BR112021010783A2

BR112021010783A2 - Ligas al-zn-cu-mg e processo de fabricação das mesmas

Info

Publication number: BR112021010783A2
Application number: BR112021010783-5A
Authority: BR
Inventors: Erembert Nizery; Ricky WHELCHEL; Jean-Christophe Ehrstrom
Original assignee: Constellium Issoire
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-08-31
Also published as: EP3670690A1; EP3899075A1; EP3899075B1; WO2020127592A1; CA3121837A1; US20220081740A1; CN113166859A

Abstract

ligas al-zn-cu-mg e processo de fabricação das mesmas. a invenção se refere a um produto de liga baseada em alumínio laminado tendo uma espessura de pelo menos 80 mm compreendendo, (em % de massa) : zn 6,85 7,25, mg 1,55 1,95, cu 1,90 2,30, zr 0,04 0,10, ti 0 0,15, fe 0 0,15, si 0 0,15, outros elementos = 0,05 cada e = 0,15 total, restante de al, em que, em meia espessura, mais do que 75% de grãos são recristalizados ou, em meia espessura, 30 a 75% de grãos são recristalizados e grãos não recristalizados têm uma relação de formato em uma seção transversal l/st menor do que 3. um processo para a fabricação de um produto de liga baseada em alumínio laminado compreende as etapas de: (a) fundição de um lingote feito em uma liga de acordo com a invenção, (b) condução de uma homogeneização do lingote (c) condução de laminação a quente de dito lingote homogeneizado em um ou mais estágios por laminação, (d) condução de um tratamento térmico de solubilização um resfriamento brusco, (e) condução de supressão da tensão e (f) condução de um tratamento de envelhecimento artificial. os produtos da invenção são apropriados para construção de aeronave e têm propriedades de crescimento de trinca de fadiga vantajosas.

Description

“LIGAS AL-ZN-CU-MG E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DAS MESMAS”

RELATÓRIO DESCRITIVO Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere, em geral, a ligas de base alumínio e, mais particularmente, ligas de base alumínio Al-Zn-Cu-Mg, em particular para aplicações aeroespaciais.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] Ligas de base alumínio Al-Zn-Cu-Mg têm sido usadas consideravelmente na indústria aeroespacial por muitos anos. Com a evolução das estruturas de avião e esforços direcionados ao objetivo de reduzir tanto peso quanto custo, um compromisso ideal entre propriedades tais como força, dureza e resistência a corrosão é continuamente procurado. Além disso, melhora de processo de fundição, laminação e tratamento térmico pode vantajosamente fornecer controle adicional no diagrama de composição de uma liga e compromisso de propriedade.

[003] Produtos laminados, forjados ou extrudados espessos feitos de ligas de base alumínio Al-Zn-Cu-Mg são utilizados, em particular, para produzir partes estruturais de alta força integralmente usinadas para a indústria aeronáutica, por exemplo, elementos de asa, tais como nervuras da asa, longarinas, cavernas e semelhantes, que são tipicamente usinados a partir de seções forjadas espessas.

[004] Os valores de desempenho obtidos para várias propriedades, tais como força mecânica estática, resistência à fratura, resistência à corrosão, sensibilidade ao quench, resistência à fatiga, e nível de tensão residual determinarão o desempenho global do produto, a capacidade para um projetista estrutural usá-la de forma vantajosa, bem como a facilidade com ela pode ser utilizada em etapas de processamento adicionais, tais como, por exemplo, usinagem.

[005] Dentre as propriedades acima listadas, algumas são frequentemente conflitantes por natureza e um compromisso geralmente tem que ser encontrado. Propriedades conflitantes são, por exemplo, força mecânica estática contra dureza e força contra resistência à corrosão. Dentre as propriedades de trincamento assistido pelo meio (EAC) ou de corrosão, uma distinção pode ser feita entre EAC sob condições de alta tensão e ambiente úmido e EAC sob condições de testes de corrosão sob tensão (CST) padrões, tais como ASTM G47, em que os espécimes são testados utilizando ciclos de imersão e secagem alternados com solução de NaCl (ASTM G44) e tipicamente utilizando tensão mais baixa.

[006] Desvio de trinca, curva de trinca ou também ramificação de trinca são termos utilizados para expressar a propensão da propagação de trinca para desviar do plano de fratura esperado perpendicular à direção de carga durante um teste de fadiga ou de dureza. Desvio de trinca ocorre em uma escala microscópica (<100 μm), em uma escala mesoscópica (100-1000 μm) ou em uma escala macroscópica (>1mm), mas é considerado prejudicial apenas se a direção da trinca permanece estável após o desvio (escala macroscópica). O fenômeno é uma preocupação particular para testes de fadiga na direção L-S. O termo ramificação de trinca é utilizado, neste documento, para desvio macroscópico de trincas em testes de fadiga ou de dureza L-S da direção S em direção à direção L, o que ocorre em produtos laminados com uma espessura de 30 mm ou mais alta. Ramificação de trinca pode ocorrer em relação à composição e microestrutura do produto laminado e às condições de teste.

