ES2355234T3 - Procedimiento de fabricación de elementos de esturctura por mecanizado de chapas gruesas. - Google Patents

Procedimiento de fabricación de elementos de esturctura por mecanizado de chapas gruesas. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de fabricación de una pieza metálica mecanizada, que comprende a) la fabricación de una chapa metálica de aleación, con tratamiento térmico, por medio de un procedimiento que comprende a1) la colada de una placa de laminado, eventualmente seguida de una homogeneización, a2) una o varias operaciones de laminado en caliente o en frío, eventualmente separadas por una o varias operaciones de calentamiento, para obtener una chapa, a3) eventualmente una o varias operaciones de corte o acabado de la chapa, b) el premecanizado de la correspondiente chapa en una o las dos caras para obtener una pieza en bruto premecanizada, c) un tratamiento de disolución correspondiente pieza en bruto premecanizada, d) un tratamiento de temple.

Description

Procedimiento de fabricación de elementos de estructura por mecanizado de chapas gruesas.
Ámbito técnico de la invención
La presente invención se refiere a la fabricación de elementos de estructura, de aleación con tratamiento térmico, en particular de aleación de aluminio, por mecanizado de chapas gruesas. Estos elementos de estructura se pueden utilizar para la construcción aeronáutica.
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Estado de la técnica
Actualmente, para obtener elementos de estructura de aviones caracterizados por una excelente resistencia mecánica, se utilizan principalmente dos técnicas diferentes:
según una primera técnica, se utilizan chapas con un espesor típicamente incluido entre los 10 mm y los 40 mm (en este caso llamadas "chapas medias") que se encuentran en el estado metalúrgico que corresponde a la utilización final del elemento estructural, y que se refuerzan fijando por ejemplo por remachado contrafuertes constituidos por perfiles extrusionados, por ejemplo perfiles de sección en "T".
Según una segunda técnica, los contrafuertes se mecanizan directamente en una chapa de mayor espesor, típicamente entre los 30 mm y los 200 mm, que también se encuentra en un estado metalúrgico que corresponde a la utilización final del elemento estructural.
La realización de un elemento de estructura por ensamblaje de chapas medias y de perfiles necesita un número muy importante de operaciones de remachado que, efectuadas en las condiciones de fiabilidad necesarias para un elemento estructural aeronáutico, representan un coste importante. Por cierto, la realización de un elemento estructural integrado por mecanizado de una chapa gruesa gasta mucho más metal, porque una importante fracción de la chapa gruesa acaba en virutas, pero en contrapartida, permite reducir al mínimo las operaciones de remachado que cuestan caro.
La disponibilidad de técnicas de mecanizado a gran velocidad (high speed machining), del orden de las 5 000 a las 15 000 revoluciones por minuto, modifica sensiblemente los datos económicos en cuanto a la elección del modo de diseño, la duración de la operación de mecanizado resultando muy reducida, lo que permite prever al mismo tiempo el mecanizado de formas siempre más complejas en condiciones económicamente accesibles. Esto es verdad a la vez para piezas de un tamaño del orden del metro y para piezas de muy gran tamaño que pueden alcanzar más de los 20 m de largo y más de los 3 m de ancho.
Sin embargo, la segunda técnica presenta otros inconvenientes. Antes del mecanizado, la chapa gruesa se encuentra en el estado metalúrgico que corresponde a su utilización final, porque según el estado de la técnica, no se efectúa ningún tratamiento termomecánico después de un mecanizado. Más particularmente, este estado metalúrgico final se obtuvo por disolución y temple. Ahora bien, dos mecanismos físicos limitan la velocidad de temple en una chapa gruesa: la conductividad térmica del material que constituye la correspondiente chapa gruesa y el intercambio térmico entre la superficie de la chapa y el medio de temple.
Resulta que las propiedades mecánicas de la chapa gruesa templada varían de acuerdo con el espesor. Así, al alejarse de la superficie de la chapa, algunas características mecánicas resultan menos elevadas. Según el estado de la técnica, el mecanizado elimina pues las zonas en las que la chapa templada muestra las mejores características mecánicas, y con la solicitación del elemento estructural en las condiciones de servicio aparecen zonas de metal cuyas propiedades mecánicas pueden ser bastante variables según la profundidad con respecto a la zona cercana a la superficie inicial de la chapa. El cálculo de las estructuras, por modelos bastante reales de la correspondientes mecánicas de las precaución, se efectúa en base a conservadores de las prestaciones pieza, basándose típicamente los modelos en zonas de la las chapa características alejadas de la superficie y que presentan pues las características mecánicas más bajas. Al dimensionar las piezas, esto impide sacar el mayor provecho de las reales propiedades del material. Otro inconveniente de este procedimiento según el estado de la técnica radica en el hecho de que las chapas gruesas templadas, incluso después de una tracción controlada, pueden contener tensiones residuales que provocan una deformación de las piezas durante el mecanizado.
