ES2307180T3 - ELEMENT OF STRUCTURE FOR AERONAUTICAL CONSTRUCTION THAT PRESENTS A VARIATION OF THE PROPERTIES OF USE. - Google Patents
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Abstract
Description
Elemento de estructura para la construcción aeronáutica que presenta una variación de las propiedades de uso.Structure element for construction aeronautics that presents a variation of the properties of use.
La presente invención se refiere a los productos deformados en caliente y a los elementos de estructura, en particular para la construcción aeronáutica, de aleación de aluminio con tratamiento térmico. Se refiere en particular a los productos llamados largos, es decir los productos que presentan una longitud significativamente más grande que las otras medidas, típicamente por lo menos dos veces más largos que anchos, y típicamente de por lo menos 5 metros de largo. Estos productos pueden ser productos laminados (tales como chapas finas, chapas medias, chapas gruesas), productos extruidos (tales como barras, perfiles, tubos o hilos) y productos forjados.The present invention relates to products hot deformed and structure elements, in Particular for aeronautical construction, alloy heat treated aluminum. It refers in particular to products called long, that is, products that have a length significantly larger than the other measures, typically at least twice as long as wide, and typically at least 5 meters long. These products They can be laminated products (such as thin sheets, sheets stockings, thick plates), extruded products (such as bars, profiles, tubes or threads) and forged products.
Los aviones de muy gran tamaño presentan problemas de construcción muy específicos. A modo de ejemplo, el ensamblaje de los elementos estructurales se hace cada vez más crítico, siendo por una parte un factor de coste (el remachado es un procedimiento muy costoso) y por otra parte un generador de discontinuidades en las propiedades de las piezas ensambladas.Very large airplanes present very specific construction problems. As an example, the assembly of structural elements is becoming more and more critical, being on the one hand a cost factor (riveting is a very expensive procedure) and on the other hand a generator of discontinuities in the properties of assembled parts.
Para reducir los ensamblajes, es posible preparar elementos de estructura por mecanizado integral en chapas gruesas; entonces estos elementos de estructura pueden integrar diferentes funciones en una sola pieza (llamada monolítica) tales como la función de piel de ala y la función de refuerzo. También es posible ampliar paralelamente la medida de los elementos de estructura monolíticos. Esto presenta nuevos problemas de fabricación de dichas piezas por laminado, extrusión, forja o moldeo, siendo más difícil garantizar propiedades homogéneas en piezas de muy gran tamaño.To reduce assemblies, it is possible Prepare structural elements by integral machining in sheets thick then these structure elements can integrate different functions in one piece (called monolithic) such such as wing skin function and reinforcement function. It is also possible to extend in parallel the measure of the elements of monolithic structure This presents new problems of manufacture of said parts by rolling, extrusion, forging or molding, being more difficult to guarantee homogeneous properties in Very large pieces.
También se planteó el hecho de preparar piezas monolíticas que presentan una variación controlada de propiedades, lo que teóricamente permite adaptar mejor las propiedades de las piezas a las necesidades del fabricante. Al efecto, la patente EP 0 630 986 (Pechiney Rhenalu) describe un procedimiento de fabricación de chapas de aleación de aluminio con endurecimiento estructural que presentan una variación continua de las propiedades de uso, en el que el revenido final se efectúa en un horno de estructura específica que comprende una cámara caliente y una cámara fría, unidas por una bomba de calor. Este procedimiento permitió obtener pequeñas piezas de aproximadamente un metro de largo de aleación 7010, de las que un extremo se encuentra en estado T651 y el otro en estado T7451, gracias a un tratamiento de revenido isócrono. Este procedimiento no ha sido desarrollado nunca a escala industrial porque es difícil de controlar de una manera compatible con las exigencias de calidad planteadas por el sector de la construcción aeronáutica; estas dificultades aumentan conforme al tamaño de las piezas, sabiendo que para las muy grandes piezas en particular es que el diseñador desearía poder integrar dos o varias funcionalidades por medio de una variación continua de las propiedades de uso. Otro problema que presenta este procedimiento para el ejemplo descrito en la patente mencionada es que son diferentes los tiempos óptimos de los tratamientos T651 y T7451. Otro problema es que un producto de 7010 en estado T7451 se obtiene típicamente por medio de un tratamiento de revenido de dos etapas, mientras que el estado T651 se obtiene por medio de un tratamiento de revenido de una sola etapa.The fact of preparing pieces was also raised monolithic that have a controlled variation of properties, which theoretically allows to better adapt the properties of parts to the needs of the manufacturer. For that purpose, EP 0 630 986 (Pechiney Rhenalu) describes a manufacturing process of aluminum alloy sheets with structural hardening that present a continuous variation of the properties of use, in which the final tempering is carried out in a structure oven specific comprising a hot chamber and a cold chamber, joined by a heat pump. This procedure allowed to obtain small pieces approximately one meter long in alloy 7010, of which one end is in state T651 and the other in state T7451, thanks to an isochronous tempering treatment. This procedure has never been developed to scale industrial because it is difficult to control in a compatible way with the quality requirements posed by the sector of the aeronautical construction; these difficulties increase according to size of the pieces, knowing that for the very large pieces in particular is that the designer would like to integrate two or several functionalities through a continuous variation of the use properties. Another problem with this procedure for the example described in the mentioned patent is that they are different the optimal times of the treatments T651 and T7451. Another problem is that a product of 7010 in state T7451 is obtained typically by means of a two-stage tempering treatment, while the T651 state is obtained by means of a treatment single stage tempering.
El problema al que responde la presente invención es el desarrollo de un procedimiento para la fabricación de elementos de estructura, en particular para la construcción aeronáutica, que presentan una variación de las propiedades de uso, que permite la realización de piezas muy largas y que es suficientemente controlable, estable y reproducible en las condiciones estrictas de garantía de calidad y control de los procedimientos que suele exigir la industria aeronáutica.The problem to which the present responds invention is the development of a manufacturing process of structure elements, in particular for construction aeronautics, which present a variation of the properties of use, which allows the realization of very long pieces and that is sufficiently controllable, stable and reproducible in strict conditions of quality assurance and control of procedures usually required by the aviation industry.
Un primer objeto de la presente invención es un procedimiento de fabricación de una pieza de aleación de aluminio con endurecimiento estructural que comprende:A first object of the present invention is a manufacturing process of a piece of aluminum alloy with structural hardening comprising:
- a) to)
- la solubilización de un semiproducto laminado, extruido o forjado, seguida de un temple,solubilization of a laminated semiproduct, extruded or forged, followed by a temper,
- b) b)
- eventualmente la tracción controlada con un alargamiento permanente de por lo menos el 0,5%,eventually traction controlled with a permanent elongation of at least 0.5%,
- c) C)
- el tratamiento de revenido,the tempering treatment,
caracterizado por lo que por lo menos una etapa del correspondiente tratamiento de revenido se efectúa en un horno con perfil térmico controlado en la longitud, el correspondiente horno comprende por lo menos dos zonas o grupos de zonas Z_{1}, Z_{2} con temperaturas iniciales T_{1}, T_{2} en las que la variación de temperatura alrededor de la temperatura de consigna de cada una de las temperaturas T_{1} y T_{2} no sobrepasa los \pm 5ºC (preferentemente los \pm 4ºC y más preferentemente los \pm 3ºC) en la longitud de las correspondientes zonas o grupos de zonas, la diferencia entre las temperaturas de consigna y las temperaturas iniciales T_{1} y T_{2} es superior o igual a los 5ºC (preferentemente está comprendida entre los 10ºC y 80ºC, más preferentemente entre los 10ºC y 50ºC y aún más preferentemente entre los 20ºC y 40ºC), y las correspondientes zonas o grupos de zonas pueden ser separadas por una zona o grupo de zonas Z_{1,2} llamado/a de transición dentro de la que o del que la temperatura inicial varía de T_{1} a T_{2}, ycharacterized by at least one stage the corresponding tempering treatment is carried out in an oven with thermal profile controlled in length, the corresponding oven comprises at least two zones or groups of zones Z_ {1}, Z 2 with initial temperatures T 1, T 2 at which the temperature variation around the setpoint temperature of each of the temperatures T1 and T2 does not exceed ± 5 ° C (preferably ± 4 ° C and more preferably ± 3 ° C) in the length of the corresponding zones or groups of zones, the difference between the setpoint temperatures and the initial temperatures T1 and T2 is greater than or equal to 5ºC (preferably between 10ºC and 80ºC, more preferably between 10 ° C and 50 ° C and even more preferably between 20ºC and 40ºC), and the corresponding zones or groups of zones can be separated by a zone or group of zones Z_ {1,2} transition call within which or from which the temperature initial varies from T_ {1} to T_ {2}, and
caracterizado por lo que la longitud paralela al eje del horno de cada una de las correspondientes por lo menos dos zonas o grupos de zonas Z_{1} y Z_{2} es de por lo menos un metro (y preferentemente de por lo menos dos metros).characterized by the length parallel to the furnace shaft of each of the corresponding at least two zones or groups of zones Z_ {1} and Z_ {2} is at least one meter (and preferably at least two meters).
