ES2586407T3 - Producto de aleación de aluminio adaptado para producir una pieza estructural y método para producir los mismos - Google Patents

Abstract

Un producto de aleación de aluminio adaptado para fabricar componentes estructurales, realizado a partir de lingotes moldeados por colada directa (DC), consistiendo dicha aleación en un porcentaje en peso (% en peso), de Zn 7,5-8,7, Mg 1,1-2,3, Cu 0,5-1,9, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas, en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las expresiones de: (a) 10,5 <= Zn + Mg + Cu <= 11,0; (b) 5,3 <= (Zn / Mg) + Cu <= 6,0; y (c) (0,24 -D / 4.800) <= Zr <= (0,24 - D/5.000), en donde, D es la longitud mínima de una sección de línea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la sección transversal del lingote y que pasa a través del centro geométrico de la sección transversal, y 250 mm <= D <= 1.000 mm, en donde los productos de aleaciones de aluminio comprenden además al menos un elemento microaleante incidental seleccionado del grupo que consiste en Mn, Sc, Er, y Hf, con la condición de que las concentraciones del elemento microaleante satisfagan la expresión de (0,24 - D / 4.800) <= (Zr + Mn + Sc + Er + Hf) <= (0,24 - D / 5.000), y en donde los productos de aleación de aluminio comprenden además: Fe <= 0,50% en peso, Si <= 0,50% en peso, Ti <= 0,10% en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno <= 0,08% en peso, y en total <= 0,25% en peso.

Description

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DESCRIPCION

Producto de aleacion de aluminio adaptado para producir una pieza estructural y metodo para producir los mismos Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a aleaciones de aluminio (tambien conocidas como aleaciones de tipo Al), especialmente a las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx (aleaciones de aluminio basadas en AI-Zn-Mg-Cu) segun designacion de la International Aluminium Association. En particular, la presente invencion se refiere a productos de gran espesor (p. ej., de 30 ~ 360 mm) realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx. Aunque la presente invencion esta dirigida, en la mayona de los casos, a formas de productos forjados de gran espesor y formas de productos de chapa enrollada, tambien se puede usar para productos extruidos y moldeados por colada que presentan un gran espesor de forma generalizada o localizada.

Antecedentes

En la industria aeroespacial moderna, con los crecientes requisitos de rendimiento en sistemas integrados de vuelo, consumo de combustible de carga util, vida util y fiabilidad de las aeronaves, los grandes componentes estructurales de aleaciones de aluminio integrales se usan ampliamente cada vez mas en aeronaves. Por ejemplo, en el diseno y fabricacion de uniones de ala y fuselaje de una aeronave, usando un componente construido de ala-fuselaje integral del ala y del fuselaje de una aeronave, realizado a partir de un producto de aleacion de aluminio a gran escala, que tiene una composicion homogenea y que se prepara mediante un procedimiento de molienda con control numerico, en lugar de un componente construido de combinacion convencional ensamblado con varias partes de aleaciones de aluminio separadas con diversa composicion, no solo puede reducir sustancialmente el peso de los componentes y aumentar la fiabilidad durante la vida util, sino que tambien puede reducir sustancialmente los procedimientos de ensamblaje de componentes y disminuir los costes totales de fabricacion de una aeronave.

Sin embargo, este diseno y metodo de fabricacion avanzados generan unos requisitos altamente exigentes para el rendimiento global de los productos de aleaciones de aluminio relevantes.

Como es bien conocido en el campo de la fabricacion de aeronaves, con respecto a los materiales para fabricar la cara anterior del ala o de la estructura construida de ala y fuselaje de una aeronave, es comunmente deseable que estos posean un optimo lfmite de resistencia a la compresion, asf como una aceptable propiedad de tolerancia al dano; mientras que con respecto a los materiales para fabricar la cara posterior del ala o de la estructura construida de ala y fuselaje de una aeronave, es comunmente deseable que estos posean una optima propiedad de tolerancia al dano, asf como un aceptable lfmite de resistencia a la traccion. En una estructura de combinacion convencional, el objeto anteriormente mencionado se puede lograr ensamblando varias partes de aleaciones de aluminio con diversas composiciones. A modo de ejemplo, cuando se disenan o seleccionan los materiales para realizar la cara anterior, es preferible usar aleaciones de aluminio que tengan una nivel superior de lfmite de resistencia a la compresion y una aceptable propiedad de tolerancia al dano, tales como, aleaciones 7150, 7055, 7449 o similares; y cuando se disenan y seleccionan los materiales para realizar la cara posterior, es preferible usar aleaciones de aluminio que tengan un aceptable lfmite de resistencia a la traccion y una optima propiedad de tolerancia al dano, p. ej., aleaciones 2324, 2524, o similares. Sin embargo, (1) si la estructura anteriormente mencionada es disenada como una estructura integral, el producto de aleacion unico segun se usa debe poseer, tanto los lfmites de resistencia a la compresion y a la traccion optimos como la propiedad de tolerancia al dano optima, a saber, que posea la denominada "optima combinacion de propiedades"; y (3) algunos de los componentes integrales tienden a tener una espesor local superior, causando por tanto que los productos de aleacion de aluminio para fabricar estos componentes integrales tengan un gran espesor de, p. ej., 30 mm o superior, o incluso de hasta 360 mm. Para asegurar la consistencia de propiedades de los diversos sitios del componente integral, es deseable que diversos sitios dentro de los productos de aleaciones de aluminio deben poseer propiedades altamente homogeneas.

A traves de ensayos de propiedades generales, se ha encontrado que algunas aleaciones de aluminio convencionales de alta resistencia y alta tenacidad ampliamente usadas en el campo de la fabricacion de aeronaves, no pueden satisfacer los requisitos anteriormente identificados. Por ejemplo, las aleaciones 7050, 7150, etc., son bien conocidas en el campo como las aleaciones de aluminio que tienen un buen equilibrio de diversas propiedades. Los productos realizados a partir de estas aleaciones que tienen un espesor de 20 ~ 80 mm pueden presentar buenas propiedades generales, tanto en la superficie como en el centro, asf como aceptables diferencias entre la superficie y el centro; pero el producto de estas aleaciones que tienen un espesor de hasta 150 mm representa una resistencia a la fluencia del centro de al menos 10% menor que la resistencia a la fluencia de la superficie y diferencias importantes de alargamiento y de tenacidad a la fractura, pese a que aun se pueden mantener las buenas propiedades generales en la superficie. Ademas, las aleaciones 7055, 7449, etc., son bien conocidas en la tecnica como las aleaciones de aluminio forjadas de alta resistencia. Los productos realizados a partir de estas aleaciones que tienen un espesor de 20 ~ 60 mm, pueden representar de manera deseable, una alta resistencia tanto en la superficie como en el centro, asf como diferencias aceptables entre la superficie y el centro; pero el producto de estas aleaciones que tiene un espesor de hasta 100 mm representa una resistencia a la fluencia, alargamiento y tenacidad a la fractura, umbral de fractura por fatiga, naturaleza corrosiva del centro de al menos 10% ~ 25% menor que las de la superficie, pese a que aun puede mantener una resistencia sustancialmente alta y