Según una tercera técnica, se fabrican elementos estructurales con contrafuertes integrados directamente por extrusión. Esta técnica presenta varios 4 inconvenientes y no suele utilizarse mucho. Para obtener perfiles con una anchura lo suficientemente importante, hace falta utilizar prensas de extrusión muy potentes cuyo coste de explotación es muy elevado. La anchura máxima que se puede alcanzar así sigue siendo muy inferior a la anchura de una chapa laminada habitual. Por otra parte, algunas aleaciones se prestan mal a la extrusión. Y por último, la microestructura de una pieza extrusionada, y más particularmente de un perfil extrusionado, no es homogénea, ni en la sección del perfil ni en la longitud del perfil.
Se propusieron diversos medios para controlar las distorsiones del producto o sus propiedades mecánicas.
Varias patentes procuran optimizar el procedimiento de temple con el fin de minimizar las deformaciones de los productos metalúrgicos producidas por el temple. Estos procedimientos suelen tratar de compensar la deformación por medio de una refrigeración no homogénea durante el temple.
La patente alemana DE 955 042 (Friedrichshütte Aktiengesellschaft) describe un procedimiento de temple horizontal en el que los bordes de la chapa se refrigeran más que el centro, y la cara inferior más que la cara superior.
La patente EP 578 607 procura optimizar el procedimiento de temple de perfiles extrusionados por medio de un control individual o agrupado de las boquillas de pulverización de agua; en principio, tal dispositivo, controlado por ordenador, permite adaptar las posiciones de las boquillas a cada perfil, pero la puesta a punto sigue siendo empírica. La patente EP 695 590 desarrolla una idea análoga para el temple de chapas.
La solicitud de patente WO 98/42885 (Aluminum Company of America) describe un procedimiento combinado de temple en agua y de temple al aire para disminuir la deformación de las chapas finas producida por el temple y para mejorar sus características mecánicas estáticas.
La patente francesa 1 503835 (Commissariat à l'Energie Atomique) propone aumentar la velocidad de temple durante la inmersión de la pieza en un líquido frío gracias a la aplicación de una capa fina de poca conductividad térmica que limita la vaporización del medio de temple.
La patente francesa 2 524 001 (Pechiney Rhenalu) propone aplicar en determinadas caras del producto un revestimiento que conduzca menos el calor que el metal subyacente. Gracias a este control mejorado de la velocidad de refrigeración, se podría evitar la alteración de las propiedades de uso del producto. Este procedimiento bastante pesado presenta varios inconvenientes. Se limita a las chapas o perfiles que tienen un espesor sensiblemente constante; en el caso de las aleaciones de aluminio, este espesor no tendría que superar unos 15 mm. Los revestimientos propuestos en esta patente pueden contaminar el depósito de líquido de temple.
Otras técnicas procuran disminuir la sensibilidad de las aleaciones de aluminio al temple.
Ninguno de estos procedimientos resuelve el problema de variación de las propiedades mecánicas según el espesor, vinculada a los gradientes térmicos presentes durante el temple.
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Objeto de la invención
La invención tiene por objeto presentar un nuevo procedimiento de fabricación de piezas metálicas mecanizadas aptas para servir corno elementos de estructura, o de piezas en bruto para tales piezas, que permita mejorar el compromiso entre las características mecánicas estáticas (límite de elasticidad, resistencia a la tracción, alargamiento a la ruptura) y la tolerancia a los daños (en particular la tenacidad) en el volumen de la pieza y minimizar las distorsiones provocadas por el temple, y que se pueda poner por obra con un coste de explotación particularmente ventajoso.
En vez de tratar de mejorar etapas aisladas de los procedimientos de fabricación, la solicitante inventó un nuevo procedimiento integrado que permite fabricar a partir de chapas gruesas, elementos de estructura mecanizados de grandes dimensiones, con excelentes tolerancias dimensionales y que presentan características mecánicas mejora-
das.
