BR112013015531B1

BR112013015531B1 - Produto laminado à base de liga de alumínio, seu uso e seu processode fabricação, e elemento de estrutura de avião

Info

Publication number: BR112013015531B1
Application number: BR112013015531A
Authority: BR
Inventors: Danielou Armelle; Sigli Christophe; Pouget Gaëlle; Warner Timothy
Original assignee: Constellium France; Constellium Issoire
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2018-09-18
Also published as: WO2012085359A3; EP2655680A2; CN108048717A; CN103370432A; US20120152415A1; CA2821663A1; WO2012085359A2; DE11808899T1; FR2969177B1; CA2821663C; FR2969177A1; EP2655680B1; BR112013015531A2

Description

(54) Título: PRODUTO LAMINADO À BASE DE LIGA DE ALUMÍNIO, SEU USO E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO, E ELEMENTO DE ESTRUTURA DE AVIÃO (51) Int.CI.: C22C 21/12; C22C 21/16; C22F 1/057; B64C 1/00 (30) Prioridade Unionista: 20/12/2010 FR 10/04962, 20/12/2010 US 61/424,970 (73) Titular(es): CONSTELLIUM ISSOIRE (72) Inventor(es): ARMELLE DANIELOU; GAÉLLE POUGET; CHRISTOPHE SIGLI; TIMOTHY WARNER (85) Data do Início da Fase Nacional: 20/06/2013

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PRODUTO LAMINADO À BASE DE LIGA DE ALUMÍNIO, SEU USO E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO, E ELEMENTO DE ESTRUTURA DE AVIÃO.

Domínio da invenção

A presente invenção se refere aos produtos em ligas de alumínio-cobre-lítio, mais particularmente, esses produtos, os respectivos processos de produção e de utilização, destinados, em particular, à construção aeronáutica e aeroespacial.

Estado da técnica

Produtos laminados em liga de alumínio são desenvolvidos para produzirem peças de alta resistência, destinadas notadamente à indústria aeronáutica e à indústria aeroespacial.

As ligas de alumínio contendo o lítio são muito interessantes em relação a isso, pois o lítio pode reduzir a densidade do alumínio de 3% e aumentar um módulo de elasticidade de 6% para cada por cento em peso de lítio acrescentado. Para que essas ligas sejam selecionadas nos aviões, seu desempenho em relação às outras propriedades de uso deve atingir àquela das ligas comumente utilizadas, em particular, em termos de compromisso entre as propriedades de resistência mecânica estática (limite de elasticida20 de em tração e em compressão, resistência à ruptura) e as propriedades de tolerância aos danos (tenacidade, resistência à propagação das fissuras em fadiga), essas propriedades sendo, em geral, antinômicas. Para determinadas peças, tais como os extradorso de velame, o limite de elasticidade em compressão é uma propriedade essencial. Essas propriedades mecânicas devem, além disso, ser, de preferência, estáveis no tempo e apresentar uma boa estabilidade térmica, isto é, não ser significativamente modificadas por um envelhecimento à temperatura de uso.

Essas ligas devem também apresentar uma resistência à corrosão suficiente, poder ser enformadas, conforme os processos habituais e apresentar pequenos esforços residuais, de modo a poderem ser usinadas de forma integral.

A patente US 5.032.359 descreve uma vasta família de ligas de

Petição 870180040946, de 16/05/2018, pág. 5/13

2/18 alumínio-cobre-lítio nas quais a adição de magnésio e de prata, em particular, de 0,3 e 0,5 por cento em peso, permite aumentar a resistência mecânica.

A patente US 5.455.003 descreve um processo de fabricação de 5 ligas Al-Cu-Li que apresentam uma resistência mecânica e uma tenacidade melhoradas à temperatura criogênica, em particular, graças a um marteiamento e um revenido apropriados. Essa patente recomenda, em particular, a composição, em percentagem em peso, Cu = 3,0 - 4,5, Li = 0,7 - 1,1, Ag = 0 = 0,6, Mg = 0,3 - 0,6 e Zn = 0 - 0,75.

A patente US 7.438.772 descreve ligas que compreendem, em percentagem em peso, Cu: 3-5, Mg: 0,5 - 2, Li: 0,01 - 0,9 e desencoraja a utilização de teor em lítio mais elevado em razão de uma degradação do compromisso entre tenacidade e resistência mecânica.

A patente US 7.229.509 descreve uma liga compreendendo (% em peso); (2,5-5,5) Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn, 0,4 max Zr ou outros agentes que afinam o grão tais como Cr, Ti, Hf, Se, V.

O pedido de patente US 2009/142222 A1 descreve ligas que compreendem (% em peso), 3,4 a 4,2% de Cu, 0,9 a 1,4% de Li, 0,3 a 0,7% de Ag, 0,1 a 0,6% de Mg, 0,2 a 0,8% de Zn, 0,1 a 0,6% de Mn e 0,01 a 0,6% de pelo menos um elemento para o controle da estrutura granular. Esse pedido descreve também um processo de fabricação de produtos fiados.

Existe uma necessidade para produtos laminados em liga alumínio-cobre-lítio apresentando propriedades melhoradas em relação àquelas dos produtos conhecidos, em particular, em termos de compromisso entre as propriedades de resistência mecânica estática, em particular o limite de elasticidade em tração e em compressão e as propriedades de tolerância aos danos, em particular a tenacidade, de estabilidade térmica, de resistência à corrosão e de aptidão à usinagem, tendo uma baixa densidade.

Além disso, existe uma necessidade para um processo de fabri30 cação desses produtos confiável e econômica.