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otras propiedades generales n la superficie. Un principio bien establecido, es que los disenadores seleccionan materiales en base a las propiedades mmimas garantizadas de los materiales durante el diseno de la estructura de la aeronave. Segun este principio, cuando las aleaciones convencionales que incluyen las aleaciones 7050, 7150, 7055, 7449 o similares, se procesan para formar productos con un espesor mas pequeno de p. ej., 80 mm o inferior, hay una buena consistencia de rendimiento global entre la superficie y el centro, y la propiedad minima asegurable (tipicamente, las propiedades del centro) puede satisfacer los requisitos de fabricacion de algunos componentes estructurales que tienen una mayor capacidad de carga; sin embargo, si estas aleaciones se procesan para formar productos de gran espesor, las propiedades del centro se deterioran notablemente, y las mmimas propiedades asegurables de los productos son incapaces de satisfacer los requisitos of fabricacion de algunos componentes estructurales que tienen una mayor capacidad de carga. Asimismo, los productos realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx representan unas diferencias muy grandes entre la superficie y el centro, lo que da como resultado algunos problemas inesperados durante el procesamiento posterior, tales como, una tension interna residual relativamente alta, asf como la dificultad de establecimiento y operacion del procedimiento de molienda posterior. Esto es indeseable para los disenadores de aeronaves.

Un gran numero de resultados de investigacion indican, que las diferencias de propiedades entre la superficie y el centro de productos de gran espesor realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, son principalmente debidas al procedimiento de templado despues del tratamiento termico en disolucion de las aleaciones. La Figura 1, muestra la curva de templado de productos de gran espesor realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, a partir de las cuales se puede observar que existen diferencias importantes entre los procedimientos de enfriamiento, asf como en las velocidades de enfriamiento de los sitios a diferentes espesores de los productos bajo ciertas condiciones; en particular, las velocidad de enfriamiento del centro del producto es mucho menor que la de la superficie. La Figura 2, muestra la dimension y la distribucion de la segunda fase formada por la descomposicion de una disolucion solida sobresaturada de aleaciones durante el templado, a partir del cual se puede observar que la disolucion solida sobresaturada de aleaciones se descompone debido a una menor velocidad de templado alrededor del centro del producto, y a que una gran cantidad de elementos de soluto se precipitan y crecen hasta formar una fase precipitada por templado relativamente mas gruesa. La generacion de esta fase precipitada por templado mas gruesa, no solo reduce el grado de sobresaturacion del elemento de soluto dentro de la matriz del centro del producto de aleacion para reducir la cantidad de fase endurecida por precipitacion formada durante el tratamiento de envejecimiento posterior y deteriora la propiedad de resistencia en estos sitios, sino que tambien es probable que se convierta en el origen del inicio de una grieta y microcorrosion de area para deteriorar otras propiedades del sitio, por ejemplo, alargamiento y tenacidad a la fractura, propiedad de fatiga, resistencia a la corrosion, y similares. Mientras tanto, tambien se puede ver que los elementos de soluto son menos o muy poco precipitados cerca de la superficie del producto debido a la velocidad de templado relativamente mas alta, y a la sobresaturacion de los elementos de soluto dentro de la matriz, facilitando por lo tanto la formacion de una fase adecuada fina bien distribuida endurecida por precipitacion durante el tratamiento de envejecimiento posterior, de tal modo que se pueda mantener el buen rendimiento global deseado de las aleaciones cerca de la superficie de los productos.

Resultados de investigacion mas exhaustivos indican, que el efecto de la velocidad de templado sobre el comportamiento de descomposicion de la disolucion solida sobresaturada de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, se deben principalmente debido a dos aspectos como se describe mas adelante.

El primer aspecto es la denominada "estabilidad de la disolucion solida sobresaturada".

En las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, es bien conocido que Zn, Mg, y Cu son elementos aleantes primarios. La adicion de Zn y Mg es principalmente para los fines de formar una fase endurecida por precipitacion que tiene una constitucion qmmica de MgZn2 y en una relacion coherente con la matriz en las aleaciones. Asimismo, por una parte, la adicion de Cu es principalmente para los fines de mejorar la resistencia a la corrosion de las aleaciones, modificando el potencial de electrodo de las aleaciones tratando en disolucion Cu en la matriz o en la fase precipitada; y por otra parte, la presencia de Cu puede acelerar la formacion de la fase precipitada y mejorar la estabilidad a una temperatura elevada. Cuando la concentracion de Cu excede el lfmite de solubilidad de solidos del mismo en la matriz y en la fase precipitada, se puede formar una fase endurecida por precipitacion que tiene una constitucion qmmica A^Cu y otra fase ternaria y cuaternaria enriquecida en Cu y produce un efecto de endurecedor adicional. Durante anos, los expertos en la tecnica han hecho un esfuerzo para mejorar la resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosion de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx; y hasta ahora se ha establecido un conjunto completo de teonas y metodos para controlar el intervalo de concentraciones de los elementos aleantes primarios Zn, Mg, y Cu, en base a los cuales se ha desarrollado una serie de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx con diversas propiedades y caractensticas. Sin embargo, en anos recientes, se ha encontrado que ciertas aleaciones preparadas a una cierta relacion de tres elementos aleantes primarios Zn, Mg, y Cu dentro del intervalo de concentraciones de las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx convencionales pueden formar, durante el procedimiento de templado posterior al tratamiento termico en disolucion, una disolucion solida sobresaturada que presenta una buena estabilidad bajo condiciones de enfriamiento lento, mientras que las aleaciones preparadas con otras relaciones forman una disolucion solida sobresaturada que es probable que se descomponga bajo condiciones de enfriamiento lento. Resumiendo, en base a la observacion, pese a que no se conoce completamente el mecanismo microscopico inherente, se ha encontrado que la estabilidad de la disolucion solida sobresaturada bajo diversas condiciones de velocidad de enfriamiento no es sensible al cambio de concentracion de Zn en un intervalo

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relativamente amplio, mientras que es altamente sensible al cambio de concentracion de Cu. En particular, una cantidad excesiva de Cu es probable que cause una cafda acusada de la estabilidad de la disolucion solida sobresaturada de aleaciones bajo ciertas condiciones en la velocidad de templado.

El segundo aspecto es el denominado "fenomeno de precipitacion inducida".

