BR112020023249A2 - método de produção de um produto de placa de liga de alumínio da série 7xxx que possui resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM PRODUTO DE PLACA DE LIGA DE ALUMÍNIO DA SÉRIE 7xxx QUE POSSUI RESISTÊNCIA A FALHAS POR FADIGA APERFEIÇOADA. A presente invenção refere-se a método de produção de um produto de placa de liga de alumínio da série 7xxx que possui resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada, o método compreendendo as etapas de (a) fundir um lingote produzido de uma liga de alumínio da série 7xxx compreendendo (em % em peso): Zn 5 a 9, Mg 1 a 3, Cu 0 a 3, o restante de alumínio e elementos incidentais e impurezas; (b) homogeneizar e/ou pré-aquecer o lingote fundido; (c) laminar a quente o lingote em um produto de placa por laminação do lingote com múltiplas passagens de laminação, no qual, quando a espessura intermediária da placa é entre 80 e 220 mm, pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada com uma redução de espessura de pelo menos 25%, em que o produto de placa tem uma espessura final de menos do que 75 mm. A invenção também se refere a um produto de placa de liga de alumínio e a um membro estrutural aeroespacial produzido por este método.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “MÉTO-

DO DE PRODUÇÃO DE UM PRODUTO DE PLACA DE LIGA DE ALUMÍNIO DA SÉRIE 7xxx QUE POSSUI RESISTÊNCIA A FALHAS POR FADIGA APERFEIÇOADA”.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um método de produção de um produto de placa de liga de alumínio da série 7xxx que possui re- sistência a falhas por fadiga aperfeiçoada. O produto de placa pode ser idealmente aplicado em aplicações estruturais aeroespaciais, tais como painéis de casca de asa e membros, e outros usuários terminais de alta resistência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Ligas tipo Al-Zn-Mg-(Cu) ou ligas de série AA7xxx têm sido usadas para construções de aeronave por mais do que 50 anos, e, particularmente, para membros de asa, por exemplo, entre outras, li- gas de série AA7055 têm sido usadas. Estas ligas de alumínio pos- suem um equilíbrio requerido de resistência, resistência à fratura e re- sistência à corrosão, e são especialmente bem adequadas para aplicações aeroespaciais estruturais, tais como painéis de casca supe- rior de asa. Isto é descrito , por exemplo, na patente US no. 5.221.377. Esta patente US descreve que de modo a obter estas altas carac- terísticas mecânicas, é necessário submeter as ligas a um processo de envelhecimento de três estágios. Contudo, esta patente US não lida com a propriedade de resistência a falhas de fadiga das ligas AA7055.

[0003] É conhecido que componentes estruturais de alta resistên- cia, que sobressaem em durabilidade e tolerância à dano, bem como resistência de falha de fadiga, são altamente desejáveis para produ- tores de aeronave. Durabilidade e tolerância à dano podem ser traduzir em intervalos de inspeção longos para uma aeronave. Uma aeronave usualmente requer dois tipos de inspeções: inspeção inicial e inspeção periódica durante a vida de operação da aeronave. Cada tipo de inspeção é muito custosa porque a aeronave deve ser retirada de serviço para que a inspeção seja realizada. As inspeções podem requerer inspeção visual detalhada e teste não-destrutivo extensivo de estruturas exteriores e interiores.

[0004] A patente US no. 7.097.719 descreve que a resistência a falhas de fadiga de ligas de série AA7055 pode ser aperfeiçoada pelo uso de uma composição de liga aperfeiçoada, mais tarde registrada como a liga AA7255. Contudo, para alcançar a resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada, é necessário que as ligas AA7255 tenham muito mais limires superiores estringentes para os níveis de Si e Fe do que a liga AA7055. Em particular, esta patente US descreve que produtos produzidos de liga AA7255 que possui níveis unferiores de Si e Fe do que AA7055 (isto é, concentrações de Si e Fe abaixo de 0,06 % em peso, de preferência, abaixo de 0,04 % em peso) exibem melhor re- sustência à falha por fadiga. Em particular, a patente US descreve nos Exemplos que ligas que possui menos do que 0,029 % em peso de Si e menos do que 0,039 % em peso de Fe (enquanto que manque possui Cu, Mg, Zn e Zr dentro das faixas de AA7055 padrão) alcançam aperfeioamentos na vida de fadiga com relação a produtos de AA7055 padrão quando que possui níveis mais altos de Si e Fe. Conse- quentemente, a vida de fadiga de um produto de liga de alumínio AA7255 com relação a um produto de AA7055 padrão pode ser aper- feiçoada. Tal aperfeiçoamento retarda os intervalos de inspeção em uma estrutura de aeronave. Contudo, manque possui o teor de im- purezas de Si e Fe em tal nível muito baixo aumenta os custos da liga de alumínio produzida, à medida que materiais com um grau de pure- za muito alto são para serem obtidos.