[007] Desvio de trinca tem sido considerado um principal problema por fabricantes de aeronaves, porque é difícil de levar em consideração ao projetar partes, utilizando métodos para projetar tradicionais. Isso porque o desvio de trinca invalida procedimentos de teste e modelos de projeto de materiais baseados no modo I convencionais. O problema do desvio de trinca se provou difícil de resolver. Recentemente, foi considerado que, na ausência de solução para evitar o desvio de trinca, os esforços deveriam ser direcionados para a previsão dos comportamentos de desvio de trinta. (M. J. Crill, D. J. Chellman, E. S. Balmuth, M. Philbrook, K. P. Smith, A. Cho, M. Niedzinski, R. Muzzolini e J. Feiger, Evaluation of AA 2050-T87 Al—Li Alloy Crack Turning Behavior, Materials Science Forum, Vol 519-521 (julho de 2006) pp 1323- 1328).

[008] A Patente US 8.323.426 propõe uma solução para melhorar a ramificação de trinca para algumas ligas Al-Cu-Li.

[009] Entretanto, melhoria do desvio de trinca normalmente é relacionado à taxa de crescimento de trinca por fatiga mais alta no plano de trinca original, antes do desvio.

[0010] A Patente US 5.560.789 descreve ligas série AA 7000 tendo força mecânica alta e um processo para obtê-las. A liga contém, por peso, 7 a 13,5% Zn, 1 a 3,8% Mg, 0,6 a 2,7% Cu, 0 a 0,5% Mn, 0 a 0,4% Cr, 0 a 0,2% Zr, outros até 0,05% cada um e 0,15% total, e o restante Al, as propriedades de corrosão, porém, não são mencionadas.

[0011] A Patente US 5.865.911 descreve uma liga de alumínio consistindo essencialmente de (em % de massa) cerca de 5,9 a 6,7% zinco, 1,8 a 2,4% cobre, 1,6 a 1,86% magnésio, 0,08 a 0,15% zircônio em equilíbrio com alumínio e elementos incidentais e impurezas. A patente ‘911 particularmente menciona o compromisso entre força mecânica estática e dureza.

[0012] O Pedido de Patente US20050167016A1 revela, em particular, um produto Al—Zn—Cu—Mg compreendendo (em % de massa): 5,8-6,8% Zn, 1,5-2,5% Cu, 1,5-2,5% Mg, 0,04-0,09% Zr, o restante de alumínio e impurezas incidentais, em que dito produto possui uma taxa de recristalização maior do que cerca de 35% em um local de um quarto de espessura, com resistência ao crescimento da trinca por fatiga melhorada.

[0013] A Patente US 6.027.582 descreve produtos de liga de base alumínio Al-Zn-Mg-Cu laminado, forjado ou extrudado com mais do que 60 mm de espessura, com uma composição de (em % de massa), Zn: 5,7- 8,7, Mg: 1,7-2,5, Cu: 1,2-2,2, Fe: 0,07-0,14, Zr: 0,05-0,15 com Cu + Mg < 4,1 e Mg>Cu. A patente ‘582 também descreve melhorias em sensibilidade ao quench.

[0014] A Patente US 6.972.110 ensina uma liga, que contém, preferencialmente, (em % de massa) Zn: 7-9,5, Mg: 1,3-1,68 e Cu 1,3-1,9 e encoraja manter Mg +Cu ≤ 3,5. A patente ‘110 revela o uso de um tratamento de envelhecimento de três etapas, a fim de melhorar a resistência à corrosão sob tensão. Um envelhecimento em três etapas é longo e difícil de dominar e seria desejável obter alta resistência à corrosão, sem necessariamente requerer tal tratamento térmico.

[0015] O Pedido de Patente PCT WO2004090183 revela uma liga compreendendo essencialmente (em percentual de massa): Zn: 6,0 – 9,5, Cu: 1,3 – 2,4, Mg: 1,5 – 2,6, Mn e Zr < 0,25, mas preferencialmente em uma variação entre 0,05 e 0,15 para teores de Zn mais altos, cada um dos outros elementos menos do que 0,05 e menos do que 0,25 no total, equilíbrio com alumínio, em que (em percentual de massa): 0,1[Cu] + 1,3 < [Mg] < 0,2[Cu] + 2,15, preferencialmente 0,2[Cu] + 1,3 < [Mg] < 0,1[Cu] + 2,15.

[0016] O Pedido de Patente US 2005/006010 um método para produção de uma liga Al-Zn-Cu-Mg de alta resistência com uma resistência ao crescimento de trinca por fatiga melhorada e uma alta tolerância ao dano, compreendendo as etapas de fundição de um lingote com a seguinte composição (em percentual de massa) Zn 5,5-9,5, Cu 1,5- 3,5, Mg 1,5-3,5, Mn<0,25, Zr<0,25, Cr<0,10, Fe<0,25, Si<0,25, Ti<0,10, Hf e/ou V<0,25, cada um dos outros elementos menos do que 0,05 e menos do que 0,15 no total, em equilíbrio com alumínio, homogeneização e/ou pré-aquecimento do lingote após a fundição, laminação a quente do lingote e opcionalmente laminação a frio em um produto trabalhado de mais do que 50 mm de espessura, tratamento térmico de solubilização,

resfriamento brusco do produto tratado com calor, e envelhecimento de forma artificial do produto trabalhado e tratado com calor, em que a etapa de envelhecimento compreende um primeiro tratamento térmico em uma temperatura na faixa de 105 ºC a 135 ºC por mais do que 2 horas e menos do que 8 horas e um segundo tratamento térmico em uma temperatura mais alta do que 135 ºC, mas abaixo de 170 ºC por mais do que 5 horas e menos do que 15 horas. Novamente, tal envelhecimento em três etapas é longo e difícil de dominar.

