece um desempenho de tolerância a dano necessário, assim como desempenho de resistência à corrosão exigido para aplicação aeroespacial.

[020] A presente invenção tem várias propriedades vantajosas mecânicas e físicas. Em uma realização da presente invenção, o termo “alta resistibilidade” significa que a resistibilidade mínima de rendimento de Transversal Longa (LT) em um quarto de espessura (th/4) é (510,21 a 3,86 * espessura de placa em metros) MPa ((74 a 0,56 * espessura de placa em polegadas) ksi) e a resistibilidade final mínima de LT em th/4 é (537,79 a 2,48 * espessura de placa em metros) MPa ((78 a 0,36 * espessura de placa em polegadas) ksi). Em uma realização da presente invenção, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa tem valores de ductilidade à fratura de um mínimo de 29,67 MPa-m1/2 (27 ksi-in1/2) em th/4. Em uma realização da presente invenção, a ductilidade de tração de ST é pelo menos (7 a 0,5 * espessura da placa em polegadas)%. Em uma realização da presente invenção, a esfoliação aperfeiçoada, tal como melhor ou igual a classificação EA EXCO por ASTM G34 em th/10 e th/2, pode ser observada. Em uma realização da presente invenção, a resistência à corrosão sob tensão aperfeiçoada, tal como pelo menos 20 dias em 172,37 MPa (25 ksi) e, de preferência, pelo menos 20 dias em 206,84 MPa (30 ksi) por ASTM G47 em um temperamento T7651, pode ser observada.

[021] Em uma realização da presente invenção, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa é produzido com o uso de uma faixa de química precisa em conjunto com processos mecânicos térmicos precisamente controlados. Em uma realização, esse produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa é usado em aplicações aeroespaciais.

[022] Conforme indicado, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa pode ser usado para produzir produtos de placas, extrusões e forjamentos. Em uma realização, o produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa é usado para produzir um produto forjado que é uma placa espessa laminada que inclui qualquer uma das substâncias químicas fornecidas nas realizações mencionadas acima. A placa espessa laminada pode ser fabricada com o uso de condições de processo conhecidas, tais como homogeneização, laminagem a quente, tratamentos térmicos de solução e tratamentos de envelhecimento.

[023] Em uma realização, lingotes do produto de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa podem ser fundidos, homogeneizados, laminados a quente, tratados termicamente por solução, arrefecidos bruscamente por água fria, opcionalmente alongados e envelhecidos para o temperamento desejado. Em uma realização, a liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa é uma placa submetida a temperamentos T7651 e T7451 finais na faixa de espessura de 7,62 centímetros (3 polegadas) a 25,4 centímetros (10 polegadas). Os lingotes podem ser homogeneizados em temperaturas de 454 a 491 °C (849 a 916 °F). A temperatura inicial de laminagem a quente pode ser de 385 a 450 °C (725 a 842 °F). A temperatura de saída pode estar em uma faixa semelhante à da temperatura inicial. As placas podem ser tratadas termicamente por solução na faixa de temperatura de 454 a 491 °C (849 a 916 °F). As placas são arrefecidas bruscamente por água fria para temperatura ambiente e podem ser alongadas em cerca de 1,5 a 3%. A placa arrefecida bruscamente pode ser submetida a quaisquer práticas de envelhecimento conhecidas por aqueles versados na técnica, que incluem, mas sem limitação, práticas de envelhecimento de duas etapas que produzem um temperamento T7651 ou T7451 final. Quando se usa um temperamento T7651, a temperatura de primeiro estágio pode estar na faixa de 100 a 140 °C (212 a 284 °F) por 4 a 24 horas e a temperatura de segundo estágio pode estar na faixa de 135 a 200 °C (275 a 392 °F) por 5 a 20 horas.

[024] A Tabela 1 compara a química de liga da presente invenção com outros produtos de liga de alumínio atualmente disponíveis com base no mais recente “Aluminum Association: 2014 Yellow/Tan Sheets” e “Aluminum Standard and Data 2013” para placas de espessura de mais que 10,16 centímetros (4 polegadas) com temperamento T7651. Deve ser mencionado que, embora existam mais ligas comerciais disponíveis para placas de espessura menor que 10,16 centímetros (4 polegadas) e temperamento T7451, apenas poucas ligas estão disponíveis para placas mais espessas que 10,16 centímetros (4 polegadas) com temperamento T7651 de alta resistibilidade.

