BR112017006271B1

BR112017006271B1 - Chapa de liga de alumínio, parte de corpo automotivo e método para produzir uma chapa de liga de alumínio

Info

Publication number: BR112017006271B1
Application number: BR112017006271-2A
Authority: BR
Inventors: Michael Bull; Rajeev G. Kamat
Original assignee: Novelis Inc.
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2021-09-21
Also published as: RU2689830C2; EP4227429A1; ES2970365T3; CN110964954A; JP2020158885A; KR20170072332A; EP3699309A1; KR102159857B1; CA2962629A1; RU2017115338A; CN106795592A; RU2017115338A3; CN114351012A; EP3699309B1; CA2962629C; JP2017534762A; ES2793021T3; JP6771456B2; MX2017005414A; US11193192B2

Abstract

a presente invenção se refere a produtos de liga de alumínio que podem ser rebitadas e possuem propriedades de ductilidade e rigidez excelentes. a presente invenção também se refere a um método de produzir os produtos de liga de alumínio. em particular, esses produtos têm aplicação na indústria automotiva.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório no U.S. 62/069.569, depositado em 28 de outubro de 2014, que está incorporado a título de referência no presente documento, em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a produtos de liga de alumínio que têm uma maleabilidade muito satisfatória no revenido T4 e tenacidade e ductilidade particularmente altas nos revenidos de resistência mecânica alta (por exemplo, os revenidos T6, T8 e T9). A ductilidade e a tenacidade são tais que a liga pode ser rebitada nesses revenidos de resistência mecânica alta e possuem propriedades de ductilidade e tenacidade excelentes no seu serviço pretendido. A presente invenção também se refere a um método de produzir os produtos de liga de alumínio. Em particular, esses produtos têm aplicação na indústria automotiva.

ANTECEDENTES

[003] As partes de corpo para muitos veículos são fabricadas a partir de diversas chapas de corpo. Até o presente momento na indústria automotiva, essas chapas foram feitas na maior parte de aço. Entretanto, mais recentemente, houve uma tendência na indústria automotiva de substituir as chapas de aço mais pesadas por chapas de alumínio mais leves.

[004] Para serem aceitáveis para chapas de corpo de automóvel, entretanto, ligas de alumínio devem não possuir apenas as características exigidas de resistência mecânica e resistência à corrosão, por exemplo, mas também podem exibir uma ductilidade e uma tenacidade satisfatórias. Essas características são importantes visto que as chapas de corpo automotivo precisam ser afixadas a ou combinadas com outras chapas, painéis, quadros, e semelhantes. Métodos de afixar ou combinar chapas incluem soldagem por pontos de resistência, rebitagem autopenetrante, ligação adesiva, grafagem, e semelhantes.

[005] A rebitagem autopenetrante é um processo no qual um rebite penetra completamente a chapa de topo, mas penetra apenas parcialmente a chapa de fundo. A extremidade de cauda do rebite não rompe através da chapa de fundo e, como resultado, fornece uma junta de água ou à prova de gás entre as chapas de topo e de fundo. Adicionalmente, a extremidade de cauda do rebite se expande e intertrava a chapa de fundo que forma um botão de perfil baixo. Para garantir a resistência mecânica de junta máxima e integridade e durabilidade em serviço, o material de chapa de alumínio deformada deve ser essencialmente livre de todos os defeitos. Esses defeitos podem incluir cavidades internas ou rachaduras, rachaduras externas, ou fissuras de superfície significantes. Visto que há muitas combinações de espessuras de chapa e tipos de rebite, cada uma das quais devem ser “sintonizadas” à situação de produção, não é prático usar a rebitagem em si como uma avaliação da ductilidade e da tenacidade do material. Um substituto próximo para a deformação que o material experimenta durante a rebitagem é submeter o material, na resistência mecânica de serviço pretendida, a uma operação de flexão. Então, submetendo-se o material a essa operação de flexão, o material pode ser classificado quanto à sua capacidade para ser rebitado, ou para ser suficientemente dúctil ou rígido no serviço pretendido. A conformação completa é conduzida com o desempenho de rebitagem e colisão real. Até o presente momento, os dados de flexão se correlacionaram suficientemente bem ao desempenho de serviço atual; desse modo, o teste de flexão é o critério de liberação oficial por pelo menos um dentre os Fabricantes de Equipamento Original (OEM). Outros testes, como o teste de cisalhamento, também são meios de avaliar a tenacidade.

[006] Com os padrões altos de OEM, a rebitagem autopenetrante exige chapas de metal com ductilidade e tenacidade suficientes que satisfazem as razões raio/espessura (r/t) de chapa de flexão exigidas. Ter ductilidade suficiente é crucial devido ao fato de que garante que as chapas de metal possam ser rebitadas em uma resistência mecânica particular e possam satisfazer as exigências de tenacidade gerais durante um evento de colisão. O material precisa reter ductilidade suficiente, de modo que deforme com um grau razoável de plasticidade, em vez de por um evento de fratura rápida. Isso é uma exigência particularmente difícil de satisfazer. Por exemplo, sabe-se geralmente no campo que, para flexionar ligas de alumínio em resistência mecânicas similares, a razão r/t está normalmente entre 2 a 4. Até o presente momento, todos os materiais com uma razão r/t maior que 1 exibiu comportamento de rebitagem muito insatisfatório. Algumas juntas rebitadas aceitáveis foram feitas com material que exibe uma razão r/t de menos de 0,6 (por exemplo, entre 0,4 e 0,6). Entretanto, para as juntas rebitadas mais difíceis, o material deve exibir uma razão r/t de menos de 0,4. A uma razão r/t de 0,4, as tensões de superfície de fibra externa estão no excesso de 40%, que é uma exigência de deformação severa, anteriormente inalcançável nessas resistência mecânicas de serviço altas acima de 260 MPa de limite elástico (YS), e tipicamente na faixa de 280 a 300 MPa de YS. Visto que a resistência mecânica de serviço atual está tipicamente na faixa de 280 a 300 MPa de YS, essa combinação de resistência mecânica e ductilidade é particularmente difícil de obter.

[007] Portanto, há uma necessidade de uma chapa de corpo automotivo que possa ser rebitado e satisfazer exigências de ductilidade e tenacidade durante um evento de colisão.

SUMÁRIO

[008] As modalidades abrangidas da invenção são definidas pelas reivindicações, não por este sumário. Este sumário é uma vista geral de nível alto de vários aspectos da invenção e introduz parte dos conceitos que são adicionalmente descritos na seção de Descrição Detalhada abaixo. Este sumário não é destinado a identificar recursos- chave ou essenciais da matéria reivindicada e nem é destinado a ser usado de modo isolado para determinar o escopo da matéria reivindicada. A matéria deve ser entendida por referência para porções apropriadas do relatório descritivo inteiro, quaisquer ou todos os desenhos e cada reivindicação.

[009] A presente invenção resolve os problemas na técnica anterior e fornece chapas de alumínio automotivas que têm maleabilidade muito satisfatória no revenido T4 e tenacidade e ductilidade particularmente altas nos revenidos de resistência mecânica alta, como os revenidos T6, T8 e T9. A ductilidade e a tenacidade são tais que a liga pode ser rebitada nesses revenidos de resistência mecânica alta e possuem propriedades de ductilidade e tenacidade excelentes para seu serviço pretendido. A capacidade para rebitar de modo bem-sucedido o material nesses revenidos de resistência mecânica alta, que também é geralmente a condição de revenido de serviço, é, em si, um teste severo da tenacidade e da ductilidade do material visto que a operação de rebitagem submete o material a uma tensão muito alta e a um processo de deformação de taxa de tensão. Adicionalmente, a presente invenção fornece um processo de preparar as chapas de alumínio automotivas. Como um exemplo não limitante, o processo da presente invenção tem aplicação particular na indústria automotiva.