[0017] A Patente EP 1.544.315 revela um produto, especialmente laminado, extrudado ou forjado, feito de uma liga AlZnCuMg com constituintes tendo os seguintes percentuais de massa: Zn 6,7 – 7,3; Cu 1,9 – 2,5; Mg 1,0 – 2,0; Zr 0,07 – 0,13; Fe menos do que 0,15; Si menos do que 0,15; outros elementos não mais do que 0,05 a no máximo 0,15 por cento no total; e alumínio o restante. O produto é preferencialmente tratado com tratamento térmico de solubilização, resfriamento brusco, laminação a frio e envelhecimento artificial.

[0018] A Patente US 8,277,580 ensina um produto forjado de liga baseada em alumínio Al-Zn-Cu-Mg tendo uma espessura de 2 a 10 polegadas. O produto foi tratado com tratamento térmico de solubilização, resfriamento brusco e envelhecimento, e o produto compreende (em % de massa): Zn 6,2-7,2, Mg 1,5-2,4, Cu 1,7-2,1. Fe 0- 0,13, Si 0-0,10, Ti 0-0,06, Zr 0,06-0,13, Cr 0-0,04, Mn 0-0,04, impurezas e outros elementos incidentais <=0,05 cada.

[0019] A Patente US 8.673.209 revele produtos de liga de alumínio com cerca de 4 polegadas de espessura ou menos, que possuem a capacidade de alcançar, quando sofrem tratamento térmico de solubilização, resfriados, e envelhecidos artificialmente, e em partes feitas a partir dos produtos, uma combinação melhorada de força, dureza à fratura e resistência à corrosão, a liga consistindo essencialmente de: cerca de 6,8 a cerca de 8,5 % de massa de Zn, cerca de 1,5 a cerca de 2,00 % de massa de Mg, cerca de 1,75 a cerca de 2,3 % de massa de Cu; cerca de 0,05 a cerca de 0,3 % de massa de Zr, menos do que cerca de

0,1 % de massa de Mn, menos do que cerca de 0,05 % de massa de Cr, o equilíbrio com Al, elementos incidentais e impurezas e um método para fazer o mesmo.

[0020] Nenhum dos documentos, que descrevem produtos de liga de alta resistência 7xxx, descreve produtos de liga sem uma tendência a desvio de trinca e taxa de crescimento de trinca por fadiga baixa e tendo simultaneamente propriedades de alta resistência, alta dureza e alta resistência à corrosão.

[0021] Um problema que a presente invenção aborda é a obtenção de produtos laminados espessos da série de liga 7XXX com taxa de crescimento de trinca por fadiga melhorada, sem tendência aumentada de desvio de trinca, enquanto mantendo um bom equilíbrio entre força mecânica, dureza contra fratura, resistência à corrosão, sensibilidade ao quench, resistência à fatiga, e nível de tensão residual. Por produtos laminados espessos entende-se produtos com uma espessura de pelo menos 80 mm ou mesmo de pelo menos 100 mm.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0022] Um objeto da invenção foi fornecer uma liga Al-Zn-Cu-Mg tendo uma extensão de composição específica e processo de fabricação que permite, para produtos laminados espessos, uma taxa de crescimento de trinca por fatiga melhorada, sem tendência aumentada de desvio de trinca.

[0023] Outro objeto da invenção foi o fornecimento de um processo de fabricação de produtos de alumínio forjados, que permite um compromisso melhorado taxa de crescimento de trinca por fadiga melhorada, sem tendência aumentada de desvio de trinca.

[0024] Para alcançar estes e outros objetos, a presente invenção é direcionada a um produto laminado tendo uma espessura de pelo menos 80 mm compreendendo (em % de massa): Zn 6,85 – 7,25,

Mg 1,55 – 1,95, Cu 1,90 – 2,30, Zr 0,04 – 0,10, Ti 0 – 0,15, Fe 0 – 0,15, Si 0 – 0,15, outros elementos ≤ 0,05 cada e ≤ 0,15 total, o restante Al, em que, em meia espessura, mais do que 75% dos grãos são recristalizados ou, em média espessura, 30 a 75% de grãos são recristalizados e grãos não recristalizados têm uma relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3.

[0025] Para alcançar estes e outros objetos, a presente invenção é direcionada a um processo para a fabricação de um produto de liga baseada em alumínio laminado, compreendendo as etapas de: a) fundição de um lingote compreendendo, (em % de massa) Zn 6,85 – 7,25, Mg 1,55 – 1,95, Cu 1,90 – 2,30, Zr 0,04 – 0,10, Ti 0 – 0,15, Fe 0 – 0,15,

Si 0 – 0,15, outros elementos ≤ 0,05 cada e ≤ 0,15 total, o restante de Al; b) homogeneização do lingote; c) laminação a quente de dito lingote homogeneizado em um produto laminado, com uma espessura final de pelo menos 80 mm; d) tratamento térmico de solubilização e resfriamento brusco do produto; e) supressão da tensão da solução termicamente tratada e resfriamento bruscamente do produto; f) envelhecimento artificial do produto de tensão suprimida; em que a temperatura inicial da laminação a quente é controlada para obter, após a etapa f, em média espessura, mais do que 75% de grãos recristalizados ou, em média espessura, 30 a 75% de grãos recristalizados e grãos não recristalizados com uma relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] A FIG. 1 apresenta o espécime C(T) utilizado para a testagem de Taxa de Crescimento de Trinca por Fatiga. Um cone de ± 20º, cuja origem está na interseção de uma linha passando através dos centros dos orifícios e o eixo de simetria do espécime utilizado para o critério de desvio de trinca é representado como uma linha em negrito.