Objeto da invenção

Um primeiro objeto da invenção é um processo de fabricação de

3/18 um produto laminado à base de liga de alumínio, no qual, sucessivamente.

a) se elabora um banho de metal líquido à base de alumínio compreendendo 4,2 a 4,6% em peso de Cu, 0,8 a 1,30% em peso de Li, 0,3 a 0,8% em peso de Mg, 0,05 a 0,18% em peso de Zr, 0,05 a 0,5% em peso de Ag, 0,0 a 0,5% em peso de Mn, além disso, 0,20% em peso de Fe + Si, menos de 0,20% em peso de Zn, pelo menos um elemento escolhido dentre o Cr, Se, Hf e Ti, a quantidade desse elemento, se for escolhido, sendo de 0,05% a 0,3% em peso para Cr e para Se, 0,05% a 0,5% em peso para Hf e de 0,01 a 0,15% em peso para Ti, os outros elementos no mais 0,05% em peso cada um e 0,15% em peso no total, o resto alumínio;

b) funde-se uma placa de laminação a partir desse banho de metal líquido;

c) homogeneiza-se essa placa de laminação de forma a atingir uma temperatura compreendida entre 450°C e 550°C e, de preferência, en15 tre 480°C e 530°C por uma duração compreendido entre 5 e 60 horas;

d) lamina-se a quente essa placa de laminação em uma chapa, mantendo a temperatura superior a 400°C e, de preferência, superior a 420°C;

e) coloca-se em solução essa chapa entre 490 e 530°C durante

15 minutos a 8 horas e tempera-se esse produto;

f) traciona-se, de forma controlada, essa chapa com uma deformação permanente de 2 a 3,5% e preferencialmente de 2,0 a 3,0%;

g) realiza-se um revenido no qual essa chapa atingir uma temperatura compreendida entre 130 e 170°C e, de preferência, entre 150 e 160°C durante 5 a 100 horas, e de preferência, de 10 a 70 horas, naturalmente que não se realiza deformação a frio significativa dessa chapa, notadamente por laminação a frio, entre a laminação a quente d) e a colocação em solução e).

Um segundo objeto da invenção é um produto laminado de es30 pessura compreendida entre 8 e 50 mm e de estrutura granular essencialmente não recristalizada capaz de ser obtido pelo processo, de acordo com a invenção, tendo à meia-espessura pelo menos uma das seguintes combi4/18 nações de características:

(i) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 600 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 610 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 620 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 630 MPa e uma tenacidade tal que K_1C (L-T) > 28 MPaVm e, de preferência, Kic (L-T) > 32 MPaVm e/ou K_app (L-T) > 73 MPaVm e, de preferência, K_app (L-T) > 79 MPaVm, para amostras CCT de largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(ii) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite 10 de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 630 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) >

640 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 640 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 650 MPa e uma tenacidade tal que Kic (L-T) > 26 MPaVm e, de preferência, Kic (L-T) > 30 MPaVm e/ou K_app (L-T) > 63 MPaVm e, de preferência, K_app (L-T) > 69 MPaVm, para amostras CCT de largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(iii) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 610 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 620 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 620 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 630 MPa e uma tenacidade Kic (L-T) > 22 MPaVm e de preferência, Kic (L-T) > 24 MPaVm;

(iv) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 580 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 590 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 600 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) >610 MPa e uma tenacidade Kic (L-T) > 24 MPaVm e de preferência, Ki_c (L-T) > 26 MPaVm.

Um outro objeto da invenção é o elemento de estrutura de avião, de preferência, um revestimento de velame extradorso, compreendendo um produto, de acordo com a invenção.

Ainda um outro objeto da invenção é a utilização de um produto, 30 de acordo com a invenção, ou de um elemento de estrutura, de acordo com a invenção, para a construção aeronáutica.

Descrição das figuras

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Figura 1: Exemplo de curva de revenido e de determinação da inclinação da tangente Pn.

Figura 2: Evolução do limite de elasticidade em compressão e do limite de elasticidade em tração com a deformação permanente quando da tração controlada.

Figura 3: Compromisso de propriedade entre o limite de elasticidade em compressão e a tenacidade K_app para as ligas N°2 a N°5 do exemplo 2.

Descrição da invenção

Salvo menção contrária, todas as indicações referentes contendo a composição química das ligas são expressas como uma percentagem em peso baseada no peso total da liga. A expressão 1,4 Cu significa que o teor em cobre expresso em % em peso é multiplicado por 1,4. A designação das ligas é feita em conformidade com os regulamentos de The Aluminium

Association, conhecidos do técnico. A densidade depende da composição e é determinada por cálculo mais do que por um método de medida de peso. Os valores são calculados em conformidade com o procedimento de The Aluminium Association, que é descrita páginas 2-12 e 2-13 de Aluminium Standards and Data. As definições dos estados metalúrgicos são indicados na norma europeia EN 515.

As características mecânicas estáticas em tração, em outros termos, a resistência à ruptura R_m, o limite de elasticidade convencional a 0,2% de alongamento R_PO2, e o alongamento à ruptura A% são determinados por um teste de tração segundo a norma NF EN ISO 6892-1, a retirada e o sentido do teste sendo definido pela norma EN 485-1.

O limite de elasticidade em compressão foi medido a 0,2% de compressão segundo a norma ASTM E9.