[0010] Em modalidades diferentes, as ligas da presente invenção podem ser usadas para fazer produtos na forma de extrusões, placas, chapas e peças forjadas.

[0011] Outros objetivos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir de modalidades da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0012] A Figura 1 é uma representação esquemática de taxas de aquecimento empregadas associadas ao Exemplo 1.

[0013] A Figura 2 é um gráfico que ilustra o número de densidade, a porcentagem de área e o tamanho médio de dispersoides produzidos por práticas de homogeneização diferentes.

[0014] A Figura 3 é um gráfico que ilustra o tamanho médio e a fração de área dividida pelo raio (f/r) de dispersoides produzidos por práticas de homogeneização diferentes.

[0015] A Figura 4 é um gráfico que mostra a frequência e a área de dispersoides produzidos por homogeneização a 570 °C por 8 horas (barra de histograma esquerda em cada conjunto), a 570 °C por 4 horas (barra de histograma direita em cada conjunto), e por uma prática de duas etapas a 560 °C por 6 horas e, então, a 540 °C por 2 horas (barra de histograma direita em cada conjunto).

[0016] A Figura 5 é um gráfico que mostra a frequência e a área de dispersoides produzidos por homogeneização a 550 °C por 8 horas (barra de histograma esquerda em cada conjunto), a 550 °C por 4 horas (barra de histograma direita em cada conjunto), e por uma prática de duas etapas a 560 °C por 6 horas e, então, a 540 °C por 2 horas (barra de histograma direita em cada conjunto).

[0017] A Figura 6 é um gráfico que mostra a frequência e a área de dispersoides produzidos por homogeneização a 530 °C por 8 horas (barra de histograma esquerda em cada conjunto), a 530 °C por 4 horas (barra de histograma direita em cada conjunto), e por uma prática de duas etapas a 560 °C por 6 horas e, então, a 540 °C por 2 horas (barra de histograma direita em cada conjunto).

[0018] A Figura 7A é um mapa de composição dos lingotes conforme fundidos.

[0019] A Figura 7B é um mapa de composição dos lingotes após uma etapa de homogeneização a 530 °C por 4 horas.

[0020] A Figura 7C é um mapa de composição dos lingotes após uma etapa de homogeneização a 530 °C por 8 horas.

[0021] A Figura 8 é uma representação esquemática de limite elástico (MPa) e razão r/t das ligas x615 e x616 no revenido T82 a várias temperaturas de tratamento a quente de solução (SHT). x615 tem uma faixa de temperatura de SHT mais ampla que x616 para obter valores de r/t abaixo de 0,4. O limite elástico mínimo de T82 e os valores máximos de razão r/t também são mostrados.

[0022] A Figura 9 é uma representação esquemática de um gráfico de efeitos principais para o gráfico de r/t média, em que a razão r/t é o eixo geométrico vertical e a quantidade é o eixo geométrico horizontal (mais Mg - r/t mais baixa; menos Si - r/t mais baixa). Esse gráfico de efeitos é o resultado de um teste industrial de 32 lingotes, pelo qual os teores de Cu, Mg e Si juntamente com 2 parâmetros de linha foram sistematicamente examinados através de um teste de DOE (Projeto de Experimento). Os detalhes desse teste são resumidos dentro dos Exemplos e com as Figuras anexas.

[0023] A Figura 10 é uma representação esquemática de condições de teste descritas no Exemplo 4.

[0024] A Figura 11 é uma representação esquemática de resultados de teste de resistência mecânica de cisalhamento máxima para as ligas x615 (barra de histograma esquerda em cada conjunto) e x616 (barra de histograma direita em cada conjunto) nos revenidos T4, T81 e T82.

[0025] A Figura 12A é uma curva de deslocamento de carga axial para amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 nos revenidos T4, T81 e T2 e da liga 5754 no revenido O. A Figura 12B é um gráfico que mostra a energia absorvida por unidade de deslocamento para amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 nos revenidos T4, T81 e T2 e da liga 5754 no revenido O. A Figura 12C é um gráfico que mostra o aumento em energia absorvida por unidade de deslocamento para amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 nos revenidos T4, T81 e T2 e da liga 5754 no revenido O. A Figura 12D é uma imagem das amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 e da liga 5754.

[0026] A Figura 13A é uma imagem de amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 no revenido T81 e no revenido T82. A Figura 13B contém imagens de amostras de rachadura preparadas a partir da liga 6111 no revenido T81 e no revenido T82 (identificado como “revenido T6x”).

[0027] A Figura 14 contém gráficos que mostram o alongamento uniforme (gráfico superior esquerdo), o alongamento total (gráfico inferior esquerdo), o limite elástico (gráfico superior direito) e a resistência à tração máxima (gráfico inferior direito) para o material de x615 após reaquecer o material de x615 aquecido a quente de solução para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C.

[0028] A Figura 15A é uma curva de deslocamento de carga axial para amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 após reaquecer o material de x615 tratado a quente de solução para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C. A Figura 15B é um gráfico que mostra a energia absorvida por unidade de deslocamento para amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 após reaquecer o material de x615 tratado a quente de solução para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C. A Figura 15C é um gráfico que mostra o aumento em energia absorvida por unidade de deslocamento para as amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 após reaquecer o material de x615 tratado a quente de solução para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C. A Figura 15D é uma imagem das amostras de rachadura preparadas a partir da liga x615 após reaquecer o material de x615 tratado a quente de solução para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0029] A presente invenção fornece chapas de alumínio automotivas inovadoras que podem ser rebitadas enquanto satisfazem as exigências de ductilidade e de tenacidade durante um evento de colisão. Adicionalmente, a presente invenção fornece um processo de preparar as chapas de alumínio automotivas.

[0030] As chapas de alumínio automotivas inovadoras da presente invenção são preparadas por um processo inovador para garantir que: 1) o teor de liga de alumínio minimize as fases solúveis fora da solução coerente com as exigências de resistência mecânica e tenacidade, 2) a liga contenha dispersoides suficientes para reduzir a localização de tensão e distribuir de modo uniforme a deformação, e 3) as fases insolúveis sejam ajustadas para o nível apropriado para ser coerente com o tamanho de grão alvo e morfologia nas aplicações automotivas industriais.

DEFINIÇÕES E DESCRIÇÕES:

[0031] Conforme usado no presente documento, os termos “invenção”, “a invenção”, “esta invenção” e “a presente invenção” são destinados a se referir de modo amplo à toda matéria deste pedido de patente e às reivindicações abaixo. As declarações que contêm esses termos devem ser entendidas sem limitação à matéria descrita no presente documento ou sem limitação ao significado ou escopo das reivindicações de patente abaixo.

[0032] Nesta descrição, é feita referência a ligas identificadas por números AA e outras designações relacionadas, como “série” ou “6xxx”. Para um entendimento do sistema de designação numérica mais comumente usado na nomeação e identificação de alumínio e suas ligas, consultar “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” ou “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por The Aluminum Association.

[0033] Conforme usado no presente documento, o significado de “um”, “uma”, “o” e “a” inclui referências singulares e plurais, a menos que o contexto dite claramente de outro modo.

[0034] Nas modalidades a seguir, as ligas de alumínio são descritas em termos de sua composição elementar em porcentagem em peso (% em peso). Em cada liga, o restante é alumínio, com uma % em peso máximo de 0,1% para todas as impurezas.

