BRPI0507940B1

BRPI0507940B1 - Processo de fabricação de um elemento de estrutura feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural

Info

Publication number: BRPI0507940B1
Application number: BRPI0507940-3A
Authority: BR
Inventors: Lequeu Philippe; Dumont David
Original assignee: Constellium Issoire
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2018-04-17
Also published as: FR2868084B1; BRPI0507940A; DE602005006764D1; CA2560672C; CN1930317A; CN100507066C; WO2005098072A3; ATE395444T1; EP1727921B1; FR2868084A1; WO2005098072A2; ES2307180T3; CA2560672A1; EP1727921A2

Abstract

elemento de estrutura para construção aeronáutica que apresenta uma variação das propriedades de emprego. a invenção refere-se a um processo de fabricação de uma peça feita de liga de alumínio de endurecimento estrutural, que compreende a) a colocação em solução de um semiproduto laminado, fiado ou forjado, seguida por uam têmpera, b) eventualmente a tração controlada com um alongamento permanente de pelo menos 0,5%, c) o tratamento de revenido, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma etapa do dito tratamento de revenido é efetuada em forno linear de gradiente térmico controlado que compreende pelo menos duas zonas ou grupos de zonas z~ 1~, z~ 2~ com temperaturas iniciais t~ 1~, t~ 2~ nas quais a variação da temperatura em torno da temperatura de referência de cada uma das temperaturas t~ 1~ e t~ 2~ não excede + ou - 5<198> c no comprimento das ditas zonas ou grupos de zonas, a diferença entre as temperaturas de referência das temperaturas iniciais t~ 1~ e t~ 2~ sendo superior ou igual a 5<198>c, e as ditas zonas ou grupos de zonas podendo ser separadas por uma zona ou grupo de zonas z~ 1~ ,2~ dita(o) de transição dentro da qual ou do qual a temperatura inicial varia de t~ 1~ a t~ 2~, e caracterizado pelo fato de que o comprimento paralelo ao eixo do forno linear de cada uma das ditas pelo menos duas zonas ou grupos de zonas z~ 1~ e z~ 2~ é de pelo menos um metro.

Description

(54) Título: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO DE ESTRUTURA FEITO DE LIGA DE

ALUMÍNIO DE ENDURECIMENTO ESTRUTURAL (51) Int.CI.: C22F 1/053; C22F 1/04; F27B 17/00; F27D 19/00 (30) Prioridade Unionista: 23/03/2004 FR 04 02971 (73) Titular(es): CONSTELLIUM ISSOIRE (72) Inventor(es): PHILIPPE LEQUEU; DAVID DUMONT

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO DE ESTRUTURA FEITO DE LIGA DE ALUMÍNIO DE ENDURECIMENTO ESTRUTURAL.

DOMÍNIO TÉCNICO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se aos produtos soldados a quente e aos elementos de estrutura, notadamente para construção aeronáutica, feitos de liga de alumínio com tratamento térmico. Ela se refere notadamente aos produtos ditos compridos, quer dizer aos produtos que apresentam um comprimento significativamente maior do que as outras dimensões, tipicamente pelo menos duas vezes mais compridas do que largas, e de um comprimento tipicamente de pelo menos 5 metros. Esses produtos podem ser produtos laminados (tais como chapas finas, chapas médias, chapas espessas), produtos fiados (tais como barras, perfilados, tubos ou fios), e produtos forjados.

ESTADO DA TÉCNICA

Os aviões de tamanho muito grande apresentam problemas de construção absolutamente especiais. A título de exemplo, a união dos elementos estruturais se torna cada vez mais crítica, por um lado como fator de custo (o rebitamento é um processo muito custoso), por outro lado como gerador de descontinuidades nas propriedades das peças unidas.

Para minimizar as uniões, é possível preparar elementos de estrutura por usinagem integral em chapas espessas; esses elementos de estruturas podem então integrar em uma só peça (dita monolítica) diferentes funções tais como a função de película de asa e a função de enrijecedor. Também é possível, e paralelamente, aumentar a dimensão dos elementos de estrutura monolíticos. Isso apresenta novos problemas de fabricação dessas peças por laminação, fiação, forjamento ou moldagem, pois é mais difícil garantir propriedades homogêneas das peças de tamanho muito grande.

Foi evocado também preparar peças monolíticas que apresentam uma variação controlada de propriedades, o que permite, em teoria, melhor adaptar as propriedades das peças às necessidades do construtor. A

11/01/2018, pág. 5/14 esse título, a patente EP 0 630 986 (Pechiney Rhenalu) descreve um processo de fabricação de chapas feitas de liga de alumínio de endurecimento estrutural que apresentam uma variação contínua das propriedades de emprego, no qual o revenido final é efetuado em um forno de estrutura específica que compreende uma câmara quente e uma câmara fria, ligadas por uma bomba de calor. Esse processo permitiu obter pequenas peças de um comprimento de cerca de um metro feitas de liga 7010 das quais uma extremidade se encontra no estado T651 e a outra no estado T7451, por um tratamento de revenido isócrono. Esse processo nunca foi desenvolvido na escala industrial, pois ele é difícil de controlar de uma maneira compatível com as exigências de qualidade que o domínio da construção aeronáutica apresenta; essas dificuldades aumentam com o tamanho das peças, sabendo que é em especial para as peças muito grandes que o projetista desejaria poder integrar duas ou mais funcionalidades através de uma variação contínua das propriedades de emprego. Um outro problema que esse processo apresenta para o exemplo descrito na patente citada é que os tempos de duração ótimos dos tratamentos T651 e T7461 são diferentes. Mais um outro problema é que um produto em 7010 no estado T7451 é obtido tipicamente por um tratamento de revenido de dois patamares, enquanto que o estado T651 é obtido por um tratamento de revenido de patamar simples.