Un segundo objeto de la presente invención es un elemento de estructura monolítico, según reivindicaciones, de aleación de aluminio con endurecimiento estructural que tiene una longitud L más grande que la anchura B y el espesor E, en particular para la construcción aeronáutica,A second object of the present invention is a monolithic structure element, according to claims, of aluminum alloy with structural hardening that has a length L larger than width B and thickness E, in particular for aeronautical construction,
el correspondiente elemento de estructura monolítico se caracteriza por lo que por lo menos dos segmentos P_{1} y P_{2} situados en una longitud distinta del correspondiente elemento de estructura poseen propiedades mecánicas (medición realizada a medio espesor) seleccionadas en el grupo formado por:the corresponding structure element monolithic is characterized by at least two segments P_ {1} and P_ {2} located in a length other than corresponding structure element possess mechanical properties (measurement made at medium thickness) selected in the group formed by:
- a) to)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 38 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 Mpa (y preferentemente > 590 MPa y aún más preferentemente > 600 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 38 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 Mpa (and preferably> 590 MPa and even more preferably> 600 MPa).
- b) b)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 40 MPa\surdm y P_{2}: R_{m} (L) > 580 MPa (y preferentemente > 590 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 40 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa (y preferably> 590 MPa).
- c) C)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 41 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa (y preferentemente > 590 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 41 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa (and preferably> 590 MPa).
- d) d)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 42 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 42 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 590 MPa.
- e) and)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa y P_{2}: R_{m}(TL) > 550 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa and P2: R_ {m} (TL)> 550 MPa.
- f) F)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa y P_{2}: R_{p0,2}(L) > 550 Mpa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa and P2: R_ {p0.2} (L)> 550 Mpa.
- i) i)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{1}: R_{m}(L) > 530 MPa, y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P1: R_m (L)> 530 MPa, and P 2: R m (L)> 580 MPa.
- j) j)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 40 MPa\surdm y P_{1}: R_{m}(L) > 540 MPa, y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 40 MPa \ surdm and P1: R_m (L)> 540 MPa, and P 2: R m (L)> 590 MPa.
- k) k)
- P_{1}: K_{app(L-T) \ (CCT406)} > 125 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {app (L-T) \ (CCT406)}> 125 MPa \ surdm and P2: R_ {m} (L)> 590 MPa.
Otro objeto de la presente invención es un avión que comprende por lo menos un ala que integra por lo menos un elemento de estructura según la presente invención, caracterizado por lo que el segmento P_{1} se sitúa cerca del fuselaje y el segmento P_{2} cerca del extremo geométrico del ala, en el lado opuesto del fuselaje.Another object of the present invention is an airplane comprising at least one wing that integrates at least one structure element according to the present invention, characterized so the segment P_ {1} is located near the fuselage and the segment P2 near the geometric end of the wing, on the side opposite of the fuselage.
La figura 1 muestra de manera esquemática la evolución de las propiedades mecánicas estáticas (curva 1), resistencia a la tracción o a la compresión por ejemplo, y dinámicas (curva 2), tolerancia a los daños por ejemplo, en la longitud de un panel de ala según la invención.Figure 1 schematically shows the evolution of static mechanical properties (curve 1), tensile or compressive strength for example, and dynamics (curve 2), damage tolerance for example in the length of a wing panel according to the invention.
La figura 2 muestra la resistencia mecánica en un elemento de estructura de 34 metros de largo según la invención.Figure 2 shows the mechanical resistance in a 34 meter long structure element according to the invention.
Salvo indicación contraria, todas las indicaciones relativas a la composición química de las aleaciones se expresan en porcentaje másico. Por lo tanto en una expresión matemática, "0,4 Zn" significa: 0,4 vez la proporción de zinc, expresada en porcentaje másico; esto se aplica mutatis mutandis a los otros elementos químicos. La denominación de las aleaciones cumple las reglas de The Aluminum Association, conocidas por el especialista. Los estados metalúrgicos están definidos en la norma europea EN 515. La composición química de aleaciones de aluminio normalizadas está definida en la norma EN 573-3 por ejemplo. Salvo indicación contraria, las características mecánicas estáticas, es decir la resistencia a la ruptura R_{m}, el límite elástico R_{p0,2} y el alargamiento a la ruptura A, se determinan mediante un ensayo de tracción según la norma EN 10002-1, definiéndose el lugar y el sentido de la toma de muestra de las probetas en la norma EN 485-1. La tenacidad K_{IC} se midió según la norma ASTM E 399. La curva R se determina según la norma ASTM 561. A partir de la curva R, se calcula el factor de intensidad de tensión crítica K_{C}, es decir el factor de intensidad que provoca la inestabilidad de la fisura. También se calcula el factor de intensidad de tensión K_{CO} afectando a la carga crítica la longitud inicial de la fisura, al principio de la carga monótona. Estos dos valores se calculan para una probeta de determinada forma. K_{app} representa el K_{CO} que corresponde a la probeta que sirvió para hacer la prueba de curva R. La resistencia a la corrosión exfoliante se determinó según el ensayo EXCO descrito en la norma ASTM G34.Unless otherwise indicated, all indications concerning the chemical composition of the alloys They are expressed in mass percentage. Therefore in an expression Mathematics, "0.4 Zn" means: 0.4 times the proportion of zinc, expressed in mass percentage; this applies mutatis mutandis to The other chemical elements. The designation of the alloys complies with the rules of The Aluminum Association, known by the specialist. Metallurgical states are defined in the standard European EN 515. The chemical composition of aluminum alloys Standardized is defined in EN 573-3 by example. Unless otherwise indicated, the mechanical characteristics static, that is the breaking strength R_ {m}, the limit elastic R_ {p0,2} and elongation at break A, are determined by a tensile test according to the EN standard 10002-1, defining the place and the meaning of the sampling of the specimens in the EN standard 485-1 The toughness K_ {IC} was measured according to the standard ASTM E 399. The R curve is determined according to ASTM 561. A from the R curve, the intensity factor of critical voltage K_ {C}, that is the intensity factor that Causes fissure instability. The factor is also calculated of voltage intensity K_ {CO} affecting the critical load the initial length of the fissure, at the beginning of the monotonous load. These two values are calculated for a given specimen shape. K_ {app} represents the K_ {CO} that corresponds to the test tube used to perform the R curve test. The resistance Exfoliating corrosion was determined according to the EXCO test described in ASTM G34.