La presente invención propone un procedimiento de fabricación nuevo que permite obtener piezas mecanizadas que presentan un mejor compromiso entre los valores mínimos de las características mecánicas estáticas (límite convencional de elasticidad, alargamiento a la ruptura, resistencia a la tracción) y la tolerancia a los daños, con respecto a pie zas de formas análogas producidas por medio de un procedimiento según el estado de la técnica. En una variante del procedimiento según la invención, la variación de las características mecánicas en el seno de la pieza es más pequeña con respecto a una pieza mecanizada de forma análoga elaborada por medio de un procedimiento según el estado de la técnica.
Un primer objeto de la invención procedimiento de fabricación de una pieza metálica mecanizada, que comprende
a) la fabricación de una chapa metálica por medio de un procedimiento que comprende
a1) la colada de una placa de laminado, eventualmente seguida de una homogeneización,
a2) una o varias operaciones de laminado en caliente o en frío, eventualmente separadas por una o varias operaciones de calentamiento, para obtener una chapa,
a3) eventualmente una o varias operaciones de corte o acabado de la chapa,
b) el premecanizado de la correspondiente chapa en una o las dos caras para obtener una pieza en bruto premecanizada,
c) un tratamiento de disolución de la correspondiente pieza en bruto premecanizada,
d) un tratamiento de temple.
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Eventualmente, este procedimiento puede seguirse de una o varias de las siguientes etapas:
e) tracción controlada,
f) revenido,
g) corte.
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Un segundo objeto es metálica obtenida por la utilización de una pieza medio del correspondiente procedimiento como elemento de estructura para la construcción aeronáutica.
Un tercer objeto es un elemento de estructura de aleación de aluminio para la construcción aeronáutica obtenido por medio del correspondiente procedimiento.
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Descripción de las figuras
La figura 1 muestra las dimensiones y el plan de control por toma de muestras de chapas gruesas premecanizadas según la invención, como se explica en el ejemplo 1.
La figura 2 muestra la probeta utilizada para la caracterización de las propiedades mecánicas del producto.
Las figuras 3 y 4 muestran esquemáticamente una pieza en bruto premecanizada según la invención.
La figura 5 muestra esquemáticamente la forma de una chapa gruesa premecanizada y el plan de control por toma de muestras de chapas gruesas premecanizadas (fig. 5a) o no (fig. 5b), como se explica en el ejemplo 2.
La figura 6 muestra esquemáticamente la forma de una chapa gruesa premecanizada y el plan de control por toma de muestras de chapas gruesas premecanizadas (figura 6a) o no (figura 6b), como se explica en el ejemplo 3.
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Descripción detallada de la invención a) Terminología
Salvo mención en contrario, todas las indicaciones relativas a la composición química de las aleaciones se expresan en por ciento másico. Por consiguiente, en una expresión matemática, "0,4 Zn" significa: 0,4 vez el porcentaje de cinc, expresado en por ciento másico; esto se aplica mutatis mutandis a los otros elementos químicos. La designación de las aleaciones cumple las reglas de The Aluminum Association, conocidas por el especialista. Los estados metalúrgicos se definen en la norma europea EN 515. La composición química de aleaciones de aluminio normalizadas se define por ejemplo en la norma EN 573-3. Salvo mención en contrario, 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 gracias a una prueba de tracción en virtud de la norma EN 10002-1, el lugar y el sentido de la extracción de las probetas se definen en la norma EN 485-1. La tenacidad K_{IC} se midió en virtud de la norma ASTM E 399. La curva R se determina en virtud de la norma ASTM 561-98. 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 grieta. También se calcula el factor de intensidad de tensión K_{CO}, asignando a la carga crítica la longitud inicial de la grieta, al principio de la carga monótona. Estos dos valores se calculan para una probeta de forma deseada. K_{app} designa 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 la prueba EXCO descrita en la norma ASTM G34-72.
Salvo mención en contrario, se aplican las definiciones de la norma europea EN 12258-1. Contrariamente a la terminología de esta norma EN 12258-1, en este caso se llama "chapa fina" una chapa con un espesor que no sobrepasa los 6 mm, "chapa media" una chapa con un espesor incluido entre los 6 mm y unos 20 a 30 mm, y "chapa gruesa" una chapa con un espesor típicamente superior a los 30 mm.
El término "mecanizado" comprende cualquier procedimiento de extracción de materia como el torneado, el fresado, la perforación, el taladrado, el roscado, la electroerosión, la rectificación, el pulido.