O problema ao qual responde a presente invenção é desenvolver um processo para a fabricação de elementos de estrutura, notadamente para a construção aeronáutica, que apresentam uma variação das propriedades de emprego, que permite a realização de peças de comprimento muito grande, e que é suficientemente controlável, estável e reprodutível nas condições estritas de segurança da qualidade e de controle dos processos que são correntemente exigidas pela indústria aeronáutica.

Objeto da Invenção

Um primeiro objeto da presente invenção é um processo de fabricação de uma peça feita de liga de alumínio de endurecimento estrutural que compreende: a) a colocação em solução de um semiproduto laminado, fiado ou forjado, seguida por uma têmpera, b) eventualmente a tração con11/01/2018, pág. 6/14 trolada com um alongamento permanente de pelo menos 0,5%, c) o tratamento de revenido, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma etapa do dito tratamento de revenido é efetuada em um forno de perfil térmico controlado no comprimento, o dito forno compreendendo pelo menos duas zonas ou grupos de zonas Z₁, Z₂ com temperaturas iniciais T₁, T₂ nas quais a variação da temperatura em torno da temperatura de referência de cada uma das temperaturas T₁ e T₂ não excede ± 5°C (preferencialmente ± 4°C, e ainda mais preferencialmente ± 3°C) no comprimento das ditas zonas ou grupos de zonas, a diferença entre as temperaturas de referência das tempera10 turas iniciais T₁ e T₂ sendo superior ou igual a 5°C (preferencialmente compreendida entre 10°C e 80°C, mais preferencialmente entre 10°C e 50°C, e ainda mais preferencialmente entre 20°C e 40°C), e as ditas zonas ou grupos de zonas podendo ser separadas por uma zona ou grupo de zonas Z₁,₂dita(o) de transição dentro da qual ou do qual a temperatura inicial varia de

T₁ a T₂, e caracterizado pelo fato de que o comprimento paralelo ao eixo do forno, que é preferivelmente um forno linear, de cada uma das ditas pelo menos duas zonas ou grupos de zonas Z1 e Z2 é de pelo menos um metro (e preferencialmente de pelo menos dois metros).

Um segundo objeto da presente invenção é um elemento de es20 trutura monolítico feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural que tem um comprimento L maior do que a largura B e a espessura E, notadamente para construção aeronáutica, o dito elemento de estrutura monolítico sendo caracterizado pelo fato de que pelo menos dois segmentos Pi e P₂situados em um comprimento diferente do dito elemento de estrutura possu25 em propriedades mecânicas (medidas a meia espessura) selecionadas no grupo formado por: a) P₁: Kjc(l-t)> 38 MPaVm e P₂: R_m(L)> 580 MPa (e preferencialmente > 590 MPa, e ainda mais preferencialmente > 600 MPa), b) P₁: K|_C(_L-T)> 40 MPaVm e P₂: R_m(L)> 580 MPa (e preferencialmente > 590 MPa), c) P₁: K_IC(_L-T)> 41 MPaVm e P₂: R_m(L)> 580 MPa (e preferencialmente > 590

MPa), d) P1: Kic(l-t)> 42 MPaVm e P2: Rm(L)> 590 MPa, e) P1: Kic(l-t)> 39 MPaVm e P₂: R_m(L)> 580 MPa e P₂: R_m(TL)> 550 Mpa, f) P₁: K_iC(_L-T)> 39 MPaVm e P₂: R_m(L)> 580 MPa e P₂: R_p0,₂(L)> 550 Mpa., i) P₁: K_iC(_L-T)> 39

Petição 870180002452, de 11/01/2018, pág. 7/14

MPaVm e P< R_m(L)> 530 MPa, e P₂: R_m(L)> 580 Mpa., j) Pn K|_C(l-t)> 40 MPaVm e Ρ_Ί: R_m(L)> 540 MPa, e P₂: R_m(L)> 590 Mpa., k) P1: KappíL-TxccT^e? 125 MPa^/m e P2: R_m(L)> 590, Mais um outro objeto da presente invenção é um avião que compreende pelo menos uma asa que integra pelo menos um elemento de estrutura de acordo com a presente invenção, caracterizado pelo fato de que o segmento P₁ se situa próximo da fuselagem, e o segmento P₂ próximo da extremidade geométrica da asa, no lado oposto à fuselagem.

Descrição das Figuras

A figura 1 mostra de maneira esquemática a evolução das propriedades mecânicas estáticas (curva 1), por exemplo, a resistência à tração ou à compressão, e dinâmicas (curva 2), por exemplo, a tolerância aos danos, no comprimento de um painel de asa de acordo com a invenção.

A figura 2 mostra a resistência mecânica em um elemento de estrutura de um comprimento de 34 metros de acordo com a invenção. Descrição da invenção

a) Terminologia

Exceto menção em contrário, todas as indicações relativas à composição química das ligas são expressas em porcentagem mássica. Em conseqüência disso, em uma expressão matemática, 0,4 Zn” significa: 0,4 vezes o teor em zinco, expresso em porcentagem mássica; isso se aplica mutatis mutandis aos outros elementos químicos. A designação das ligas segue as regras de The Aluminium Association, conhecidas pelo profissional. Os estados metalúrgicos são definidos na norma européia EN 515. A composição química de ligas de alumínio normalizadas é definida por exemplo na norma EN 573-3. Exceto menção em contrário, as características mecânicas estáticas, quer dizer a resistência à ruptura R_m, o limite elástico R_po_l2, e o alongamento na ruptura A, são determinadas por um ensaio de tração de acordo com a norma EN 10002-1, o local e o sentido da retirada dos corpos de prova sendo definidos na norma EN 485-1. A tenacidade Kic foi medida de acordo com a norma ASTM E 399. A curva R é determinada de acordo com a norma ASTM 561. A partir da curva R, calcula-se o fator de * · · • · «

intensidade de tensão crítico K_c, quer dizer o fator de intensidade que provoca a instabilidade da fissura. Calcula-se também o fator de intensidade de tensão K_Co, atribuindo-se à carga crítica o comprimento inicial da fissura, no início do carregamento monótono. Esses dois valores são calculados para um corpo de prova de forma desejada. K_app designa o K_Co que corresponde ao corpo de prova que serviu para fazer o teste de curva R. A resistência à corrosão esfoliativa foi determinada de acordo com o ensaio EXCO descrito na norma ASTM G34.