CHAPAS DE ALUMÍNIO

[0035] As chapas de alumínio descritas no presente documento podem ser preparadas a partir das ligas tratáveis a quente. Em uma primeira modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0036] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui cobre (Cu) em uma quantidade de 0,40% a 0,80% (por exemplo, de 0,45% a 0,75%, de 0,45% a 0,65%, de 0,50% a 0,60%, de 0,51% a 0,59%, de 0,50% a 0,54%, ou de 0,68% a 0,72%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,40%, 0,41%, 0,42%, 0,43%, 0,44%, 0,45%, 0,46%, 0,47%, 0,48%, 0,49%, 0,50%, 0,51%, 0,52%, 0,53%, 0,54%, 0,55%, 0,56%, 0,57%, 0,58%, 0,59%, 0,60%, 0,61%, 0,62%, 0,63%, 0,64%, 0,65%, 0,66%, 0,67%, 0,68%, 0,69%, 0,70%, 0,71%, 0,72%, 0,73%, 0,74%, 0,75%, 0,76%, 0,77%, 0,78%, 0,79% ou 0,80% de Cu. Tudo expresso em % em peso.

[0037] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui ferro (Fe) em uma quantidade de 0% a 0,4% (por exemplo, de 0,1% a 0,35%, de 0,1% a 0,3%, de 0,22% a 0,26%, de 0,17% a 0,23%, ou de 0,18% a 0,22%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,26%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34%, 0,35%, 0,36%, 0,37%, 0,38%, 0,39% ou 0,40% de Fe. Tudo expresso em % em peso.

[0038] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui magnésio (Mg) em uma quantidade de 0,40% a 0,90% (por exemplo, de 0,45% a 0,85%, de 0,5% a 0,8%, de 0,66% a 0,74%, de 0,54% a 0,64%, de 0,71% a 0,79%, ou de 0,66% a 0,74%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,40%, 0,41%, 0,42%, 0,43%, 0,44%, 0,45%, 0,46%, 0,47%, 0,48%, 0,49%, 0,50%, 0,51%, 0,52%, 0,53%, 0,54%, 0,55%, 0,56%, 0,57%, 0,58%, 0,59%, 0,60%, 0,61%, 0,62%, 0,63%, 0,64%, 0,65%, 0,66%, 0,67%, 0,68%, 0,69%, 0,70%, 0,71%, 0,72%, 0,73%, 0,74%, 0,75%, 0,76%, 0,77%, 0,78%, 0,79%, 0,80%, 0,81%, 0,82%, 0,83%, 0,84%, 0,85%, 0,86%, 0,87%, 0,88%, 0,089% ou 0,90% de Cr. Tudo expresso em % em peso.

[0039] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui manganês (Mn) em uma quantidade de 0% a 0,4% (por exemplo, de 0,01% a 0,4%, de 0,1% a 0,35%, de 0,15% a 0,35%, de 0,18% a 0,22%, de 0,10% a 0,15%, de 0,28% a 0,32%, ou de 0,23% a 0,27%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,26%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34%, 0,35%, 0,36%, 0,37%, 0,38%, 0,39% ou 0,40% de Mn. Tudo expresso em % em peso.

[0040] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui silício (Si) em uma quantidade de 0,40% a 0,70% (por exemplo, de 0,45% a 0,65%, de 0,57% a 0,63%, de 0,55% a 0,6%, ou de 0,52% a 0,58%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,40%, 0,41%, 0,42%, 0,43%, 0,44%, 0,45%, 0,46%, 0,47%, 0,48%, 0,49%, 0,50%, 0,51%, 0,52%, 0,53%, 0,54%, 0,55%, 0,56%, 0,57%, 0,58%, 0,59%, 0,60%, 0,61%, 0,62%, 0,63%, 0,64%, 0,65%, 0,66%, 0,67%, 0,68%, 0,69% ou 0,70% de Si. Tudo expresso em % em peso.

[0041] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui titânio (Ti) em uma quantidade de 0% a 0,2% (por exemplo, de 0,05% a 0,15%, de 0,05% a 0,12%, ou de 0% a 0,08%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% ou 0,20% de Ti. Em algumas modalidades, Ti não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0042] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui zinco (Zn) em uma quantidade de 0% a 0,1% (por exemplo, de 0,01% a 0,1% ou de 0% a 0,05%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09% ou 0,10% de Zn. Em algumas modalidades, Zn não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0043] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui crômio (Cr) em uma quantidade de 0% a 0,2% (por exemplo, de 0,02% a 0,18%, de 0,02% a 0,14%, de 0,06% a 0,1%, de 0,03% a 0,08%, ou de 0,10% a 0,14%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% ou 0,20% de Cr. Em algumas modalidades, Cr não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0044] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui chumbo (Pb) em uma quantidade de 0% a 0,01% (por exemplo, de 0% a 0,007% ou de 0% a 0,005%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009% ou 0,010% de Pb. Em algumas modalidades, Pb não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0045] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui berílio (Be) em uma quantidade de 0% a 0,001% (por exemplo, de 0% a 0,0005%, de 0% a 0,0003%, ou de 0% a 0,0001%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,0001%, 0,0002%, 0,0003%, 0,0004%, 0,0005%, 0,0006%, 0,0007%, 0,0008%, 0,0009% ou 0,0010% de Be. Em algumas modalidades, Be não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0046] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui cálcio (Ca) em uma quantidade de 0% a 0,008% (por exemplo, de 0% a 0,004%, de 0% a 0,001%, ou de 0% a 0,0008%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,0001%, 0,0002%, 0,0003%, 0,0004%, 0,0005%, 0,0006%, 0,0007%, 0,0008%, 0,0009%, 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, ou 0,008% de Ca. Em algumas modalidades, Ca não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0047] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui cádmio (Cd) em uma quantidade de 0% a 0,04% (por exemplo, de 0% a 0,01%, de 0% a 0,008%, ou de 0% a 0,004%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009%, 0,010%, 0,011%, 0,012%, 0,013%, 0,014%, 0,015%, 0,016%, 0,017%, 0,018%, 0,019%, 0,020%, 0,021%, 0,022%, 0,023%, 0,024%, 0,025%, 0,026%, 0,027%, 0,028%, 0,029%, 0,030%, 0,031%, 0,032%, 0,033%, 0,034%, 0,035%, 0,036%, 0,037%, 0,038%, 0,039% ou 0,040% de Cd. Em algumas modalidades, Cd não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0048] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui lítio (Li) em uma quantidade de 0% a 0,003% (por exemplo, de 0% a 0,001%, de 0% a 0,0008%, ou de 0% a 0,0003%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,0001%, 0,0002%, 0,0003%, 0,0004%, 0,0005%, 0,0006%, 0,0007%, 0,0008%, 0,0009%, 0,0010%, 0,0011%, 0,0012%, 0,0013%, 0,0014%, 0,0015%, 0,0016%, 0,0017%, 0,0018%, 0,0019%, 0,0020%, 0,002%, 0,0022%, 0,0023%, 0,0024%, 0,0025%, 0,0026%, 0,0027%, 0,0028%, 0,0029% ou 0,0030% de Li. Em algumas modalidades, Li não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0049] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui sódio (Na) em uma quantidade de 0% a 0,003% (por exemplo, de 0% a 0,001%, de 0% a 0,0008%, ou de 0% a 0,0003%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,0001%, 0,0002%, 0,0003%, 0,0004%, 0,0005%, 0,0006%, 0,0007%, 0,0008%, 0,0009%, 0,0010%, 0,0011%, 0,0012%, 0,0013%, 0,0014%, 0,0015%, 0,0016%, 0,0017%, 0,0018%, 0,0019%, 0,0020%, 0,0021%, 0,0022%, 0,0023%, 0,0024%, 0,0025%, 0,0026%, 0,0027%, 0,0028%, 0,0029% ou 0,0030% de Na. Em algumas modalidades, Na não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0050] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui zircônio (Zr) em uma quantidade de 0% a 0,2% (por exemplo, de 0,01% a 0,2% ou de 0,05% a 0,1%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% ou 0,20% de Zr. Em algumas modalidades, Zr não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0051] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui escândio (Sc) em uma quantidade de 0% a 0,2% (por exemplo, de 0,01% a 0,2% ou de 0,05% a 0,1%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% ou 0,20% de Sc. Em algumas modalidades, Sc não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0052] Em algumas modalidades, a liga tratável a quente, conforme descrito no presente documento, inclui vanádio (V) em uma quantidade de 0% a 0,2% (por exemplo, de 0,01% a 0,2% ou de 0,05% a 0,1%) com base no peso total da liga. Por exemplo, a liga pode incluir 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% ou 0,20% de V. Em algumas modalidades, V não está presente na liga (isto é, 0%). Tudo expresso em % em peso.