El término "elemento de estructura" se refiere a un elemento utilizado para la construcción mecánica y para el que las características mecánicas estáticas y/o dinámicas tienen una importancia peculiar para las prestaciones y la integridad de la estructura, y para el que suele aconsejarse o efectuarse un cálculo de la estructura. Típicamente, se trata de una pieza mecánica cuyo fallo es susceptible de perjudicar la seguridad de la correspondiente construcción, de sus usuarios y de demás personas. 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 del fuselaje (stringers), las paredes estancas (bulkheads), los fuselajes circulares (circumferential frames), las alas (como la piel del ala (wing skin), los refuerzos (stringers o stiffeners), las costillas (ribs) y los largueros (spars)) y las aletas que comprenden en particular estabilizadores horizontales y verticales (horizontal or vertical stabilisers), así como las vigas de suelo (floor beams), los raíles de asientos (seat tracks) y las puertas.
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b) Descripción de la invención y de algunos modos de realización específicos
Según la invención, el problema se resuelve por medio del temple, no de la chapa gruesa en la que se mecanizará después la pieza metálica deseada, sino de una pieza en bruto ya premecanizada. El premecanizado puede conducir a una forma más o menos parecida a la forma final deseada.
En una realización preferida de la invención, esta pieza en bruto premecanizada presenta un perfil constituido por uno o varios canales. Estos canales pueden ser paralelos al sentido de laminado, pero son posibles otras orientaciones, por ejemplo una orientación en diagonal. Si se desea efectuar una tracción después del temple, este perfil es ventajosamente paralelo al sentido de laminado y de longitud sensiblemente constante, pero son posibles otros tipos de perfiles.
Durante el temple, la pieza en bruto puede encontrarse en posición horizontal, en posición vertical, o en cualquier otra posición. El temple se puede realizar por inmersión en un medio de temple, por aspersión, o por cualquier otro medio apropiado. El correspondiente medio de temple puede ser agua u otro medio como el glicerol; se puede elegir su temperatura entre su punto de solidificación y su punto de ebullición, sabiendo que puede ser conveniente la temperatura ambiente (unos 20ºC).
El procedimiento según la invención comprende:
a) la fabricación de una chapa metálica por medio de un procedimiento que comprende
a1) la colada de una placa de laminado, eventualmente seguida de una homogeneización,
a2) una o varias operaciones de laminado en caliente o en frío, eventualmente separadas por una o varias operaciones de calentamiento, para obtener una chapa,
a3) eventualmente una o varias operaciones de corte o acabado de la chapa,
b) el premecanizado de la correspondiente chapa en una o las dos caras para obtener una pieza en bruto premecanizada,
c) un tratamiento de disolución de la correspondiente pieza en bruto premecanizada,
d) un tratamiento de temple.
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La pieza en bruto así obtenida se puede someter a una o varias de las siguientes etapas:
e) tracción controlada,
f) revenido,
g) corte.
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Al final de este procedimiento representado por las etapas a) a d), es decir después del temple, y ventajosamente después de la tracción controlada (si la hay) y después del revenido (si lo hay), la pieza en bruto premecanizada se puede someter a otras operaciones de mecanizado para obtener una pieza metálica mecanizada, cabe indicar que la forma de la pieza en bruto tiene que ser compatible con la de la pieza mecanizada deseada. Por otra parte, la forma de los correspondientes canales de la pieza en bruto se tiene que elegir como para minimizar la deformación de la pieza en bruto producida por el temple, y como para optimizar las características mecánicas de la pieza mecanizada final. Es preferible que una de las dos caras de la pieza en bruto sea plana. En este caso, es preferible que durante el temple horizontal, los canales mecanizados de la chapa estén orientados hacia abajo.
En la mayoría de los casos, será necesario someter la pieza en bruto premecanizada a una tracción controlada. Con este fin, es ventajoso prever, durante el premecanizado de la pieza en bruto, que una longitud incluida entre los 50 mm y los 1 000 mm, y preferentemente incluida entre los 50 mm y los 500 mm, al principio y al final de la chapa, no comprenda canales mecanizados y tenga un espesor sensiblemente constante (esta parte desprovista de canales mecanizados se llama "taco"), para permitir una prensión correcta de las mordazas de tracción. Ventajosamente, la correspondiente tracción se efectúa como para conducir a un alargamiento permanente incluido entre el 0,5% y los 5%. Para este alargamiento permanente, se prefiere un valor mínimo superior al 1,0 incluso superior a los 1,5%. Durante por lo menos una parte de la duración de la tracción, se puede mantener un apoyo transversal en por lo menos una de las caras de la chapa, por ejemplo por aplicación de uno o varios rodillos en la chapa, eventualmente los correspondientes rodillos pueden ser móviles longitudinalmente en la cara de la chapa. Esto se describe para una chapa no mecanizada en la patente US 6 216 521 de la solicitante.