Exceto menção em contrário, as definições da norma européia EN 12258-1 se aplicam. O termo “chapa” é utilizado aqui para produtos laminados de qualquer espessura.

O termo usinagem” compreende qualquer processo de retirada de matéria tal como o torneamento, a fresagem, a perfuração, a furação, o rosqueamento, a eletro-erosão, a retificação, o polimento, a usinagem química.

O termo produto fiado compreende também os produtos que foram estirados depois de fiação, por exemplo por estiramento a frio através de uma fieira. Ele compreende também os produtos trefilados.

O termo elemento de estrutura se refere a um elemento utilizado em construção mecânica para o qual as características mecânicas estáticas e/ou dinâmicas têm uma importância especial para o desempenho e a integridade da estrutura, e para o qual um cálculo da estrutura é geral mente prescrito ou efetuado. Trata-se tipicamente de uma peça mecânica cuja falha é suscetível de colocar em perigo a segurança da dita construção, de seus utilizadores, de seus usuários ou de outros. Para um avião, esses elementos de estrutura compreendem notadamente os elementos que compõem a fuselagem (tais como a película de fuselagem (fuselage sktn em inglês), os enrijecedores ou vigas de fuselagem (stringers), as anteparas estanques (bulkheads), os quadros de fuselagem (circunferencial frames)), as asas (tais como a película de asa (wing skin), os enrijecedores (stringers ou stiffeners), as nervuras (ribs) e longarinas (spars)) e a empenagem composta notadamente por estabilizadores horizontais e verticais (horizontal or vertical stabili• · · • · « • *

sers), assim como os perfilados de piso (floor beams), os trilhos de assentos (seat tracks) e as portas.

O termo elemento de estrutura monolítico se refere a um elemento de estrutura que foi obtido a partir de uma só peça de semiproduto laminado, fiado, forjado ou moldado, sem união, tal como rebitamento, soldagem, colagem, com uma outra peça.

b) Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a invenção, o problema é resolvido por um processo no qual em um forno que tem de preferência um comprimento interno superior ao comprimento da peça a tratar, a temperatura é conservada sensivelmente constante em pelo menos duas zonas de forno de um comprimento de pelo menos um metro. Um tal perfil de temperatura pode ser obtido subdividindo-se o forno de acordo com seu comprimento em várias zonas térmicas.

A invenção é aplicável a todos os produtos metálicos compridos, quer dizer que apresentam uma dimensão (chamada comprimento) significativamente maior do que as duas outras (largura, espessura). O comprimento é a maior dimensão do produto. Tipicamente, no âmbito da presente invenção, o comprimento é pelo menos duas vezes maior do que as duas outras dimensões. Em modos de realização especialmente vantajosos, ele é cinco ou mesmo dez vezes maior do que as duas outras dimensões. Ele coincide habitualmente com o sentido longo de fabricação (laminação ou fiação); em certos casos, ele pode ser diferente. Os produtos de acordo com a invenção podem ser produtos laminados (tais como as chapas ou chapas fortes), produtos fiados (tais como as barras, tubos ou perfilados), produtos forjados; esses produtos podem ser brutos de fabricação ou usinados.

Entende-se aqui por segmentos de propriedades extremas de um produto os dois segmentos que mostram a maior diferença de propriedades. Em função dos modos de realização escolhidos, esses segmentos podem se situar próximo das duas extremidades no sentido geométrico (ou extremidades geométricas) do produto, ou em outro lugar: a presente invenção permite também fabricar peças nas quais pelo menos um dos dois

• · · • · · · • · · · · · · · · · · • · · · segmentos que mostram a maior diferença de propriedades se situa mais próximo do meio geométrico do que da extremidade geométrica da peça.

Entende-se aqui por zona de um forno a menor unidade térmica no comprimento do forno caracterizada por uma temperatura sensivelmente constante, quer dizer por uma temperatura paralela ao eixo do forno que é pequena comparada com a diferença de temperatura que caracteriza o perfil de temperatura do forno na totalidade de seu comprimento. Uma tal zona de forno é caracterizada por meios de aquecimento e de controle que permitem manter a temperatura a um valor sensivelmente constante dentro da dita zona. Dentro de uma tal zona, a variação da temperatura em torno da temperatura de referência não deve exceder ± 5°C, e preferencialmente não excede ± 4°C. Em um modo de realização preferido, essa diferença não excede ± 3°C. Para certos produtos, a diferença não deve exceder! 2°C. Nas outras direções do forno, a temperatura deve ser a mais constante possível. Em todo caso, a variação da temperatura em torno da temperatura de referência dentro de uma zona deve ser menor do que a diferença de temperatura entre a zona de forno mais quente e a zona de forno mais fria.

Várias zonas contíguas podem formar um grupo de zonas, quer dizer uma unidade térmica dentro da qual a temperatura é sensivelmente constante, ou segue um perfil térmico controlado. A título de exemplo, em um forno que compreende 9 zonas de forno (numeradas de 1 a 9), é possível formar dois grupos de zonas térmicas que compreendem cada uma três zonas de forno (que têm os números sucessivos 1, 2, 3, 7, 8 e 9), separadas por um grupo de zonas centra! que compreende um perfil térmico controlado e obtido por intermédio de três zonas de forno (que levam os números sucessivos 4, 5 e 6). Tal como o termo “grupo de zonas” é utilizado no âmbito da presente patente, um grupo de zonas só pode compreender uma única zona de forno.