[0027] A FIG. 2a é um esquema do espécime C(T), mostrando, antes do teste de fadiga e o para o critério de desvio de trinca. A FIG. 2b mostra um espécime trincado, sem uma tendência de desvio de trinca: as trincas permanecem dentro do cone. A FIG. 2c apresenta um espécime com uma tendência de desvio de trinca.

[0028] A FIG. 3 apresenta espécime da liga A após o teste de Taxa de Crescimento de Trinca por Fatiga.

[0029] A FIG. 4 apresenta espécime da liga B após o teste de Taxa de Crescimento de Trinca por Fatiga.

[0030] A FIG. 5 apresenta espécime da liga C após o teste de Taxa de Crescimento de Trinca por Fatiga.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] A menos que de outro modo indicado, todas as indicações referentes à composição química das ligas são expressas como um percentual de massa por peso, com base no peso total da liga. Na expressão Cu/Mg, Cu significa teor de Cu em % de massa e Mg significa o teor de Mg em % de massa. A designação da liga está em conformidade com as regulações da Associação do Alumínio, conhecida daqueles versados na técnica. As definições de têmperas são estabelecidas em EN 515 (1993).

[0032] A menos que de outro modo mencionado, as características mecânicas estáticas, isto é, resistência em tração (UTS), tensão de escoamento (TYS) e o alongamento na fratura E, são determinadas por um teste de tração de acordo com o padrão NF EN ISO 6892-1 (2016), a localização em que as peças são tomadas e sua direção sendo definida no padrão EN 485 (2016).

[0033] A menos que de outro modo especificado, as definições do padrão EN 12258 se aplicam.

[0034] O símbolo * é utilizado para “multiplicado por”.

[0035] A dureza da fratura K1C é determinada de acordo com o padrão ASTM E399 (2012).

[0036] Exceto se mencionado de outro modo, EAC sob condições de alta tensão e ambiente úmido foi testado sob uma deformação constante sobre uma amostra de tração em meia espessura, como descrito no padrão ASTM G47 e utilizando uma carga de cerca de 80% de TYS direção

ST, sob 85% de umidade relativa, e em uma temperatura de 70 ºC. A vida mínima sem falha após Trincamento Assistido pelo Meio (EAC) corresponde ao número mínimo de dias para falha de 3 espécimes para cada placa.

[0037] A tendência ao desvio de trinca é observada utilizando um espécime de fadiga Tensão Compacta C(T) L-S, como definido no ASTM E647. O termo “desvio” não significa, aqui, como descrito em ASTM E647- 15 (cuja definição é focada na precisão de medição da taxa de crescimento de trinca por fatiga), mas é entendido como a trinca permanecendo dentro de um cone de ± 20º e preferencialmente de ±15º, cuja origem está na interseção de uma linha passando através dos centros dos orifícios e de um eixo de simetria do espécime, ilustrado pela linha A-A, na FIG. 1. O espécime C(T) tem uma largura W = 40 mm e uma espessura B = 10 mm. Uma representação do espécime utilizado é mostrada na FIG. 1, que também ilustra, com uma linha em negrito, o cone de ±20º. Para o espécime de teste foi utilizado L = 48 mm, W = 40 mm, Z = 50 mm, C = 22 mm, B = 10 mm. O método para avaliar o desvio de trinca é ilustrado pela FIG. 2. A FIG. 2a apresenta esquematicamente o espécime CT antes do teste de fadiga. A FIG. 2b mostra um espécime trincado, sem uma tendência ao desvio de trinca: as trincas permanecem com o cone ilustrado pelas linhas em negrito. A FIG. 2c mostra um espécime com uma tendência de desvio de trinca.

[0038] O termo “membro estrutural” é um termo bem conhecido na técnica e se refere a um componente utilizado em construção mecânica para a qual as características mecânicas estáticas e/ou dinâmicas são de particular importância, em relação a desempenho de estrutura, e para a qual um cálculo de estrutura é normalmente prescrito ou realizado. Estes são tipicamente componentes cuja ruptura podem seriamente pôr em perigo a segurança da construção mecânica, seus usuários ou terceiros. No caso de uma aeronave, membros estruturais compreendem membros da fuselagem (tais como revestimento da fuselagem), longarinas, anteparas, cavernas circunferenciais, componentes da asa

(tais como revestimento da asa, longarinas ou reforçadores, nervuras, longarina), empenagem (tal como estabilizadores horizontal e vertical), cruzeta do piso, trilhos dos bancos, e portas.

[0039] A liga da invenção tem uma composição e microestrutura específicas, que torna possível obter produtos, que têm uma taxa de crescimento de trinca por fadiga muito baixa e não têm uma tendência a desvio de trinca.

[0040] Um teor de Zn mínimo de 6,85 e preferencialmente 6,90 ou mesmo 6,90 é necessário para obter resistência suficiente. Entretanto, o teor de Zn não deve exceder 7,25 e preferencialmente 7,20 ou mesmo 7,15 para obter o equilíbrio de propriedades buscado, em particular, dureza e alongamento.