Salvo indicación contraria, se aplican las definiciones de la norma europea EN 12258-1. El término "chapa" se utiliza aquí para productos laminados de cualquier espesor.Unless otherwise indicated, the Definitions of European standard EN 12258-1. He term "sheet metal" is used here for rolled products of any thickness
El término "mecanizado" abarca cualquier procedimiento de toma de materia tal como el torneado, el fresado, la perforación, el taladrado, el roscado, la electroerosión, la rectificación, el pulido, el mecanizado químico.The term "machining" encompasses any procedure for taking matter such as turning, milling, drilling, drilling, threading, EDM, grinding, polishing, chemical machining.
El término "producto extruido" también comprende los productos estirados tras extrusión, estirados en frío a través de una boquilla por ejemplo. También comprende los productos trefilados.The term "extruded product" also includes products stretched after extrusion, stretched in cold through a mouthpiece for example. It also includes the drawn products.
El término "elemento de estructura" se refiere a un elemento utilizado en construcción mecánica cuyas características mecánicas estáticas y/o dinámicas tienen una importancia particular para la eficiencia y la integridad de la estructura, y para el que se suele prescribir o efectuar un cálculo de la estructura. Típicamente se trata de una pieza mecánica cuyo fallo es susceptible de poner en peligro la seguridad de la correspondiente construcción, de sus usuarios o de los demás.The term "structure element" is refers to an element used in mechanical construction whose static and / or dynamic mechanical characteristics have a particular importance for the efficiency and integrity of the structure, and for which a calculation is usually prescribed or performed of the structure. Typically it is a mechanical part whose failure is likely to jeopardize the safety of the corresponding construction of its users or others.
Para un avión estos elementos de estructura comprenden en particular los elementos que componen el fuselaje (tales como la piel de fuselaje (fuselage skin en inglés), los refuerzos o largueros de fuselaje (stringers), los tabiques estancos (bulkheads), los fuselajes circulares (circumferential frames), las alas (tales como que la piel de ala (wing skin), los refuerzos (stringers o stiffeners), las costillas (ribs) y los largueros (spars)) y las aletas en particular integradas por estabilizadores horizontales y verticales (horizontal or vertical stabilisers) así como los perfiles de suelo (floor beams), los carriles de asientos (seat tracks) y las puertas.For an airplane these structure elements they include in particular the elements that make up the fuselage (such as fuselage skin) fuselage reinforcements or stringers, partitions watertight (bulkheads), circular fuselages (circumferential frames), the wings (such as the wing skin), the reinforcements (stringers or stiffeners), ribs (ribs) and spars and fins in particular integrated by horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilisers) as well as floor profiles (floor beams), seat tracks and doors.
El término "elemento de estructura monolítico" se refiere a un elemento de estructura que ha sido obtenido a partir de una sola pieza de semiproducto laminado, extruido, forjado o moldeado, sin ensamblaje, tal como remachado, soldadura, pegamiento, con otra pieza.The term "structure element monolithic "refers to an element of structure that has been obtained from a single piece of laminated semiproduct, extruded, forged or molded, without assembly, such as riveting, welding, sticking, with another piece.
Según la invención el problema se resuelve gracias a un procedimiento en el que, en un horno que tiene preferentemente una longitud interior superior a la longitud de la pieza que se va a tratar, la temperatura se mantiene sensiblemente constante en por lo menos dos zonas de horno de una longitud de por lo menos un metro. Es posible obtener tal perfil de temperatura al subdividir el horno según su longitud en varias zonas térmicas.According to the invention the problem is solved thanks to a procedure in which, in an oven that has preferably an interior length greater than the length of the piece to be treated, the temperature is maintained substantially constant in at least two oven zones of a length of by At least one meter. It is possible to obtain such temperature profile at subdivide the oven according to its length into several thermal zones.
La invención es aplicable a todos los productos metálicos largos, es decir que presentan una medida (llamada longitud) significativamente más grande que las dos otras (anchura, espesor). La longitud es la mayor medida del producto. Típicamente, en el marco de la presente invención, la longitud es por lo menos dos veces superior a las dos otras medidas. En modos de realización particularmente ventajosos, es cinco o incluso diez veces superior a las dos otras medidas. Coincide usualmente con el sentido largo de fabricación (dirección de laminado o de extrusión); en ciertos casos puede ser diferente. Los productos según la invención pueden ser productos laminados (tales como las chapas o chapas gruesas), productos extruidos (tales como las barras, tubos o perfiles), productos forjados; estos productos pueden ser brutos de fabricación o mecanizados.The invention is applicable to all products long metallic, that is to say that they have a measure (called length) significantly larger than the other two (width, thickness). Length is the largest measure of the product. Typically, in the context of the present invention, the length is at least twice higher than the two other measures. In modes of particularly advantageous embodiment, it is five or even ten times higher than the two other measures. It usually matches the long manufacturing direction (rolling direction or extrusion); In certain cases it may be different. The products according to the invention they can be laminated products (such as thick plates or sheets), extruded products (such as bars, tubes or profiles), forged products; these products They can be raw manufacturing or machining.
Cuando se hable de "segmentos con propiedades extremas" de un producto se hace referencia a los dos segmentos que presentan la mayor diferencia de propiedades. Según los modos de realización seleccionados, estos segmentos pueden situarse al lado de los dos "extremos en sentido geométrico" (o "extremos geométricos") del producto, o en otra parte: la presente invención también permite fabricar piezas en las que por lo menos uno de ambos segmentos que presentan la mayor diferencia de propiedades se sitúa más cerca del centro geométrico que del extremo geométrico de la pieza.When talking about "segments with properties extreme "of a product refers to the two segments that present the greatest difference of properties. According to the modes selected, these segments can be placed at side of the two "geometric ends" (or "geometric ends") of the product, or elsewhere: the This invention also allows manufacturing parts in which at least one of both segments that have the greatest difference of properties is closer to the geometric center than the Geometric end of the piece.
Cuando se hable de "zona" de un horno se hace referencia a la unidad térmica más pequeña en la longitud del horno caracterizada por una temperatura sensiblemente constante, es decir por una variación de temperatura paralela al eje del horno que es pequeña en comparación con la diferencia de temperatura que caracteriza el perfil de temperatura del horno en toda su longitud. Tal zona de horno se caracteriza por medios de calefacción y control que permiten mantener la temperatura a un valor sensiblemente constante dentro de la correspondiente zona. Dentro de tal zona la variación de temperatura alrededor de la temperatura de consigna no debe sobrepasar los \pm 5ºC y preferentemente no sobrepasa los \pm 4ºC. En un modo de realización preferente esta diferencia no sobrepasa los \pm 3ºC. Para ciertos productos la diferencia no debe sobrepasar los \pm 2ºC. En las otras direcciones del horno la temperatura tiene que ser tan constante como sea posible. En todo caso la variación de temperatura alrededor de la temperatura de consigna dentro de una zona debe ser inferior a la diferencia de temperatura entre la zona de horno más caliente y la zona de horno más fría.When talking about the "zone" of an oven, refers to the smallest thermal unit in the length of the oven characterized by a substantially constant temperature, is say by a temperature variation parallel to the axis of the oven which is small compared to the temperature difference that characterizes the temperature profile of the oven throughout its length. Such oven zone is characterized by heating means and control that allow to keep the temperature at a value noticeably constant within the corresponding zone. Inside of such zone the temperature variation around the temperature setpoint must not exceed ± 5 ° C and preferably not exceeds ± 4 ° C. In a preferred embodiment this difference does not exceed ± 3 ° C. For certain products the difference must not exceed ± 2 ° C. In the others oven directions the temperature has to be so constant as possible. In any case the temperature variation around the setpoint temperature within an area must be less than the temperature difference between the oven zone more hot and the coldest oven zone.