O fator de intensidade do esforço (KQ) é determinado conforme a norma ASTM E 399. A norma ASTM E 399 dá os critérios que permitem determinar se KQ é um valor válido de Kic. Para uma geometria de amostra determinada, os valores de KQ obtidos para diferentes materiais são comparáveis entre eles contanto que os limites de elasticidade dos materiais sejam

6/18 da mesma ordem de grandeza.

Uma curva de intensidade de esforço em função da extensão de fissura, conhecida como a curva R, é determinada segundo a norma ASTM E 561. O fator de intensidade de esforço crítico KC, em outros termos o fator de intensidade que torna a fissura instável, é calculado a partir da curva R. O fator de intensidade do esforço KCO é também calculado atribuindo o comprimento de fissura inicial à carga crítica, ao começo da carga monótona. Esses dois valores são calculados para uma amostra da forma requerida. K_app representa o fator Kco correspondente à amostra que foi utilizada para efetuar o teste de curva R.

Salvo menção contrária, as definições da norma EM 12258 se aplicam.

Denomina-se no caso elemento de estrutura ou elemento estrutural de uma construção mecânica uma peça mecânica para a qual as propriedades mecânicas estáticas e/ou dinâmicas são particularmente importantes para o desempenho da estrutura, e para a qual um cálculo de estrutura é habitualmente prescrito ou realizado. Trata-se tipicamente de elementos, cuja a falha é capaz de colocar em perigo a segurança dessa construção, de seus utilizadores, dos seus usuários ou de outros. Para um avião, esses elementos de estrutura compreendem, notadamente, os elementos que compõem a fuselagem (tais como o revestimento da fuselagem, fuselagem skin, em inglês), os enrijecedores ou longarinas da fuselagem (stringers), as divisórias estanques (bulkheads), as armações de fuselagem (circumferential frames), as asas (tais como o revestimento de velame extrador25 so ou intradorso (upper ou lower wing skin), os enrijecedores (stringers ou stiffeners), as nervuras (ribs) e longarinas (spars)) e a empenagem composta, notadamente, de estabilizadores horizontais e verticais (horizontal or vertical stabilisers), assim como os perfilados de piso (floor beams), os trilhos de bancos (seat tracks) e as portas.

De acordo com a presente invenção, uma classe selecionada de ligas de alumínio que contém quantidades específicas e críticas de lítio, de cobre, de magnésio, de prata e de zircônio permite preparar em certas con7/18 dições de transformação dos produtos laminados, apresentando um compromisso melhorado entre tenacidade, limite de elasticidade em tração e limite de elasticidade em compressão.

Os presentes inventores foram constatado que de maneira sur5 preendente, é possível melhorar para essas ligas o limite de elasticidade em compressão, escolhendo parâmetros de processo de transformação específicos, em particular quando da deformação a quente e do destencionamento por tração controlada.

O teor em cobre dos produtos, de acordo com a invenção, está 10 compreendido entre 4,2 e 4,6% em peso. Em uma realização vantajosa da invenção, o teor em cobre é pelo menos de 4,3% em peso. Um teor em cobre máximo de 4,4% em peso é preferido.

O teor em lítio dos produtos, de acordo com a invenção, está compreendida entre 0,8% ou 0,80% e 1,30% e, de preferência, 1,15% em peso. Vantajosamente, o teor em lítio é pelo menos 0,85% em peso. Um teor em lítio máximo de 0,95% em peso é preferido.

O aumento do teor em cobre e em uma menor de medida do teor em lítio contribui para melhorar a resistência mecânica estática, todavia, o cobre tendo um efeito nefasto, notadamente, sobre a densidade, é preferível limitar o teor em cobre no valor máximo preferido. O aumento do teor em lítio tem um efeito favorável sobre a densidade, todavia, os presentes inventores constataram que, para as ligas segundo a invenção, o teor em lítio preferido compreendido entre 0,85% e 0,95% em peso em um modo de realização permite uma melhoria do compromisso entre resistência mecânica (limite de elasticidade em tração e em compressão) e tenacidade e, além disso, a tenacidade atingida para um revenido com pico ou próximo do pico é mais elevada. Em um outro modo de realização para o qual se privilegia o limite de elasticidade em compressão e a baixa densidade para uma tenacidade menos elevada, o teor em lítio preferida é compreendida entre 1,10% e 1,20% em peso, associado, de preferência, a um teor em magnésio compreendido entre 0,50% ou preferencialmente 0,53% e 0,70% ou preferencialmente

0,65% em peso.

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O teor em magnésio dos produtos, de acordo com a invenção, está compreendido entre 0,3% ou 0,30% e 0,8 ou 0,80% em peso. Preferencialmente, o teor em magnésio é pelo menos de 0,40% ou mesmo 0,45% em peso, o que melhora simultaneamente resistência mecânica estática e tena5 cidade. Os presentes inventores constataram que a combinação de um teor em magnésio compreendido entre 0,50% ou preferencialmente 0,53% e 0,70% ou preferencialmente 0,65% em peso e um teor em lítio compreendido entre 0,85% e 1,15% peso e, de preferência, entre 0,85% e 0,95% em peso levado a um compromisso entre resistência mecânica (limite de elasti10 cidade em tração e em compressão) e tenacidade particularmente vantajosa, mantendo uma taxa de fracasso, quando da transformação aceitável e, portanto, uma confiabilidade satisfatória do processo de fabricação.

O teor em zircônio está compreendido entre 0,05% e 0,18% em peso e, de preferência, entre 0,08 e 0,14% em peso. Em um modo de reali15 zação vantajoso da invenção, o teor em zircônio é pelo menos igual a 0,11% em peso.