[0005] Como desempenho de fadiga, em particular, resistência a falhas por fadiga, é um parâmetro de projeto importante que materiais aeroespaciais de liga de alumínio devido aos estresses cíclicos de ex- periências de aeronave em serviço, existe uma necessidade de aper- feiçoamento adicional ou progresso adicional de resistência a falhas por fadiga de ligas série AA7xxx, incluindo as ligas série AA7055.

[0006] Desse modo, existe uma necessidade de ligas tipo Al-Zn- Mg-(Cu) que possui resistência desejável, dureza e propriedades de resistência à corrosão, bem como uma alta resistência a falhas por fadiga. Existe também uma necessidade de partes estruturais de aer- onave que exibem uma alta resistência a falhas por fadiga.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0007] É um objetivo da presente invenção fornecer um método de produção de um produto de placa de liga de alumínio da série 7xxx que possui uma alta resistência a falhas por fadiga comparada a ligas da série 7xxx e, em particular, produtos de placa de liga de alumínio AA7055 de dimensões similares e têmpera produzida por métodos convencionais.

[0008] É outro objetivo da invenção fornecer um produto de placa de liga de alumínio que possui resistência a falhas por fadiga aper- feiçoada sobre produtos de placa AA7055.

[0009] É outro objetivo fornecer membros estruturais aeroespa- ciais, tais como cascas superiores da asa, a partir do produto de placa de liga de alumínio resistente à fadiga aperfeiçoado.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] Estes e outros objetivos e vantagens adicionais são cum- pridos ou excedidos pela presente invenção fornecendo um método de produção de um produto de placa laminado de liga de alumínio que possui uma espessura final ou calibre final de menos do que 75 mm, de preferência, menos do que 50 mm, idealmente adequado para uso de um produto de placa aeroespacial, com resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada, o método compreendendo as etapas de:

[0011] (a) fundir um lingote de uma liga de alumínio da série 7xxx, a liga de alumínio compreendendo (em % em peso):

[0012] Zn 5 a 9,

[0013] Mg 1 a 3,

[0014] Cu 0 a 3,

[0015] Fe até 0,20,

[0016] Si até 0,15,

[0017] Zr até 0,5, de preferência, 0,03 a 0,20,

[0018] equilibrar o alumínio e impurezas;

[0019] (b) homogeneizar e/ou pré-aquecer o lingote fundido;

[0020] (c) laminar a quente o lingote em um produto de placa por laminação do lingote com múltiplas passagens de laminação, no qual, quando em uma espessura intermediária da placa entre 80 e 220 mm, de preferência, entre 100 e 200 mm, pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada com uma redução de espessura de pelo menos 25%;

[0021] (d) opcionalmente, tratar termicamente a solução e refriar à temperatura ambiente, de preferência, por meio de têmpera do produto de placa;

[0022] (e) opcionalmente estirar o produto de placa termicamente tratada da solução;

[0023] (f) opcionalmente envelhecer artificialmente o produto de placa.

[0024] O termo “compreendendo” no contexto da liga de alumínio é para ser compreendido no sentido que a liga pode conter elementos de liga adicionais, conforme exemplificado abaixo.

[0025] O método, de acordo com esta invenção pode ser aplicado a uma ampla faixa de ligas de alumínio da série 7xxx consistindo da seguinte composição, em % em peso,

[0026] Zn 5% a 9%, de preferência, 5,5% a 8,5%, mais de preferência, 7% a 8,5%,

[0027] Mg 1% a 3%,

[0028] Cu 0% a 3%, de preferência, 0,3% a 3%,

[0029] Si até 0,15%, de preferência, até 0,10%,

[0030] Fe até 0,20%, de preferência, até 0,15%,

[0031] um ou mais elementos selecionados a partir do grupo con- sistindo em:

[0032] Zr até 0,5%, de preferência, 0,03% a 0,20%,

[0033] Ti até 0,3%

[0034] Cr até 0,4%

[0035] Sc até 0,5%

[0036] Hf até 0,3%

[0037] Mn até 0,4%

[0038] V até 0,4%

[0039] Ag até 0,5%, e

[0040] o restante sendo alumínio e impurezas. Tipicamente, tais impurezas estão presentes cada <0,05%, total <0,15%.