De acordo com as constatações da requerente, a diferença de temperatura mínima que leva a diferenças de propriedades industrialmente exploráveis entre dois segmentos de propriedades extremas do produto de acordo com a invenção é de cinco graus. Uma diferença de pelo menos dez * · · graus é preferida. A diferença de temperatura pode ser muito maior, até 80°C,e mesmo até 100°C, ou mesmo mais, mas isso pode apresentar problemas de controle da temperatura e de seu perfil paralelo ao eixo do forno, e isso notadamente no caso de pelas relativamente pequenas. Se é desejado obter estados revenidos, a diferença de temperatura não excederá tipicamente cinquenta graus. Uma diferença de temperatura superior a cinquenta-graus pode ser utilizada vantajosamente para fabricar uma peça da qual um dos segmentos de propriedades extremas se encontra em um estado próximo de um estado T3 ou T4. Para as ligas de tipo Al-Zn-Cu-Mg (série 7xxx), uma diferença de temperatura relativamente pequena (por exemplo, entre dez e cerca de trinta graus) permite obter efeitos expioráveis para peças utilizáveis em construção aeronáutica, enquanto que para as ligas de tipo ΑΙ-Cu (série 2xxx), é utilizada vantajosamente uma diferença de temperatura maior, por exemplo compreendida entre cinquenta e cem graus, ou mesmo mais.

A requerente constatou que não é unicamente a diferença de temperaturas entre dois segmentos de propriedades extremas que conta, mas também o controle da temperatura entre os segmentos de propriedades extremas. É por essa razão que é utilizado na presente invenção um forno que compreende uma pluralidade de zonas de forno contíguas. Entende-se por uma pluralidade pelo menos duas, e preferencialmente pelo menos três zonas de forno. Uma divisória entre duas zonas contíguas, tal como proposta pela patente EP 0 630 986, não é necessária nem útil. Ela não permite exercer um controle suficiente sobre a temperatura entre duas zonas. Do mesmo modo, o uso de uma bomba de calor que liga a câmara fria com a câmara quente, como proposto em EP 0 630 986, torna o perfil térmico dentro do forno muito instável. No âmbito da presente invenção, um bom controle do perfil térmico dentro do forno é indispensável para poder fabricar elementos de estrutura de uma maneira compatível com as exigências de segurança e qualidade dos produtos aeronáuticos.

Com esse objetivo, é necessário poder controlar, e preferível poder regular, a temperatura em cada zona de forno. Em uma realização

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vantajosa da presente invenção, o forno compreende pelo menos três zonas de forno de um comprimento unitário de pelo menos um metro. A título de exemplo, para fabricar elementos de estrutura de um comprimento de cerca de trinta e quatro metros, os inventores utilizam um forno de um comprimento total de trinta e seis metros com trinta zonas de forno de comprimento sensivelmente idêntico, reguláveis independentemente umas das outras. Vantajosamente, essas trinta zonas de forno são agrupadas de maneira a formar um número reduzido de grupos de zonas térmicas, por exemplo três a cinco.

O processo de acordo com a invenção compreende a elaboração de uma peça soldada a quente feita de liga de alumínio de endurecimento estrutural, uma colocação em solução, têmpera, eventualmente tração com um alongamento permanente de pelo menos 0,5%, um tratamento de revenido em um forno de perfil térmico controlado. O dito tratamento de revenido em um forno de perfil térmico pode compreender, para pelo menos um dos grupos de zonas térmicas que compõem o perfil térmico controlado, um ou vários, tipicamente dois ou três, patamares de temperatura, ou uma rampa mais ou menos contínua de temperatura sem patamar nítido. Opcionalmente, o tratamento de revenido dentro do forno de perfil térmico controlado é precedido ou seguido por uma outra etapa de tratamento de revenido dentro de um forno homogêneo (que pode ser o mesmo forno, regulado de maneira a obter uma temperatura homogênea em todas suas zonas, ou um outro forno). Um tal revenido final em forno homogêneo é especialmente útil quando se visa obter um estado próprio para uma operação de conformação no revenido; o revenido final homogêneo permite nesse caso a conformação no revenido. Por outro lado, uma peça deve ser submetida a um revenido no forno de gradiente térmico controlado, e depois a pelo menos uma operação de conformação ou de usinagem, e em seguida a uma etapa de tratamento de revenido em um forno homogêneo.

A invenção permite realizar um elemento de estrutura monolítico feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural que tem um comprimento L maior do que a largura B e a espessura E, notadamente para cons• · · * · * • * · · · • · * · · • · · · · · ·····*· • · · · * · · · · ·*···· • · · · · · * • · · · trução aeronáutica, o dito elemento de estrutura monolítico sendo caracterizado pelo fato de que pelo menos dois segmentos Pi e P2 situados em um comprimento diferente do dito elemento de estrutura possuem propriedades físicas (medidas em meia espessura) selecionadas no grupo formado por: a) Pv Κιο(ΐ_-τ)> 38 MPa^/m e P₂: R_m(L)> 580 MPa, (e preferencialmente > 590 MPa, e ainda mais preferencial mente > 600 MPa), b) P< Kic(_L-t)^> 40 MPa^/m e P2: Rm(L)> 580 MPa, (e preferencialmente > 590 MPa),. c) P^ Kjcíl-t^ 41 MPaVm e P2: Rm(L)> 580 MPa, (e preferencialmente > 590 MPa), d) ΡΊ: KiC<lT)> 42 MPaVm e P2: Rm(L)> 590 MPa, e) P< Ki^l-t^ 39 MPa^/m e P2: Rm(L)> 580 MPa e P2: Rm(TL)> 550 MPa,.f) P< K|C(l-t)> 39 MPa^/m e P2: Rm(L)> 580 MPa e P2: Rp0,2(L)> 550 MPa, i) P-l· KiCfL-T)⁵* 39 MPa^m e ΡΊ: R_m(L)> 530 MPa, e P₂: R_m(L)> 580 Mpa, j) Ρ_Ί: K_[C(l-t)^> 40 MPa^/m e ΡΊ: Rm(L)> 540 MPa, e P2: Rm(L)> 590 Mpa, k) P1: Kapp(L-T)(ccT406)^> 125 MPa^m e P2: Rm(L)> 590 MPa.