[0053] Em várias modalidades, as subfaixas das faixas mostradas na primeira modalidade são usadas para fazer as ligas da presente invenção. Em uma segunda modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0054] Em uma terceira modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0055] Em uma quarta modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente, chamada de “x615” neste pedido, da composição a seguir:

[0056] Os cálculos de silício em excesso, conforme mostrado na tabela acima e nas tabelas subsequentes, foram feitos de acordo com o método na Patente no U.S. 4.614.552, coluna 4, linhas 49 a 52. O Si em excesso na terceira fileira é para o Mg2Si na segunda fileira acima. O Si em excesso na quinta fileira é para o MgSi na quarta fileira acima.

[0057] Para as ligas 6xxx tratáveis a quente, os elementos de soluto que contribuem para a resistência mecânica de endurecimento por envelhecimento incluem Cu, Mg e Si. A tabela acima é direcionada à capacidade do Mg e do Si para se combinarem para formar “Mg2Si”.

[0058] Os limites de tolerância de composição química interna atuais e as condições de processamento de CASH têm capacidade para produzir material de x615 com propriedades mecânicas e propriedades flexíveis dentro dos limites da especificação desejada. A avaliação verifica que se tem um intervalo de processo robusto na linha de CASH. As variações de composição química têm o maior impacto em propriedades mecânicas e desempenho de flexibilidade. Cu, Si e Mg aumentam o limite elástico (YS) de T4, a resistência à tração máxima (UTS) de T4, e o YS de T82. Cu influencia os valores de resistência mecânica de T4, mas o impacto na flexibilidade é pequeno. Aumentar Mg parece fornecer flexibilidade melhor. A variável única mais forte é Si: Si mais baixo fornece flexibilidade melhor e diferença mais baixa entre os limites de elasticidade de T81 e T4, isto é, ΔYS (T81 - T4) (consultar a Figura 9 e o exemplo).

[0059] Em uma quinta modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0060] Em uma sexta modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0061] Em uma sétima modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0062] Em uma oitava modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0063] Em uma nona modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

[0064] Em uma décima modalidade, a chapa de alumínio automotiva é uma liga tratável a quente da composição a seguir:

RESISTÊNCIA MECÂNICA DE SERVIÇO:

[0065] A chapa de alumínio da presente invenção pode ter uma resistência mecânica de serviço (resistência mecânica no veículo) de pelo menos cerca de 250 MPa. Em algumas modalidades, a resistência mecânica de serviço é de pelo menos cerca de 260 MPa, pelo menos cerca de 270 MPa, pelo menos cerca de 280 MPa, ou pelo menos cerca de 290 MPa. Preferencialmente, a resistência mecânica de serviço é de cerca de 290 MPa. A chapa de alumínio da presente invenção abrange qualquer resistência mecânica de serviço que tem ductilidade ou tenacidade suficientes para satisfazer a flexibilidade de r/t de 0,8 ou menos. Preferencialmente, a flexibilidade de r/t é 0,4 ou menos.

[0066] As propriedades mecânicas da chapa de alumínio são controladas por várias condições de envelhecimento dependendo do uso desejado. Em algumas modalidades, as chapas descritas no presente documento podem ser entregues a clientes em um revenido T4, um revenido T6, um revenido T8, um revenido T9, um revenido T81 ou um revenido T82, por exemplo. As chapas de T4, que se referem às chapas que são tratadas a quente de solução e naturalmente envelhecidas, podem ser entregues aos clientes. Essas chapas de T4 podem ser opcionalmente submetidas a tratamento (ou tratamentos) de envelhecimento adicional para satisfazer exigências de resistência mecânica mediante recepção por clientes. Por exemplo, as chapas podem ser entregues outros revenidos, como os revenidos T6, T8, T81, T82 e T9, submetendo-se a chapa de T4 ao tratamento a quente de solução apropriado e/ou tratamento de envelhecimento, conforme conhecido por aqueles versados na técnica.

[0067] Em algumas modalidades, as chapas podem ser pré- tensionadas em 2% e aquecidas para 185 °C durante 20 minutos para alcançar um revenido T81. Tais chapas de revenido T81 podem exibir, por exemplo, um limite elástico de 250 MPa.

CONTROLE DE MICROESTRUTURA DE DISPERSOIDE:

[0068] As ligas descritas no presente documento têm dispersoides que se formam durante o tratamento de homogeneização. O tamanho médio dos dispersoides pode ser de cerca de 0,008 μm2a cerca de 2 μm2. Por exemplo, o tamanho médio dos dispersoides pode ser de cerca de 0,008 μm2, cerca de 0,009 μm2, cerca de 0,01 μm2, cerca de 0,011 μm2, cerca de 0,012 μm2, cerca de 0,013 μm2, cerca de 0,014 μm2, cerca de 0,015 μm2, cerca de 0,016 μm2, cerca de 0,017 μm2, cerca de 0,018 μm2, cerca de 0,019 μm2, cerca de 0,02 μm2, cerca de 0,05 μm2, cerca de 0,10 μm2, cerca de 0,20 μm2, cerca de 0,30 μm2, cerca de 0,40 μm2, cerca de 0,50 μm2, cerca de 0,60 μm2, cerca de 0,70 μm2, cerca de 0,80 μm2, cerca de 0,90 μm2, cerca de 1 μm2, cerca de 1,1 μm2, cerca de 1,2 μm2, cerca de 1,3 μm2, cerca de 1,4 μm2, cerca de 1,5 μm2, cerca de 1,6 μm2, cerca de 1,7 μm2, cerca de 1,8 μm2, cerca de 1,9 μm2, ou cerca de 2 μm2.

[0069] Conforme descrito acima, as ligas descritas no presente documento são projetadas para conter um número suficiente de dispersoides para reduzir a localização de tensão e distribuir de modo uniforme a deformação. O número de partículas dispersoides por 200 μm2é preferencialmente maior que cerca de 500 partículas, conforme medido por microscopia por varredura eletrônica (SEM). Por exemplo, o número de partículas por 200 μm2pode ser maior que cerca de 600 partículas, maior que cerca de 700 partículas, maior que cerca de 800 partículas, maior que cerca de 900 partículas, maior que cerca de 1.000 partículas, maior que cerca de 1.100 partículas, maior que cerca de 1.200 partículas, maior que cerca de 1.300 partículas, maior que cerca de 1.400 partículas, maior que cerca de 1.500 partículas, maior que cerca de 1.600 partículas, maior que cerca de 1.700 partículas, maior que cerca de 1.800 partículas, maior que cerca de 1.900 partículas, maior que cerca de 2.000 partículas, maior que cerca de 2.100 partículas, maior que cerca de 2.200 partículas, maior que cerca de 2.300 partículas, ou maior que cerca de 2.400 partículas.