Las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx comprenden inevitablemente elementos de impurezas, tales como, Fe, Si, o similares, y por lo tanto se formara una fase enriquecida en Fe, una fase enriquecida en Si, etc., durante la solidificacion de las aleaciones. Mientras tanto, para los fines de controlar la dimension de los granos cristalinos del moldeo por colada de las aleaciones y el crecimiento de granos durante la homogenizacion y para inhibir que ocurra la recristalizacion durante el procesamiento por distorsion termica y el tratamiento termico en disolucion, se anaden varios elementos aleantes en cantidades traza (p. ej., Ti, Cr, Mn, Zr, Sc, Hf, y similares) a las aleaciones, para formar algunas segundas fases finas capaces de representar un efecto de anclaje sobre el lfmite de cristalizacion durante la solidificacion de las aleaciones, o para precipitar algunas fases finas dispersas capaces, tanto de representar un efecto de anclaje en el lfmite de cristalizacion como de contribuir al efecto de endurecimiento durante la homogenizacion de las aleaciones. Sin embargo, existen resultados de investigacion que indican que diversas segundas fases formadas durante la solidificacion de las aleaciones, o incluso algunas fases dispersas precipitadas durante el tratamiento de homogenizacion de las aleaciones, estan comunmente en relacion dispar con la red cristalina de la matriz, y por lo tanto las segundas fases en relacion dispar con la red de la matriz es probable que sirvan como los nucleos para "inducir" el centro heterogeneo de la fase de precipitacion por templado. Los micrograficos como se muestra en la Fig. 3, ilustran la precipitacion preferencial de la fase de precipitacion por templado en los sitios de las segundas fases anteriormente mencionada en relacion dispar con la red de la matriz.

En anos recientes, los problemas descritos anteriormente han captado gran atencion de muchos institutos de investigacion y compares. Sobre la base de abundante investigacion de laboratorio en combinacion con analisis y calculos teoricos, se ha desarrollado una serie de materiales de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx de alto rendimiento que presentan buenas propiedades generales y se ven relativamente menos afectadas en terminos de diversas propiedades por el cambio del espesor del producto (es decir, la denominada "baja sensibilidad al templado "), optimizando los componentes de las aleaciones, junto con la optimizacion de los procedimiento de preparacion, moldeo y tratamiento termico de los mismos.

Por ejemplo, (1) el documento CN1489637A, presentado por Alcoa Inc. (una comparMa estadounidense) y publicado en 2004, describe una aleacion de aluminio de baja sensibilidad al templado, alta resistencia y alta tenacidad adaptada para la produccion de componentes estructurales de gran espesor, que consiste esencialmente en: Zn 610 % en peso, Mg 1,2-1,9 % en peso, Cu 1,2-1,9 % en peso, Zr <0,4 % en peso, Sc <0,4 % en peso, Hf <0,3 % en peso, Ti <0,06 % en peso, Ca <0,03 % en peso, Sr <0,03 % en peso, Be <0,002 % en peso, Mn <0,3 % en peso, Fe <0,25 % en peso, Si <0,25 % en peso, y equilibrio Al. Tambien, la aleacion de aluminio comprende preferiblemente Zn 6,4-9,5 % en peso, Mg 1,3-1,7 % en peso, Cu 1,3-1,9 % en peso, Zr 0,05-0,2% en peso, en donde % en peso de Mg < (% en peso de Cu + 0,3 % en peso). Como se enumera en las realizaciones del documento CN1489637A, bajo condiciones de "sobreenvejecimiento" T7, la resistencia a la fluencia/tenacidad a la fractura en la direccion longitudinal (L-) del centro de un producto de chapa realizado a partir de aleaciones tfpicas, pueden ser de hasta 516 MPa/36,6 MPa^m1/2 cuando el producto de chapa tiene un espesor de hasta 152 mm; y el procedimiento de tratamiento termico se puede ajustar para aumentar la resistencia a la fluencia y disminuir la tenacidad a la fractura, o para disminuir la resistencia a la fluencia y aumentar la tenacidad a la fractura. Ademas, la resistencia a la fluencia del centro de los productos puede ser de hasta 489 MPa (en la direccion L) / 486 MPa (en la direccion LT) cuando la pieza forjada realizada a partir de aleaciones tfpicas tiene un espesor de 178 mm. En ese caso, los productos pueden presentar unas propiedades mucho mejores de alargamiento, fatiga, asf como resistencia a la corrosion bajo tension y corrosion por exfoliacion, en comparacion con los que tienen un espesor similarmente mayor y los realizados a partir de aleaciones 7050, 7150, 7055 convencionales, y similares, y presentan un equilibrio superior de diversas propiedades y baja sensibilidad al templado.

(2) El documento CN1780926A, presentado por Corus Aluminum Walzprod GmbH (una comparMa alemana) y publicado en 2006, describe aleaciones de aluminio de alta resistencia y de alta tenacidad que tienen un equilibrio superior de diversas propiedades, que consisten esencialmente en Zn 6,5-9,5 % en peso, Mg 1,2-2,2 % en peso, Cu 1,0-1,9 % en peso, Zr<0,5 % en peso, Sc <0,7% en peso, Cr<0,4% en peso, Hf<0,3% en peso, Ti<0,4% en peso, V<0,4 % en peso, Mn<0,8 % en peso, Fe<0,3 % en peso, Si<0,2 % en peso, otras impurezas o elementos incidentales cada uno < 0,05 % en peso, total <0,15 % en peso, y equilibrio Al; preferiblemente, (0,9 Mg - 0,6) <Cu <(0,9 Mg + 0,05). Como se enumero en la realizaciones del documento CN1780926A, bajo las condiciones de "sobreenvejecimiento" T7 (incluyendo T76 y T74), las propiedades de resistencia a la traccion/resistencia a la fluencia/alargamiento/tenacidad a la fractura/corrosion por exfoliacion en el sitio de 1/4 de espesor de los productos pueden ser de hasta 523 MPa/494 MPa/10,5%/39 MPa^m1/2/EA, cuando los productos de chapa realizados a partir de aleaciones tfpicas tienen un espesor de hasta 150 mm, y el procedimiento de tratamiento termico se puede ajustar para aumentar la resistencia a la fluencia y disminuir el alargamiento y la tenacidad a la fractura, o para disminuir la resistencia a la fluencia y aumentar el alargamiento y la tenacidad a la fractura. En ese caso, los productos pueden presentan un equilibrio superior de diversas propiedades y una baja sensibilidad al templado.

(3) Tambien han sido referidos trabajos similares en otras publicaciones.