[0041] Em uma concretização adicional, a liga de alumínio tem uma composição química dentro das faixas de AA7010, AA7040, AA7140, AA7449, AA7050, AA7150, AA7055, AA7255, AA7081, AA7181, AA7085, AA7185, AA7090, AA7099, AA7199, e modificações destas.

[0042] Em uma concretização particular, a liga de alumínio tem uma composição química dentro das faixas de AA7055.

[0043] Conforme será apreciado aqui abaixo, exceto como de out- ro modo indicado, designações de liga de alumínio e designações de têmpera se referem as designações da Aluminium Association em Al- uminium Standards and Data and the Registration Records, conforme publicadas pela Aluminium Association em 2016, e são bem conhecid- as ao técnico no assunto.

[0044] Para qualquer descrição de composições de liga ou com- posições de liga preferidas, todas referências às percentagens são por percentagem por peso, a menos que de outro modo indicado.

[0045] Os termos “≤” e “até” e “até cerca de”, conforme aqui em- pregados, explicitamente incluem, mas não são limitados a, a possi- bilidade de percentagem de peso zero do componente de liga particu- lar ao qual ele se refere. Por exemplo, até 0,4% de Cr pode incluir uma liga não que possui Cr.

[0046] No método da presente invenção, de preferência, nenhuma etapa de laminação a frio é efetuada quando laminando o produto de placa ao calibre final (espessura) para evitar pelo menos recristaliza- ção parcial durante uma etapa de tratamento térmico de solução sub- sequente que resulta em afetar adversamente o equilíbrio de proprie- dades de projeto no produto de placa final.

[0047] A espessura final do produto de placa laminado é menos do que 75 mm, de preferência, 50 mm, de preferência, menos do que 45 mm, mais de preferência menos do que 40 mm, e mais de preferência, menos do que 35 mm. Em concretizações úteis, a espessura final do produto de placa é maior do que10 mm, de preferência, maior do que 12,5 mm, mais de preferência, maior do que 15 mm, e, mais de prefe- rência, maior do que 19 mm.

[0048] A liga de alumínio pode ser fornecida como um lingote de laminação ou placa por técnicas de fundição regulares na técnica para fundição de produtos, por exemplo, fundição-DC, fundição-EMC, fun- dição-EMS, e, de preferência, que possui uma espessura em uma faixa de 300 mm ou mais, por exemplo, 400 mm, 500 mm ou 600 mm. Em uma base menos preferida, placas resultantes de fundição contínua, por exemplo, rodízios de correia ou rodízios de rolo, também podem ser usadas, que, em particular, podem ser vantajosas quando da produção de produtos terminais de calibre mais delgados. Re-

finadores de grão, tais como aqueles conque possui titânio e boro, ou titânio e carbono, podem também serem usados conforme é bem conhecido na técnica. Após fundição do material em liga de laminação, o lingote é comumente escalpelizado para remover zonas de segre- gação perto da superfície fundida do lingote.

[0049] Em seguida, o lingote de laminação é homogeneizado e/ou pré-aquecido.

[0050] É conhecido na técnica que a proposta de um tratamento térmico de homogeneização tem os seguintes objetivos: (i) dissolver tanto quanto possível fases solúveis grosseiras formadas durante so- lidificação, e (ii) reduzir gradientes de concentração para facilitar a etapa de dissolução. Um tratamento de pré-aquecer alcança também alguns destes objetivos.

[0051] Comumente um pré-aquecer se refere ao aquecimento de um lingote a uma temperatura de ajuste e imersão nesta temperatura por um tempo ajustado seguido pelo início da laminação a quente a cerca desta temperatura. Homogeneização se refere a um ciclo de aquecimento e de resfriamento aplicado a um lingote de laminação em que a temperatura final após homogeneização é temperatura ambi- ente.

[0052] Um tratamento de pré-aquecer típico para ligas da série AA7xxx usado no método de acordo com esta invenção seria uma temperatura de 400°C a 460oC com um tempo de imersão na faixa de 2 a 50 horas, mais tipicamente por 2 a 20 horas.