[0070] A porcentagem de área dos dispersoides pode estar na faixa de cerca de 0,002% a 0,01% da liga. Por exemplo, a porcentagem de área dos dispersoides nas ligas pode ser de cerca de 0,002%, cerca de 0,003%, cerca de 0,004%, cerca de 0,005%, cerca de 0,006%, cerca de 0,007%, cerca de 0,008%, cerca de 0,009%, ou cerca de 0,010%.

[0071] A fração de área dos dispersoides pode estar na faixa de cerca de 0,05 a cerca de 0,15. Por exemplo, a fração de área dos dispersoides pode ser de cerca de 0,06 a cerca de 0,14, de cerca de 0,07 a cerca de 0,13, ou de 0,08 a cerca de 0,12.

[0072] Conforme descrito adicionalmente no Exemplo 1, as condições de homogeneização impactam o tamanho médio, o número de densidade, a porcentagem de área e a fração de área dos dispersoides.

PROCESSO:

[0073] As ligas descritas no presente documento podem ser fundidas em lingotes com o uso de um processo de resfriamento direto (DC). O processo de fundição por DC é realizado de acordo com os padrões comumente usados na indústria de alumínio, conforme conhecido por uma pessoa versada na técnica. O lingote fundido pode, então, ser submetido a etapas de processamento adicionais. Em algumas modalidades, as etapas de processamento incluem, mas sem limitação, uma etapa de homogeneização, uma etapa de laminação a quente, uma etapa de laminação a frio, uma etapa de tratamento a quente de solução e, opcionalmente, um tratamento de envelhecimento.

[0074] A prática de homogeneização é selecionada para ter primeiro uma taxa de aquecimento que promove a formação de um teor de dispersoide fino. Os dispersoides, Cr e/ou Mn, precipitam (ppt) durante a porção de aquecimento do ciclo de homogeneização. As temperaturas e os tempos de pico do ciclo de homogeneização são selecionados para fornecer uma homogeneização muito completa das fases solúveis. Em algumas modalidades da etapa de homogeneização, um lingote preparado a partir de uma composição de liga, conforme descrito no presente documento, é aquecido para alcançar uma temperatura de metal de pico de pelo menos cerca de 500 °C (por exemplo, pelo menos 530 °C, pelo menos 540 °C, pelo menos 550 °C, pelo menos 560 °C, ou pelo menos 570 °C). Por exemplo, o lingote pode ser aquecido para uma temperatura de cerca de 505 °C a cerca de 580 °C, de cerca de 510 °C a cerca de 575 °C, de cerca de 515 °C a cerca de 570 °C, de cerca de 520 °C a cerca de 565 °C, de cerca de 525 °C a cerca de 560 °C, de cerca de 530 °C a cerca de 555 °C, ou de cerca de 535 °C a cerca de 560 °C. A taxa de aquecimento para a temperatura de metal de pico pode ser de 100 °C/hora ou menos, 75 °C/hora ou menos, ou 50 °C/hora ou menos. Opcionalmente, uma combinação de taxas de aquecimento pode ser usada. Por exemplo, o lingote pode ser aquecido para uma primeira temperatura de cerca de 200 °C a cerca de 300 °C (por exemplo, cerca de 210 °C, 220 °C, 230 °C, 240 °C, 250 °C, 260 °C, 270 °C, 280 °C, 290 °C, ou 300 °C) a uma taxa de cerca de 100 °C/hora ou menos (por exemplo, 90 °C/hora ou menos, 80 °C/hora ou menos, ou 70 °C/hora ou menos). A taxa de aquecimento pode, então, ser diminuída até uma segunda temperatura mais alta que a primeira temperatura ser alcançada. A segunda temperatura pode ser, por exemplo, pelo menos cerca de 475 °C (por exemplo, pelo menos 480 °C, pelo menos 490 °C, ou pelo menos 500 °C). A taxa de aquecimento da primeira temperatura para a segunda temperatura pode estar em uma taxa de cerca de 80 °C/hora ou menos (por exemplo, 75 °C/hora ou menos, 70 °C/hora ou menos, 65 °C/hora ou menos, 60 °C/hora ou menos, 55 °C/hora ou menos, ou 50 °C/hora ou menos). A temperatura pode, então, ser aumentada para a temperatura de metal de pico, conforme descrito acima, aquecendo-se em uma taxa de cerca de 60 °C/hora ou menos (por exemplo, 55 °C/hora ou menos, 50 °C/hora ou menos, 45 °C/hora ou menos, ou 40 °C/hora ou menos). É permitido que o lingote seja, então, embebido (isto é, mentido na temperatura indicada) durante um período de tempo. Em algumas modalidades, é permitido que o lingote seja embebido por até 15 horas (por exemplo, de 30 minutos a 15 horas, de modo inclusivo). Por exemplo, o lingote pode ser embebido na temperatura de pelo menos 500 °C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7 horas, 8 horas, 9 horas, 10 horas, 11 horas, 12 horas, 13 horas, 14 horas, ou 15 horas.

[0075] Em algumas modalidades, a etapa de homogeneização descrita no presente documento pode ser um processo de homogeneização de dois estágios. Nessas modalidades, o processo de homogeneização pode incluir as etapas de aquecimento e embebimento descritas acima, que podem ser chamadas de primeiro estágio, e pode incluir adicionalmente um segundo estágio. No segundo estágio do processo de homogeneização, a temperatura de lingote é mudada para uma temperatura mais alta ou mais baixa que a temperatura usada para o primeiro estágio do processo de homogeneização. Por exemplo, a temperatura de lingote pode ser diminuída para uma temperatura mais baixa que a temperatura usada para o primeiro estágio do processo de homogeneização. Nessas modalidades do segundo estágio do processo de homogeneização, a temperatura de lingote pode ser diminuída para uma temperatura de pelo menos 5 °C mais baixos que a temperatura usada para o processo de homogeneização de primeiro estágio (por exemplo, pelo menos 10 °C mais baixos, pelo menos 15 °C mais baixos, ou pelo menos 20 °C mais baixos). É permitido que o lingote seja, então, embebido durante um período de tempo durante o segundo estágio. Em algumas modalidades, é permitido que o lingote seja embebido por até 5 horas (por exemplo, de 30 minutos a 5 horas, de modo inclusivo). Por exemplo, o lingote pode ser embebido na temperatura de pelo menos 455 °C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, ou 5 horas. Após a homogeneização, pode-se permitir que o lingote seja resfriado à temperatura ambiente no ar.

[0076] No fim da etapa de homogeneização, uma etapa de laminação a quente é realizada. As condições de laminação a quente são selecionadas para reter o teor de dispersoides anteriormente produzido e para finalizar a laminação a quente com uma quantidade mínima de precipitado das fases de endurecimento solúvel fora de solução, e abaixo da temperatura de recristalização. A etapa de laminação a quente pode incluir uma operação de moagem reversa a quente e/ou uma operação de moagem em tandem a quente. A etapa de laminação a quente pode ser realizada a uma temperatura na faixa de cerca de 250 °C a 530 °C (por exemplo, de cerca de 300 °C a cerca de 520 °C, de cerca de 325 °C a cerca de 500 °C ou de cerca de 350 °C a cerca de 450 °C). Na etapa de laminação a quente, o lingote pode ser laminado a quente para um calibre de 10 mm de espessura ou menos (por exemplo, calibre de 2 mm a 8 mm de espessura). Por exemplo, o lingote pode ser laminado a quente para um calibre de 9 mm de espessura ou menos, calibre de 8 mm de espessura ou menos, calibre de 7 mm de espessura ou menos, calibre de 6 mm de espessura ou menos, calibre de 5 mm de espessura ou menos, calibre de 4 mm de espessura ou menos, calibre de 3 mm de espessura ou menos, calibre de 2 mm de espessura ou menos, ou calibre de 1 mm de espessura ou menos.