O teor em manganês está compreendida entre 0,0 e 0,5% em peso. Em um modo de realização da invenção, o teor em manganês está compreendido entre 0,2 e 0,4% em peso. Em um outro modo de realização da invenção, o teor em manganês é inferior a 0,05 % em peso, o que permite para os produtos obtidos pelo processo, de acordo com a invenção, diminuir a quantidade de fases metálicas insolúveis e melhorar ainda a tolerância ao dano.

O teor em prata está compreendido entre 0,05 e 0,5 % em peso .

Em uma realização vantajosa da invenção, o teor em prata está compreendido entre 0,10 e 0,40 % em peso. A adição de prata contribui para melhorar o compromisso de propriedades mecânicas dos produtos obtidos pelo processo, de acordo com a invenção.

A soma do teor em ferro e do teor em silício é no máximo de

0,20 % em peso. De preferência, os teores em ferro e em silício são, cada um, no máximo de 0,08 % em peso. Em uma realização vantajosa da invenção os teores em ferro e em silício são no máximo de 0,06 e 0,4 % em peso,

9/18 respectivamente. Um teor em ferro e em silício controlado e limitado contribui para a melhoria do compromisso entre resistência mecânica e tolerância aos danos.

A liga contém também pelo menos um elemento que pode con5 tribuir para o controle do tamanho de grãos escolhido dentre CR, Se, Hf e Ti, a quantidade do elemento, se for escolhido, sendo de 0,05 a 0,3% em peso para Cr e para Se, 0,05 a 0,5% em peso para Hf e de 0,01 a 0,15% em peso para Ti. De maneira preferida, escolhe-se acrescentar entre 0,01 e 0,10% em peso de titânio e limita-se o teor em Cr, Se e Hf à no máximo 0,05% em peso, esses elementos podendo ter um efeito desfavorável, notadamente sobre a densidade e sendo acrescentados apenas para favorecer ainda a obtenção de uma estrutura essencialmente não-recristalizada, se necessário. O zinco é uma impureza indesejável, notadamente em razão de sua contribuição para a densidade da liga. O teor em zinco é inferior a 0,20% em peso, de preferência, Zn < 0,15% em peso e de maneira preferida Zn < 0,05% em peso. O teor em zinco é vantajosamente inferior a 0,04% em peso.

É possível selecionar o teor dos elementos de liga para minimizar a densidade. De preferência, os elementos de adições que contribuem para aumentar a densidade tais como Cu, Zn, Mn e Ag são minimizados e os elementos contribuindo para diminuir a densidade, tais como o Li e Mg são maximizados, de forma a atingir uma densidade inferior a 2,73 g/cm³ e, de preferência, inferior a 2,70 g/cm³.

O processo de fabricação dos produtos, de acordo com a inven25 ção, compreende as etapas de elaboração, fundição, homogeneização, laminação com uma temperatura superior a 400 °C, colocada em solução, têmpera, tração entre 2 e 3,5% e revenido.

Em uma primeira etapa, elabora-se um banho de metal líquido de forma a se obter uma liga de alumínio de composição, de acordo com a invenção.

O banho de metal líquido é em seguida fundido sob a forma de placa de laminação.

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A placa de laminação é em seguida homogeneizada de forma a atingir uma temperatura compreendida entre 450 °C e 550 °C e, de preferência, entre 480 °C e 530 °C por uma duração compreendida entre 5 e 60 horas. O tratamento de homogeneização pode ser realizado em um ou vá5 rios patamares.

Após homogeneização, a placa de laminação é, em geral, resfriada até a temperatura ambiente, antes de ser pré-aquecida, visando ser laminada a quente. O pré-aquecimento tem por objetivo atingir uma temperatura que permite manter uma temperatura de pelo menos 400 °C e, de prefe10 rência, de pelo menos 420 °C, quando da laminação a quente. Um aquecimento intermediário é realizado, se, no decorrer da laminação a quente, a temperatura diminuir, de forma excessiva. A laminação a quente é realizada até uma espessura compreendida, de preferência, entre 8 e 50 mm, e, de maneira preferida, entre 12 e 40 mm.

Não se realiza deformação a frio significativa, notadamente por laminação a frio, entre a laminação a quente e a colocação em solução. Com efeito, essa etapa de laminação a frio correría o risco de levar a uma estrutura recristalizada que é indesejável no âmbito da invenção. Uma deformação a frio significativa é tipicamente uma deformação de pelo menos aproxima20 damente 5% ou 10%.

O produto assim obtido é em seguida colocado em solução por tratamento térmico, permitindo atingir uma temperatura compreendida entre 490 e 530 °C durante 15 minutos a 8 horas, depois temperado tipicamente com água à temperatura ambiente ou preferencialmente água fria.

A combinação da composição escolhida, em particular do teor em zircônio, e da faixa de transformação, em particular a temperatura de deformação a quente e a ausência de deformação a frio, antes da colocação em solução, permite obter uma estrutura granular essencialmente nãorecristalizada. Por estrutura granular essencialmente não-recristalizada, en30 tende-se uma taxa de estrutura granular não-recristalizada à meia-espessura superior a 70% e, de preferência, superior a 85%.