[0053] Primeiramente, as fases eutéricas solúveis, tais como fase- S, fase-T, e fase-M no material de liga, são dissolvidas usando prática de indústria regular. Isto é tipicamente efetuado por aquecimento do material a uma temperatura de menos do que 500oC, tipicamente em uma faixa de 450°C a 490oC, à medida que a fase eutética fase-S (fase-Al2MgCu) tem uma temperatura de fusão de cerca de 489oC em ligas da série AA7xxx e a fase-M (fase-MgZn2) tem um ponto de fusão de cerca de 478oC. Conforme é conhecido na técnica, isto pode ser alcançado por um tratamento de homogeneização na referida faixa de temperatura e permutido resfriar à temperatura de laminação quente, ou após homogeneização o material é subsequentemente resfriado e reaquecido antes da laminação quente. O processo de homogeneiza- ção regular pode também ser feito em umas duas ou mais etapas se desejado, e que são tipicamente efetuadas em uma faixa de tempera- tura de 430°C a 490oC para ligas da série AA7xxx. Por exemplo, em um processo de duas etapas, existe uma primeira etapa entre 455°C e 465oC, e uma seginda etapa entre 470°C e 485oC, para otimizar o pro- cesso de dissolvimento das várias fases dependendo da composição de liga exata.

[0054] O tempo de imersão na temperatura de homogeneização de acordo com a prática industrial é liga dependente conforme é conhe- cido ao técnico no assunto, e é comumente na faixa de 1 a 50 horas. As taxas de aquecimento que podem ser aplicadas são aquelas que são regulares na técnica.

[0055] A laminação a quente do lingote é efetuada com múltiplas passagens de laminação a quente, usualmente em um moinho de la- minação a quente. O número de passagens de laminação a quente é tipicamente entre 15 e 35, de preferência, entre 20 e 29. Quando o produto de placa laminado a quenrte tem alcançado uma espessura intermediária de entre 80 mm e 220 mm, de preferência, entre 100 mm e 200 mm, o método aplica pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução com uma redução de espessura de pelo me- nos cerca de 25%, de preferência, de pelo menos cerca de 30% e, mais preferido de pelo menos cerca de 35%. Em concretizações úteis, a redução de espessura nesta alta passagem de redução é menos do que 70%, de preferência, menos do que 60%, mais preferido menos do que 50%. A “redução de espessura” de uma passagem de lamina- ção, também referida como razão de redução, é, de preferência, a percentagem pela qual a espessura da placa é reduzida na passagem de laminação individual.

[0056] Tal uma pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução não é efetuada nas práticas de laminação a quente industrial convencionais quando produzindo produtos de placa da série 7xxx. Portanto, as passagens de laminação a quente entre 80 mm e 220 mm, de acordo com um exemplo não-limitativo da invenção, po- dem ser descritas conforme segue (olhando na espessura intermediá- ria da placa): 203 mm – 190 mm – 177 mm – 167 mm – 117 mm – 102 mm – 92 mm. A passagem de laminação a quente de alta redução de 167 mm a 117 mm corresponde a uma redução de espessura de cerca de 30%. Para placas de liga de alumínio produzidas por um processo de laminação a quente convencional, a redução de espessura de cada passagem de laminação quente é tipicamente entre 9% e 18% quando na espessura intermediária entre 80 mm e 220 mm. Consequentemen- te, as passagens de laminação a quente entre 80 mm e 220 mm, de acordo como exemplos do método convencional podem ser descritas conforme segue (olhando na espessura intermediária da placa): 203 mm – 188 mm – 166 mm – 144 mm – 124 mm – 104 mm – 92 mm. Consequentemente, o método de acordo com a invenção define uma etapa de laminação a quente no qual pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada. Esta alta passagem de redução é definida por uma redução de espessura de pelo menos cerca de 25%, de preferência de pelo menos cerca de 30% e, mais preferido de pelo menos cerca de 35%.

[0057] As passagens de laminação a quente do método desta in- venção antes e após a alta passagem de redução tem uma razão de redução que é comparável com a razão de redução das passagens de laminação a quente do método de laminação a quente convencional. Consequentemente, cada passagem de laminação a quente antes e após a passagem de laminação a quente de alta redução pode ter uma redução de espessura entre 8% e 18%. Desde que a redução de espessura varia dependendo da espessura da placa, por exemplo, placas espessas que possui mais do que 300 mm, ou placas delgadas que possui menos do que 30 mm, é uma característica do método rei- vindicado que a etapa de alta redução é efetuada quando a espessura intermediária do produto de placa tem alcançado entre 220 mm e 80 mm, de preferência, 200 mm a 100 mm, mais preferido entre 200 mm e 120 mm. Esta espessura é escolhida para assegurar que a alta de- formação/cisalhamento é consistente através de toda a espessura do produto de placa total. Para produtos de placa mais espessos do que 220 mm, é mais difícil assegurar uma deformação consistente através da placa total. Tipicamente, nos produtos de placa mais espessos, existiria menos deformação no centro (meia espessura) do produto de placa do que na posição de quarto de espessura, ou na área de sub- superfície.