É preferido que o processo seja conduzido de maneira a que o alongamento na ruptura A_(L) seja superior a 9% e preferencialmente > 10%, nos segmentos P1 e P₂. Isso é vantajoso notadamente quando as peças devem ser submetidas a operações de conformação depois de revenido. Do mesmo modo é preferível que A(L) seja superior a 9% fora desses segmentos P1 e P₂. É possível obter semiprodutos caracterizados pelo fato de que eles possuem dois segmentos P1 e P₂ nos quais (medido a meia espessura): 3) Rpo.2» medido no sentido L ou no sentido LT, apresenta uma diferença R_po.2(p2) - R_po.2(pi) de pelo menos 50 MPa e preferencialmente pelo menos > 75 MPa, e/ou, b) R_p0,₂, medido no sentido TC, apresenta uma diferença R_Po.2(P2) - R_po.2(pi) de pelo menos 30 MPa e preferencialmente de pelo menos 50 MPa, e/ou, c) Kic, medido no sentido L-T, apresenta uma diferença Kj_C(pi) - Kic(p2) de pelo menos 5 MPaVm e preferencialmente de pelo menos 7 MPaVm, e/ou, d) Ka_PP, medido no sentido L-T, apresenta uma diferença Kapp(p-i) - Ka_PP(p2) de pelo menos 10 MPa^/m e preferencialmente de pelo menos 15 MPaVm.

O processo de acordo com a invenção pode ser utilizado para elaborar semiprodutos feitos de qualquer liga de endurecimento estrutural, ♦ · · • · ·

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tal como as ligas de alumínio das séries 2xxx, 4xxx, 6xxx e 7 xxx, assim como as ligas de endurecimento estrutural da série 8xxx que contêm lítio.

O processo de acordo com a invenção pode, no caso das ligas de tipo Al-Zn-Cu-Mg (série 7xxx), ser utilizado para ter um dos segmentos de propriedades extremas em um estado próximo de T6, e um outro segmento de propriedades extremas próximo do estado T74 ou T73.

Nas ligas da série 2xxx, da série 6xxx assim como nas ligas da série 8xxx que contêm lítio, o processo de acordo com a invenção pode ser utilizado para obter em um dos segmentos de propriedades extremas um estado próximo de T3 ou T4, e no outro segmento de propriedades extremas um estado próximo de T6 ou T8.

Em uma realização vantajosa da invenção, a liga compreende entre 6 e 15% de zinco, entre 1 e 3% de cobre e entre 1,5 e 3,5% de magnésio. Em outras realizações vantajosas, o teor em zinco é de pelo menos 7%, e se situa preferencialmente entre 8 e 13%, e ainda mais preferencialmente entre 8,5 e 11%. O teor em cobre se situa vantajosamente entre 1,3 e 2,1%, e o teor em magnésio entre 1,8 e 2,7%. Essas ligas, entre as quais a 7449, a 7349 e a 7056, permitem obter ao mesmo tempo uma resistência mecânica muito alta (por exemplo no estado T651 ou T7951) e uma tenacidade muito grande (por exemplo no estado T76, T7651 ou T74, ou no estado T7451, T73 ou T7351), ao mesmo tempo em que conserva nos dois estados correspondentes aos dois segmentos de propriedades extremas do produto, assim como nas zonas intermediárias, um compromisso entre resistência mecânica e tenacidade aceitáveis e uma resistência à corrosão esfoliativa (ensaio EXCO) mantida a um bom nível (EA).

Em uma realização vantajosa da presente invenção, efetua-se em uma chapa, um perfilado ou uma peça forjada colocada em solução, temperada e tracionada, um revenido em duas etapas: Uma primeira etapa homogênea a uma temperatura compreendida entre 115°C e 125°C por um tempo de duração compreendido entre 2 e 12 horas, uma segunda etapa durante a qual um segmento ou uma extremidade geométrica é tratado a uma temperatura compreendida entre 115°C • · • · · • · · · • · ·♦· • · ♦ ♦ ·

e 125°C, enquanto que um outro segmento ou a outra extremidade é tratado a uma temperatura compreendida entre 150°C e 160°C, os dois por um tempo de duração compreendido entre 8 e 24 horas.

Esse revenido convém notadamente para os produtos feitos de liga 7xxx, e notadamente feitos de liga 7349, 7449 ou 7056.

Em uma outra realização vantajosa da presente invenção, efetua-se em um produto feito de liga 2xxx (tal como o 2024 ou o 2023) em um segmento ou uma extremidade geométrica (Pi) um revenido a cerca de 120°C, e em um outro segmento ou na outra extremidade geométrica (P₂) um revenido no pico de resistência mecânica (estado T851) a cerca de 190°C. Em uma variante desse modo de realização, o segmento ou a extremidade geométrica que não é levado ao pico de resistência mecânica (i.e. Pi) sofre um revenido a cerca de 100°C (ou 80°C); é um estado subrevenido.

Em uma outra realização vantajosa, efetua-se em um produto feito de liga 7xxx (tal como o 7349, o 7449 ou o 7056) em um segmento ou uma extremidade geométrica um revenido no pico de resistência mecânica (estado T651) a cerca de 120°C, e em um outro segmento ou na outra extremidade geométrica um sobre-revenido (estado T7651, T7451 ou T7351) em dois patamares a 120°C e 150°C - 165°C.