[025] Conforme mostrado na Tabela 1, a liga da invenção tem uma química diferente de outras ligas. AA7140 e AA7081 têm um teor de Zn muito mais baixo do que a liga da presente invenção, e AA7085 tem um teor de Zn mais baixo que a liga da invenção. O Zn é muito crítico para a propriedade de alta resistibilidade. Adicionalmente, as razões de porcentagem em peso de Cu/Zn de liga AA7065 e AA7140 são muito mais altas que a liga da invenção atual. A razão de porcentagem em peso de Cu/Zn alta pode reduzir significativamente a resistibilidade potencial, uma vez que o Cu pode consumir mais Mg durante a solidificação para formar partículas de AI2CuMg indesejáveis.

Tabela 1 [026] Conforme mostrado na Tabela 1, o produto mais próximo é AA7085-T7651, em que o Zn é mais baixo que a presente invenção. AA7085 foi registrado por Alcoa e descrito na Patente n- US 6.972.110. Nessa patente, 28 químicas diferentes foram estudadas em amostras em escala laboratorial e 4 produtos escala comercial. A Figura 1 mostra um gráfico que compara os níveis de Cu e Zn entre aquelas 32 químicas e a faixa da presente invenção. O mesmo demonstra claramente a singularidade da liga da invenção atual. Embora uma faixa de química muito ampla tenha sido explorada na Patente ns US 6.972.110, a faixa de química da liga da presente invenção não foi estudada na Patente ns US 6.972.110.

[027] As ligas de alumínio de alta resistibilidade 7xxx com teor de Zn alto também foram exploradas na Patente n2 US 6.790.407. Deve ser observado que as ligas descritas na Patente n2 US 6.790.407 exigem intencionalmente a adição de Cr, Ni e hidrogênio em certos níveis para estruturas de grão melhores, precipitações e inclusões não metálicas uniformes. Em contrapartida, a liga da presente invenção não exige nenhum dentre esses elementos devido aos impactos negativos potenciais em ductilidade à fratura. Na Patente n2 US 6.790.407, sete (7) ligas foram especificamente reveladas. Todas as ligas, com exceção da Liga 2, na Patente n2 US 6.790.407 têm mais que 1,5% em peso de Cu. Para a Liga 2 na Patente n2 US 6.790.407, os teores de Mg e Zn são muito mais altos que aqueles aqui fornecidos na liga da invenção, a qual inclui faixas de Cu e Mg que são 1,1 a 1,5% em peso e 1,5 a 2,0% em peso, respectivamente.

[028] Embora os exemplos a seguir demonstrem várias realizações da presente invenção, o indivíduo versado na técnica deve compreender como produtos de liga de alumínio 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa adicionais podem ser fabricados de acordo com a presente invenção. Os exemplos não devem ser interpretados para limitar o escopo de proteção fornecido para a presente invenção.

Exemplos (Teste em Instalação) Dezesseis (16) lingotes em escala industrial foram fundidos por um processo de fundição de DC (Refrigeração Vertical) comercial e processados a placas de espessuras diferentes. A Tabela 2 fornece as composições químicas típicas de placas selecionadas com medidas diferentes.

Tabela 2: Composições Químicas de Lingotes em Escala Industrial [029] Liga A, B, D a F, e I a L, são ligas da invenção. A Liga C não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Mg é muito alto e a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa em comparação à liga da invenção. A Liga G não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito baixo, a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa, a razão de porcentagem em peso de Cu/Zn é muito alta e o teor de Cu+Mg+Zn é muito baixo. A Liga H não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Mg é muito alto e a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa. A Liga M não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito baixo, a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa, a razão de porcentagem em peso de Cu/Zn é muito baixa e o teor de Cu+Mg+Zn é muito baixo. A Liga N não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Zn é muito alto. A Liga O não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito alto e o de Cu+Zn+Mg é muito alto. A Liga P não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Zn é muito alto, a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito alta e o teor de Cu+Mg+Zn é muito alto.

[030] Os lingotes foram homogeneizados, laminados a quente, tratados termicamente por solução, arrefecidos bruscamente, alongados e envelhecidos a placas de temperamento T7651 final na faixa de espessura de 10,16 centímetros (4 polegadas) a 19,05 centímetros (7,5 polegadas). Os lingotes foram homogeneizados em uma temperatura de 465 a 485 °C (869 a 905 °F). A temperatura inicial de laminagem a quente é de 400 a 440 °C (752 a 824 °F). A temperatura de laminagem de saída está na faixa semelhante da temperatura inicial. A redução de laminagem de cada passagem foi deliberadamente controlada para atingir a temperatura alvo durante o processo de laminagem a quente.