[0058] De preferência, uma passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada. Em uma concretização alternativa, duas pas- sagens de laminação a quente de alta redução são efetuadas. Se uma passagem de laminação a quente de alta redução é aplicada, esta passagem de laminação a quente de alta redução é, de preferência, uma das últimas sete ou oito passagens das múltiplas passagens de laminação a quente.

[0059] Antes do início do processo de laminação a quente, o lingo- te de laminação é pré-aquecido a uma temperatura regular na técnica, e conhecida ao técnico no assunto, de, por exemplo, 390°C a 480°C, de preferência, 400°C a 460°C, mais preferido 400°C a 430°C, tal co- mo 410°C. Consequentemente, é possível manter uma temperatura de entrada do moinho de laminação a quente de mais do que 380°C, de preferência, de mais do que 390°C. A temperatura máxima para as passagens de laminação a quente não é maior do que 450°C porque foi observado que engrossamento da fase-S pode ocorrer acima desta temperatura e existe um risco de fusão incipiente.

[0060] Verificou-se que, no caso de produção de um produto de placa que possui uma espessura final de nos do que 50 mm, também uma taxa de deformação durante o processo de laminação a quente tem uma influência nas propriedades do produto de placa final. Portan- to, a taxa de deformação durante a pelo menos uma alta passagem de redução em uma concretização útul do método é, de preferência, mais baixa do que <1 s-1, de preferência, ≤0,8 s-1. Esste intenso cisalhamento é acreditado causar uma quebra das partículas constitu- intes, por exemplo, intermatálicos ricos em Fe.

[0061] A taxa de deformação durante laminação a quente por pas- sagem de laminação pode ser descrita pela seguinte fórmula:

[0062] em que

[0063] taxa de deformação(in s-1)

[0064] espessura de entrada da placa (em mm)

[0065] espessura de saída da placa (em mm)

[0066] velocidade de laminação dos rolos de operação (em mm/s)

[0067] raio dos rolos de operação (em mm).

[0068] A taxa de deformação é a mudança de tensão (deformação) de um material com relação ao tempo. Ela é, as vezes, também refer- ida como ʺtaxa de tensãoʺ. A fórmula mostra que não somente a es- pessura de entrada e a espessura de saída da placa de liga de alumí- nio, mas também a velocidade de laminação dos rolos de operação tem uma influência na taxa de deformação.

[0069] Para escala industrial convencional, práticas de laminação a quente, a taxa de deformação de cada passagem de laminação é tipicamente igual a ou maior do que 2 s-1. Conforme já esboçado aci- ma, de acordo com uma concretização do método de acordo com esta invenção durante a alta passagem de redução, a taxa de deformação é reduzida a <1 s-1, de preferência a ≤ 0,8 s-1. Pelo uso de uma baixa taxa de deformação, é possível alcançar um cisalhamento mais inten- so dentro do material da placa.

[0070] Além disso, o produto de placa de liga de alumínio produzido pela presente invenção pode ser, se desejado, termicamen- te tratado com solução (SHT), resfriado, de preferência, por meio de têmpera, estirado e artificialmente envelhecido após a laminação a quente na etapa de calibre final. Se tratamento térmico com solução (SHT) é efetuado, o produto de placa deve ser aquecido, similar como para o tratamento térmico de homogeneização antes da laminação a quente, a uma temperatura de tipicamente na faixa de 430°C a 490°C, para trazer toda ou substancialmente todas porções do zinco solúvel, magnésio e cobre na solução. Após um tempo de imersão ajustado na temperatura elevada, o produto de placa deve ser rapidamente resfri- ado ou temperado para completar o procedimento de tratamento térmico com solução. Tal têmpera é, de preferência, efetuada por têmpera de água, por exemplo, via imersão de água ou jatos de água.

[0071] Após resfriamento à temperatura ambiente, os produtos de placa pode ainda serem operados a frio por meio de estiramento na faixa de 0,5% a 8 % de seu comprimento original para aliviar tensões residuais nestes e para aperfeiçoar a planeza do produto. De preferência, o estiramento é na faixa de 0,5% a 5%, mais de preferên- cia, de 1% a 3%.

[0072] Em uma concretização preferida, os produtos de placa obti-

dos pela presente invenção são artificialmente envelhecidos. Todas as práticas de envelhecimento conhecidas na técnica e aquelas que po- dem ser subsequentemente desenvolvidas podem ser aplicadas aos produtos de liga da série AA7000 obtidos pelo método de acordo com esta invenção para desenvolver a resistência requerida e outras pro- priedades de projeto.