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Aunque los intentos anteriormente mencionados han logrado cierto exito, aun existe una continua necesidad de productos de gran espesor de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx que tengan mejores propiedades generales y presenten propiedades mas homogeneas dentro de los productos, habida cuenta del rapido desarrollo de la industria aerea y otras tecnolog^as relevantes. Por lo tanto, el experto en la tecnica no esta limitado a este respecto. Sorprendentemente, las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx satisfacen los rigurosos requisitos anteriormente mencionados, si el intervalo de contenido de cada componente y el porcentaje de cada elemento de las mismas se optimizan mas cuidadosamente.

Compendio de la invencion

El primer problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar un producto de aleacion de aluminio para fabricar componentes estructurales, que permita productos de gran espesor realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx para presentar una combinacion muy superior de resistencia con propiedades de tolerancia al dano, y permitir los productos que tengan un rendimiento mas homogeneo en la superficie, en el sitio de diversas profundidades bajo la superficie, y en el centro del producto de aleacion.

El segundo problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar un metodo para producir los productos deformados de las aleaciones de aluminio de la presente invencion.

El tercer problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar un metodo para producir los productos moldeados por colada de las aleaciones de aluminio de la presente invencion.

El cuarto problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar un producto nuevo formado soldando el producto de aleacion de aluminio de la presente invencion con otro producto realizado a partir del mismo u otro material de aleacion.

El quinto problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar los componentes finales producidos por manipulacion de los productos de aleacion de aluminio de la presente invencion, a traves de una operacion de mecanizado mecanico, mecanizado por molienda qmmica, mecanizado por descarga electrica, o mecanizado por laser.

El sexto problema tecnico a resolver por la presente invencion, es proporcionar la aplicacion de los componentes finales de la presente invencion.

Para lograr los objetivos descritos anteriormente, la presente invencion utiliza las siguientes soluciones tecnicas.

La presente invencion esta dirigida a un producto de aleacion de aluminio adaptado para fabricar componentes estructurales, realizado a partir de lingotes moldeados por colada directa (DC, por sus siglas en ingles), consistiendo dicha aleacion en un peso (% en peso), de Zn 7,5-8,7, Mg 1,1-2,3, Cu 0,5-1,9, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas, en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las expresiones de (a) 10,5 <Zn + Mg + Cu <11,0; (b) 5,3 <(Zn / Mg) + Cu <6,0; y (c) (0,24 -D / 4.800) <Zr <(0,24 - D/5.000), en donde D es la longitud minima de una seccion de lmea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la seccion transversal del lingote y que pasa a traves del centro geometrico de la seccion transversal, y 250 mm < D <1.000mm, en donde los productos de aleaciones de aluminio comprenden ademas al menos un elemento microaleante incidental seleccionado del grupo que consiste en Mn, Sc, Er, y Hf, con la condicion de que las concentraciones del elemento microaleante satisfagan la expresion de (0,24 - D / 4.800) < (Zr + Mn + Sc + Er + Hf) < (0,4 - D / 5.000), y en donde los productos de aleaciones de aluminio comprenden ademas: Fe <0,50 % en peso, Si <0,50 % en peso, Ti < 0,10 % en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno < 0,08% en peso, y en total < 0,25% en peso.

Por una parte, el lingote moldeado por colada puede ser redondo, y D puede ser un diametro de la seccion transversal del mismo; y por otra parte, el lingote moldeado por colada puede ser plano, y D puede ser la longitud del lado corto de la seccion transversal del mismo.

En la primera realizacion preferida de la presente invencion, el producto de aleacion de aluminio para fabricar componentes estructurales que comprende la composicion, en base a % en peso, de Zn 7,5-8,4, Mg 1,65-1,8, Cu 0,7-1,5, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas, en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las siguientes expresiones:

(a) 10,6 < Zn + Mg + Cu < 10,8;

(b) 5,5 < (Zn / Mg) + Cu <5,7; y

(c) (0,24 - D / 4.800) < Zr < (0,24 - D / 5.000).

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio ademas comprenden: Fe < 0,50 % en peso, Si <0,50 % en peso, Ti <0,10 % en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno <0,08 % en peso, y total < 0,25 % en peso.

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En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio comprenden: Fe <0,12 % en peso, Si <0,10 % en peso, Ti <0,06 % en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno <0,05 % en peso, y total <0,15 % en peso.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio comprenden: Fe <0,05 % en peso, Si <0,03 % en peso, Ti <0,04 % en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno <0,03 % en peso, y total <0,10 % en peso.

En una realizacion preferida de la presente invencion, la concentracion de Cu en los productos de aleaciones de aluminio no es mayor que la concentracion de Mg.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 250-360 mm, y una concentracion de Cu de 0,5-1,45% en peso.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 250-360 mm, y una concentracion de Cu de 0,5-1,40 % en peso.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 30-360 mm, y los productos de aleaciones de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 30-80 mm, y los productos de aleaciones de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 80-120 mm, y los productos de aleaciones de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 120-250 mm, y los productos de aleaciones de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.

En una realizacion preferida de la presente invencion, los productos de aleaciones de aluminio tienen un maximo espesor de la seccion transversal de 250-360 mm, y los productos de aleaciones de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.

La presente invencion ademas esta dirigida a un metodo de producir productos de aleaciones de aluminio. Los productos de aleaciones de aluminio, pueden comprender productos deformados y productos moldeados por colada de aleaciones de aluminio. El metodo para producir los productos deformados de aleaciones de aluminio se pueden describir como "preparacion y fundicion de aleaciones - lingotes de colada DC (lingotes redondos o planos) - tratamiento de homogenizacion de lingotes y mecanizado de acabado de superficie - trabajo en caliente de los lingotes (enrollado de chapa, forja de forjados, y extrusion de barras/tubenas/barras seccionales) para formar la forma del producto final - tratamiento termico en disolucion y tratamiento de liberacion de tension - tratamiento de envejecimiento - productos finales". El metodo para producir los productos moldeados por colada de aleaciones de aluminio se pueden describir como "preparacion y fundicion de aleaciones - moldeo por colada - tratamiento termico en disolucion - tratamiento de envejecimiento - productos finales".

El procedimiento del procesamiento de deformacion de aleaciones de aluminio, puede comprender:

1) proporcionar lingotes moldeados por colada directa de la presente invencion;

2) homogenizar los lingotes obtenidos despues del moldeo por colada;

3) trabajar en caliente los lingotes homogenizados una o mas veces para formar los productos de aleaciones con las dimensiones deseadas;

4) tratar termicamente en disolucion los productos de aleaciones deformados;

5) enfriar rapidamente los productos de aleaciones tratados termicamente en disolucion hasta la temperatura ambiente; y

6) envejecer los productos de aleaciones enfriados para mejorar la resistencia y la tenacidad para producir los productos de aleaciones deformados deseados.