O produto sofre em seguida uma tração controlada com uma de11/18 formação permanente de 2 a 3,5% e preferencialmente de 2,0% a 3,0%. Uma tração controlada com uma deformação permanente máxima de aproximadamente 2,5% é preferida. Os presentes inventores constataram que, de maneira surpreendente, o limite de elasticidade em compressão diminui com as deformações permanentes crescentes, quando da tração controlada, enquanto que o limite de elasticidade em tração aumenta nessas condições nessas condições. Existe, portanto, uma deformação permanente por tração controlada ótima, permitindo obter uma limite de elasticidade em compressão elevada, mantendo um limite de elasticidade em tração suficiente. De maneira vantajosa, a deformação permanente por tração controlada é escolhida de maneira a se obter um limite de elasticidade em compressão pelo menos igual ao limite de elasticidade em tração. Os presentes inventores constataram, por outro lado, que, de maneira surpreendente, o efeito da taxa de deformação permanente sobre o limite de elasticidade em compressão é específico aos produtos laminados, testes sobre os produtos fiados mostraram-se que esse efeito não é observado nesse caso.

Etapas conhecidas tais como a laminação, a planagem, a correção, a a enformação podem ser opcionalmente realizadas, após colocação em solução e têmpera, e antes ou depois da tração controlada. Em um modo de realização da invenção, realiza-se uma etapa de laminação a frio de pelo menos 7% e, de preferência, de pelo menos 9% e de no máximo 15%, após colocação em solução e têmpera e antes da tração controlada. Todavia, considerando-se notadamente o custo dessa etapa de laminação a frio suplementar, é vantajoso em um outro modo de realização realizar diretamente a tração controlada, após colocação em solução e têmpera.

Um revenido é realizado no qual o produto atinge uma temperatura compreendida entre 130 e 170 °C e, de preferência, entre 150 e 160 °C durante 5 a 100 horas e, de preferência, de 10 a 70 horas. O revenido pode ser realizado em um ou vários patamares.

É conhecido que, para as ligas com endurecimento estrutural, tais como as ligas Al-Cu-Li, o limite de elasticidade aumenta com a duração de revenido a uma temperatura determinada até um valor máximo denomi12/18 nado o pico de endurecimento ou «pico» depois diminui com a duração de revenido. No âmbito da presente invenção, denomina-se curva de revenido a evolução do limite de elasticidade, em função da duração equivalente de revenido a 155 °C. Um exemplo de curva de revenido é apresentado na figu5 ra 1. No âmbito da presente invenção, determina-se se um ponto N da curva de revenido, de duração equivalente a 155 °C Í_N e de limite de elasticidade R_po₂ (N) θ próximo do pico, determinando a inclinação P_N da tangente à curva de revenido no ponto N. Considera-se no âmbito da presente invenção que o limite de elasticidade de um ponto N da curva de revenido é próximo do limi10 te de elasticidade no pico, caso o valor absoluto da inclinação Pn seja de mais de Mpa/h. Conforme ilustrado pela figura 1, um estado de sub-revenido é um estado para o qual P_N é positivo e um estado sobrerrevenido é um estado para o qual P_N é negativo.

Para se obter um valor aproximado de P_N, para seu ponto N da curva em um estado de sub-revenido, pode-se determinar a inclinação da reta que passa pelo ponto N e pelo ponto precedente N-1, obtido para uma duração ín-í < ín e apresentando um limite de elasticidade R_po₂ (N-1), têm-se assim ^pN ~ (Rjp.2 (n> - Rp₀,2 (κ-i)) / (Ín - tn-i). Na teoria, o valor exato de Pn é obtido quando ín-í tende para t^ Todavia, se a diferença ÍN-tNifor pequena, a variação de limite elástico corre o risco de ser pouco significativa e o valor impreciso. Os presentes inventores constataram que uma aproximação satisfatória de Pn é em geral obtida, quando a diferença tN - tNi está compreendida entre 2 e 20 horas e, de preferência, é da ordem de 3 horas.

O tempo equivalente t; a 155 °C é definido pela fórmula:

Jexp(-16400/ T) dt ' exp(-16400 / Tref) na qual T (em Kelvin) é a temperatura instantânea de tratamento do metal, que evolui com o tempo t (em horas), e T_ref é uma temperatura de referência fixada a 428 K. tj é expresso em horas. A constante Q/R = 16400 K é derivada na energia de ativação para a difusão do Cu, para a qual o valor Q =

136100 J/mol foi utilizada.

Pode-se utilizar elasticidade em tração ou em compressão para

13/18 determinar se o revenido permite atingir um próximo do pico, todavia, os resultados não são necessariamente idênticos. No âmbito da invenção, preferem-se utilizar os valores de limite de elasticidade em compressão para otimização do revenido.

Em geral, para as ligas de tipo Al-Cu-Li, os estados nitidamente sub-revenidos correspondem a compromissos entre a resistência mecânica estática (R_po₂, R_m) θ a tolerância aos danos (tenacidade, resistência à propagação das fissuras em fadiga) mais interessante que o pico e a fortiori do que além do pico. Todavia, os presentes inventores constataram que um estado próximo do pico permite, ao mesmo tempo, obter um compromisso entre resistência mecânica estática e tolerância aos danos que interessam, mas também melhorar o desempenho em termos de resistência à corrosão e de estabilidade térmica.

Além disso, a utilização de um estado próximo do pico permite melhorar a robustez do processo industrial: uma variação das condições de revenido leva a uma pequena variação das propriedades obtidas.

Assim, é vantajoso realizar um estado sensivelmente de subrevenido próximo do pico do limite de elasticidade em compressão, isto é, um estado essencialmente de sub-revenido com as condições de duração e de temperatura equivalente àquelas de um ponto N da curva de revenido em compressão a 155 °C tal que a tangente à curva de revenido nesse ponto tem uma inclinação Pn expressa em Mpa/h, tal como -1 < P_N 3 e, de preferência, - 0,5 < PN < 2,3.