Varias zonas contiguas pueden formar un "grupo de zonas", es decir una unidad térmica dentro de la que la temperatura es sensiblemente constante o sigue un perfil térmico controlado. A modo de ejemplo, en un horno que comprende 9 zonas de horno (numeradas de 1 a 9), se pueden formar dos grupos de zonas térmicas que comprenden cada una tres zonas de horno (que tienen los números sucesivos 1, 2, 3, 7, 8 y 9) separadas por un grupo de zonas central que comprende un perfil térmico controlado y obtenido por medio de tres zonas de horno (que llevan los números sucesivos 4, 5 y 6). Tal y como se utiliza el término "grupo de zonas" en el marco de la presente patente, un grupo de zonas puede comprender una sola zona de horno.Several contiguous areas can form a "group of zones ", that is to say a thermal unit within which the temperature is substantially constant or follows a thermal profile checked. By way of example, in an oven comprising 9 zones of oven (numbered 1 to 9), two groups of zones can be formed thermals that each comprise three oven zones (which have the successive numbers 1, 2, 3, 7, 8 and 9) separated by a group of central areas comprising a controlled and obtained thermal profile by means of three oven zones (which carry the successive numbers 4, 5 and 6). As the term "zone group" is used Within the framework of this patent, a group of zones can Understand a single oven zone.
Según las observaciones de la solicitante la diferencia de temperatura mínima que lleva a diferencias de propiedades industrialmente explotables entre dos segmentos con propiedades extremas del producto según la invención es de cinco grados. Es preferible una diferencia de por lo menos diez grados. La diferencia de temperatura puede ser mucho más importante, hasta los 80ºC, incluso hasta los 100ºC, incluso más, pero esto puede presentar problemas de control de la temperatura y de su perfil paralelo al eje del horno, en particular en el caso de las piezas bastante pequeñas. Típicamente, de querer obtener estados revenidos, la diferencia de temperatura no sobrepasará los cincuenta grados. Ventajosamente es posible utilizar una diferencia de temperatura superior a los cincuenta grados para fabricar una pieza de la que uno de los segmentos con propiedades extremas se encuentra en un estado semejante a un estado T3 o T4. Para las aleaciones de tipo Al-Zn-Cu-Mg (serie 7xxx), una diferencia de temperatura bastante pequeña (entre los diez y unos treinta grados por ejemplo) permite obtener efectos explotables para piezas utilizables en construcción aeronáutica, mientras que para las aleaciones de tipo Al-Cu (serie 2xxx) se utiliza ventajosamente una mayor diferencia de temperatura, comprendida entre los cincuenta y cien grados por ejemplo, incluso más.According to the observations of the applicant the minimum temperature difference that leads to differences in industrially exploitable properties between two segments with Extreme properties of the product according to the invention is five degrees. A difference of at least ten degrees is preferable. The temperature difference can be much more important, even 80ºC, even up to 100ºC, even more, but this can present problems of temperature control and its profile parallel to the furnace shaft, in particular in the case of parts quite small Typically, of wanting to get states tempered, the temperature difference will not exceed fifty degrees. Advantageously it is possible to use a difference of temperature higher than fifty degrees to manufacture a piece of which one of the segments with extreme properties is found in a state similar to a state T3 or T4. For the type alloys Al-Zn-Cu-Mg (series 7xxx), a rather small temperature difference (between ten thirty degrees for example) allows to obtain effects exploitable for parts usable in aeronautical construction, while for Al-Cu type alloys (2xxx series) advantageously a greater difference of temperature, between fifty and one hundred degrees per example, even more.
La solicitante observó que no sólo importa la diferencia de temperaturas entre dos segmentos con propiedades extremas, sino también el control de la temperatura entre los segmentos con propiedades extremas. Por eso es que en la presente invención se utiliza un horno que comprende una pluralidad de zonas de horno contiguas. Cuando se hable de pluralidad, se hace referencia a por lo menos dos y preferentemente por lo menos tres zonas de horno. No es necesario ni útil un tabique entre dos zonas contiguas, como el que propone la patente EP 0 630 986. No permite ejercer un control suficiente sobre la temperatura entre dos zonas. Del mismo modo, con el uso de una bomba de calor para unir la cámara fría y la cámara caliente, como lo propone EP 0 630 986, el perfil térmico dentro del horno resulta demasiado inestable. En el marco de la presente invención un control correcto del perfil térmico dentro del horno es imprescindible para poder fabricar elementos de estructura de una manera compatible con las exigencias de garantía de calidad de los productos aeronáuticos.The applicant noted that not only does the temperature difference between two segments with properties extreme, but also temperature control between segments with extreme properties. That's why in the present invention an oven is used comprising a plurality of zones of adjacent oven. When talking about plurality, it is done reference to at least two and preferably at least three oven zones. It is not necessary or useful a partition between two zones contiguous, such as the one proposed by EP 0 630 986. It does not allow exercise sufficient control over the temperature between two zones. Similarly, with the use of a heat pump to join the cold chamber and the hot chamber, as proposed by EP 0 630 986, The thermal profile inside the oven is too unstable. In the framework of the present invention a correct profile control thermal inside the oven is essential to manufacture structure elements in a manner compatible with the requirements Quality assurance of aeronautical products.
Al efecto es necesario poder controlar y preferible poder ajustar la temperatura en cada zona de horno. En una realización ventajosa de la presente invención el horno comprende por lo menos tres zonas de horno de por lo menos un metro de largo cada una. A modo de ejemplo, para fabricar elementos de estructura de unos treinta y cuatro metros de largo, los inventores utilizan un horno de treinta y seis metros de largo en total con treinta zonas de horno de longitud sensiblemente idéntica, independientemente ajustables una respecto a otra. Ventajosamente estas treinta zonas de horno están agrupadas de modo que forman un número reducido de grupos de zonas térmicas, tres a cinco por ejemplo.For this purpose it is necessary to be able to control and it is preferable to be able to adjust the temperature in each oven zone. In an advantageous embodiment of the present invention the oven It comprises at least three oven zones of at least one meter long each one. As an example, to manufacture elements of structure about thirty-four meters long, the inventors they use an oven thirty-six meters long in total with thirty oven zones of substantially identical length, independently adjustable with respect to each other. Advantageously these thirty oven zones are grouped so that they form a reduced number of thermal zone groups, three to five times example.
El procedimiento según la invención comprende la elaboración de una pieza deformada en caliente de aleación de aluminio con endurecimiento estructural, una solubilización, temple, eventualmente tracción con un alargamiento permanente de por lo menos un 0,5%, un tratamiento de revenido en un horno con perfil térmico controlado. El correspondiente tratamiento de revenido en un horno con perfil térmico puede comprender, para por lo menos uno de los grupos de zonas térmicas que componen el perfil térmico controlado, uno o varios, típicamente dos o tres, niveles de temperatura, o una rampa de temperatura más o menos continua sin niveles claros. De forma opcional el tratamiento de revenido en el horno con perfil térmico controlado está precedido o seguido por otra etapa de tratamiento de revenido en un horno homogéneo (que puede ser el mismo horno, ajustado como para obtener una temperatura homogénea en todas sus zonas, u otro horno). Tal revenido final en horno homogéneo es particularmente útil cuando se quiere obtener un estado apto para una operación de conformación durante el revenido; en tal caso el revenido homogéneo final permite la conformación durante el revenido. Además una pieza puede someterse a un revenido en el horno de gradiente térmico controlado, luego a por lo menos una operación de conformación o de mecanizado, y después a una fase de tratamiento de revenido en un horno homogéneo.The method according to the invention comprises the development of a hot deformed piece of alloy aluminum with structural hardening, solubilization, quenching, eventually traction with permanent elongation of at least 0.5%, a tempering treatment in an oven with controlled thermal profile. The corresponding treatment of tempering in a furnace with thermal profile can comprise, for at least one of the groups of thermal zones that make up the profile thermally controlled, one or several, typically two or three, levels of temperature, or a more or less continuous temperature ramp without clear levels. Optionally the tempering treatment in the oven with controlled thermal profile is preceded or followed by another stage of tempering treatment in a homogeneous oven (which it can be the same oven, adjusted to obtain a homogeneous temperature in all areas, or another oven). Such final tempering in a homogeneous oven is particularly useful when wants to get a state fit for a shaping operation during tempering; in that case the final homogeneous tempering allows shaping during tempering. In addition a piece can undergo a tempering in the thermal gradient oven controlled, then at least one conformation or machining, and then to a tempering treatment phase in a homogeneous oven.