En la Etapa 1), los lingotes de colada DC se producen mediante las etapas de fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC, en donde los elementos se controlan de manera precisa durante la fundicion usando Cu el cual es diffcil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante se suministra y ajusta rapidamente mediante analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los

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lingotes moldeados por colada. En un aspecto preferido, la etapa 1) comprende ademas aplicar agitacion electromagnetica, agitacion ultrasonica, o agitacion mecanica en el sitio de o cerca del cristalizador

En la etapa 2), el tratamiento de homogenizacion se lleva a cabo por medios seleccionados del grupo que consiste en: (1) tratamiento de homogenizacion de una sola etapa a una temperatura que vana de 450 a 480°C durante 1248 h; (2) tratamiento de homogenizacion de dos etapas a una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 12-48 h; y (3) tratamiento de homogenizacion multietapa a una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 12-48 h.

En la etapa 3), el uno o mas procedimientos de procesamiento de deformacion se llevan a cabo por medios seleccionados del grupo que consiste en forjado, enrollado, extrusion, y cualquier combinacion de los mismos. Antes de cada procedimiento de deformacion, los lingotes se precalientan a una temperatura que vana de 380 a 450°C durante 1-6 h. En un aspecto preferido, los lingotes se deforman en caliente por medio de forja libre en combinacion con enrollado, y los productos de chapa resultantes de aleaciones tienen un espesor de 120-360 mm.

En la etapa 4), el tratamiento termico en disolucion se lleva a cabo por medios seleccionados del grupo que consiste en: (1) tratamiento termico en disolucion de una sola etapa a una temperatura que vana de 450 a 480°C durante 112 h; (2) tratamiento termico en disolucion de dos etapas a una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 1-12 h; y (3) tratamiento termico en disolucion multietapa a una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 1-12 h. En un aspecto preferido, los productos de aleaciones se tratan termicamente en disolucion a una temperatura que varia 467 a 475°C durante un tiempo de calentamiento isotermico eficaz de n™; = 45 {min} + djmm)

-......... , en donde d es el maximo espesor de los productos de aleaciones de aluminio.

En la etapa 5), los productos de aleaciones se enfnan rapidamente hasta la temperatura ambiente por medios seleccionados del grupo que consiste en templado por inmersion en un medio refrigerante, templado por rociado con rodillo, enfriamiento por aire forzado, y cualquier combinacion de los mismos. En un aspecto preferido, el agua se selecciona como el medio refrigerante para el templado por inmersion.

En la etapa 6), los productos de aleaciones se envejecen por medios seleccionados del grupo que consiste en:

(1) tratamiento de envejecimiento de una sola etapa (preferiblemente, tratamiento de envejecimiento pico T6) a una temperatura que vana de 110 a 125°C durante 8-36 h; (2) tratamiento de envejecimiento de dos etapas (preferiblemente, el sobretratamiento de envejecimiento T7), en donde el tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 110-115°C durante 6-15 h, y el tratamiento de envejecimiento de la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 155-160°C durante 6-24 h; y (3) tratamiento de envejecimiento de tres etapas, en donde el tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24 h, el tratamiento de envejecimiento de la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 170-200°C durante 0,5-8 h, y el tratamiento de envejecimiento de tres etapas se lleva a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-36 h.

En un aspecto preferido, el procedimiento de la presente invencion ademas puede comprender la siguiente etapa entre las etapas 5) y 6): predeformar los productos de aleaciones enfriados, estando la deformacion total en el intervalo de 1-5% para eliminar eficazmente la tension interna residual. En un aspecto preferido, el tratamiento de predeformacion es preestiramiento; y en otro aspecto preferido, el tratamiento de predeformacion es precompresion.

La presente invencion ademas proporciona un metodo para producir productos moldeados por colada de aleaciones de aluminio que comprende las etapas de:

1) producir lingotes moldeados por colada como se describe en la presente invencion;

2) tratar termicamente en disolucion los lingotes moldeados por colada resultantes; y

3) envejecer los lingotes moldeados por colada tratados termicamente en disolucion para producir los productos moldeados por colada de aleaciones deseados.

En la etapa 1), los lingotes moldeados se producen por medios de fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y moldeo por colada, en donde los elementos se controlan de manera precisa durante la fundicion usando Cu el cual es diffcil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante se suministra y ajusta rapidamente mediante analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los lingotes moldeados por colada; y en donde el moldeo por colada se selecciona del grupo que consiste en moldeo en arena, moldeo a presion, y moldeo a baja presion con o sin agitacion mecanica. De manera alternativa, en la etapa 1), los lingotes moldeados se producen por medios de fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y agitacion para formar blancos que tienen caractensticas de tejido semi-solido, que se recalientan y someten a procedimiento adicional de moldeo a baja presion para completar la produccion de lingotes moldeados por colada, en donde los elementos se controlan de manera precisa durante la fundicion usando Cu el cual es diffcil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante es suministrado y ajustado rapidamente por un analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los lingotes moldeados; y en donde

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la agitacion se selecciona del grupo que consiste en agitacion electromagnetica, agitacion mecanica, y cualquier combinacion de las mismas.

En la etapa 2), el tratamiento termico en disolucion se lleva a cabo por medios seleccionados del grupo que consiste en: (1) tratamiento termico en disolucion de una sola etapa una temperatura que vana de 450 a 480°C durante 1-48 h; (2) tratamiento termico en disolucion de dos etapas una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 1-48 h; y (3) tratamiento termico en disolucion multietapa una temperatura que vana de 420 a 490°C durante un total de 1-48 h.

En la etapa 3), el tratamiento de envejecimiento se lleva a cabo por medios seleccionados del grupo que consiste en: (1) tratamiento de envejecimiento de una sola etapa (preferiblemente, tratamiento de envejecimiento pico T6) a una temperatura de 110-125°C durante 8-36 h; (2) tratamiento de envejecimiento de dos etapas (preferiblemente, sobretratamiento de envejecimiento T7), en donde la tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 110-115°C durante 6-15 h, y el tratamiento de envejecimiento de la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 155-160°C durante 6-24 h; y (3) tratamiento de envejecimiento de tres etapas, en donde la tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24 h, el tratamiento de envejecimiento de la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 170-200°C durante 0,5-8 h, y la tercera etapa tratamiento de envejecimiento se lleva a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-36 h.

Entre otros, las resistencias a la fluencia sobre la superficie, en el sitio de diversas profundidades bajo la superficie, y en el centro de los productos de aleaciones de aluminio segun la presente invencion o producidos segun el metodo de la presente invencion, presentan una diferencia del 10% o inferior, preferiblemente del 6% o inferior, mas preferiblemente del 4% o inferior.