[0041] Um teor mínimo de Mg de 1,55 e preferencialmente 1,60 ou mesmo 1,65 é necessário para obter resistência suficiente. Entretanto, o teor de Mg não deve exceder 1,95 e preferencialmente 1,90 ou mesmo 1,85 para obter o equilíbrio de propriedades buscado, em particularmente dureza e alongamento e evitar sensibilidade ao quench.

[0042] Um teor de Cu mínimo de 1,90 e preferencialmente 1,95 ou 2,00, ou mesmo 2,05 é necessário para obter resistência suficiente e também para obter desempenho de EAC suficiente. Entretanto, o teor de Cu não deve exceder 2,30 e preferencialmente 2,25, em particular, para evitar sensibilidade ao quench. Em uma realização, o teor máximo de Cu é 2,20.

[0043] A fim de obter produtos com sensibilidade baixa a EAC sob condições de alta tensão e ambiente úmido e evitar sensibilidade ao quench, a soma Cu + Mg é preferencialmente controlada entre 3,8 e 4,2.

[0044] As ligas da presente invenção ainda contêm 0,04 a 0,10 % de massa de zircônio, que é tipicamente utilizado para controlar o tamanho do grão. O controle do teor de zircônio em combinação com as condições de laminação a quente é importante para obter as propriedades microestruturais desejadas da invenção, que são, em meia espessura, mais do que 75% de grãos recristalizados ou, em meia espessura, 30 a

75% de grãos recristalizados e grãos não recristalizados com relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3.

[0045] O teor de Zr deve preferencialmente compreender pelo menos cerca de 0,05% de massa, mas deve vantajosamente permanecer abaixo de cerca de 0,08 ou mesmo 0,07% de massa.

[0046] Titânio, associado com elementos incidentais, tais como boro ou carbono, pode normalmente ser adicionado, se necessário, durante a fundição, a fim de limitar o tamanho do grão no estado bruto de fusão. A presente invenção pode tipicamente acomodar até cerca de 0,15% de massa e preferencialmente até cerca de 0,06% de massa de Ti. Em uma realização preferida da invenção, o teor de Ti é cerca de 0,02% de massa a cerca de 0,06% de massa e preferencialmente cerca de 0,03% de massa a cerca de 0,05% de massa.

[0047] A presente liga pode ainda conter outros elementos, em menor grau, e em algumas realizações, em uma base menos preferida. Ferro e silício tipicamente afetam as propriedades de dureza à fratura. O teor de ferro e de silício deve em geral ser mantido baixo, com um teor de no máximo 0,15% de massa, e preferencialmente não excedendo cerca de 0,13% de massa, ou preferencialmente cerca de 0,10% de massa para ferro e preferencialmente não excedendo cerca de 0,10% de massa ou preferencialmente cerca de 0,08% de massa para silício. Em uma realização da presente invenção, o teor de ferro e de silício são ≤ 0,07% de massa.

[0048] Outros elementos são impurezas ou elementos incidentais, que deve ter um teor máximo de 0,05% de massa cada e ≤ 0,15% de massa no total, preferencialmente, um teor máximo de 0,03% de massa cada e ≤ 0,10% de massa no total.

[0049] Um processo apropriado para a produção de produtos laminados, de acordo com a presente invenção, compreende: (a) fundição de um lingote feito em uma liga, de acordo com a invenção, (b) condução de uma homogeneização do lingote, preferencialmente com pelo menos uma etapa, em uma temperatura de cerca de 460 a cerca de 510 ºC, ou preferencialmente de cerca de 470 a cerca de 500 ºC tipicamente por 5 a 30 horas, (c) condução de laminação a quente de dito lingote homogeneizado em um ou mais estágios, através da laminação, com uma temperatura de entrada preferencialmente compreendida de cerca de 280 a cerca de 420 ºC, em um produto laminado com uma espessura final de pelo menos 80 mm, (d) condução de um tratamento térmico de solubilização, preferencialmente em uma temperatura de 460 a cerca de 510 ºC, ou preferencialmente de cerca de 470 a cerca de 500 ºC, tipicamente por 1 a 10 horas, dependendo da espessura e condução de um resfriamento brusco, preferencialmente com água em temperatura ambiente, (e) condução de supressão da tensão, através de esticamento ou compressão controlados, com um ajuste permanente de preferencialmente menos do que 5% e preferencialmente de 1 a 4%, e, (f) condução de um tratamento de envelhecimento artificial.

[0050] A temperatura de entrada da laminação a quente é controlada, a fim de obter as propriedades microestruturais desejadas da invenção, que são, em meia espessura, mais do que 75% de grãos recristalizados ou, em meia espessura, 30 a 75% de grãos recristalizados e grãos não recristalizados, com uma relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3. Vantajosamente, a temperatura inicial de laminação a quente é pelo menos 145*Zr-0,313 – 20 e preferencialmente pelo menos 145*Zr-0,313 – 10. Preferencialmente, a temperatura inicial de laminação a quente é, no máximo, 145*Zr-0,313 + 20 e preferencialmente pelo menos 145 *Zr-0,313 + 10. Zr é a concentração de percentual de massa do Zircônio na liga.