[0073] Em uma concretização preferida pareticular, o produto de placa é artificialmente envelhecido a uma têmpera T7, de preferência, a uma têmperaT79 ou T77. A etapa de envelhecimento artificial pode ser efetuada em uma etapa, ou múltiplas etapas de envelhecimento. De preferência, um procedimento de envelhecimento de duas etapas é efetuado.

[0074] Uma forma estrutural desejada é então usinada destas seções de placa tratadas termicamente, mais frequentemente geral- mente após envelhecimento artificial, por exemplo, uma longarina de asa integral.

[0075] Uma vantagem da presente invenção é que o produto de liga de alumínio mostra resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada sem a necessidade de manter seus teores de ferro e silício em um nível extremamente baixo. De acordo com a técnica anterior, é geral- mente acreditado que Fe e Si são ambos nocivos à resistência a falhas por fadiga. Contudo, os produtos de placa de liga de alumínio produzidos pelo método da presente invenção são muito mais toler- antes à presença de Fe e Si, enquanto que ainda distribuindo o equilíbrio requerido de propriedades incluindo uma alta resistência a falhas por fadiga. Em uma concretização, a liga pode conter mais do que 0,05%, de preferência, mais do que 0,06% de Fe. Em uma con- cretização, ela pode conter mais do que 0,05%, de preferência, mais do que 0,06% de Si. Em uma concretização preferida adicional, cada do teor de Fe e de Si é igual a ou mais alto do que 0,07 peso%. Em outra concretização, o teor de Si é entre 0,06% e 0,10%, e o teor de Fe está dentro de 0,06% a 0,15%. Consequentemente, por exemplo, uma liga de alumínio AA7055 comercialmente disponível pode ser usada no método reivindicado.

[0076] Em outras concretizações, os níveis de Fe e Si são manti- dos em níveis muito baixos de modo a alcançar um aperfeiçoamento adicional nas propriedades. Por exemplo, o teor de Fe pode ser menti- do em menos do que 0,05%, de preferência, menos do que 0,03%, e o teor de Si pode ser menos do que 0,05%, de preferência, menos do que 0,03%.

[0077] O produto de placa de liga da série AA7000 quando produzido de acordo com esta invenção pode ser usado como um componente estrutural aeroespacial, entre outros como membro de estrutura de fuselagem, placa de asa superior, placa de asa inferior, placa espessa para partes usinadas, chapa delgada para longarinas, membro de longarina, membro de nervura, membro de viga de solo, e membro de antepara.

[0078] Em uma concretização particular, o produto de placa de liga de alumínio é usado como um painel ou membro de asa, mais em par- ticular como um painel ou membro de asa superior.

[0079] Consequentemente, o produto de placa produzido de acor- do com a invenção fornece propriedades aperfeiçoadas comparadas a um produto de placa produzido de acordo com métodos padrões con- vencionais para este tipo de ligas de alumínio que possui, de outro modo, as mesmas dimensões e processadas na mesma têmpera.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0080] Concretizações da invenção serão agora descritas por meio de exemplos não-limitantes, e exemplos comparativos representativos do estado da técnica também serão dadas.

[0081] A Fig.1 é gráfico de tensão líquida máxima versus ciclos para falha para placas preparadas de acordo com o método desta in- venção e placas preparadas por métodos convencionais.

[0082] A Fig. 2 é um gráfico mostrando a vida de fadiga logarítmica média das placas preparadas de acordo com o método desta invenção e as placas preparadas por métodos convencionais, com linhas ligan- do os pontos de dado correspondentes às médias.

EXEMPLO

[0083] Lingotes de laminação foram fundidos-DC da liga de alumí- nio AA7055, com uma composição conforme dada na Tabela 1 Tabela 1 Si Fe Cu Mg Zn Zr Lote A,B,C,D,E 0,07 0,07 2,35 1,94 8,05 0,12