Os produtos laminados obtidos pelo processo, de acordo com a invenção, têm, para uma espessura compreendida entre 8 e 50 mm, à meia espessura pelo menos uma das seguintes combinações de características :

(i) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 600 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 610 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 620 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 630 MPa e uma tenacidade tal que Kic (L-T) > 28 MPaVm e, de preferência, K_1C (L-T) > 32 MPaVm e/ou K_app (L-T) > 73 MPaVm e, de preferência, K_app (L-T) > 79 MPaVm, para amostras CCT de

14/18 largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(ii) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 630 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 640 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 640 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 650 MPa e uma tenacidade tal que Ki_c (L-T) > 26 MPaVm e, de preferência, Kic (L-T) > 30 MPaVm e/ou K_app (L-T) > 63 MPaVm e, de preferência, K_app (L-T) > 69 MPaVm, para amostras CCT de largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(iii) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limi10 te de elasticidade em tração R_po₂ (L) >610 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) >

620 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 620 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 630 MPa e uma tenacidade Ki_c (L-T) > 22 MPaVm e de preferência, Ki_c (L-T) > 24 MPaVm;

(iv) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limi15 te de elasticidade em tração R_po₂ (L) > 600 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) >610 MPa, um limite de elasticidade em compressão R_po₂ (L) > 580 MPa e, de preferência, R_po₂ (L) > 590 MPa e uma tenacidade Kic (L-T) > 24 MPaVm e de preferência, Kic (L-T) > 26 MPaVm.

Os elementos de estrutura de avião, de acordo com a invenção, 20 compreendem produtos, de acordo com a invenção. Um elemento de estrutura de avião preferido é um revestimento de velame extradorso.

A utilização de um elemento de estrutura incorporando pelo menos um produto, de acordo com a invenção, ou fabricado a partir de um tal produto é vantajoso, em particular para a construção aeronáutica. Os produ25 tos, de acordo com a invenção, são particularmente vantajoso para a realização de elementos extradorso de asa de avião.

Esses aspectos, assim como outros da invenção são explicados mais em detalhes com o auxílio dos seguintes exemplos ilustrativos e não limitativos.

Exemplos Exemplo 1

Nesse exemplo, uma placa de seção 406 x 1520 mm em liga do

15/18 processo, de acordo com a invenção, cuja a composição é dada no tabela 1 foi fundida.

Tabela 1; composição em % em peso e densidade da liga N°1 _

Liga	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ag	Li	Zr	Ti	Densidade (g/cm³)
N°1	0,03	0,05	4,56	0,38	0,42	0,02	0,31	1,09	0,13	0,03	2,727

A placa foi homogeneizada a aproximadamente 500°C durante aproximadamente 20 horas. A placa foi laminada a quente a uma temperatura superior a 445°C para serem obtidas chapas de espessura 25 mm. As chapas foram colocadas em solução a aproximadamente 510°C durante 5 h, temperadas com água a 20°C. As chapas foram em seguida tracionadas com um alongamento permanente compreendido entre 2 e 6%.

As chapas sofreram um revenido monograu de 40 horas a 155°C para as trações a 2 e 3%, 30 horas para 4% e 20 horas para 6%, esse revenido permitindo atingir um limite de elasticidade em tração e em compressão no pico ou próxima do pico. Amostras foram colocadas meia-espessura para medir as características mecânicas estáticas em tração e em compressão assim como a tenacidade KQ. As amostras utilizadas para a medida de tenacidade tinham uma largura W = 40 mm e uma espessura B = 20 mm. As medidas feitas eram válidas, segundo a norma ASTM E399. Os resultados são apresentados na Tabela 2.

A estrutura das chapas obtidas era essencialmente não-re20 cristalizada. A taxa de estrutura granular não recristalizada à meia espessura era de 90%.

Tabela 2. Propriedades mecânicas obtidas pelas diferentes chapas.

Liga	Revenido	Alongamento permanente quando da tração controlada	RpO0,2 L Tração (Mpa)	R_po₂L Com- pressão (MPa)	Kic (MPa.m^1/2) L-T
N°1	40 h155 °C	2%	621	639	24,2
40 h155 °C	3%	627	633
30h 155 °C	4%	633	629
20h155°C	6%	635	622	23,4

A figura 2 apresenta a evolução do limite de elasticidade em tra16/18 ção e em compressão em função do alongamento permanente quando da tração controlada. Para um alongamento permanente, quando da tração compreendida entre 2 e 3,5% um compromisso favorável é obtido entre o limite de elasticidade em compressão e o limite de elasticidade em tração.

Assim, nessas condições, o limite de elasticidade em compressão é superior ao limite de elasticidade em tração, a elasticidade em tração permanecendo superior a 620 MPa.

Exemplo 2

Nesse exemplo, várias placas de seção 120 x 80 mm cuja a 10 composição é dada na tabela 3 foram fundidas.

Tabela 3. Composição em % em peso e densidade das ligas Al-Cu-Li fundidas sob a forma de placa.

Li- ga	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ag	Li	Zr	Ti	Densidade (g/cm³)
N°2	0,03	0,04	4,34	-	0,30	-	0,37	0,91	0,14	0,02	2,717
N°3	0,03	0,06	4,37	-	0,58	-	0,36	0,89	0,14	0,03	2,715
N°4	0,03	0,05	4,31	-	0,33	-	0,37	1,14	0,14	0,03	2,698
N°5	0,03	0,05	4,37	-	0,58	-	0,36	1,15	0,13	0,03	2,694

As placas foram homogeneizadas por um tratamento bigrau de 8 horas a 500 °C seguido de 12 horas a 510 °C, depois escalpadas. Após ho15 mogeneização, as placas foram laminadas a quente para serem obtidas chapas com uma espessura de 9,4 mm, com aquecimento intermediário, no caso em que a temperatura diminui a menos de 400 °C. As chapas foram colocadas em solução durante 5 h a aproximadamente 510 °C temperadas na água fria e tracionadas com um alongando permanente de 3%.