La invención permite realizar un elemento de estructura monolítico de aleación de aluminio con endurecimiento estructural que tiene una longitud L superior a la anchura B y el espesor E, en particular para la construcción aeronáutica, el correspondiente elemento de estructura monolítico se caracteriza por lo que por lo menos dos segmentos P_{1} y P_{2} situados en una longitud diferente del correspondiente elemento de estructura poseen propiedades físicas (medición realizada a medio espesor) seleccionadas en el grupo formado por:The invention allows an element of hardened aluminum alloy monolithic structure structural that has a length L greater than width B and the thickness E, in particular for aeronautical construction, the corresponding monolithic structure element is characterized so at least two segments P_ {1} and P_ {2} located in a different length of the corresponding structure element they have physical properties (measurement made at medium thickness) selected in the group formed by:
- a) to)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 38 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 Mpa (y preferentemente > 590 MPa y aún más preferentemente > 600 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 38 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 Mpa (and preferably> 590 MPa and even more preferably> 600 MPa).
- b) b)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 40 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa (y preferentemente > 590 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 40 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa (y preferably> 590 MPa).
- c) C)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 41 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa (y preferentemente > 590 MPa).P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 41 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa (and preferably> 590 MPa).
- d) d)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 42 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 42 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 590 MPa.
- e) and)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa y P_{2}: R_{m}(TL) > 550 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa and P2: R_ {m} (TL)> 550 MPa.
- f) F)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa y P_{2}: R_{p0,2} (L) > 550 Mpa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P2: R_m (L)> 580 MPa and P2: R_ {p0.2} (L)> 550 Mpa.
- i) i)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 39 MPa\surdm y P_{1}: R_{m}(L) > 530 MPa, y P_{2}: R_{m}(L) > 580 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 39 MPa \ surdm and P1: R_m (L)> 530 MPa, and P 2: R m (L)> 580 MPa.
- j) j)
- P_{1}: K_{IC(L-T)} > 40 MPa\surdm y P_{1}: R_{m}(L) > 540 MPa, y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {IC (L-T)}> 40 MPa \ surdm and P1: R_m (L)> 540 MPa, and P 2: R m (L)> 590 MPa.
- k) k)
- P_{1}: K_{app(L-T) \ (CCT406)} > 125 MPa\surdm y P_{2}: R_{m}(L) > 590 MPa.P_ {1}: K_ {app (L-T) \ (CCT406)}> 125 MPa \ surdm and P2: R_ {m} (L)> 590 MPa.
Preferentemente el procedimiento se desarrolla de modo que el alargamiento a la ruptura A_{(L)} sea superior al 9% y preferentemente > 10%, en los segmentos P_{1} y P_{2}. Esto es ventajoso en particular cuando las piezas tienen que someterse a operaciones de conformación tras revenido. Del mismo modo es preferible que A(L) sea superior al 9%, a no ser en los segmentos P_{1} y P_{2}. Se pueden obtener semiproductos caracterizados por lo que poseen dos segmentos P_{1} y P_{2} en los que (medición realizada a medio espesor)Preferably the procedure is developed so that the elongation at break A (L) is greater than 9% and preferably> 10%, in segments P1 and P2. This is particularly advantageous when the pieces have to undergo shaping operations after tempering. Of the same mode it is preferable that A (L) is greater than 9%, unless segments P_ {1} and P_ {2}. Semi-finished products can be obtained. characterized by having two segments P1 and P2 in which (measurement made at medium thickness)
- a) to)
- R_{p0,2} medido en el sentido L o en el sentido LT presenta una diferencia R_{p0,2(P2)} - R_{p0,2(P1)} de por lo menos 50 MPa y preferentemente de por lo menos > 75 MPa, y/oR_ {p0,2} measured in the L direction or in the LT direction has a difference R_ {p0,2 (P2)} - R_00 (P1)} of at least 50 MPa and preferably of at least> 75 MPa, and / or
- b) b)
- R_{p0,2} medido en el sentido TC presenta una diferencia R_{p0,2(P2)} - R_{p0,2(P1)} de por lo menos 30 MPa y preferentemente de por lo menos 50 MPa, y/oR_ {p0,2} measured in the CT direction presents a difference R_ {p0,2 (P2)} - R_ {p0,2 (P1)} of at least at least 30 MPa and preferably at least 50 MPa, I
- c) C)
- K_{IC} medido en el sentido L-T presenta una diferencia K_{IP(p1)} - K_{IC(P2)} de por lo menos 5 MPa\surdm y preferentemente de por lo menos 7 MPa\surdm, y/oK_ {IC} measured in the L-T direction has a difference K_ {IP (p1)} - K_ {IC (P2)} of at least 5 MPa \ surdm and preferably of at least 7 MPa \ surdm, and / or
- d) d)
- K_{app} medido en el sentido L-T presenta una diferencia K_{app(p1)} - K_{app(P2)} de por lo menos 10 MPa\surdm y preferentemente de por lo menos 15 MPa\surdm.K_ {app} measured in the L-T direction presents a difference K_ {app (p1)} - K_ {app (P2)} of at least 10 MPa \ surdm and preferably of at least 15 MPa \ surdm.
El procedimiento según la invención puede utilizarse para elaborar semiproductos de cualquier aleación con endurecimiento estructural, tal como las aleaciones de aluminio de las series 2xxx, 4xxx, 6xxx y 7xxx, así como las aleaciones con endurecimiento estructural de la serie 8xxx que contienen litio.The process according to the invention can be used to make semi-finished products of any alloy with structural hardening, such as aluminum alloys of 2xxx, 4xxx, 6xxx and 7xxx series, as well as alloys with 8xxx series structural hardening containing lithium.
En el caso de las aleaciones de tipo Al-Zn-Cu-Mg (serie 7xxx), el procedimiento según la invención puede utilizarse para obtener uno de los segmentos con propiedades extremas en un estado semejante a T6, y otro segmento con propiedades extremas semejante al estado T74 o T73.In the case of type alloys Al-Zn-Cu-Mg (series 7xxx), the method according to the invention can be used to get one of the segments with extreme properties in a state similar to T6, and another segment with similar extreme properties to state T74 or T73.
En las aleaciones de la serie 2xxx, de la serie 6xxx así como en las aleaciones de la serie 8xxx que contienen litio, el procedimiento según la invención puede utilizarse para obtener, en uno de los segmentos con propiedades extremas, un estado semejante a T3 o T4, y en el otro segmento con propiedades extremas un estado semejante a T6 o T8.In the series 2xxx alloys, the series 6xxx as well as in the 8xxx series alloys that contain lithium, the process according to the invention can be used to obtain, in one of the segments with extreme properties, a similar to T3 or T4, and in the other segment with properties extreme a state similar to T6 or T8.