[0084] Os lingotes de laminação têm uma espessura de cerca de 400 mm. A homogeneização dos lingotes foi efetuada em um procedi- mento de homogeneização de duas etapas a 465°C (primeira etapa) e 475°C (segunda etapa), seguida por resfriamento à temperatura am- beinte. Após escalpe, os lingotes foram pré-aquecidos a 410°C para laminação a quente. Laminação a quente foi efetuada em um moinho de laminação a quente que possui um raio do rolo de operação de cer- ca de 575 mm. Lotes A e B foram processados de acordo com a in- venção, isto é, ambos lotes recebem uma alta passagem de redução durante o processo de laminação a quente. Durante a alta passagem de redução de laminação, o lote A recebeu uma redução de espessura de cerca de 30% (167 mm a 117 mm) e o lote B receber uma redução de espessura de cerca de 28% (165 mm a 118 mm). A velocidade de laminação durante esta alta passagem de redução foi cerca de 25 m/min, dando uma taxa de deformação de cerca de 0,53 s-1. Lotes C, D, e E foram processados de acordo com um método de laminação a quente convencional (uma redução de espessura entre 9% a 18% para cada passagem de laminação a quente entre 220 mm e 80 mm de es- pessura). A velocidade de laminação durante passagens de laminação a quente padrões foi cerca de 105 m/min, dando uma taxa de defor- mação de entre 1,61 s-1 (espessura de entrada 188 mm) e 2,27 s-1 (espessura de entrada 123 mm). A placa A recebeu 27 passagens de laminação a quente, no qual a alta passagem de redução foi número de passagem 19. A placa B receber 25 passagens de laminação a quente, no qual a alta passagem de redução foi número de passagem

17.

[0085] As placas A, C, e E têm uma espessura final de 19 mm após o processo de laminação a quente, e as placas B e D têm uma espessura final de 25,4 mm após o processo de laminação a quente. Após laminação a quente, todas as placas em espessura final foram termicamente tratadas com solução a uma temperatura de cerca de 470°C, temperada e estirada por cerca de 2%. Uma etapa de envelhe- cimento artificial foi aplicada, trazendo os produtos de placa em uma condição T7951.

[0086] Teste de fadiga foi realizado de acordo com DIN EN 6072 pelo uso de um único cupom de teste de buraco aberto que possui um fator de concentração de tensão líquida Kt de 2,3. Os cupons de teste foram de 150 mm de comprimento por 30 mm de largura, por 3 mm de espessura com um único buraco de 10 mm de diâmetro. O buraco foi contrabalançado a uma profundidade de 0,3 mm em cada lado. Os cu- pões de teste foram tensionados axialmente com uma razão de tensão (carga mín/carga máx) de R=0,1. A frequência de teste foi 25 Hz e os testes foram realizados em alta umidade de ar (RH ≥ 90%). Os resul- tados individuais destes testes são mostrados na Tabela 2 e Figs. 1 e

2. As linhas na Figura 2 são uma interpolação entre os pontos de da- dos médios de log calculados.

Tabela 2 Liga A B C D E Têmpera T7951 T7951 T7951 T7951 T7951 espessura final da placa (mm) 19 25,4 19 25,4 19 Método da invenção sim sim não não não Ciclos para falha Ciclos para falha Ciclos para falha Ciclos para falha Ciclos para falha tensão líquida 260 36,563 28,657 23,550 15,159 23,550 máx [MPa] 260 32,981 29,170 230 246,521 48,278 58,323 35,999 58,323 175 470,421 4,884,359 142,655 175,668 142,655 175 231,925 4,357,253 212,585 390,098 676,780 155 2,222,325 8,572,813 625,048 531,594 625,048 155 10,000,000 4,244,568 676,780 1,652,762 212,585

[0087] A Fig. 1 ilustra que pelo uso do método desta invenção, é possível aperfeiçoar significantemente a vida de fadiga e, desse modo, a resistência a falhas por fadiga com relação às placas de liga AA7055 preparadas por métodos convencionais. Por exemplo, em uma tensão de seção líquida aplicada de 175 MPa, a placa A tem uma vida útil de 470421 ciclos representando um aperfeiçoamento de 3,2 vezes no tempo de vida comparado a uma liga AA7055, isto é, ligas C e E que têm um tempo de vida de 142655 ciclos. Consequentemente, na liga preparada pelo método desta invenção, e que possui uma espessura final de 19 mm, um tempo de vida de 200000 ciclos (ver a curva média de log na Fig. 2) corresponde a uma tensão líquida máxima de cerca de 210 MPa para a invenção, comparado a 175 MPa em uma liga 7055 de acordo com o padrão convencional. Isto representa um aper- feiçoamento de mais do que 20%, que pode ser utilizado por um pro- dutor de aeronave para aumentar a tensão de projeto de uma aerona- ve, desse modo, economizando peso, enquanto que manque possui o mesmo intervalo de inspeção para a aeronave.

[0088] A Fig. 2 mostra a média logarítmica de lotes A e B produzi- dos de acordo com o método desta invenção comparado à média loga- rítmica de lotes C, D, e E produzidos de acordo com um método con- vencional das mesmas ligas conforme dado na Fig. 1, com linhas mos- trando a interpolação entre os pontos de dados médios de log calcula- dos. A partir desta figura, é evidente que o método desta invenção conduz a um aperfeiçoamento da vida de fadiga sobre métodos con- vencionais pelo uso da mesma composição de liga.