En un aspecto, los productos de aleaciones de aluminio segun la presente invencion o producidos segun el metodo de la presente invencion se pueden soldar con un material seleccionado del grupo que consiste en los mismos o diferentes materiales de aleaciones para formar un producto nuevo, en donde la soldadura se selecciona del grupo que consiste en soldadura por friccion-agitacion, soldadura por fusion, soldadura blanda/fuerte, soldadura por haz de electrones, soldadura por laser, y cualquier combinacion de las mismas.

En otro aspecto, los productos de aleaciones de aluminio segun la presente invencion o producidos segun el metodo de la presente invencion se pueden procesar por medios seleccionados del grupo que consiste en operaciones de mecanizado mecanico, mecanizado por molienda qmmica, mecanizado por descarga electrica, o mecanizado por laser y cualquier combinacion de las mismas, para formar componentes finales seleccionados del grupo que consiste en partes de aeronaves, partes de vehfculos, naves espaciales, y troquel de formacion. En un aspecto preferido, las partes de aeronave se seleccionan del grupo que consiste en larguero de ala, componentes construidos de ala y fuselaje, estructuras de soporte, y paneles de paredes para aeronaves. En otro aspecto preferido, el troquel de formacion es uno para la produccion de productos formados a una temperatura inferior a 100°C. En aun otro aspecto preferido, las partes de vehmulos se seleccionan del grupo que consiste en partes automotrices o partes de vagones.

En lo sucesivo, la presente invencion se describe posteriormente con detalle.

(1) Con respecto a los productos que tienen un espesor que vana de 30 a 360 mm, las aleaciones basicas como se usan en la presente invencion comprenden, en base a % en peso, Zn 7,5-8,7, Mg 1,1-2,3, Cu 0,5-1,9, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas; en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen la expresion de (a) 10,5 <Zn + Mg + Cu <11,0, (b) 5,3 <(Zn / Mg) + Cu <6,0, y (c) (0,24 - D / 4.800) <Zr <

(0,24 - D/ 5.000), en donde D es la longitud minima de una seccion de lmea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la seccion transversal del lingote moldeado por colada y que pasa a traves del centro geometrico de la seccion transversal, y 250 mm < D <1.000 mm.

(2) Con respecto a los productos que tienen un espesor de 30 - 360 mm, las aleaciones basicas mas preferidas de la presente invencion comprenden, en base a % en peso, Zn 7,5-8,4, Mg 1,65-1,8, Cu 0,7-1,5, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas; en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las expresiones de (a) 10,6 <Zn + Mg + Cu <10,8, (b) 5,5 <(Zn / Mg) + Cu <5,7, (c) (0,24 - D / 4.800) <Zr <(0,24 - D / 5.000), en donde D es la longitud minima de una seccion de lmea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la seccion transversal del lingote moldeado por colada y que pasa a traves del centro geometrico de la seccion transversal, y 250 mm < D <1.000 mm.

(3) Las aleaciones de la presente invencion no comprenden elementos microaleantes Cr, V, o similares, que se usan comunmente en aleaciones de aluminio de la serie 7xxx. Ademas del elemento Zr anadido en las aleaciones de la presente invencion y del elemento Ti arrastrado por el refinador de granos a las aleaciones de la presente solicitud durante el procedimiento de moldeo por colada, las aleaciones de la presente invencion ademas pueden comprender elementos microaleantes Mn, Sc, Er, Hf, y similares. Sin embargo, estos elementos microaleantes, introducidos ya sean solos o en combinacion, aun necesitan satisfacer la expresion de (0,24 - D / 4.800) <(Zr + Mn + Sc + Er + Hf) <(0,24 - D / 5.000), para asegurar que ninguna o menos cantidad de fase precipitada primaria que

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contiene los elementos anteriormente mencionados se forme en el centro de lingote de gran tamano, el cual se enfna y solidifica a una velocidad relativamente baja, en donde D es la longitud mmima de una seccion de lmea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la seccion transversal del lingote moldeado por colada y que pasa a traves del centro geometrico de la seccion transversal, y 250 mm < D <1.000 mm.

(4) Cuando las aleaciones de la presente invencion se usan para la produccion de productos deformados y productos moldeados por colada, las concentraciones de impurezas y elementos adicionales arrastrados por el refinar de granos se deben de controlar para satisfacer las siguientes expresiones: Fe <0,50 % en peso, Si <0,50 % en peso, Ti <0,10 % en peso, y otras impurezas o elementos incidentales cada uno <0,08% en peso, total <0,25% en peso; preferiblemente, Fe <0,12% en peso, Si <0,10% en peso, Ti <0,06% en peso, otras impurezas o elementos incidentales cada uno <0,05% en peso, total <0,15% en peso; mas preferiblemente, Fe <0,05% en peso, Si <0,03% en peso, Ti <0,04% en peso, otras impurezas o elementos incidentales cada uno <0,03% en peso, total <0,10% en peso;

(5) En una realizacion adicional preferida, para evitar la disminucion de estabilidad de la disolucion solida sobresaturada debido una baja velocidad de templado-enfriamiento del centro de productos de gran espesor, el lfmite superior de la concentracion de Cu no es superior a 1,45% en peso si los productos de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx tienen un espesor de hasta 250 mm o superior.

(6) En una realizacion mas preferida, para evitar la disminucion de estabilidad de la disolucion solida sobresaturada debido una baja velocidad de templado-enfriamiento del centro de productos de gran espesor, el lfmite superior de la concentracion de Cu no es superior a 1,40 % en peso en peso si los productos de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx tienen un espesor de hasta 250 mm o superior.

(7) Las aleaciones de la presente invencion se pueden conformar en lingotes moldeados por colada por medios de fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC. Se debena especificar que los elementos se debenan de controlar de manera precisa durante la fundicion usando Cu, el cual es dificil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante se suministra y ajusta rapidamente mediante analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los lingotes moldeados por colada.

(8) Las aleaciones de la presente invencion tambien se pueden conformar en lingotes moldeados por colada por medios de fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y agitacion (agitacion electromagnetica, agitacion de ultrasonica, o agitacion mecanica) en el sitio o alrededor del cristalizador, para mejorar la forma de la interfase solido-liquido y reducir la profundidad de cueva de lfquido fundido durante el procedimiento de solidificacion de las aleaciones, y triturar eficazmente la estructura dendntica y disminuir la segregacion macroscopica y microscopica de los elementos aleantes. Mientras tanto, las inclusiones de oxido en las aleaciones se debenan de controlar dentro del intervalo de concentracion como es bien conocido en la tecnica.