[031] As placas foram tratadas termicamente por solução na faixa de temperatura de 470 a 485 °C (878 a 905 °F), arrefecidas bruscamente por água fria a temperatura ambiente e alongadas em cerca de 1,5 a 3%. Uma prática de envelhecimento de duas etapas foi usada para produzir temperamento T7651 final. A temperatura de primeiro estágio está na faixa de 110 a 130 °C (230 a 266 °F) por 4 a 12 horas e a temperatura de segundo estágio está na faixa de 145 a 160 °C (293 a 320 °F) por 8 a 20 horas.

[032] A Tabela 3 fornece propriedades de ductilidade à tração e à fratura. A resistibilidade de rendimento de compensação (TYS) de 0,2%, ao longo da direção transversal (LT) foi medida em um quarto de espessura (T/4) sob especificação ASTM B557. A ductilidade à fratura de tensão plana (Kic) em orientações T-L em um quarto de espessura (T/4) foi medida sob ASTM E399 com o uso de espécimes CT.

Tabela 3: Propriedades de Ductilidade à Fratura e Tração de Placas de Temperamento T7651 Final [033] A Figura 2 é um gráfico que mostra uma comparação da resistibilidade e da ductilidade à fratura de ligas da invenção (Liga A e B) e da liga da não invenção (Liga C) de placas de espessura de 10,16 centímetros (4 polegadas). Com a mesma rota de processamento industrial e a espessura de placa final, a Liga A e a Liga B da invenção têm um desempenho muito melhor de resistibilidade e ductilidade à fratura que a Liga C, a qual tem um teor de Mg muito alto e uma razão de Zn/Mg muito baixa do que as ligas da invenção. Os resultados demonstram que as ligas da invenção têm um desempenho surpreendentemente muito melhor que a liga da não invenção. Os mesmos também demonstram que o pequeno desvio da química da liga da invenção pode diminuir severamente as propriedades de produção finais.

[034] A Figura 3 é um gráfico que mostra a resistibilidade e a ductilidade à fratura das ligas da invenção (D, E e F) e das ligas da não invenção (G e H) de placas de espessura de 15,24 centímetros (6 polegadas). Tanto a Liga G quanto a H têm uma ductilidade à fratura mais baixa com resistibilidade semelhante ou mais baixa que as ligas da invenção Liga D a F. A Liga G não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito baixo e a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa, a razão de porcentagem em peso de Cu/Zn é muito alta e o teor de Cu+Mg+Zn é muito baixo. A Liga H não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Mg é muito alto e a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa. Os resultados demonstram que as ligas da invenção têm um desempenho surpreendentemente muito melhor que a liga da não invenção. Os mesmos também confirmam que mesmo o pequeno desvio da química da liga da invenção pode diminuir severamente as propriedades de produção finais.

[035] A Figura 4 é um gráfico que mostra a resistibilidade e a ductilidade à fratura das ligas da invenção (I a L) e das ligas da não invenção (M a P) de placas de espessura de 19,05 centímetros (7,5 polegadas). Todas as ligas da não invenção têm uma combinação mais baixa de resistibilidade e ductilidade à fratura em comparação com as ligas da invenção. Conforme mostrado na Tabela 2, a Liga M não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito baixo, a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito baixa, a razão de porcentagem em peso de Cu/Zn é muito baixa e o teor de Cu+Mg+Zn é muito baixo. A Liga N não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Zn é muito alto. A Liga O não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Cu é muito alto, o de Zn é muito alto e o de Cu+Zn+Mg é muito alto. A Liga P não é uma liga da invenção, uma vez que o teor de Zn é muito alto, a razão de porcentagem em peso de Zn/Mg é muito alta e o teor de Cu+Mg+Zn é muito alto. Os resultados confirmam que as ligas da invenção têm um desempenho surpreendentemente muito melhor que as ligas da não invenção. Os mesmos demonstram novamente que mesmo o pequeno desvio de química da liga da invenção pode diminuir severamente propriedades de produção finais.