[0089] A invenção não é limitada às concretizações antes descri- tas, que podem ser variadas amplamente dentro do escopo da inven- ção conforme definida pelas reivindicações em anexo.

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES

1. Método de produção de um produto de placa de liga de alumínio da série 7xxx que possui resistência a falhas por fadiga aper- feiçoada, o método compreendendo as seguintes etapas: (a) fundir um lingote de uma liga de alumínio da série 7xxx, a liga de alumínio compreendendo (em % em peso): Zn 5 a 9, Mg 1 a 3, Cu 0 a 3, Fe até 0,20, Si até 0,15, Zr até 0,5, de preferência, 0,03 a 0,20, o restante alumínio e impurezas; (b) homogeneizar e/ou pré-aquecer o lingote fundido; (c) laminar a quente o lingote em um produto de placa por laminação do lingote com múltiplas passagens de laminação, caracte- rizado pelo fato de que, quando em uma espessura intermediária da placa entre 80 e 220 mm, pelo menos uma passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada com uma redução de espessura de pelo menos 25%; no qual o produto de placa tem uma espessura final de me- nos do que 75 mm, de preferência, menos do que 50 mm.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: (d) tratar termicamente com solução o produto de placa; (e) resfriar, de preferência, por meio de têmpera, o produ- to de placa termicamente tratado com solução; (f) opcionalmente estirar o produto de placa termicamen- te tratado com solução e produto de placa resfriado, e (g) envelhecer artificialmente o produto de placa termica-

mente tratado com solução e produto de placa resfriado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que uma etapa de laminação a frio para o calibre fi- nal não está compreendida.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a passagem de laminação a quente de alta redução é efetuada com uma redução de espessura de pelo menos 30%, de preferência, de pelo menos 35%.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma taxa de deformação durante a passagem de laminação a quente de alta redução é < 1 s-1, de preferência, ≤ 0,8 s-1.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura intermediária da placa após a passagem de laminação a quente de alta redução é entre 100 mm e 200 mm, de preferência, entre 120 mm e 200 mm.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o teor de Si e/ou o teor de Fe da liga de alumínio é igual a ou maior do que 0,05 % em peso.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a liga de alumínio tem uma composição consistindo em: Zn 5% a 9%, de preferência, 5,5% a 8,5%, Mg 1% a 3%, Cu 0% a 3%, de preferência, 0,3% a 3%, Si até 0,15%, de preferência, até 0,10%, Fe até 0,20%, de preferência, até 0,15%, um ou mais elementos selecionados a partir do grupo con- sistindo em: Zr até 0,5%, de preferência, 0,03% a 0,20%,

Ti até 0,3% Cr até 0,4% Sc até 0,5% Hf até 0,3% Mn até 0,4% V até 0,4% Ag até 0,5%, o restante sendo alumínio e impurezas.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a liga de alumínio tem uma composição de acordo com AA7055.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura final do produto de placa é menos do que 45 mm, de preferência, menos do que 40 mm, e, mais de preferência, menos do que 35 mm.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura final do produto de placa é maior do que 10 mm, de preferência, maior do que 12,5 mm, mais de preferência, maior do que 15 mm, e, mais de prefe- rência, maior do que 19 mm.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que na etapa de método (c), uma temperatura de entrada de laminação a quente é maior do que 380°C, de preferência, maior do que 390°C.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o produto de placa é artificialmente envelhecido a uma têmpera T7, de preferência, uma têmpera T79 ou têmpera T77.

14. Produto de placa de liga de alumínio, caracterizado pelo fato de ser produzido de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 13, e que possui resistência a falhas por fadiga aperfeiçoada.

15. Membro estrutural aeroespacial, caracterizado pelo fato de ser produzido a partir do produto de placa de liga de alumínio obti- do pelo método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

16. Uso de um produto de placa de liga de alumínio, carac- terizado pelo fato de ser produzido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, para a produção de um membro estrutural de aeronave.

S-N-Resultados de fadiga de buraco aberto

Petição 870200143612, de 13/11/2020, pág. 8/40 1/2

Tensão líquida máxima [MPa] B da invenção D convencional C convencional A da invenção E convencional

Ciclos para falha

S-N-Resultados de buraco aberto

Petição 870200143612, de 13/11/2020, pág. 9/40 2/2

Tensão líquida máxima [MPa] Média de log da invenção Média de log convencional

Ciclos para falha