(9) Las aleaciones de la presente invencion se pueden homogenizar bajo las siguientes condiciones: tratamiento de homogenizacion de una sola etapa a una temperatura de 450-480°C durante 12-48 h, tratamiento de homogenizacion de dos etapas, o incluso multietapa, a una temperatura de 420-490°C durante un total de 12-48 h.

(10) Las aleaciones de la presente invencion se pueden someter a uno o mas procedimientos de deformacion en caliente por medios de uno o mas procedimientos de procesamiento de deformacion seleccionado del grupo que consiste en forjado, enrollado y extrusion, para formar productos con el tamano deseado. Las aleaciones se pueden precalentar a una temperatura de 380-450°C durante 1-6 h antes de cada procedimiento de deformacion en caliente.

(11) En una realizacion adicional preferida, cuando los productos de chapa enrollada realizados a partir de las aleaciones de la presente invencion tienen un espesor de hasta 120 mm o superior, es preferible deformar en caliente las aleaciones por medio de forja libre en combinacion con enrollado para obtener una estructura suficientemente deformada en el centro de los productos de chapa. Las aleaciones se pueden precalentar a una temperatura de 380-450°C durante 1-6 h antes de cada procedimiento de deformacion en caliente.

(12) Las aleaciones de la presente invencion, se pueden tratar termicamente en disolucion bajo las siguientes condiciones: tratamiento termico en disolucion de una sola etapa una temperatura de 450-480°Cdurante 1-12 h, o tratamiento de homogenizacion de dos etapas o multietapa a una temperatura de 420-490°C durante un total de 112 h.

(13) En una realizacion adicional preferida, es preferible tratar termicamente en disolucion las aleaciones de la presente invencion a una temperatura de 467-475°C durante un tiempo de calentamiento isotermico eficaz de n™; = 45 {min} + dfmm) _

-......... , en donde d es el espesor (mm) de los productos de aleaciones de aluminio de la serie

7xxx.

(14) Las aleaciones de la presente invencion se pueden someter a templado por inmersion en agua o medio refrigerante, o templado por rociado con rodillo, o enfriamiento por aire forzado, estos productos tratados termicamente en disolucion de aleaciones se pueden enfriar rapidamente hasta la temperatura ambiente.

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(15) La tension interna residual de la presente invencion se puede eliminar eficazmente por medio del preestiramiento de productos de chapa gruesa/barra seccional o de la precompresion de forjados. La deformacion total del preestiramiento o de la precomprension se debe de controlar en el intervalo de 1-5%.

(16) Las aleaciones de la presente invencion se pueden envejecer para mejorar la resistencia y tenacidad por medio de un procedimiento de envejecimiento de una sola etapa (p. ej., procedimiento de envejecimiento pico T6), o procedimiento de envejecimiento de dos etapas (p. ej., procedimiento de sobreenvejecimiento T7, que incluye los procedimientos T73, t74, T76, y T79, etc.). Especialmente, si se usa el procedimiento de envejecimiento pico T6, el tratamiento de envejecimiento se puede llevar a cabo a una temperatura de 90-138°C durante 1-48h, preferiblemente a una temperatura de 100-135°C durante 1-48 h, y mas preferiblemente a una temperatura de 110- 125°C durante 8-36 h. Si se usa el procedimiento de sobreenvejecimiento T7, el tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24 h, y el tratamiento de envejecimiento de la segunda etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 150-170 durante 1-36 h; preferiblemente, la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 108-120°C durante 5-20 h, y la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 153-165 durante 5-30 h; y mas preferiblemente, la primera etapa se lleva a cabo a una temperatura de 110-115°C durante 6-15 h, y la segunda etapa se lleva a cabo a una temperatura de 155-160°C durante 6-24 h.

(17) Las aleaciones de la presente invencion se pueden tratar termicamente para mejorar la resistencia y la tenacidad por medio del procedimiento de tres etapas. Especialmente, el tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24 h, la segunda etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 170-200°C durante 0,5-8 h, y la tercera etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-36 h.

(18) Cuando se producen productos moldeados, las aleaciones de la presente invencion se pueden conformar en lingotes moldeados por colada mediante fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y moldeo por colada (moldeo en arena, moldeo a presion, o moldeo a abaja presion con o sin agitacion mecanica). Se debe especificar que los elementos deben de controlarse de manera precisa durante la fundicion usando Cu, el cual es diffcil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante se suministra y ajusta rapidamente mediante analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los lingotes moldeados por colada.

(19) Cuando se producen productos moldeados por colada, las aleaciones de la presente invencion se pueden conformar en lingotes moldeados por colada mediante fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y agitacion para formar blancos que tienen caractenstica de tejido semi-solido, que se recalientan y someten a procedimiento adicional de moldeo a baja presion para completar la produccion de lingotes moldeados por colada, en donde los elementos se controlan de manera precisa durante la fundicion usando Cu el cual es difmil de quemar como un elemento de centro; y cada elemento aleante es suministrado y ajustado rapidamente por un analisis en lmea de la concentracion de cada elemento para completar el procedimiento para producir los lingotes moldeados por colada;

(20) Productos moldeados por colada realizados a partir de las aleaciones de la presente invencion se pueden tratar termicamente en disolucion bajo las siguientes condiciones: tratamiento termico en disolucion de una sola etapa a una temperatura de 450-480°C durante 1-48 h, o tratamiento termico en disolucion de dos etapas, o multietapa, a una temperatura de 420-490°C durante un total de 1-48 h.

(21) Las aleaciones de la presente invencion se pueden someter a un tratamiento de envejecimiento para impartir dureza y tenacidad por medio de un procedimiento de envejecimiento pico T6 o procedimiento de sobreenvejecimiento T7, que incluye los procedimientos T73, T74, T76, T79, o similares. Especialmente, si se usa el procedimiento de envejecimiento pico T6, el tratamiento de envejecimiento se puede llevar a cabo a una temperatura de 90-138°C durante 1-48 h, preferiblemente a una temperatura de 100-135°C durante 1-48 h, y mas preferiblemente a una temperatura de 110-125°C durante 8-36 h. Si se usa el procedimiento de sobreenvejecimiento T7, el procedimiento de la primera etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24h, y la segunda etapa se puede llevar a cabo a 150-170°C durante 1-36 h; preferiblemente, la primera etapa se lleva a cabo a 108-120°C durante 5-20h, y la segunda etapa se lleva a cabo a 153-165°C durante 5-30 h; y mas preferiblemente, la primera etapa se lleva a cabo a 110-115°C durante 6-15 h, y la segunda etapa se lleva a cabo a 155-160°C durante 6-24 h.