[0051] A presente invenção tem particular utilidade em calibres grossos de mais do que cerca de 80 mm. Em uma realização preferida, um produto laminado da presente invenção é uma placa tendo uma espessura de 80 a 200 mm, ou, vantajosamente, de 100 a 180 mm, compreendendo uma liga de acordo com a presente invenção. Têmperas “acima da idade” (“tipo T7”) são vantajosamente utilizadas, a fim de melhorar o comportamento de corrosão, na presente invenção. As têmperas que podem ser utilizadas de forma apropriada para os produtos de acordo com a invenção incluem, por exemplo, T6, T651, T73, T74, T76, T77, T7351, T7451, T7452, T7651, T7652 ou T7751, as têmperas T7351, T7451 e T7651 sendo preferidas. Tratamento de envelhecimento é vantajosamente conduzido em duas etapas, com uma primeira etapa em uma temperatura compreendida entre 110 e 130 ºC, por 3 a 20 horas, e preferencialmente por 4 ou 5 a 12 horas e uma segunda etapa em uma temperatura compreendida entre 140 e 170 ºC e preferencialmente entre 150 e 165 ºC por 5 a 30 horas.

[0052] Em uma realização vantajosa, o tempo de envelhecimento equivalente t(eq) em 155 ºC é compreendido entre 8 e 35 ou 30 horas e preferencialmente entre 12 e 25 horas.

[0053] O tempo equivalente t(eq) em 155 ºC sendo definido pela fórmula: t(eq) =  exp(-16000 / T) dt exp(-16000 / Tref) em que T é a temperatura instantânea em ºK durante o recozimento e Tref é uma temperatura de referência selecionada em 155 ºC (428 ºK). t(eq) é expressa em horas.

[0054] Com a estreita extensão da composição da invenção é possível obter um produto com uma baixa tendência a desvio de trinca e com uma taxa de crescimento de trinca por fadiga muito baixa. Assim, para o produto da invenção, durante um teste de taxa de crescimento de trinca por fatiga de acordo com o padrão ASTM E647, a trinca permanece dentro de um cone de ±20º, como ilustrado pela FIG. 2b, e preferencialmente de ±15º, cuja origem está em interseção de uma linha passando através dos centros de orifício do espécime e um eixo de simetria de espécime e da/dN em ΔK = 15 MPa√m é menos do que 2,0 10- 4 mm/ciclo, preferencialmente menos do que 1,0 10-4 mm/ciclo e com maior preferência menos do que 0,9 10-5 mm/ciclo, em um espécime de fadiga L-S C(T) em meia espessura com W = 40 mm e B = 10 mm.

[0055] A estreita extensão da composição da liga da invenção, selecionada principalmente para um compromisso de resistência contra dureza, forneceu produtos laminados com desempenho de EAC inesperadamente altos sob condições de alta tensão e ambiente úmido.

[0056] Um produto de acordo com a invenção também preferencialmente tem preferencialmente um, com maior preferência dois e com maior preferência três das seguintes propriedades: a) uma vida mínima sem falha após Trincamento Assistido pelo Meio (EAC) sob condições de alta tensão, em um nível de tensão transversal curta (ST) de 80% da tensão de escoamento do produto na direção ST, e ambiente úmido com 85% de umidade relativa em uma temperatura de 70 ºC, de pelo menos 20 dias e preferencialmente de pelo menos 30 dias, b) uma tensão de escoamento convencional medida na direção L em um quarto de espessura de pelo menos 515 – 0,279 * t MPa e preferencialmente de 525 – 0,279 * t MPa e mesmo com maior preferência de 535 – 0,279 * t Mpa (t sendo a espessura do produto em mm), c) uma dureza de K1C na direção L-T medida em quarto de espessura de pelo menos 32 – 0,1*t MPa√m e preferencialmente 34 – 0,1*t MPa√m e ainda com maior preferência 36 – 0,1*t MPa√m (t sendo a espessura do produto em mm).

[0057] Produtos laminados de acordo com a presente invenção são vantajosamente utilizados como ou incorporados em membros estruturais para a construção de aeronave.

[0058] Em uma realização vantajosa, os produtos de acordo com a invenção são utilizados em nervuras da asa, longarinas e cavernas. Em realizações da invenção, os produtos laminados de acordo com a presente invenção são soldados com outros produtos laminados, para formar nervuras da asa, longarinas e cavernas.

[0059] Estes, bem como outros aspectos da presente invenção, são explicados em maiores detalhes em relação aos seguintes exemplos ilustrativos e não limitadores.

EXEMPLO Exemplo 1

[0060] Dois lingotes foram fundidos, um de um produto de acordo com a invenção (A), e um exemplo de referência (B) com a seguinte composição (Tabela 1): Tabela 1: composição (% de massa) de uma fundição de acordo com a invenção e uma fundição de referência.

Liga Si Fe Cu Mg Zn Ti Zr A 0,03 0,04 2,13 1,75 7,05 0,04 0,06 B 0,05 0,09 1,64 2,25 6,10 0,02 0,11

[0061] Os lingotes foram, então, escalpelados e homogeneizados em cerca de 475 ºC. Os lingotes foram laminados a quente em uma placa de espessura de 102 mm (liga A) ou 110 mm (liga B). A temperatura de entrada da laminação a quente foi de 350 ºC para a liga A e 440 ºC para a liga B. As placas sofreram tratamento térmico de solubilização com uma temperatura de imersão de cerca de 475 ºC. As placas foram resfriadas bruscamente e esticadas com um alongamento permanente compreendido entre 2,0 e 2,5%.

[0062] As placas de referência foram submetidas a um envelhecimento em duas etapas de 4 horas a 120 ºC, seguidas por aproximadamente 15 horas em 155 ºC por um tempo equivalente total em 155 ºC de 17 horas, para obter uma têmpera T7651.