Em mais uma outra realização vantajosa, efetua-se em um produto feito de liga 6xxx (tal como o 6056 ou o 6156) em um segmento ou uma extremidade geométrica um revenido no pico de resistência mecânica (estado T651) a cerca de 190°C, e em um outro segmento ou na outra extremidade geométrica um sobre-revenido (estado T7851) em dois patamares.

As peças metálicas obtidas pelo processo de acordo com a invenção podem ser utilizadas como elemento de estrutura na construção aeronáutica. Esses elementos de estrutura podem ser bifuncionais ou multifuncionais, quer dizer reunir em uma só peça monolítica funcionalidades diferentes que os processos de acordo com a técnica anterior só podiam reunir pela união de peças diferentes. Esses elementos de estrutura podem também permitir uma construção e uma fabricação mais simples e leve de avi-

ões, notadamente de aviões com uma capacidade muito grande de frete ou de passageiros.

Uma vantagem específica do processo de acordo com a invenção é que em cada segmento de propriedades extremas, obtêm-se as propriedades ótimas visadas em um comprimento bem controlado do produto. O projetista do avião sabe portanto exatamente em qual comprimento o produto terá as propriedades ótimas preconizadas e garantidas. Em um modo de realização especialmente preferido, o processo de acordo com a invenção é utilizado para fabricar elementos de estrutura que não têm uma variação contínua de propriedades em todo seu comprimento, mas que têm pelo menos duas zonas nas quais as propriedades mecânicas (ou algumas delas) são constantes em um certo comprimento do produto. Em uma realização vantajosa da invenção, essa zona tem um comprimento de pelo menos um metro, e preferencial mente de pelo menos dois metros. Um tal produto, assim como sua utilização como elemento de estrutura em uma asa de avião, é mostrado esquematicamente na figura 1.

Uma outra vantagem específica do processo de acordo com a invenção é o controle preciso das propriedades no segmento de transição Pi,₂ entre dois grupos de segmentos Pi e P₂ (pode haver dois ou mais deles, em função do número de grupos de zonas térmicas), Pi e P₂ podendo ser segmentos de propriedades extremas. De fato, o projetista do avião não precisa, no segmento de transição, de propriedades máximas para uma ou outra das propriedades (ou grupos de propriedades) a otimizar, por exemplo, a resistência à ruptura no sentido do comprimento R_m(L) e a tenacidade K|_C(l-t). Mas ele exige ,entretanto, um certo compromisso entre essas propriedades ou grupos de propriedades, pois nesse segmento de transição o elemento de estrutura desempenha bem um papel estrutural e deve responder a especificações precisas.

Os elementos de estrutura de acordo com a invenção são notadamente: painéis de asa (em inglês: upper (top) or lower (bottom) wing (skin) paneis): enrijecedores de asa (em inglês: upper or lower wing stringers); longarinas de asa (em inglês: wing spars); vigas de fuselagem (em inglês: fuse-

• · · • ♦ · • · · · • · · · · • · · · · · • · · • ·· · * · · · · • · · · · · • · · · * »····· • » · lage stiffeners); painéis de junção (em inglês: butt straps), notadamente para painéis de asa (upper and lower wing butt straps); painéis de fuselagem (em inglês: fuselage paneis).

O processo de acordo com a invenção permite tratar termicamente peças ou elementos de estrutura compridos.

Na maior parte das vezes, a seção perpendicular ao comprimento dos mesmos é sensivelmente constante em seu comprimento, mas isso pode ser de outra forma, Do mesmo modo, as peças podem ser retas ou não; é possível por exemplo tratar elementos de estrutura forjados ligeiramente arqueados. O processo poderia ser utilizado também para tratar peças moldadas, mas peças moldadas compridas são muito raras e difíceis de fabricar. Em uma realização preferida, o comprimento da peça é de pelo menos 5 metros ou melhor de pelo menos 7 metros, mas prefere-se um comprimento de pelo menos 15 metros, e mesmo de pelo menos 25 metros, para tirar proveito plenamente das possibilidades de criar vários segmentos funcionalizados repartidos no comprimento da peça. Foram assim realizados elementos de estrutura com pelo menos dois segmentos Pi e P₂ nos quais o comprimento Fpi e Fp₂ (expresso em porcentagens do comprimento total da peça L) dos ditos pelo menos dois segmentos P₁ e P₂ é tal que F_Pi > 25% e F_P2 > 25% e preferencialmente F_P1 > 30% e F_P2 > 30%. Em outras realizações, F_Pi > 35% e Fp₂ > 30% ou F_P1 > 40% e F_P2 > 30%.

Elementos de estrutura de acordo com a invenção podem ser utilizados vantajosa mente em construção aeronáutica. A título de exemplo, é possível construir um avião de grande capacidade que compreende pelo menos uma asa que compreende pelo menos um elemento de estrutura de acordo com a invenção, caracterizado pelo fato de que 0 segmento P1 se situa próximo da fuselagem, e o segmento P₂ próximo da extremidade geométrica da asa (ver a figura 1). Em uma realização vantajosa, os ditos painéis de asa têm um comprimento de pelo menos 15 metros, e preferencialmente de pelo menos 25 metros. Como descrito no exemplo abaixo, os inventores realizaram painéis de asa de mais de 30 metros de comprimento.

As ditas peças e elementos de estrutura podem ser monolíticos.

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Ο processo de acordo com a invenção permite também tratar termicamente peças ou elementos de estrutura que não são monolíticos, mas montados a partir de pelo menos duas peças ou semiprodutos laminados, fiados ou forjados (preferencialmente feitos de liga de alumínio de endurecimento estrutural), por exemplo por soldagem, rebitamento ou colagem. Também pode ser considerado que em uma tal montagem, uma ou várias peças sejam fabricadas a partir de um material de base que não é uma liga de alumínio.