[0077] Após a etapa de laminação a quente, as bandas laminadas a quente podem ser laminadas a frio para uma chapa que tem uma espessura de calibre final de 1 mm a 4 mm. Por exemplo, as bandas laminadas a quente podem ser laminadas a frio para uma chapa que tem uma espessura de calibre final de 4 mm, 3 mm, 2 mm, ou 1 mm. A laminação a frio pode ser realizada para resultar em uma chapa que tem uma espessura de calibre final que representa uma redução de calibre geral em 20%, 50%, 75%, ou mais de 75% com o uso de conjuntos de procedimentos conhecidos por uma pessoa de habilidade comum na técnica.

[0078] A chapa laminada a frio pode, então, ser submetida a uma etapa de tratamento a quente de solução. A etapa de tratamento a quente de solução pode incluir aquecer a chapa da temperatura ambiente para uma temperatura de cerca de 475 °C a cerca de 575 °C (por exemplo, de cerca de 480 °C a cerca de 570 °C, de cerca de 485 °C a cerca de 565 °C, de cerca de 490 °C a cerca de 560 °C, de cerca de 495 °C a cerca de 555 °C, de cerca de 500 °C a cerca de 550 °C, de cerca de 505 °C a cerca de 545 °C, de cerca de 510 °C a cerca de 540 °C, ou de cerca de 515 °C a cerca de 535 °C). A chapa pode ser embebida à temperatura durante um período de tempo. Em algumas modalidades, é permitido que a chapa seja embebida durante até 60 segundos (por exemplo, de 0 segundo a 60 segundos, de modo inclusivo). Por exemplo, a chapa pode ser embebida à temperatura de cerca de 500 °C a cerca de 550 °C durante 5 segundos, 10 segundos, 15 segundos, 20 segundos, 25 segundos, 30 segundos, 35 segundos, 40 segundos, 45 segundos, 50 segundos, 55 segundos, ou 60 segundos. O grau de totalidade do tratamento a quente de solução é crítico. O tratamento a quente de solução deve ser suficiente para colocar os elementos solúveis em solução para alcançar as resistência mecânicas-alvo durante a prática de envelhecimento artificial, mas não de modo excessivo, visto que isso ultrapassará as resistência mecânicas-avo, com a diminuição rápida n tenacidade.

[0079] A composição deve ser cuidadosamente correspondida às condições de tratamento a quente de solução e prática de envelhecimento artificial. Em algumas modalidades, a temperatura de metal de pico e a duração de embebimento (segundos acima 510 °C) são selecionadas para produzir uma resistência mecânica de T82 (30 minutos a 225 °C) para não exceder 300 MPa de YS. O material pode ser levemente tratado a quente de solução, o que significa que a maioria, mas não todas as fases solúveis estão em uma solução sólida, com uma temperatura de metal de pico na faixa de cerca de 500 a 550 °C.

[0080] A chapa pode, então, ser resfriada para uma temperatura de cerca de 25 °C a cerca de 50 °C em uma etapa de arrefecimento brusco. Na etapa de arrefecimento brusco, as chapas são rapidamente arrefecidas com um líquido (por exemplo, água) e/ou gás. As taxas de arrefecimento brusco podem ser de 100 °C/s a 450 °C/s, conforme medido pela faixa de temperatura de 450 °C a 250 °C. As taxas de arrefecimento brusco mais altas possíveis são preferidas. A taxa de arrefecimento brusco da temperatura de tratamento a quente de solução pode ser acima 300 °C/s, para a maioria dos calibres, pela faixa de temperatura de 480 °C a 250 °C.

[0081] O trajeto de arrefecimento brusco é selecionado para produzir a exigência metalúrgica de não precipitar nos limites de grão durante o arrefecimento brusco, mas sem a necessidade de estiramento significante para corrigir o formato. Essas chapas iniciais são formadas antes do envelhecimento artificial e, então, devem ser planas com propriedades de formação excelentes. Isso não seria alcançado se tensões grandes fossem exigidas para corrigir o formato produzido pelo arrefecimento brusco. O material também tem propriedades de temperatura ambiente razoavelmente estáveis sem endurecimento por envelhecimento natural rápido. Em algumas modalidades, o teor de Cu está no valor mais baixo possível para minimizar qualquer potencial de corrosão e ser adequado para sistemas de tinta automotiva, mas alto o suficiente para alcançar as propriedades de resistência mecânica-alvo e tenacidade. Em algumas modalidades, Cu é 0,4% em um nível mínimo.

[0082] As chapas descritas no presente documento também podem ser produzidas a partir das ligas usando-se um método de fundição contínua, conforme conhecido por aqueles versados na técnica.

[0083] As ligas e os métodos descritos no presente documento podem ser usados em aplicações automotivas e/ou de transporte, incluindo aplicações envolvendo veículos motorizados, aeronaves e vias férreas. Em algumas modalidades, as ligas e os métodos podem ser usados para preparar os produtos de parte de corpo de veículo motorizado.

[0084] Os exemplos a seguir servirão para ilustrar adicionalmente a presente invenção sem, ao mesmo tempo, entretanto, constituir qualquer limitação da mesma. Pelo contrário, deve ser claramente entendido que a estância pode ter tido várias modalidades, modificações e equivalentes da mesma que, após a leitura da descrição no presente documento, podem se sugerir àqueles versados na técnica sem se afastar do espírito da invenção. Durante os estudos descritos nos exemplos a seguir, procedimentos convencionais foram seguidos, a menos que declarado de outro modo. Alguns dentre os procedimentos são descritos abaixo com propósitos ilustrativos.

EXEMPLO 1 DETERMINAR IMPACTO DE PRÁTICA DE HOMOGENEIZAÇÃO NA DISTRIBUIÇÃO DE DISPERSOIDES DE ESTRUTURA CONFORME HOMOGENEIZADA

[0085] As temperaturas de metal de pico (PMTs) de 530 °C, 550 °C e 570 °C foram examinadas nos tempos de embebimento de 4 horas, 8 horas e 12 horas para os lingotes de liga x615. As taxas de aquecimento são mostradas na Figura 1. Uma homogeneização de duas etapas também foi analisada, a qual envolveu aquecer os lingotes para 560 °C durante seis horas e, então, diminuir a temperatura para 540 °C e permitir que os lingotes fossem embebidos nessa temperatura durante duas horas.

[0086] Para o embebimento de 8 horas, o número de densidade de dispersoides diminuiu com a temperatura crescente. Consultar a Figura 2. Especificamente, uma temperatura de 530 °C de temperatura de metal de pico (PMT) obteve o número de densidade mais alto de dispersoides. Consultar a Figura 2. Sem se atrelar à teoria, tal efeito pode ser devido ao engrossamento. Nenhum Mg2Si foi constatado durante a investigação de microscopia eletrônica de varredura por transmissão (STEM).

[0087] Ambas as PMTs de 530 e 550 °C forneceram um número de densidade similar de dispersoides como a prática de duas etapas (identificada como “560/540” na Figura 3). Consultar a Figura 3. O menor tamanho médio foi alcançado com uma PMT de 530 °C e um embebimento de 4 horas, enquanto a fração de área mais alta foi alcançada com PMT de 530 °C e embebimento de 8 horas (dispersoides levemente ampliados, assim como um número de densidade mais alto). Consultar a Figura 3.