En una realización ventajosa de la invención la aleación comprende entre el 6 y el 15% de zinc, entre el 1 y el 3% de cobre y entre el 1,5 y el 3,5% de magnesio. En otras realizaciones ventajosas la proporción de zinc es de por lo menos el 7%, se sitúa preferentemente entre el 8 y el 13% y más preferentemente entre el 8,5 y el 11%. Ventajosamente la proporción de cobre se sitúa entre el 1,3 y el 2,1% y la proporción de magnesio entre el 1,8 y el 2,7%. Estas aleaciones, entre las que la 7449, la 7349 y la 7056, permiten obtener una muy alta resistencia mecánica (en estado T651 o T7951 por ejemplo) a la vez que una muy alta tenacidad (en estado T76, T7651 o T74, o en estado T7451, T73 o T7351 por ejemplo), mientras se conserva, en los dos estados que corresponden a ambos segmentos con propiedades extremas del producto así como en las zonas intermedias, un compromiso aceptable entre resistencia mecánica y tenacidad y una resistencia a la corrosión exfoliante (ensayo EXCO) mantenida a un nivel correcto (EA).In an advantageous embodiment of the invention the alloy comprises between 6 and 15% zinc, between 1 and 3% of copper and between 1.5 and 3.5% magnesium. In others advantageous embodiments the proportion of zinc is at least 7%, is preferably between 8 and 13% and more preferably between 8.5 and 11%. Advantageously the proportion Copper is between 1.3 and 2.1% and the proportion of magnesium between 1.8 and 2.7%. These alloys, among which the 7449, 7349 and 7056, allow to obtain a very high resistance mechanical (in state T651 or T7951 for example) at the same time as a very high tenacity (in state T76, T7651 or T74, or in state T7451, T73 or T7351 for example), while retaining, in the two states that correspond to both segments with extreme product properties as well as in the intermediate zones, an acceptable compromise between mechanical strength and toughness and corrosion resistance scrub (EXCO test) maintained at a correct level (EA).
En una realización ventajosa de la presente invención se efectúa en una chapa, un perfil o una pieza forjada solubilizada, templada y sometida a una tracción, un revenido en dos etapas:In an advantageous embodiment of the present invention is made in a sheet, a profile or a forged part solubilized, tempered and subjected to traction, a temper in two stages:
una primera etapa homogénea a una temperatura comprendida entre los 115ºC y 125ºC por un tiempo comprendido entre las 2 y 12 horas,a homogenous first stage at a temperature between 115ºC and 125ºC for a time between 2 and 12 hours,
una segunda etapa durante la que un segmento o un extremo geométrico se trata a una temperatura comprendida entre los 115ºC y 125ºC, mientras que otro segmento u otro extremo se trata a una temperatura comprendida entre los 150ºC y 160ºC, ambos por un tiempo comprendido entre las 8 y 24 horas.a second stage during which a segment or a geometric end is treated at a temperature between 115 ° C and 125 ° C, while another segment or other end is treats at a temperature between 150ºC and 160ºC, both for a time between 8 and 24 hours.
Este revenido es particularmente conveniente para los productos de aleación 7xxx y en particular de aleación 7349, 7449 o 7056.This tempering is particularly convenient. for 7xxx alloy products and in particular alloy 7349, 7449 or 7056.
En otra realización ventajosa de la presente invención se efectúa, en un producto de aleación 2xxx (tal como la 2024 o la 2023), en un segmento o un extremo geométrico (P_{1}), un revenido a unos 120ºC y, en otro segmento u otro extremo geométrico (P_{2}), un revenido hasta el punto máximo de resistencia mecánica (estado T851) a unos 190ºC. En una variante de este modo de realización el segmento o el extremo geométrico que no se lleva hasta el punto máximo de resistencia mecánica (i.e. P_{1}) se somete a un revenido a unos 100ºC (o 80ºC); es un estado sobrecocido.In another advantageous embodiment of the present invention is carried out, in a 2xxx alloy product (such as the 2024 or 2023), in a segment or a geometric end (P1), a tempering at about 120 ° C and, in another segment or other end geometric (P_ {2}), a tempering to the maximum point of mechanical resistance (state T851) at about 190 ° C. In a variant of this embodiment the segment or the geometric end that it is not carried to the maximum point of mechanical resistance (i.e. P1) is subjected to tempering at about 100 ° C (or 80 ° C); it's a state overcooked.
En otra realización ventajosa se efectúa, en un producto de aleación 7xxx (tal como la 7349, la 7449 o la 7056), en un segmento o un extremo geométrico, un revenido hasta el punto máximo de resistencia mecánica (estado T651) a unos 120ºC y, en otro segmento u otro extremo geométrico, un sobrecocido (estado T7651, T7451 o T7351) en dos etapas a los 120ºC y 150ºC-165ºC.In another advantageous embodiment it is carried out, in a 7xxx alloy product (such as 7349, 7449 or 7056), in a segment or a geometric end, a temper to the point maximum mechanical resistance (state T651) at about 120ºC and, in another segment or other geometric end, an overcooked (state T7651, T7451 or T7351) in two stages at 120 ° C and 150ºC-165ºC.
En aún otra realización ventajosa se efectúa, en un producto de aleación 6xxx (tal como la 6056 o la 6156), en un segmento o un extremo geométrico, un revenido hasta el punto máximo de resistencia mecánica (estado T651) a unos 190ºC y, en otro segmento u otro extremo geométrico, un sobrecocido (estado T7851) en dos tapas.In yet another advantageous embodiment it is carried out, in a 6xxx alloy product (such as 6056 or 6156), in a segment or a geometric end, a tempering to the maximum point of mechanical resistance (state T651) at about 190 ° C and, in another segment or other geometric end, an overcooked (state T7851) in two caps.
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Las piezas metálicas obtenidas con el procedimiento según la invención pueden utilizarse como elemento de estructura en la construcción aeronáutica. Estos elementos de estructura pueden ser bifuncionales o multifuncionales, es decir reunir en una sola pieza monolítica diferentes funcionalidades, que los procedimientos según el arte anterior no podían reunir con el solo ensamblaje de diferentes piezas. Estos elementos de estructura también pueden permitir una construcción y una fabricación más sencilla y ligera de aviones, en particular de aviones de flete o pasajeros de muy gran capacidad.The metal parts obtained with the method according to the invention can be used as an element of structure in aeronautical construction. These elements of structure can be bifunctional or multifunctional, that is gather different functionalities in a single monolithic piece, which the procedures according to the prior art could not meet with the Only assembly of different parts. These structure elements they can also allow more construction and manufacturing simple and light aircraft, in particular freight aircraft or Very large capacity passengers.
Una ventaja específica del procedimiento según la invención es que en cada segmento con propiedades extremas se obtienen las propiedades óptimas deseadas en una longitud bien controlada del producto. Así el diseñador del avión sabe exactamente en qué longitud el producto tendrá las propiedades óptimas preconizadas y garantizadas. En un modo de realización particularmente preferente el procedimiento según la invención se utiliza para fabricar elementos de estructura que no tienen una variación continua de propiedades en toda su longitud, pero que tienen por lo menos dos zonas en las que las propiedades mecánicas (o algunas de ellas) son constantes en cierta longitud del producto. En una realización ventajosa de la invención esta zona tiene una longitud de por lo menos un metro y preferentemente de por lo menos dos metros. Tal producto, así como su utilización como elemento de estructura en un ala de avión, se muestra esquemáticamente en la figura 1.A specific advantage of the procedure according to the invention is that in each segment with extreme properties they obtain the desired optimum properties in a length well Product controlled. So the airplane designer knows exactly how long the product will have the optimal properties Recommended and guaranteed. In one embodiment particularly preferred the process according to the invention is used to make structural elements that do not have a continuous variation of properties throughout its length, but that they have at least two zones in which the mechanical properties (or some of them) are constant in a certain length of product. In an advantageous embodiment of the invention this area It has a length of at least one meter and preferably of At least two meters. Such product, as well as its use as structure element in an airplane wing, shown schematically in figure 1.