Nesse modo de realização, é possível por exemplo fabricar primeiro uma união entre pelo menos uma chapa feita de liga de alumínio de endurecimento estrutural e pelo menos um perfilado feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural por rebitamento, soldagem ou colagem, a dita união sendo em seguida tratada pelo processo de acordo com a invenção. Em uma realização vantajosa dessa variante do processo de acordo com a invenção, as chapas e perfilados estão no estado T351, e a união é realizada por soldagem laser (Laser Beam Welding, LBW), soldagem por fricção (Friction Stir Welding, FSW) ou soldagem por feixe de elétrons (Electron Beam Welding, EBW). A requerente constatou que pode se verificar preferível tratar uma tal união soldada depois de soldagem pelo processo de acordo com a invenção, no lugar de tratar os semiprodutos (chapas e perfilados) destinados a constituir a dita união antes de soldagem, pois obtém-se uma melhora da resistência mecânica e da resistência à corrosão da junta soldada. Esse efeito é significativo quando a junta soldada se estende em um grande comprimento do elemento estrutural (por exemplo sensivelmente paralela ao sentido longitudinal do produto).

A invenção será melhor compreendida com o auxílio do exemplo seguinte, que no entanto não tem caráter limitativo.

Exemplo:

Foi fabricada uma chapa com um comprimento de 36 metros, com uma largura de 2,5 metros e com uma espessura de 30 mm por laminação a quente de uma placa de laminação.

A composição da liga era: Zn 9,1%, Mg 1,89%, Cu 1,57%, Fé 0,06%, Si 0,03%, Ti 0,03%, Zr 0,11%, outros elementos < 0,01 cada um. A • * · • * · ♦

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piaca de laminação foi homogeneizada durante 14 horas a 475°C. A temperatura de entrada no laminador a quente era de 428°C, a temperatura de saída da chapa laminada a quente era de 401 °C. A chapa foi colocada em solução, temperada e tracionada nas seguintes condições: manutenção durante 6 horas a 471 °C, têmpera em água a uma temperatura compreendida entre cerca de 15 e 16°C, e depois tração controlada com um alongamento permanente de cerca de 2,5%. A chapa foi aparada para dar uma chapa de um comprimento de 34 metros. Eia foi posicionada em comprimento dentro de um forno constituído por 30 zonas de um comprimento unitário de 1200 mm. Para todas as temperaturas de revenido, a variação em torno do valor de referência não excedia ±3°C.

O tratamento de revenido consistia em uma primeira etapa de tratamento homogêneo a 120°C durante 6 horas (primeiro patamar), imediatamente seguida por uma segunda etapa no decorrer da qual uma extremidade geométrica de 18 metros (chamada Zi, que corresponde a 15 zonas de forno) foi tratada durante 15 horas a 155°C (segundo patamar, precedido de um período de ajuste de cerca de 1 hora), enquanto que a outra extremidade geométrica de 10,8 metros (chamada Z₂, que corresponde a 9 horas de forno) foi mantida durante 16 horas a 120°C. A zona de transição entre essas duas extremidades correspondia a 7,2 metros (chamada Z_1i2, que corresponde a 6 zonas de forno).

Depois dessa segunda etapa, a condutividade elétrica da chapa foi medida em diferentes locais: Segmento P< compreendida entre 18,2 e 19,5 MS/m.

Segmento P₂: compreendida entre 22,5 e 23,5 MS/m.

Segmento P_1i2: compreendida entre 18,2 e 23,6 MS/m.

Em seguida, a chapa foi submetida a uma terceira etapa de revenido, a saber um revenido homogêneo que consiste em uma subida em temperatura a 148°C durante 1h30, seguida por uma manutenção a 150°C durante 15 horas. Essa terceira etapa era destinada a simular uma operação de conformação no revenido ou um revenido depois de conformação do elemento de estrutura.

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A chapa foi recortada e caracterizada. A tabela 1 resume as características mecânicas estáticas obtidas por um ensaio de tração. São médias obtidas a partir de medições efetuadas em meia espessura e em diferentes locais repartidos na largura da chapa. Não foi constatada variação significativa de propriedades na largura da chapa. Deve ser notado que para R_po,2 no sentido L e TL, foram medidos também os valores por um ensaio em compressão; eles estão indicados na tabela 1 entre parênteses.

Tabela 1

Posição [mm] no comprimento de um painel de 34 m	Sentido L (longo)	Sentido TL (transversal-comprimento)	Sentido TC (transversalcurto)
0(Pi)	Rm [MPa]	Rp0,2 [MPa]	A [%3	Rm [MPa]	Rp0,2 [MPa]	A [%]	Rm	Rp0,2	A [%]
0 (Pl)	561	517 (509)	13,5	550	506 (519)	12,5	550	495	8,5
13600 (P0	565	522 (513)	13,5	553	511 (528)	12,5	548	502	8,5
16000 (P·,)	556	509 (500)	13,5	547	501 (514)	12,5	540	500	8,5
18400 (Pi,₂)	566	523 (527)	13,5	559	519 (538)	12,5	546	498	7,5
20800 (P1.2)	612	587 (573)	12,0	598	575 (593)	11,5	590	545	7,0
25600 (P₂)	621	598 (590)	12,5	607	585 (605)	11,5	595	554	6,5
34000 (P₂)	624	602 (594)	12,1	608	586 (607)	11,5	599	558	6,1

Os resultados de tenacidade Kic e de Ka_PP (esse último com um 10 corpo de prova de tipo CT127 e com um corpo de prova de tipo CCT406) estão indicados na tabela 2.