[0088] O processo de duas etapas foi mais eficaz que qualquer uma dentre as condições de PMMT de 570 °C. Consultar a Figura 4. O processo de duas etapas foi similar às condições de PMT de 550 °C. Consultar a Figura 5. Uma PMT de 530 °C (em ambos os tempos de embebimento) mostrou condições favoráveis pelo processo de duas etapas. Consultar a Figura 6. Os mapas de composição mostraram que 530 °C é uma temperatura eficaz para eliminar a microssegregação, e a metalografia não revelou nenhum Mg2Si não dissolvido. Consultar as Figuras 7A, 7B e 7C. Para os lingotes, conforme fundidos, houve uma sobreposição significante entre Si e Mg, que indica Mg2Si precipitado. Consultar a Figura 7A. Após a homogeneização a 530 °C durante quatro horas, parte de Si esteve presente (consultar a Figura 7B, imagem inferior esquerda); entretanto, Mg não esteve presente onde Mg2Si seria esperado (consultar a Figura 7B, imagem intermediária superior). Após homogeneização a 530 °C durante oito horas, algum Si esteve presente nas áreas intermetálicas, assim como Cu (consultar a Figura 7C, imagem inferior esquerda e imagem intermediária inferior).

EXEMPLO 2

[0089] Nesse exemplo, a liga x615 é comparada com a liga x616. A liga x615 é uma composição, conforme descrito acima. A liga x616 é uma liga tratável a quente que tem a composição a seguir:

[0090] O material laminado a quente foi feito com o uso das etapas descritas no presente documento. Esse material foi tratado a quente de solução com o uso de equipamento de laboratório em um experimento controlado, pelo qual a PMT foi variada e todas as amostras foram rapidamente arrefecidas. Os resultados desses experimentos são mostrados na Figura 8. A liga x615 exibe uma combinação melhor de resistência mecânica e flexibilidade e tem capacidade para produzir essas propriedades benéficas por uma faixa mais ampla de PMTs. Devido às diferenças de taxa de aquecimento entre o material de SHT de instalação e laboratório, as propriedades de material equivalentes ocorrem em PMTs diferentes, mas a resistência mecânica combinada e o comportamento de r/t são similares.

EXEMPLO 3

[0091] Para definir mais claramente a influência do teor de Si, Mg e Cu nas propriedades de liga, um Projeto de Experimento (DOE) foi conduzido com o uso de lingotes comerciais, produzindo o produto de chapa final de 3 mm para teste e avaliação. Adicionalmente, parâmetros de duas linhas, a saber, a velocidade de linha e a definição de velocidade de ventilador, foram simultaneamente examinados. Esses parâmetros de linha influenciam a temperatura de metal de pico (PMT) que o material experimenta durante o tratamento a quente de solução (SHT) contínuo. Especificamente, o DOE geral explorou Si na faixa de 0,57 a 0,63, Mg de 0,66 a 0,74, e Cu de 0,51 a 0,59. As velocidades de linha e os ventiladores combinados produziram uma PMT na faixa de 524 °C a 542 °C. Dentro do DOE, todas as composições e os parâmetros de linha tiveram capacidade para satisfazer a resistência mecânica-alvo de T82 de exceder 260 MPa, com a faixa de resistência mecânica de 270 a 308 MPa em produção. A maioria das combinações de composição e velocidade de linha produziu uma r/t menor que 0,4, em que muitas são menores que 0,35, mas 5 bobinas foram identificadas com uma razão r/t acima de 0,4. É particularmente notável que todas as bobinas com valores de r/t >0,4 fossem o limite de Si máximo explorado nesse DOE, embora um teor de Mg levemente mais alto possa melhorar, de algum modo, essa influência negativa, conforme detalhado na Figura 9. A conclusão é que as ligas de Si em excesso alto devem ser evitadas e têm uma influência particularmente forte na ductilidade, conforme medido pelo r/t.

EXEMPLO 4 RESISTÊNCIA MECÂNICA DE CISALHAMENTO MÁXIMO DE X615 E X616

[0092] Os testes foram feitos de acordo com “ASTM Designation B831 - 11: Shear Testing of Thin Aluminum Alloy Products”. Os calibres abrangidos nesse padrão são de 6,35 mm em calibre ou menos. Os calibres mais altos precisam ser usinados para 6,35 mm. Não há calibre mínimo, mas calibres baixos cederão dependendo da resistência mecânica. A liga x615 foi testada em um calibre de 3,534 mm nos revenidos T4, T81 e T82. A liga x616 foi testada em um calibre de 3,571 mm nos revenidos T4, T81 e T82.

PREPARAÇÃO DE AMOSTRA

[0093] As amostras foram usinadas por descarga eletrônica por EDM Technologies, Woodstock, GA. O alinhamento 1 a 4 na Figura 10 é, assim como o corte de acabamento, importante, por isso a escolha de EDM como método de corte. Fixadores Clevace também foram usinados para promover o alinhamento e a facilidade de montagem de amostra sem dano. Todas as amostras foram testadas sem a direção de laminação percorrer de modo tangencial ao comprimento da amostra.

METODOLOGIA DE TESTE - PROCEDIMENTO DE TESTE

[0094] Esse teste mede a Resistência mecânica de Cisalhamento Máxima:

em que

[0095] pé-a é a resistência mecânica máxima, -J- é a área da zona de cisalhamento, 6,4mm x espessura de amostra na Figura 10. Não é permitido que a taxa de estresse de cisalhamento exceda 689 MPa.min-1, em que o método de ASTM especifica relatar a resistência mecânica de cisalhamento máxima.

CÁLCULO DE ENERGIA ATÉ A FALHA

[0096] A extensão para carga máxima parece satisfatória primeiro, entretanto, a rotação e o carregamento inicial da x615 mais fraca resulta em uma estagnação mais longa durante os primeiros estágios do teste. Calcular a energia exigida para causar falha permite esse fenômeno de carregamento inicial seja ignorado calculando-se a área sob a curva de tensão de estresse de cisalhamento. A integração numérica foi realizada com o uso do método trapezoidal. Para o cálculo da energia até a falha, são exigidos, primeiramente, pontos de dados suficientes de estresse de cisalhamento vs. tensão de cisalhamento. Com pontos de dados suficientes, pode-se proceder para realização integração numérica com o uso de um esquema de Newton-Cotes apropriado, por exemplo, a Regra Trapezoidal (Consultar “Numerical Methods for Engineers: With Software and Programming Applications”, quarta edição, Steven C. Chapra e Raymond P. Canale, McGraw-Hill 2002). O resultado final é a energia total gasta em Joules durante o teste.

CONCLUSÕES

[0097] Na primeira observação, x615 e x616 exibiram comportamento similar durante carregamento de cisalhamento, embora em condição de T81, x616 teve resistência mecânica de cisalhamento máxima muito mais alta. A estagnação de carregamento inicial de x615 e x616 pode ser atribuível simplesmente devido à resistência mecânica mais alta de x616. A energia até a falha inibiu isso, entretanto, e destacou uma diferença entre x615 e x616. Consultar a Figura 11. A liga x615 tem uma faixa de temperatura de SHT mais ampla que x616 para obter valores de r/t abaixo de 0,4. Consultar a Figura 8.

EXEMPLO 5 PROTEÇÃO À COLISÃO DE X615

[0098] Testes foram realizados para avaliar o comportamento de rachadura, incluindo a capacidade de sobrevivência de rachadura, a absorção de energia e o comportamento de dobradura de x615 nos revenidos T4, T81 e T82. A absorção de energia da liga x615 foi comparada à absorção de energia para a liga 5754 e a liga 6111.