Ventajosamente, en un modo de realización preferido que implica una tracción controlada de la pieza en bruto, la correspondiente pieza en bruto comprende entre los tacos y la zona central que posee canales mecanizados, una zona de transición cuyo espesor decrece del taco hacia la zona central que posee canales mecanizados. Es ventajoso despuntar este taco y la zona de transición, después de la tracción controlada, sea mecánicamente, por ejemplo por aserrado o cizallado, sea por otros medios conocidos como el haz de láser o el chorro líquido. Pero también se puede guardar este taco, por lo menos parcialmente, por ejemplo para facilitar el ensamblaje de los elementos de estructura.
Ventajosamente, el procedimiento según la invención se puede aplicar a las chapas de aleaciones metálicas con endurecimiento estructural, en particular a las aleaciones de aluminio con endurecimiento estructural, y más particularmente a las aleaciones de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx. En este modo de realización específico, las chapas comprenden los siguientes elementos de aleación (en % másicos):
Zn 5,5-11 
\hskip0.5cm
Mg 1,5-3 
\hskip0.5cm
Cu 1,0-3,0.
En una variante de este modo de realización específico, el porcentaje de cinc está incluido entre los 8 y los 11%. En otras variantes, la aleación comprende además elementos que pueden formar dispersoides, es decir uno o varios elementos elegidos en el grupo que comprende Zr, Sc, Hf, La, Ti, Ce, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y, Yb, el porcentaje de cada uno de los correspondientes elementos, en caso de elegirse, está incluido entre el 0,02 Y el 0,7%, Y preferentemente el porcentaje total de estos elementos no sobrepasa los 2%. Entre las aleaciones de la serie 7xxx, las aleaciones 7449, 7349, 7049, 7050, 7055, 7040 y 7150 son particularmente preferidas.
Ventajosamente, las chapas son de gran tamaño, es decir con una longitud superior a los 2 000 mm y preferentemente superior a los 5 000 mm, y una anchura superior a los 600 mm y preferentemente superior a los 1 200 mm. Ventajosamente, antes del mecanizado, tienen un espesor superior a los 15 mm, preferentemente superior a los 30 mm y más preferentemente superior a los 50 mm.
En un modo fabricación de de realización ventajoso, para la un elemento de estructura con contrafuertes integrados para el ala de un avión civil de gran capacidad, se utiliza una chapa gruesa de aleación de aluminio 7449 con un espesor del orden de los 100 a los 110 mm, lo que conduce a una pieza en bruto premecanizada con un espesor máximo del orden de los 90 a los 100 mm.
En otro modo de realización ventajoso, para la fabricación de un elemento de estructura para una piel de ala con contrafuertes integrados, se utiliza una chapa gruesa con un espesor del orden de los 30 a los 60 mm, lo que conduce a una pieza en bruto premecanizada con un espesor máximo del orden de los 25 a los 55 mm.
En las aleaciones de aluminio con tratamiento térmico, para pequeños espesores, el problema vinculado a los gradientes de las propiedades mecánicas no se plantea por debajo de un espesor de unos quince a veinte milímetros. Las ventajas que ofrece la presente invención son importantes pues para espesores superiores a unos 30 a 40 mm, es decir en particular para la fabricación de elementos estructurales de ala.
Las operaciones de mecanizado para formar la pieza en bruto a partir de la chapa gruesa y para fabricar la pieza acabada a partir de la pieza en bruto se pueden efectuar a gran velocidad, es decir con una velocidad de por lo menos 5 000 revoluciones por minuto, y preferentemente superior a las 10 000 revoluciones por minuto. El procedimiento según la invención permite valorizar al máximo las virutas y los despuntes generados durante el mecanizado. Con este fin, conviene evitar su mezcla con otros materiales metálicos o no metálicos, incluso con otras aleaciones del mismo tipo. A título de ejemplo, en el caso de las aleaciones de aluminio, no es deseable mezclar las aleaciones del grupo 2xxx con las del grupo 7xxx (designación en virtud de EN 573-1), y en el interior del grupo 7xxx por ejemplo, es preferible separar las aleaciones como la 7449 y la 7010; esto necesita una gestión rigurosa de las virutas que el fabricante de la chapa gruesa esta más en condiciones de garantizar que un taller de mecanizado multimateriales. El procedimiento según la invención, para que su coste de explotación pueda ser tan bajo como sea posible, favorece la realización del mecanizado en la fábrica del propio fabricante de la chapa o bajo su control industrial, y la disponibilidad de despuntes y virutas, en particular de aleaciones 2xxx y 7xxx, perfectamente identificados y procedentes de un procedimiento conocido, conduce a la posibilidad de poder reciclar fracciones de virutas más importantes en la fabricación de chapas gruesas de aleaciones 2xxx y 7xxx para una aplicación aeronáutica. Así, para algunas aleaciones y productos, la solicitante pudo incorporar hasta 40% de virutas de mecanizado en el procedimiento según la invención, utilizándose métodos de tratamiento de las virutas recuperadas y del metal líquido conocidos por el especialista. La incorporación de por lo menos 5% de virutas selectivamente recuperadas resultó posible en casi todos los casos, y se prefiere un porcentaje de por lo menos 15%.