[036] A Figura 5 é um gráfico que mostra a ductilidade à fratura como função da quantidade de Cu+Mg+Zn total. Pode ser observado que a faixa da liga da invenção de 10,7 a 11,6% de Cu+Mg+Zn total fornece o melhor desempenho. É muito crítico controlar o Cu+Mg+Zn total em uma faixa otimizada a fim de atingir tanto resistibilidade mais alta quanto ductilidade à fratura melhor especialmente para o produto de placa espessa.

[037] A Figura 6 é um gráfico que mostra a ductilidade à fratura como a função da razão de porcentagem em peso de Cu/Zn total. Pode ser observado que a faixa fornecida pela faixa de razão de porcentagem em peso de Cu/Zn da liga da invenção de 0,14 a 0,19 forneça um desempenho melhor que outra faixa. O impacto benéfico de Cu no desempenho de resistência à corrosão também é fortemente afetado pelo nível de Zn. Adicionalmente, os teores de Cu que são muito altos também aumentam significativamente o risco de partículas grossas de AI2MgCu indesejáveis e de macrossegregação da superfície da placa para o centro. Portanto, a razão de Cu/Zn é muito crítica para desempenho de alta resistibilidade, alta tolerância a dano e resistência à corrosão exigido pela aplicação aeroespacial.

[038] A Figura 7 fornece a ductilidade à fratura como função de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg. Pode ser observado que a faixa de razão de porcentagem em peso de Zn/Mg da liga da invenção de 4,0 a 5,3 fornece o melhor desempenho que a outra faixa. A razão de Zn/Mg afeta fortemente o MgZn2 metaestável e/ou estável (Fase η’ e/ou η) e suas fases variantes em estágios de envelhecimento diferentes.

[039] A resistibilidade mais abrangente e a ductilidade à fratura em camadas atravessantes diferentes e orientações foram avaliadas por ligas da invenção A, E e K com espessura de placa de 10,16 centímetros (4 polegadas), 15,24 centímetros (6 polegadas) e 19,05 centímetros (7,5 polegadas), respectivamente. A Tabela 4 fornece os resultados de teste de resistibilidade abrangente e de ductilidade à fratura. O T/2 representa meta da espessura da placa, L, LT e ST indicam a direção de laminagem, a direção transversal longa e a direção transversal curta, respectivamente.

Tabela 4: Os resultados de teste de resistibilidade abrangente e de ductilidade à fratura [040] A resistência à corrosão sob tensão é crítica para aplicação aeroespacial. O teste de resistência ao trincamento de corrosão sob tensão padrão foi desempenhado de acordo com as exigências de ASTM G47, o qual é uma imersão alternativa em uma solução de NaCI a 3,5% sob deflexão constante. Três espécimes foram testados por amostra. Todos os espécimes sobreviveram um teste de 30 dias sem falha sob nível de tensão de 206,84 MPa (30 ksi) em direção de ST. Enquanto isso, a resistência à corrosão por esfoliação foi testada de acordo com ASTM G34. O tamanho do espécime foi 51 mm (2 polegadas) na direção de LT e 102 mm (4 polegadas) na direção L. O teste foi desempenhado em posições de espessura de superfície (T/10) e centro de placa (T/2). Todas as amostras foram classificadas como corrosão com base em ASTM G34.

[041] Embora a presente invenção tenha sido revelada em termos de uma realização preferencial, será compreendido que várias modificações e variações adicionais podem ser feitas à mesma sem se afastar do escopo da invenção conforme definido pelas seguintes reivindicações: Reivindicações

Claims

1. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa, caracterizado pelo fato de que compreende 8.0 a 8,4% em peso de Zn, 1,5 a 2,0% em peso de Mg, 1.1 a 1,5% em peso de Cu, e um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em até 0,2% em peso de Zr, até 0,2% em peso de Sc e até 0,2% em peso de Hf, com o saldo de Al e impurezas, em que o dito produto de liga tem uma razão de porcentagem em peso de Zn/Mg entre 4,0 a 5,3, uma razão de porcentagem em peso de Cu/Zn entre 0,14 a 0,19 e uma quantidade de Cu+Mg+Zn entre 10,7 a 11,6% em peso

2. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende <0,12% em peso de Si.

3. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende <0,05% em peso de Si.

4. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende <0,15% em peso de Fe.

5. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende <0,08% em peso de Fe.

6. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende <0,20% em peso de Mn.

7. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende <0,04% em peso de Cr.

8. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende £ 0,06% em peso de Ti.

9. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que consiste essencialmente em 8,0 a 8,4% em peso de Zn, 1,5 a 2,0% em peso de Mg, 1,1 a 1,5% em peso de Cu, um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em até 0,2% em peso de Zr, até 0,2 % em peso de Sc e até 0,2% em peso de Hf, <0,12% em peso de Si, <0,15% em peso de Fe, <0,20% em peso de Mn, <0,04% em peso de Cr e <0,06% em peso de Ti com o saldo de Al e impurezas, em que o dito produto de liga tem uma razão de porcentagem em peso de Zn/Mg entre 4,0 a 5,3, uma razão de porcentagem em peso de Cu/Zn entre 0,14 a 0,19 e uma quantidade de Cu+Mg+Zn entre 10,7 a 11,6% em peso.

10. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito produto de liga de alumínio é um produto de placa de 7,62 a 25,4 centímetros (3 a 10 polegadas) de espessura, de extrusão ou de forjamento.

11. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito produto de liga de alumínio é um produto de placa de 7,62 a 25,4 centímetros (3 a 10 polegadas) de espessura, de extrusão ou de forjamento.

12. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito produto de liga de alumínio é um produto de placa de 10,16 a 25,4 centímetros (4 a 10 polegadas) de espessura, de extrusão ou de forjamento.

13. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito produto de liga de alumínio é um produto de placa de 10,16 a 20,32 centímetros (4 a 8 polegadas) de espessura, de extrusão ou de forjamento.

14. PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto de liga de alumínio tem uma resistibilidade mínima de rendimento de Transversal Longa (LT) em um quarto de espessura (th/4) de (510,21 a 3,86 * espessura de placa em metros) MPa ((74 a 0,56 * espessura de placa em polegadas) ksi) e uma resistibilidade final mínima de LT em th/4 de (537,79 a 2,48 * espessura de placa em metros) MPa ((78 a 0,36 * espessura de placa em polegadas) ksi).

15. MÉTODO PARA PRODUZIR PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO 7xxx de alta resistibilidade de placa espessa, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. fundir um estoque de um lingote de uma liga de alumínio 7xxx que compreende o produto de liga de alumínio, conforme definido na reivindicação 1 b. homogeneizar o estoque fundido; c. trabalhar a quente o estoque através de um ou mais métodos selecionados a partir do grupo que consiste em laminagem, extrusão e forjamento; d. tratamento térmico de solução (SHT) do estoque trabalhado a quente; e. arrefecer bruscamente por água fria o dito estoque SHT; f. alongar opcionalmente o estoque SHT; e h. envelhecer o estoque SHT, arrefecido bruscamente por água fria e opcionalmente alongado para um temperamento desejado.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de homogeneizar inclui homogeneizar em temperaturas a partir de 454 a 491 °C (849 a 916 °F).

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de trabalhar a quente inclui laminagem a quente em uma temperatura de 385 a 450 °C (725 a 842 °F).

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de tratamento térmico de solução inclui uma solução tratada termicamente em uma faixa de temperatura de 454 a 491 °C (849 a 916 °F).

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de alongar opcionalmente inclui alongar em cerca de 1,5 a 3%.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de envelhecimento inclui um processo de envelhecimento T7651 de duas etapas, em que uma temperatura de primeiro estágio está na faixa de 100 a 140 °C (212 a 284 °F) por 4 a 24 horas e uma temperatura de segundo estágio está na faixa de 135 a 200 °C (275 a 392 °F) por 5 a 20 horas.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: b. a dita etapa de homogeneizar inclui homogeneizar em temperaturas de 454 a 491 °C (849 a 916 °F); c. a dita etapa de trabalhar a quente inclui laminagem a quente em uma temperatura de 385 a 450 °C (725 a 842 °F); d. a dita etapa de tratamento térmico de solução inclui uma solução tratada termicamente em uma faixa de temperatura de 454 a 491 °C (849 a 916 °F); e. a dita etapa de arrefecimento brusco por água fria inclui arrefecimento brusco por água fria em temperatura ambiente; f. a dita etapa de alongar opcionalmente inclui alongar em cerca de 1,5 a 3%; g. a dita etapa de envelhecimento inclui um processo de envelhecimento T7651 de duas etapas, em que uma temperatura de primeiro estágio está na faixa de 100 a 140 °C (212 a 284 °F) por 4 a 24 horas e uma temperatura de segundo estágio está na faixa de 135 a 200 °C (275 a 392 °F) por 5 a 20 horas.