[0099] Um teste de rachadura de tubo preliminar foi realizado em uma profundidade de rachadura de 125 mm com o uso de uma fixação preparada a partir de uma chapa de liga x615, incluindo as juntas formadas a partir de um rebite autopenetrante. Uma fixação de liga 5754 foi usada com propósitos de comparação. Consultar a Figura 12D. A curva de deslocamento de carga axial correspondente é mostrada na Figura 12A. A energia absorvida por unidade de deslocamento para as amostras é mostrada na Figura 12B. As fixações de x615 nos revenidos T4, T81 e T82 mostraram um aumento na energia absorvida por unidade de deslocamento, enquanto a amostra 5754 não mostrou aumento na energia absorvida por unidade de deslocamento. Consultar a Figura 12C.

[00100] Em um segundo teste de rachadura de fase, x615 foi comparada a 6111. Um teste de rachadura foi realizado em uma profundidade de rachadura de 220 mm com o uso de uma fixação de liga x615 nos revenidos T81 e T82 e uma fixação de liga 6111 nos revenidos T81 e T82, incluindo juntas formadas a partir de um rebite autopenetrante. As fixações x615 dobraram de modo bem-sucedido mediante a rachadura sem ruptura, com capacidade de rebite superior e excelente absorção de energia. Consultar a Figura 13A. As fixações 6111 foram rompidas durante a dobradura. A capacidade de rebite foi inferior no revenido T82, visto que os botões de rebite se dividiram durante a rachadura. Consultar a Figura 13B, foto direita.

[00101] Em um terceiro teste de rachadura de fase, o efeito de reaquecimento foi determinado. Após tratamento a quente de solução, o material de x615 foi reaquecido para 65 °C, 100 °C, ou 130 °C. A chapa de x615 foi aquecida com tinta a 180 °C durante 20 minutos e o alongamento uniforme, o alongamento total, o limite elástico e a resistência à tração máxima foram determinados para o material de x615. Consultar a Figura 14. Conforme mostrado na Figura 14, essa etapa de reaquecimento produz um processo de endurecimento por envelhecimento adicional que aumenta tanto o limite elástico (YS) quanto a resistência à tração máxima (UTS) com uma diminuição tanto no alongamento uniforme quanto no total, mas fornece, independentemente, o desempenho melhorado, conforme determinado pela energia por deslocamento, e com integridade completa da estrutura, conforme mostrado na Figura 15 D. A fixação foi formada e, então, foi envelhecida para o revenido T81. A curva de deslocamento de carga axial é mostrada na Figura 15A. A energia absorvida por unidade de deslocamento para as amostras é mostrada na Figura 15B. Conforme mostrado na Figura 15C, as fixações de x615 em que a chapa de x615 foi reaquecida para 100 °C ou 130 °C mostraram um aumento na energia absorvida por unidade de deslocamento, enquanto a chapa de x615 reaquecida para 65 °C não mostrou aumento na energia absorvida por unidade de deslocamento. As imagens de rachaduras são mostradas na Figura 15D.

[00102] Com base nos testes de rachadura descritos acima, a proteção à colisão de x615 em T4, assim como o material artificialmente envelhecido pós-formado, foi superior que a da liga 5754 e da liga 6111. A x615 liga fornece, desse modo, opções consideráveis para engenheiros de projeto para sintonizar suas estruturas com base nas variantes de resistência mecânica disponíveis.

[00103] Todas as patentes, as publicações e os resumos citados acima são incorporados ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Várias modalidades da invenção foram descritas no cumprimento dos vários objetivos da invenção. Deve ser reconhecido que essas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios da presente invenção. Inúmeras modificações e adaptações das mesmas serão prontamente evidentes para aqueles versados na técnica, sem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Chapa de liga de alumínio, caracterizada pelo fato de que compreende 0,40 a 0,80% em peso de Cu, 0 a 0,40% em peso de Fe, 0,40 a 0,90% em peso de Mg, 0 a 0,40% em peso de Mn, 0,40 a 0,7% em peso de Si, 0 a 0,2% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0 a 0,20% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al, em que a chapa de liga de alumínio compreende uma pluralidade de partículas dispersoides e em que o número de partículas dispersoides por 200 μm2é maior que 500 partículas, em que a chapa de liga de alumínio tem uma resistência mecânica de pelo menos 250 MPa e ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,8 ou menos.

2. Chapa de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 0,45 a 0,75% em peso de Cu, 0,1 a 0,35% em peso de Fe, 0,45 a 0,85% em peso de Mg, 0,1 a 0,35% em peso de Mn, 0,45 a 0,65% em peso de Si, 0,02 a 0,18% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0,05 a 0,15% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al.

3. Chapa de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 0,45 a 0,65% em peso de Cu, 0,1 a 0,3% em peso de Fe, 0,5 a 0,8% em peso de Mg, 0,15 a 0,35% em peso de Mn, 0,45 a 0,65% em peso de Si, 0,02 a 0,14% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0,05 a 0,12% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al.

4. Chapa de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 0,51 a 0,59% em peso de Cu, 0,22 a 0,26% em peso de Fe, 0,66 a 0,74% em peso de Mg, 0,18 a 0,22% em peso de Mn, 0,57 a 0,63% em peso de Si, 0,06 a 0,1% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0 a 0,08% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al.

5. Chapa de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 0,51 a 0,59% em peso de Cu, 0,22 a 0,26% em peso de Fe, 0,66 a 0,74% em peso de Mg, 0,18 a 0,22% em peso de Mn, 0,55 a 0,6% em peso de Si, 0,06 a 0,1% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0 a 0,08% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al.

6. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem uma resistência mecânica de pelo menos 260 MPa.

7. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem uma resistência mecânica de pelo menos 290 MPa.

8. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,4 ou menos.

9. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,8 ou menos e tem uma resistência mecânica de pelo menos 260 MPa.

10. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,8 ou menos e tem uma resistência mecânica de pelo menos 290 MPa.

11. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,4 ou menos e tem uma resistência mecânica de pelo menos 260 MPa.

12. Chapa de liga de alumínio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que tem ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,4 ou menos e tem uma resistência mecânica de pelo menos 290 MPa.

13. Parte de corpo automotivo, caracterizada pelo fato de que compreende a liga de alumínio conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

14. Método para produzir uma chapa de liga de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende: fundir por resfriamento direto uma liga de alumínio para formar um lingote, em que a liga de alumínio compreende 0,40 a 0,80% em peso de Cu, 0 a 0,40% em peso de Fe, 0,40 a 0,90% em peso de Mg, 0 a 0,40% em peso de Mn, 0,40 a 0,7% em peso de Si, 0 a 0,2% em peso de Cr, 0 a 0,1% em peso de Zn e 0 a 0,20% em peso de Ti com 0,10% em peso máximo de impurezas de elemento traço, em que o restante é Al, em que a chapa de liga de alumínio compreende uma pluralidade de partículas dispersoides e em que o número de partículas dispersoides por 200 μm2é maior que 500 partículas, em que a chapa de liga de alumínio tem uma resistência mecânica de pelo menos 250 MPa e ductilidade ou tenacidade suficiente para satisfazer uma flexibilidade de r/t de 0,8 ou menos; homogeneizar o lingote; laminar a quente o lingote para produzir uma banda quente; e laminar a frio a banda quente para uma chapa que tem uma espessura de calibre final.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente submeter a chapa de liga de alumínio a um tratamento a quente de solução a uma temperatura de 450 °C a 575 °C.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente submeter a chapa de liga de alumínio a um processo de envelhecimento artificial.