A estrutura das chapas obtidas era essencialmente nãorecristalizado. A taxa de estrutura granular não-cristalizada à meiaespessura era de 90%.

As chapas sofreram um revenido compreendido entre 15 h e 50 h a 155 °C. Amostras foram coletadas à meia-espessura para medir as ca25 racterísticas mecânicas estáticas em tração, em compressão, assim como a tenacidade KQ. As amostras utilizadas para medida de tenacidade tinha uma largura W = 25 mm e uma espessura B = 8 mm. Os critérios de validade de

Kic foram preenchidos para certas amostras. Medidas de tenacidade foram

17/18 também obtidas em amostras CCT de largura de 300 mm e com espessura 6,35 mm. Os resultados obtidos são apresentados na tabela 4.

		Propriedades em tensão	Propriedades em compressão	Tenacidade
Li- ga	Duração de revenido	Rm MPa	R_po₂ Tensão MPa	A (%)	R_po₂ Com- pressão MPa	PN (MPa/h)	KQ (MPa.m^1/2) L-T	Kapp (MPa.m¹'²) L-T CCT 300
N°2	8	582	525	11,8	504
15	625	588	10,3	603	14,2	41,6
20	640	609	10,7	631	5,6	38,6 (K_1C)
30	635	606	9,6	622	-1,0	37,6
50	645	618	9,7	641	0,9	31,5 (K_1C)	76
N°3	8	592	545	10,5	536
15	633	602	9,4	613	11,0	41,9
20	640	613	8,0	625	2,3	39,7 (K_1C)
30	640	613	9,6	623	-0,2	40,9
50	649	626	8,9	647	1,2	35,3 (K_1C)	82
N°4	8	619	571	9,7	591
15	657	629	10,0	634	6,1	36,4 (K_1C)
20	668	642	9,7	649	3,0	31,5
30	671	647	8,0	652	0,3	33,6 (Kic)	66
50	674	653	8,2	668	0,8	28,1 (Kic)
N°5	8	622	588	7,7	576
15	645	620	8,3	631	7,8	35,7
20	667	643	9,4	658	5,4	32,6
30	669	650	7,0	654	-0,4	30,9	72
50	665	645	8,6			29,1 (K_1C)

A figura 3 ilustra o compromisso obtido entre o limite de elasticidade em compressão e a tenacidade K_app.

A combinação da composição preferido (Liga N°3) com o processo, de acordo com a invenção, leva, em particular, para um revenido de 50 horas a 155 °C, o revenido sendo o mais favorável do ponto de vista da estabilidade térmica, para um compromisso particularmente favorável entre o limite de elasticidade em compressão, limite de elasticidade em tração e tenacidade.

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Exemplo 3

Nesse exemplo, uma placa de seçao 406 x 1525 mm em liga do processo, de acordo com a invenção, cuja composição é dada na tabela 5, foi fundida;

Tabela 5. Composição em % em peso e densidade de liga N°1_ _

Liga	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ag	Li	Zr	Ti	Densidade (g/cm³)
N°6	0,02	0,03	4,3	-	0,58	<0,01	0,34	0,88	0,13	0,04	2,714

A placa foi homogeneizada a aproximadamente 500 °C durante aproximadamente 30 horas. A placa foi laminada a quente a uma temperatura superior a 400 °C para serem obtidas chapas de espessura de 25 mm. As chapas foram colocadas em solução a aproximadamente 510 °C durante 5 horas temperadas com água a 20 °C. As chapas foram em seguida tracionadas com um alongamento permanente de 2% ou 3%.

As chapas sofreram um revenido monograu de 10 horas a 30 horas a 155 °C. Amostras foram coletadas à meia-espessura para medir as características mecânicas estáticas em tração e em compressão assim como a tenacidade KQ. As amostras utilizadas para a medida de tenacidade tinham uma largura W = 40 mm e uma espessura B = 20 mm. As medidas efetuadas eram válidas, segundo a norma ASTM E399. Os resultados são apresentados na tabela 6.

A estrutura das chapas obtidas era essencialmente não re20 cristalizada. A taxa de estrutura granular não cristalizada à meia-espessura era superior a 90%.

Tabe a 6: Propriedades mecânicas obtidas para as diferentes chapas.