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Tabela 2

Posição [mm] no comprimento de um painel de 34 m	K,_C(L-T) [MPa^m]	Kic(T-l) [MPa^/m]	Kapp(L-T) (CT127) [MPa^/m]	Kapp(L-T) (CCT406) [MPa^m]
o(Pí)	43,8	36,1	106	132
13600 (Pi)	45,8	38,1	108
16000 (P-t)	46,7	37,3	99
18400 (Pi,₂)	43,0	34,2	102
20800 (P_1i2)	39,4	32,9	88
25600 (P₂)	36,1	34,9	89
3400 (P₂)	34,9	29,1	94	110

Uma tal chapa de um comprimento de 34 metros pode ser utilizada como painel de asa para aviões de carga ou passageiros de capacidade muito grande. Para essa utilização, a extremidade geométrica X da chapa (corresponde à tenacidade Kj_C elevada, a resistência mecânica estática sendo menor) é posicionada no lado da fuselagem, e a extremidade geométrica Z da chapa (corresponde a uma resistência mecânica estática elevada, a tenacidade K_(C sendo menor) corresponde à extremidade geométrica da asa.

As temperaturas de referência, da chapa e do ar nas zonas do forno para a segunda etapa de revenido são mostradas na tabela 3. Foi representado o perfil de temperatura durante a etapa de revenido a 120°C e 155°C no estado térmico estacionário. A temperatura da chapa foi medida com o auxílio de uma quarentena de termopares; os valores dados na tabela 3 foram medidas a meia largura.

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Tabela 3

Zona de forno	Temperatura de referência [°C]	Temperatura da chapa [°C]	Temperatura do ar [°C]
1	120
3	120	120,5
6	120	120,8	120,8
9	120	124,4	124,3
10	123	125,9	126,7
11	129	129,9	129,7
14	147	147,7	148,3
16	155	157,2	156,6
17	155	156,8	156,6
18	155	155,3	154,9
22	155	155,1	154,8
30	155

Claims

REIVINDICAÇÕES

1/2

4-3

FIG 1 'X,.

• * ♦ · · * · · · • · · · · • · • · · • · • · • · • ·

CM

1. Processo de fabricação de um elemento de estrutura feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural, que compreende: a) a colocação em solução de um semiproduto laminado, fiado ou forjado, seguida por uma têmpera, b) eventualmente a tração controlada com um alongamento permanente de pelo menos 0,5%, c) o tratamento de revenido, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma etapa do dito tratamento de revenido é efetuada em um forno de perfil térmico controlado que compreende pelo menos duas zonas ou grupos de zonas Z₁, Z₂ com temperaturas iniciais T₁, T2, nas quais a variação da temperatura em torno da temperatura de referência de cada uma das temperaturas T₁ e T₂ não excede ± 5°C no comprimento das ditas zonas ou grupos de zonas, a diferença entre as temperaturas de referência das temperaturas iniciais T1 e T2 sendo superior ou igual a 5°C, e o comprimento paralelo ao eixo do forno de cada uma das ditas pelo menos duas zonas ou grupos de zonas Z1 e Z2 é de pelo menos um metro.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as zonas Z₁, Z₂ são separadas por uma zona ou grupo de zonas Z1,2 dita(o) de transição dentro da qual ou do qual a temperatura inicial varia de T1 a T2.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a variação da temperatura em torno da temperatura de referência de cada uma das temperaturas T₁ e T₂ não excede ± 4°C, e preferencialmente ± 3°C no comprimento das ditas pelo menos duas zonas ou grupo de zonas Z1 e Z2.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a diferença entre as temperaturas de referência T₁e T₂ está compreendida entre 10°C e 80°C, e preferencia lmente compreendida entre 10°C e 50°C, e ainda mais preferencialme nte entre 20°C e 40°C.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que em pelo menos uma das zonas ou um dos grupos de zonas Z1 ou Z2, a temperatura varia em função do tempo de acor11/01/2018, pág. 8/14 do com pelo menos dois patamares de temperatura.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que em pelo menos uma das zonas ou um dos grupos de zonas Z₁ ou Z₂, a temperatura varia em função do tempo de acor5 do com uma rampa de temperatura sem patamar.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

6, caracterizado pelo fato de que o dito tratamento de revenido em um forno de perfil térmico controlado é seguido por pelo menos uma operação de conformação ou de usinagem e por uma etapa de tratamento de revenido em

10 um forno homogêneo.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

7, caracterizado pelo fato de que o dito tratamento de revenido em um forno de perfil térmico controlado é precedido por uma etapa de tratamento de revenido em um forno homogêneo.

15

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

8, caracterizado pelo fato de que o comprimento do elemento de estrutura é de pelo menos 5 metros, preferencialmente de pelo menos 7 metros, mais preferencialmente de pelo menos 15 metros, e ainda mais preferencialmente superior a 25 metros.

20

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dito elemento de estrutura feito de liga de alumínio de endurecimento estrutural é monolítico.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o elemento de estrutura feito de liga de

25 alumínio de endurecimento estrutural é montado a partir de pelo menos dois elementos de estrutura feitos de liga de alumínio de endurecimento estrutural.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a montagem é feita por rebitamento, colagem, soldagem,

30 soldagem laser, soldagem por fricção ou soldagem por feixe de elétrons.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito tratamento de revenido comprePetição 870180002452, de 11/01/2018, pág. 9/14 ende um primeira etapa homogênea a uma temperatura compreendida entre 115°C e 125C por um tempo de duração compreendido entre 2 e 12 horas, uma segunda etapa durante a qual uma extremidade é tratada a uma temperatura compreendida entre 115°C e 125C, enquanto q ue a outra extremida5 de é tratada a uma temperatura compreendida entre 150°C e 160C, os dois por um tempo de duração compreendido entre 8 e 24 horas.

Petição 870180002452, de 11/01/2018, pág. 10/14

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