Las piezas metálicas obtenidas por medio del procedimiento según la invención se pueden utilizar como elemento de estructura para la construcción aeronáutica. A título de ejemplo, la invención permite realizar paneles de ala, elementos de fuselaje, largueros, costillas o cajas centrales de alas.
El procedimiento según la invención tiene numerosas ventajas con respecto a conocidos. En particular, permite los la procedimientos fabricación de piezas que presentan un compromiso mejorado entre la tolerancia a los daños y las características mecánicas estáticas. El especialista puede adaptar el estado metalúrgico de la pieza en bruto premecanizada a las propiedades deseadas de la pieza acabada, para privilegiar una mejora de las características mecánicas estáticas o de la tolerancia a los daños, o para mejorar los dos tipos de características a la vez. A título de ejemplo, la solicitante pudo obtener con la aleación 7449 piezas acabadas que presentaban una mejora de un 20 a un 25% de la tenacidad K_{IC} sin ninguna degradación de las características mecánicas estáticas. Del mismo modo, con respecto al K_{app(L-T)} medido en una chapa maciza a 1/8 del espesor, se nota una mejora de unos 20 a 25% con una medida realizada en una pieza en bruto según la invención en el fondo de un canal a una profundidad de más o menos 1/8 de espesor. Así, en una chapa de aleación 7449, fue posible lograr un valor de K_{app(L-T)} de por lo menos 90 MPa\sqrtm, incluso de por lo menos 95 MPa\sqrtm (probeta de tipo CT con W = 75 mm en virtud de ASTM E561-98), con valores de R_{m(L)} medidos en tracción que sobrepasan los 550 MPa.
Podrá entenderse mejor la invención gracias a los ejemplos que sin embargo no tienen ningún carácter limitativo. En cada uno de estos tres ejemplos, las referencias de las muestras son independientes unas de las otras, es decir que no hay ninguna relación entre la muestra A del ejemplo 1, la muestra A del ejemplo 2 y la muestra A del ejemplo 3.
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Ejemplo 1
En una chapa de aleación 7449 (composición: Zn 8,52%, Cu 1,97%, Mg 2,17%, Zr 0,11%, Si 0,05%, Fe 0,09% Mn 0,03% Ti 0,03%) con un espesor de 101,6 mm bruto de laminado en caliente, pero remachada y despuntada, se cortaron en todo el espesor tres bloques con dimensiones de 600 mm (sentido L) x 700 mm (sentido TL). Se efectuó un refrentado simétrico de 10,5 mm para obtener bloques de 80,5 mm de espesor.
Después del desbarbado de las caras laterales, se premecanizaron en los bloques 1 y 2 costillas según la figura 1, con las siguientes dimensiones (véase el cuadro 1) :
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CUADRO 1
1 
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No se premecanizó el bloque 3.
Se disolvieron los tres bloques durante 4 horas a los 472ºC con una subida de la temperatura durante 4 horas, y se templaron por inmersión vertical en agua fría removida, estando las costillas orientadas perpendicularmente a la superficie del agua.
Después se cortaron los bloques según el plano de corte mostrado en la figura 2. Algunos de los especímenes así obtenidos se sometieron a un tratamiento de revenido de 48 h a los 120ºC para ponerlos al estado T6. Otros especímenes se sometieron a una tracción controlada con un alargamiento permanente de 2%, y después al mismo tratamiento de revenido que los otros especímenes, para ponerlos al estado T651.
Después se determinaron las características mecánicas. Se consignaron los resultados en el cuadro 2.
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CUADRO 2
2
3 
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Se observa que la tenacidad en la pieza en bruto premecanizada según la invención aumenta de unos 10 MPa\sqrtm con respecto a una pieza según el arte anterior, lo que corresponde a una mejora de unos 20 a 25%, sin ninguna degradación sobre las características mecánicas estáticas.