[0063] As placas feitas da liga A tiveram, em meia espessura, mais do que 75% de grãos recristalizados, e as placas da liga B eram substancialmente não recristalizadas, com uma fração de volume de grãos recristalizados menor do que 35% em meia espessura.

[0064] As amostras foram testadas mecanicamente, em quarto de espessura para as direções L e LT e, em meia espessura, para direção ST, para determinar suas propriedades mecânicas estáticas, bem como suas durezas contra fratura. Tensão de escoamento, resistência em tração e alongamento na fratura são fornecidos na Tabela 2.

Tabela 2: Propriedades mecânicas estáticas das amostras Liga Direção L Direção LT Direção ST

UTS TYS E UTS TYS E UTS TYS E (MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) (%) A 548 518 8,4 550 502 6,5 525 473 4,8 B 502 448 12,1 514 443 7,5 495 428 5,8

[0065] Os resultados do teste de dureza contra fratura são fornecidos na Tabela 3.

Tabela 3: Propriedades de dureza contra fratura das amostras Liga K1C L-T T-L S-L (MPam) (MPam) (MPam) A 26,9 25,1 28,6 B 35,1 29,5 29,3

[0066] EAC sob condições de alta tensão e ambiente úmido foi medido com espécimes de tração de direção ST, que são descritos em ASTM G47. Teste de tensão e de meio foram diferentes de ASTM G47 e utilizaram uma carga de cerca de 80% de TYS na direção ST em t/2, abaixo de 85% de umidade relativa, e em uma temperatura de 70 ºC. O número de dias para a falha é fornecido para 3 espécimes para cada placa,

[0067] Os resultados são fornecidos na Tabela 4 Tabela 4 Resultados de EAC sob condições de alta tensão e ambiente úmido Liga ST Tensão Método do Número de Dias para a TYS EAC Teste Falha t/2 (MPa) (MPa) Amostra Amostra Amostra 1 2 3 A 473 402 Deformação 30 43 60 constante

[0068] A placa feita da liga A resistiu em média 33 dias sob uma tensão de 350 MPa para teste de CST sob ASTM G47.

[0069] A taxa de crescimento da trinca por fadiga L-S foi medida de acordo com o padrão ASTM E647 em meia espessura e quarto de espessura na direção L-S no espécime CT (CT10W40 10 mm de espessura, 40 mm de largura), sob uma carga máxima de 4 KN e R=0,1. Os resultados são apresentados na Tabela 5.

Tabela 5. Resultados para o teste de taxa de crescimento de trinca por fatiga L-S (da/dN em ΔK = 15 MPa√m) Liga A Liga B ½ ½ espessura ¼ espessura ¼ espessura espessura da/dN 7,9E- 6,8E- 8,2E- 8,5E- 2,0E- 2,1E- 2,5E-04 (mm/ciclo) 05 05 05 05 04 04

[0070] A taxa de crescimento de trinca por fatiga L-S é reduzida até um fator de pelo menos 3 nos espécimes CT para a liga da invenção A contra a liga B.

[0071] Imagens do espécime trincado da liga A são mostradas na FIG. 3. Nenhum dos espécimes trincados apresentaram uma tendência de desvio de trinca, e as trincas permaneceram dentro de um cone de ±15º. Os espécimes trincados da liga B são mostrados na FIG. 4 e as trincas permaneceram dentro de um cone de ±20º, mas não, contudo, dentro de um cone de ±15º.

Exemplo 2

[0072] Um lingote adicional foi fundido, com uma composição de acordo com a invenção (C), (Tabela 6): Tabela 6: composição (% de massa) da fundição C.

Liga Si Fe Cu Mg Zn Ti Zr C 0,03 0,04 2,15 1,65 7,11 0,03 0,10

[0073] O lingote foi, então, escalpelado e homogeneizado a 475 ºC. O lingote foi laminado a quente em uma placa de espessura de 152 mm. A temperatura de entrada da laminação a quente foi de 420 ºC. A placa sofreu tratamento térmico de solubilização com uma temperatura de imersão de 475 ºC. A placa foi resfriada bruscamente e esticada com um alongamento permanente compreendido entre 2,0 e 2,5%.

[0074] Devido à alta temperatura de laminação a quente, a microestrutura da placa não foi de acordo com a invenção, a placa feita tinha, em meia espessura, menos do que 20% de grãos recristalizados.

[0075] A taxa de crescimento de trinca por fatiga L-S foi medida de acordo com o padrão ASTM E647, em meia espessura e quarto de espessura na direção L-S no espécime CT (CT10W40 10 mm de espessura, 40 mm de largura), sob uma carga máxima de 4 KN e R=0,1.

Os resultados são apresentados na Tabela 7.

Tabela 7. Resultados do teste de taxa de crescimento da trinca por fatiga L-S (da/dN em ΔK = 15 MPa√m) Liga C ½ espessura da/dN 1,4E-04 1,2E-04 (mm/ciclo)

[0076] As imagens do espécime trincado da placa C são mostradas na FIG. 4. O espécime trincado apresentou uma tendência ao desvio de trinca, e as trincas não permaneceram dentro de um cone de ±20º.

[0077] Todos os documentos referidos neste documento são especificamente incorporados neste documento por referência em suas totalidades.

[0078] Como utilizado neste documento e nas Reivindicações a seguir, artigos tais como “o”, “a”, “um” e “uma” podem implicar o singular ou plural.