			Propriedades em tensão	Propriedade em compressão	Tenacidade
Li- ga	Alongamento permanente quando da tração con- trolada	Duração de revenido a 155 °C	Rm MPa	R_po₂ MPa	A (%)	R_po₂ Com- pressão MPa	Pn (MPa/h)	Kq (MPa.m^1/2) L-T
6	2%	10h	585	532	12,6	527		52,3
2%	20h	622	590	10,1	593	6,6	33,4 (K_1C)
2%	30h	630	604	9,1	610	1,7	28,4 (K_1C)
3%	10h	604	569	11,7	560		44,4
3%	20h	630	606	9,9	599	3,9	30,4 (K_1C)
3%	30h	635	612	9,3	609	1,1	26,4 (K_1C)

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de fabricação de um produto laminado à base de liga de alumínio, caracterizado pelo fato de que sucessivamente:

(a) se elabora um banho de metal líquido à base de alumínio 5 compreendendo 4,2 a 4,6% em peso de Cu, 0,8 a 1,30% em peso de Li, 0,5 a 0,7% em peso de Mg, 0,05 a 0,18% em peso de Zr, 0,05 a 0,5% em peso de Ag, 0,0 a 0,5% em peso de Mn, além disso, 0,20% em peso de Fe + Si, menos de 0,20% em peso de Zn, pelo menos um elemento escolhido dentre Cr, Se, Hf e Ti, a quantidade desse elemento, se for escolhido, sendo de

10 0,05% a 0,3% em peso para Cr e para Se, 0,05% a 0,5% em peso para Hf e de 0,01 a 0,15% em peso para Ti, os outros elementos no máximo de 0,05% em peso cada um e 0,15% em peso ao total, o resto alumínio;

(b) se funde uma placa de laminação a partir desse banho de metal líquido;

15 (c) se homogeneiza essa placa de laminação de forma a atingir uma temperatura compreendida entre 450°C e 550°C e, de preferência, entre 480°C e 530°C por uma duração compreendida entr e 5 e 60 horas;

(d) se lamina a quente essa placa de laminação em uma chapa, com espessura entre 8 a 50 mm, mantendo-se a temperatura superior a

20 400°C e, de preferência, superior a 420°C;

(e) se coloca em solução essa chapa entre 490 e 530°C durante 15 minutos a 8 horas e tempera-se esse produto;

(f) se traciona, de forma controlada, essa chapa com uma deformação permanente de 2 a 3,5% e preferencialmente de 2,0 a 3,0%;

25 (g) se realiza um revenido no qual essa chapa atinge uma temperatura compreendida entre 130 e 170°C e, de preferência, entre 150 e 160°C durante 5 a 100 horas, e de preferência, de 1 0 a 70 horas, naturalmente que não se realiza deformação a frio significativa dessa chapa, notadamente por laminação a frio, entre a laminação a quente

30 (d) e a colocação em solução (e).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de Cu está compreendido entre 4,3 e 4,4% em peso.

Petição 870180040946, de 16/05/2018, pág. 6/13

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3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o teor de Li é no máximo de 1,15% em peso e, de preferência, compreendido entre 0,85 e 0,95% em peso.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o teor de Li está compreendido entre 1,10 e 1,20% em peso.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo fato de que o teor de Mg está compreendido entre 0,50 e 0,70% em peso e, de preferência, compreendido entre 0,53 e 0,65% em peso.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o teor de Mn é inferior a 0,1% em peso e, de preferência, inferior a 0,05% em peso.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os teores em Fe e em Si são, cada um, no máximo de 0,08% em peso, e/ou o teor de Ti está compreendido entre 0,01 e 0,10% em peso e o teor de Cr, Se e Hf é no máximo 0,05% em peso, e/ou o teor de Zn é no máximo de 0,15% em peso e, de maneira preferida no máximo de 0,05% em peso.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a deformação permanente por tração controlada é escolhida de maneira a ser obtido um limite de elasticidade em compressão pelo menos igual ao limite de elasticidade em tração.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que se realiza a tração controlada diretamente após colocação em solução e têmpera.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o revenido é sub-revenido próximo do pico de limite de elasticidade em compressão.
11. Produto laminado de espessura compreendida entre 8 e 50 mm e de estrutura granular essencialmente não recristalizada, capaz de ser obtido pelo processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a

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10, caracterizado pelo fato de que apresenta à meia-espessura pelo menos uma das seguintes combinações de características:

(i) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração Rp0,2 (L) > 600 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 610 MPa, um limite de elasticidade em compressão Rp0,2 (L) > 620 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 630 MPa e uma tenacidade tal que Kw (L-T) > 28 MPaVm e, de preferência, Kw (L-T) > 32 MPaVm e/ou Kapp (L-T) > 73 MPaVm e, de preferência, Kapp (L-T) > 79 MPaVm, para amostras CCT de largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(ii) para espessuras de 8 a 15 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração Rp0,2 (L) > 630 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 640 MPa, um limite de elasticidade em compressão Rp0,2 (L) > 640 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 650 MPa e uma tenacidade tal que KiC (L-T) > 26 MPaVm e, de preferência, Kíc (L-T) > 30 MPaVm e/ou Kapp (L-T) > 63 MPaVm e, de preferência, Kapp (L-T) > 69 MPaVm, para amostras CCT de largura de 300 mm e de espessura 6,35 mm;

(iii) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração Rp0,2 (L) > 610 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 620 MPa, um limite de elasticidade em compressão Rp0,2 (L) > 620 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 630 MPa e uma tenacidade Kic (L-T) > 22 MPaVm e de preferência, Kic (L-T) > 24 MPaVm;

(iv) para espessuras de 15 a 50 mm, à meia-espessura, um limite de elasticidade em tração Rp0,2 (L) > 580 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 590 MPa, um limite de elasticidade em compressão Rp0,2 (L) > 600 MPa e, de preferência, Rp0,2 (L) > 610 MPa e uma tenacidade Kic (L-T) > 24 MPaVm e de preferência, Kic (L-T) > 26 MPaVm.
12. Elemento de estrutura de avião, de preferência, um revestimento de velame extradorso, caracterizado pelo fato de que compreende um produto, como definido na reivindicação 11.
13. Uso de um produto, como definido na reivindicação 11, ou de um elemento de estrutura, como definido na reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que é para construção aeronáutica.
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