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Ejemplo 2
En una chapa de aleación 7050 (composición: Zn 6,2%, Cu 2, 1%, Mg 2,2%, Zr 0,09%, Si 0,04%, Fe 0,09%, Mn 0,01%, Ti 0,03%) con un espesor de 95 mm bruto de laminado en caliente, pero remachada y despuntada, se cortó en todo el espesor una chapa con dimensiones de 8945 mm (sentido L) x 1 870 mm (sentido TL). Se efectuó un refrentado simétrico de 2,5 mm para obtener una chapa de 90 mm de espesor. Se mecanizaron pues costillas en el sentido L en una longitud de 7 705 mm (referencia 15) centrada en la chapa, dejando una zona maciza (referencias 16 y 17) en cada extremo (véase la figura 3). La geometría de la sección premecanizada se describe en la figura 4, con las dimensiones indicadas en el cuadro 3.
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CUADRO 3
4 
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La chapa se disolvió y se templó por inmersión vertical en agua fría removida, estando las costillas orientadas paralelamente a la superficie del agua. La chapa se sometió a una tracción controlada con un alargamiento permanente de 2% observado en la zona premecanizada y un alargamiento nulo en las zonas macizas. Luego se extrajeron un bloque en la zona premecanizada así como un bloque en la zona no mecanizada para su caracterización. Se extrajeron piezas en bruto en el bloque no mecanizado que se sometieron a una tracción controlada con un alargamiento permanente de 2 a 2,5%. Una cinética de revenido por medida de Vickers permitió determinar los revenidos hasta el punto máximo que se practicaron en la parte premecanizada y la parte maciza (respectivamente 36 h a los 130ºC y 24 h a los 130ºC). Se sacaron muestras según el plano de corte de la figura 5. Las características mecánicas obtenidas en el velo del premecanizado y en la chapa maciza se consignaron en el cuadro 4. El K_{app} se midió en probetas de tipo CT con un W igual a los 75 mm (en virtud de ASTM E561-98).
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CUADRO 4
5 
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Se observa que la tenacidad en tensión plana K_{app(L-T)} en la pieza en bruto premecanizada según la invención aumenta de unos 14 MPa\sqrtm con respecto a una pieza según el arte anterior, lo que corresponde a un aumento de unos 20 a 25%, sin ninguna degradación para las características mecánicas estáticas.
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Ejemplo 3
En una chapa de aleación 7449 (composición: Zn 8,8%, Cu 1,8%, Mg 1,8%, Zr 0,12%, Si 0,04%, Fe 0,06%, Mn 0,01%, Ti 0,03%) con un espesor de 90 mm bruto de laminado en caliente, pero remachada y despuntada, se cortó en todo el espesor una chapa con dimensiones de 9950 mm (sentido L) x 2 000 mm (sentido TL).
Se cortó esta chapa en el sentido longitudinal (sentido L) con el fin de obtener una primera chapa con dimensiones de 9 950 mm (sentido L) x 775 mm (sentido TL) y una segunda chapa con dimensiones de 9 950 mm (sentido L) x 1 225 mm (sentido TL). Para esta segunda chapa, se mecanizaron pues costillas en el sentido L en una longitud de 8 400 mm centrado en la chapa y dejando una zona maciza en cada extremo (véase la figura 3). La geometría de la sección premecanizada se describe en la figura 4, con las dimensiones indicadas en el cuadro 3.
CUADRO 5
6
La chapa maciza y la chapa premecanizada se disolvieron y luego se templaron por inmersión vertical en agua fría removida, estando las costillas orientadas paralelamente a la superficie del agua. Las dos chapas se sometieron pues a una tracción controlada con un alargamiento permanente de 2 a 2,5% (observado en la zona premecanizada para la chapa premecanizada). Después, se extrajeron un bloque en la chapa premecanizada así como un bloque en la chapa maciza para su caracterización. Se sacaron muestras según el plano de corte de la figura 6. Se aplicaron varios revenidos con el fin de evaluar los aumentos vinculados al premecanizado. Las caracterizaciones efectuadas en el velo del premecanizado y a 1/8 de espesor por debajo de la superficie de la chapa maciza se consignaron en el cuadro 6.
CUADRO 6
7
Para las medidas de tenacidad, se utilizó la misma probeta que la que se describe en el ejemplo 2.
Se observa que la tenacidad en tensión plana según la orientación L-T (K_{app(L-T))} en la pieza en bruto premecanizada según la invención aumenta entre los 8 y los 18 MPa\sqrtm según el revenido realizado con respecto a una pieza según el arte anterior, lo que corresponde a un aumento de unos 10 a 25%, sin ninguna degradación para las características mecánicas estáticas y la corrosión exfoliante.