[0079] Na presente descrição e nas Reivindicações a seguir, na medida em que um valor numérico é enumerado, tal valor se destina a se referir ao valor exato e valores próximos àquele valor que equivaleria a uma mudança insubstancial do valor listado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, tendo uma espessura de pelo menos 80 mm, compreendendo (em % de massa): Zn 6,85 – 7,25, Mg 1,55 – 1,95, Cu 1,90 – 2,30, Zr 0,04 – 0,10, Ti 0 – 0,15, Fe 0 – 0,15, Si 0 – 0,15, outros elementos ≤ 0,05 cada e ≤ 0,15 no total, restante de Al, caracterizado por que, em meia espessura, mais do que 75% dos grãos são recristalizados ou, em meia espessura, 30 a 75% dos grãos são recristalizados e grãos não recristalizados têm uma relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3.

2. Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que Cu 1,95-2,25 e preferencialmente Cu: 2,00 – 2,20.

3. Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com a Reivindicação 1 ou 2, caracterizado por que, durante um teste de taxa de crescimento de trinca por fatiga, de acordo com o padrão ASTM E647, a trinca permanece dentro de um cone de ± 20º e preferencialmente de ± 15º, cuja origem está na interseção de uma linha passando através dos centros dos orifícios do espécime e um eixo de simetria do espécime e da/dN em ΔK = 15 MPa√m é menos do que 2,0 10-4 mm/ciclo, preferencialmente menos do que 1,0 10-4 mm/ciclo e com maior preferência menos do que 0,9 10-5 mm/ciclo, em um espécime de fadiga L-S C(T) em meia espessura com W = 40 mm e B = 10 mm.

4. Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 3, caracterizado por que dito produto tem pelo menos uma das seguintes propriedades: a) uma vida mínima sem falha após Trincamento Assistido pelo Meio (EAC) sob condições de alta tensão, em um nível de tensão transversal curta (ST) de 80% da tensão de escoamento do produto na direção ST, e ambiente úmido com 85% de umidade relativa em uma temperatura de 70ºC, de pelo menos 30 dias e preferencialmente de pelo menos 40 dias, b) uma tensão de escoamento convencional medida na direção L em um quarto de espessura de pelo menos 515 – 0,279 * t MPa e preferencialmente de 525 – 0,279 * t MPa e mesmo com maior preferência de 535 – 0,279 * t Mpa, t sendo a espessura do produto em mm, c) uma dureza de K1C na direção L-T medida em quarto de espessura de pelo menos 32 – 0,1*t MPa√m e preferencialmente 34 – 0,1*t MPa√m e ainda com maior preferência 36 – 0,1*t MPa√m, t sendo a espessura do produto em mm.

5. Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 4, caracterizado por que a espessura do mesmo é de 80 a 200 mm, ou vantajosamente de 100 a 180 mm.

6. Membro Estrutural Apropriado para Construção de Aeronave,

caracterizado por que dito membro estrutural é utilizado em nervuras da asa, longarinas e cavernas compreendendo um produto, conforme definido em qualquer uma das Reivindicações de 1 a 5.

7. Processo Para Fabricação de Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, compreendendo as etapas de: a) fundição de um lingote compreendendo (em % de massa) Zn 6,85 – 7,25, Mg 1,55 – 1,95, Cu 1,90 – 2,30, Zr 0,04 – 0,10, Ti 0 – 0,15, Fe 0 – 0,15, Si 0 – 0,15, outros elementos ≤ 0,05 cada e ≤ 0,15 total, restante de Al; b) homogeneização do lingote; c) laminação a quente do lingote homogeneizado em um produto laminado com uma espessura final de pelo menos 80 mm; d) tratamento térmico de solubilização e resfriamento brusco do produto; e) supressão da tensão da solução termicamente tratada e resfriamento brusco do produto;

f) envelhecimento de forma artificial do produto com tensão suprimida; caracterizado por que a temperatura inicial da laminação a quente é controlada para obter, após a etapa f, em meia espessura, de mais do que 75% de grãos recristalizados ou, em meia espessura, 30 a 75% de grãos recristalizados e grãos não recristalizados com uma relação de formato em uma seção transversal L/ST menor do que 3.

8. Processo Para Fabricação de Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que a temperatura inicial de laminação em quente é de pelo menos 145*Zr-0,313 - 20 e preferencialmente pelo menos 145*Zr-0,313 – 10.

9. Processo Para Fabricação de Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com a Reivindicação 7 ou 8, caracterizado por que a temperatura inicial de laminação a quente é no máximo 145*Zr-0,313 + 20 e preferencialmente pelo menos 145*Zr-0,313 + 10.

10. Processo Para Fabricação de Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 7 a 9, caracterizado por que o tempo de envelhecimento equivalente t(eq) está compreendido entre 8 e 30 horas e preferencialmente entre 12 e 25 horas, o tempo equivalente t(eq) em 155 ºC sendo definido pela fórmula: t(eq) =  exp(-16000 / T) dt exp(-16000 / Tref) em que T é a temperatura instantânea em ºK durante o recozimento e Tref é uma temperatura de referência selecionada em 155 ºC (428 ºK). t(eq) é expressa em horas.

11. Processo Para Fabricação de Produto de Liga Baseada em Alumínio Laminado, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 7 a 10, caracterizado por que a temperatura do tratamento térmico de solubilização é de 460 a 510 ºC ou preferencialmente de 470 a 500 ºC.