Otra ventaja específica del procedimiento según la invención es el control preciso de las propiedades en el segmento de transición P_{1,2} entre dos grupos de segmentos P_{1} y P_{2} (puede que hayan dos o más, según el número de grupos de zonas térmicas), pudiendo ser P_{1} y P_{2} segmentos con propiedades extremas. En efecto el diseñador del avión no necesita, en el segmento de transición, propiedades máximas para una u otra de las propiedades (o grupos de propiedades) que se han de optimizar, la resistencia a la ruptura en el sentido largo R_{m}(L) y la tenacidad K_{IC(L-T)} por ejemplo. Sin embargo exige un cierto compromiso entre estas propiedades o grupos de propiedades, porque en este segmento de transición, el elemento de estructura desempeña efectivamente una función estructural y debe cumplir especificaciones precisas.Another specific advantage of the procedure according to the invention is the precise control of the properties in the transition segment P_ {1,2} between two groups of segments P_ {1} and P_ {2} (there may be two or more, depending on the number of groups of thermal zones), being P_ {1} and P_ {}} segments With extreme properties. In effect the airplane designer did not you need, in the transition segment, maximum properties for one or another of the properties (or groups of properties) that have been to optimize, the breaking resistance in the long sense R_ {m} (L) and tenacity K_ {IC (L-T)} for example. However demands a certain compromise between these properties or groups of properties, because in this transition segment, the element of structure effectively plays a structural role and must meet precise specifications.
Los elementos de estructura según la invención son en particular:The structure elements according to the invention They are in particular:
- --
- paneles de ala (en inglés: upper (top) or lower (bottom) wing (skin) panels);wing panels (in English: upper (top) or lower (bottom) wing (skin) panels);
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- refuerzos de ala (en inglés: upper or lower wing stringers)wing reinforcements (in English: upper or lower wing stringers)
- --
- largueros de ala (en inglés: wing spars);wing stringers spars);
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- largueros de fuselaje (en inglés: fuselage stiffeners);fuselage stringers (in English: fuselage stiffeners);
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- paneles de unión (en inglés: butt straps), en particular para paneles de ala (upper and lower wing butt straps);joining panels (in English: butt straps), particularly for wing panels (upper and lower wing butt straps);
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- paneles de fuselaje (en inglés: fuselage panels).fuselage panels (in English: fuselage panels).
El procedimiento según la invención permite tratar térmicamente piezas o elementos de estructura largos. La mayoría de las veces su sección perpendicular a la longitud es sensiblemente constante en su longitud, pero esto puede ser distinto. Del mismo modo las piezas pueden ser rectas o no; es posible tratar elementos de estructura forjados ligeramente curvos por ejemplo. El procedimiento se podría utilizar también para tratar piezas moldeadas, pero las piezas moldeadas largas son muy pocas y difíciles de fabricar. En una realización preferente la longitud de la pieza es de por lo menos 5 metros o más bien de por lo menos 7 metros, pero preferentemente de por lo menos 15 metros, incluso de por lo menos 25 metros, para aprovechar plenamente las posibilidades de crear varios segmentos funcionalizados distribuidos en la longitud de la pieza. Así se realizaron elementos de estructura con por lo menos dos segmentos P_{1} y P_{2} en los que la longitud F_{P1} y F_{P2} (expresada en porcentaje de la longitud total de la pieza L) de los correspondientes por lo menos dos segmentos P_{1} y P_{2} es tal que F_{P1} > 25% y F_{P2} > 25% y preferentemente F_{P1} > 30% y F_{P2} > 30%. En otras realizaciones F_{P1} > 35% y F_{P2} > 30%, o F_{P1} > 40% y F_{P2} > 30%.The process according to the invention allows thermally treat long pieces or structure elements. The most of the time its section perpendicular to the length is noticeably constant in its length, but this can be different. In the same way the pieces can be straight or not; is possible to treat slightly curved forged structure elements for example. The procedure could also be used to treat molded parts, but long molded parts are very few and difficult to manufacture. In a preferred embodiment the piece length is at least 5 meters or rather by at least 7 meters, but preferably at least 15 meters, even at least 25 meters, to take full advantage of the possibilities of creating several functionalized segments distributed in the length of the piece. This was done structure elements with at least two segments P_ {1} and P_ {2} in which the length F_ {P1} and F_ {P2} (expressed in percentage of the total length of piece L) of the corresponding at least two segments P1 and P2 is such that F_1> 25% and F_2> 25% and preferably F_ {P1}> 30% and F_ {P2}> 30%. In other embodiments F_ {P1}> 35% and F_ {P2}> 30%, or F_ {P1}> 40% and F_ {P2}> 30%.
Ventajosamente los elementos de estructura según la invención se pueden utilizar para la construcción aeronáutica. A modo de ejemplo es posible construir un avión de gran capacidad que comprende por lo menos un ala que comprende por lo menos un elemento de estructura según la invención, caracterizado por lo que el segmento P_{1} se sitúa cerca del fuselaje y el segmento P_{2} cerca del extremo geométrico del ala (véase la figura 1). En una realización ventajosa los correspondientes paneles de ala tienen una longitud de por lo menos 15 metros y preferentemente de por lo menos 25 metros. Como se describe en el siguiente ejemplo los inventores realizaron paneles de ala de más de 30 metros de largo.Advantageously the structure elements according to The invention can be used for aeronautical construction. As an example it is possible to build a large capacity aircraft which comprises at least one wing comprising at least one structure element according to the invention, characterized by what the segment P_ {1} is located near the fuselage and the segment P_ {2} near the geometric end of the wing (see Figure 1). In an advantageous embodiment the corresponding wing panels they have a length of at least 15 meters and preferably of at least 25 meters. As described in the following example the inventors made wing panels of more than 30 meters of long.
Las correspondientes piezas y los elementos de estructura pueden ser monolíticos. El procedimiento según la invención también permite tratar térmicamente piezas o elementos de estructura que no son monolíticos sino ensamblados a partir de por lo menos dos piezas o semiproductos laminados, extruidos o forjados (preferentemente de aleación de aluminio con endurecimiento estructural), por soldadura, remachado o pegamiento por ejemplo. También es posible prever que en tal ensamblaje, se fabriquen una o varias de las piezas a partir de un material básico que no es una aleación de aluminio.The corresponding parts and elements of structure can be monolithic. The procedure according to invention also allows to heat treat parts or elements of structure that are not monolithic but assembled from by at least two pieces or semi-finished products, extruded or forged (preferably hardened aluminum alloy structural), by welding, riveting or bonding for example. It is also possible to provide that in such an assembly, one or several of the pieces from a basic material that is not a aluminium alloy.
En este modo de realización, por ejemplo es posible fabricar primero un ensamblaje, entre por lo menos una chapa de aleación de aluminio con endurecimiento estructural y por lo menos un perfil de aleación de aluminio con endurecimiento estructural, por remachado, soldadura o pegamiento, tratándose después el correspondiente ensamblaje mediante el procedimiento según la invención. En una realización ventajosa de esta variante del procedimiento según la invención las chapas y los perfiles están en estado T351 y el ensamblaje se realiza por soldadura por láser (Laser Beam Welding, LBW), soldadura por fricción (Friction Stir Welding, FSW) o soldadura por haz de electrones (Electron Beam Welding, EBW). La solicitante observó que puede resultar preferible tratar tal ensamblaje soldado después de la soldadura con el procedimiento según la invención, en vez de tratar los semiproductos (chapas y perfiles) destinados a constituir el correspondiente ensamblaje antes de la soldadura, porque se obtiene una mejora de la resistencia mecánica y resistencia a la corrosión de la junta soldada. Este efecto es significativo cuando la junta soldada se extiende en una gran longitud del elemento estructural (sensiblemente paralela al sentido largo del producto por ejemplo).In this embodiment, for example it is first possible to manufacture an assembly, enter at least one aluminum alloy sheet with structural hardening and by at least one hardened aluminum alloy profile structural, by riveting, welding or bonding, being treated then the corresponding assembly through the procedure according to the invention. In an advantageous embodiment of this variant of the process according to the invention the plates and the profiles they are in state T351 and the assembly is done by welding by laser (Laser Beam Welding, LBW), friction welding (Friction Stir Welding, FSW) or electron beam welding (Electron Beam Welding, EBW). The applicant noted that it may be preferable treat such welded assembly after welding with the method according to the invention, instead of treating the semi-finished products (sheets and profiles) intended to constitute the corresponding assembly before welding, because you get an improvement in mechanical strength and corrosion resistance of the welded joint. This effect is significant when the board welded extends over a large length of the structural element (substantially parallel to the long sense of the product by example).