Claims (27)

1. Procedimiento de fabricación de una pieza metálica mecanizada, que comprende
a) la fabricación de una chapa metálica de aleación, con tratamiento térmico, por medio de un procedimiento que comprende
a1) la colada de una placa de laminado, eventualmente seguida de una homogeneización,
a2) una o varias operaciones de laminado en caliente o en frío, eventualmente separadas por una o varias operaciones de calentamiento, para obtener una chapa,
a3) eventualmente una o varias operaciones de corte o acabado de la chapa,
b) el premecanizado de la correspondiente chapa en una o las dos caras para obtener una pieza en bruto premecanizada,
c) un tratamiento de disolución correspondiente pieza en bruto premecanizada,
d) un tratamiento de temple.
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2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además, después del tratamiento de temple, una o varias de las siguientes etapas:
e) tracción controlada,
f) revenido,
g) corte.
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3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la chapa es de aleación aluminio.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la aleación de aluminio es una aleación de la serie 2xxx, 6xxx o 7xxx.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la aleación comprende entre 5,5 y 11% (másicos) de cinc (preferentemente por lo menos 8%), entre 1,5 y 3% de magnesio y entre 1,0 y 3,0 de cobre.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el perfil está constituido por uno o varios canales paralelos al sentido de laminado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el perfil tiene una longitud sensiblemente constante.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el mecanizado se efectúa con una velocidad de por lo menos 5 000 revoluciones por minuto, y preferentemente superior a las 10 000 revoluciones por minuto.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pieza obtenida se somete a una o varias nuevas operaciones de mecanizado o de perforación después del temple o después de la tracción controlada.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la tracción controlada se efectúa como para conducir a un alargamiento permanente incluido entre el 0,5% y los 5%.
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el corte se efectúa mecánicamente por cizallado o aserrado, por haz de láser o por chorro líquido.
12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el lecho de fusión está constituido por al menos 5% y preferentemente por al menos 15% de virutas de mecanizado.
13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque una longitud incluida entre los 50 mm y los 1 000 mm, y preferentemente incluida entre los 50 mm y los 500 mm al principio y al final de la chapa no comprende perfil y tiene un espesor sensiblemente constante.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la chapa comprende entre los tacos desprovistos de canales mecanizados y la zona central que posee canales mecanizados, una zona de transición cuyo espesor decrece del taco desprovisto de canales mecanizados hacia la zona central que posee canales mecanizados.
15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la chapa tiene una anchura superior a los 60 cm y preferentemente superior a los 120 cm.
16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la chapa tiene una longitud superior a los 200 cm y preferentemente superior a los 500 cm.
17. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque, antes de su mecanizado, la chapa tiene un espesor superior a los 15 mm y preferentemente superior a los 30 mm.
18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el taco no mecanizado y la zona de transición se despuntan después de la tracción controlada.
19. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la tracción controlada se efectúa entre dos mordazas hasta un alargamiento permanente controlado de más de 0,5% y preferentemente de más de 1%, y que durante por lo menos una parte de la duración de la tracción, se mantiene un apoyo transversal en por lo menos una de las caras de la chapa.
20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque el alargamiento permanente es superior a los 1,5%.
21. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado porque el apoyo en la cara o las caras de la chapa se realiza con uno o varios rodillos sometidos a un esfuerzo de aplicación en la chapa.
22. Procedimiento la reivindicación 21, caracterizado porque según los rodillos son móviles longitudinalmente en la cara de la chapa.
23. Pieza metálica mecanizada susceptible de obtenerse por medio del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.
24. Pieza metálica mecanizada según la reivindicación 23, caracterizada porque la la correspondiente chapa es de aleación 7449 y muestra en el fondo de un canal mecanizado:
- un valor de K_{app(L-T)} de 90 MPa\sqrtm, incluso 10 preferentemente de 95 MPa\sqrtm (probeta de tipo CT con W = 75 mm en virtud de ASTM E561-98), y
- un valor de R_{m(L)} medido en tracción superior a los 550 MPa.
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25. Utilización de una pieza metálica susceptible de obtenerse por medio del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 como elemento de estructura para la construcción aeronáutica.
26. Utilización de una pieza metálica de aleación de aluminio susceptible de obtenerse por medio del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 como panel de ala, elemento de fuselaje, larguero, costilla o caja central de ala.
27. Elemento de estructura de aleación de aluminio para la construcción aeronáutica susceptible de obtenerse por medio del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.
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