Podrá entenderse mejor la invención merced al siguiente ejemplo, aunque no tenga ningún carácter limitativo.The invention can be better understood by following example, although it does not have any limiting character.
Se fabricó una chapa de 36 metros de largo, de 2,5 metros de ancho y 30 mm de espesor por laminado en caliente de una chapa de laminado.A 36-meter long sheet of 2.5 meters wide and 30 mm thick by hot rolling of a sheet of laminate.
La composición de la aleación fue:The composition of the alloy was:
Zn 9,1%, Mg 1,89%, Cu 1,57%, Fe 0,06%, Si 0,03%, Ti 0,03%, Zr 0,11%, otros elementos < 0,01 cada uno.Zn 9.1%, Mg 1.89%, Cu 1.57%, Fe 0.06%, Si 0.03%, Ti 0.03%, Zr 0.11%, other elements <0.01 each.
La chapa de laminado se homogeneizó durante 14 horas a los 475ºC. La temperatura de entrada en el laminador en caliente fue de 428ºC, la temperatura de salida de la chapa laminada en caliente fue de 401ºC. La chapa se sometió a una solubilización, temple y tracción en las siguientes condiciones: mantenimiento durante 6 horas a 471ºC, temple en agua a una temperatura comprendida entre unos 15 y 16ºC y tracción controlada con un alargamiento permanente de unos 2,5%. La chapa se despuntó para dar una chapa de 34 metros de largo. Se colocó longitudinalmente en un horno constituido por 30 zonas de 1200 mm de largo cada una. Para todas las temperaturas de revenido, la variación alrededor del valor de consigna no sobrepasó los \pm 3ºC.The sheet metal was homogenized for 14 hours at 475 ° C. The inlet temperature in the mill in hot was 428ºC, the outlet temperature of the sheet Hot rolled was 401 ° C. The sheet was subjected to a solubilization, quenching and traction under the following conditions: maintenance for 6 hours at 471 ° C, temper in water at temperature between 15 and 16ºC and controlled traction with a permanent elongation of about 2.5%. The sheet was highlighted to give a sheet 34 meters long. Was placed longitudinally in an oven consisting of 30 zones of 1200 mm long each one. For all tempering temperatures, the variation around the setpoint did not exceed the ± pm 3 ° C
El tratamiento de revenido consistió en una primera etapa de tratamiento homogéneo a los 120ºC durante 6 horas ("primer nivel"), inmediatamente seguida de una segunda etapa durante la que se trató un extremo geométrico de 18 metros (llamado Z_{1}, que corresponde a 15 zonas de horno) durante 15 horas a los 155ºC ("segundo nivel", precedido de un período de ajuste de aproximadamente 1 hora), mientras que el otro extremo geométrico de 10,8 metros (llamado Z_{2}, que corresponde a 9 zonas de horno) se mantuvo durante 16 horas a los 120ºC. La zona de transición entre estos dos extremos correspondía a 7,2 metros (llamada Z_{1,2} que corresponde a 6 zonas de horno).The tempering treatment consisted of a first stage of homogenous treatment at 120ºC for 6 hours ("first level"), immediately followed by a second stage during which an 18-meter geometric end was treated (called Z_ {1}, which corresponds to 15 oven zones) for 15 hours at 155ºC ("second level", preceded by a period of adjustment about 1 hour), while the other geometric end 10.8 meters (called Z_ {2}, which corresponds to 9 oven zones) held for 16 hours at 120 ° C. The transition zone between these two extremes corresponded to 7.2 meters (called Z_ {1,2} corresponding to 6 oven zones).
Después de esta segunda etapa la conductividad eléctrica de la chapa se midió en diferentes lugares:After this second stage the conductivity Electric sheet was measured in different places:
Segmento P_{1}: comprendido entre los 18,2 y 19,5 MS/m.Segment P_ {1}: between 18.2 and 19.5 MS / m.
Segmento P_{2}: comprendido entre los 22,5 y 23,5 MS/mSegment P_ {2}: between 22.5 and 23.5 MS / m
Segmento P_{1,2}: comprendido entre los 18,2 y 23,6 MS/mSegment P_ {1,2}: between 18.2 and 23.6 MS / m
Después se sometió la chapa a una tercera etapa de revenido, a saber un revenido homogéneo que consiste en una elevación de la temperatura a los 148ºC durante 1 h 30, seguido de un mantenimiento a los 150ºC durante 15 horas. Esta tercera etapa tenía por objeto simular una operación de conformación durante el revenido o un revenido tras conformación del elemento de estructura.Then the sheet was subjected to a third stage of tempering, namely a homogeneous tempering consisting of a temperature rise at 148 ° C for 1 h 30, followed by a maintenance at 150 ° C for 15 hours. This third stage was intended to simulate a shaping operation during the tempering or tempering after forming the element of structure.
La chapa se cortó y se caracterizó. El cuadro 1 resume las características mecánicas estáticas obtenidas con un ensayo de tracción. Son medias obtenidas a partir de medidas efectuadas a medio espesor y en diferentes lugares distribuidos en la anchura de la chapa. No se observó ninguna variación significativa de propiedades en la anchura de la chapa. Es de notar que para R_{P0,2}, en los sentidos L y TL, también se midieron los valores por medio de un ensayo de compresión; vienen indicados en el cuadro 1 entre paréntesis.The sheet was cut and characterized. Table 1 summarizes the static mechanical characteristics obtained with a tensile test They are means obtained from measurements made at medium thickness and in different places distributed in the width of the sheet. No variation was observed. significant properties in the width of the sheet. It is noteworthy that for R_ {P0,2}, in the L and TL directions, they were also measured the values by means of a compression test; they are indicated in table 1 in parentheses.
Los resultados de tenacidad K_{IC} y de K_{app} (obteniéndose este último con una probeta de tipo CT127 y con una probeta de tipo CCT406) se indican en el cuadro 2.The results of tenacity K_ {IC} and of K_ {app} (obtaining the latter with a CT127 type test tube and with a test tube of type CCT406) are indicated in table 2.
Tal chapa de 34 metros de largo puede utilizarse como panel de ala para aviones cargo o de pasajeros de muy gran capacidad. Para esta utilización el extremo geométrico X de la chapa (que corresponde a la tenacidad K_{IC} elevada, siendo más pequeña la resistencia mecánica estática) se sitúa del lado del fuselaje y el extremo geométrico Z de la chapa (que corresponde a una resistencia mecánica estática elevada, siendo más pequeña la tenacidad K_{IC}) corresponde al extremo geométrico del ala.Such a 34 meter long sheet can be used as wing panel for cargo aircraft or very large passengers capacity. For this use the geometric end X of the sheet (corresponding to the high K_ {IC} toughness, being more small static mechanical resistance) is located on the side of the fuselage and the geometric end Z of the sheet (corresponding to a high static mechanical resistance, being smaller the tenacity K_ {IC}) corresponds to the geometric end of the wing.
Las temperaturas de consigna, de la chapa y del aire en las zonas del horno, para la segunda etapa de revenido, se muestran en el cuadro 3. Se representó el perfil de temperatura durante la etapa de revenido a los 120ºC y 155ºC en estado térmico estacionario.The setpoint, sheet and temperature temperatures air in the oven zones, for the second stage of tempering, it shown in table 3. The temperature profile was represented during the tempering stage at 120ºC and 155ºC in thermal state stationary.
La temperatura de la chapa se midió con ayuda de unos cuarenta termopares; los valores dados en el cuadro 3 se midieron a media anchura.The temperature of the sheet was measured with the help of about forty thermocouples; the values given in table 3 are They measured at half width.
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