(22) Las aleaciones de la presente invencion se pueden envejecer para mejorar la resistencia y la tenacidad por medio de un procedimiento de envejecimiento de tres etapas. Especialmente, el tratamiento de envejecimiento de la primera etapa se puede llevar a cabo a una temperatura de 105-125°C durante 1-24 h, la segunda etapa se puede llevar a cabo a 170-200°C durante 0,5-8 h, y la tercera etapa se puede llevar a cabo a 105-125°C durante 1-36 h.

La presente invencion proporciona los siguientes beneficios:

La presente invencion permite obtener productos de gran espesor realizados a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, para que tengan una combinacion superior de resistencia y tolerancia al dano, al tiempo que permite que los productos de aleaciones tengan un rendimiento mas homogeneo y consistente sobre la superficie, a diversas

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profundidades bajo la superficie, y en el centro de los productos. Aunque la presente invencion se usa ffpicamente para productos forjados y productos de chapa enrollada de gran espesor para producir los principales componentes estructurales aeroespaciales de soporte que tienen una gran seccion, tambien se puede adaptar para productos extruidos o de colada que presentan un gran espesor de forma generalizada o localizada.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1, muestra un diagrama esquematico de la curva templado-enfriamiento del producto de gran espesor realizado a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx;

La Figura 2, muestra un diagrama esquematico de dimension y distribucion de la segunda fase formada por descomposicion de la disolucion solida sobresaturada de aleaciones, durante el procedimiento del templado de producto de gran espesor realizado a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx;

La Figura 3, muestra fotograffas TEM que indican la precipitacion preferencial de la fase precipitada por templado en el sitio de la segunda fase en una relacion dispar con respecto a la red cristalina de la matriz, durante el templado del producto de gran espesor realizado a partir de aleaciones de aluminio de la serie 7xxx;

La Figura 4, es un diagrama esquematico que indica los juegos de paquete de producto de forja libre de pequeno tamano de laboratorio.

La Figura 5, es un diagrama esquematico que indica el procedimiento de muestreo de la muestra de ensayo de extremo templado de Jominy.

La Figura 6, muestra un diagrama esquematico de un dispositivo de ensayo para el ensayo de extremo templado de Jominy.

La Figura 7, muestra un grafico que indica la conductividad en diversos sitios de las muestras frente a las distancias desde el extremo templado despues del ensayo de extremo templado;

La Figura 8, muestra fotograffas TEM en el sitio de 1/4 de espesor y en el centro de un forjado industrial que tiene un espesor de 220 mm despues del templado, en donde la de la izquierda es un fotograffa TEM en el sitio de 1/4 de espesor, y la de la derecha es una fotograffa TEM del centro; y

La Figura 9, compara la combinacion de propiedades TYS-Kic de las aleaciones de la presente invencion con otras aleaciones de referencia.

Descripcion detallada de la invencion

Ejemplo 1

Para probar el concepto de la presente invencion, se prepararon aleaciones a escala de laboratorio. La composicion de las aleaciones se muestra en Tabla 1. Se prepararon lingotes redondos con un diametro de 270 mm por medio de procedimientos bien conocidos que incluyen fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC. Los lingotes resultantes se homogenizaron bajo las condiciones de (465±5°C/18h)+(475±3°C/18h), y posteriormente se enfriaron con aire lentamente. Los lingotes enfriados se pelaron y aserraron para formar blancos moldeados por colada de 0250 x 600 mm. Los blancos moldeados por colada se precalentaron a 420±10°C durante 4 h, y posteriormente se sometieron una forja completa tres veces en una maquina de forja libre. Finalmente, se prepararon productos de forja libre cubicos con unas dimensiones de 445 mm (longitud) x 300 mm (anchura) x 220 mm (espesor). Para simular las condiciones industriales practicas del templado-enfriamiento de productos forjados de gran tamano, y gran espesor, estos productos de forja libre cubicos se empaquetaron, como se muestra en la Figura 4, de tal modo que la velocidad de conduccion de calor entre los productos de aleaciones y el ambiente, fuera controlada eficazmente a traves de la seleccion de los materiales de empaquetado con diferentes coeficientes de conduccion de calor y la presencia de interfases entre los juegos de paquete y los productos de aleaciones, y por lo tanto las condiciones de templado-enfriamiento de productos forjados de gran tamano y gran espesor se simularon lo antes posible. Todos estos productos de aleaciones se sometieron a tratamiento termico en disolucion, y templado por inmersion en agua a temperatura ambiente. Posteriormente, los productos de aleaciones se sometieron a tratamiento de envejecimiento para mejorar la resistencia y la tenacidad por el procedimiento T74. Segun los patrones de ensayo correlativos, las aleaciones se midieron para determinar la resistencia a la traccion (UTS), ffmite de resistencia a la traccion (TYS), alargamiento (EL), tenacidad a la fractura Kic, craqueo por corrosion bajo tension (SCC), y la propiedad de corrosion por exfoliacion (EXCO), etc. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 1. Composicion de los lingotes de aleaciones preparados en el laboratorio

N°

Aleaciones de la invencion Zn Mg Cu Zr Concentracion de las principales impurezas

(SI/NO) (% en (% en (% en (% en (% en peso)

peso) peso) peso) peso)

1

SI 7,51 1,79 1,49 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

2

SI 7,61 1,79 1,40 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

3

SI 7,90 1,72 1,03 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

4

SI 8,28 1,71 0,81 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

5

SI 8,39 1,70 0,70 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

6

SI 8,25 1,65 0,70 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

7

NO 7,20 1,71 1,29 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

8

NO 8,40 1,98 1,29 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

9

NO 8,19 1,50 1,08 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

10

NO 6,37 2,28 2,21 0,12 Fe=0,15, Si=0,03, Ti=0,03

11

NO 6,59 2,31 2,19 0,12 Fe=0,09, Si=0,05, Ti=0,03

12

NO 8,03 2,07 2,31 0,12 Fe=0,08, Si=0,05, Ti=0,03

13

NO 7,41 1,49 1,62 0,12 Fe=0,06, Si=0,05, Ti=0,03

14

NO 7,52 1,79 1,48 0,12 Fe=0,05, Si=0,03, Ti=0,02

[Observacion] 1: Considerando que en la produccion industrial practica, los productos forjados que tienen un espesor de 220 mm se produjeron generalmente usando lingotes redondos que tienen un mayor diametro de 580-600 mm, la concentracion de Zr se selecciono razonablemente como 0,12% en peso.

5 [Observacion] 2: las aleaciones nos 10, 11, 12, y 13 teman una composicion similar a las de las aleaciones AA7050, AA7150, AA7055, y AA7085, respectivamente; la aleacion n° 7: (Zn+Mg+Cu)=10,20; la aleacion n° 8: (Zn+Mg+Cu)=11,67; la aleacion n° 9: (Zn/Mg)+Cu=6,54; la aleacion n° 14: Zr> (0,24-D/5.000).

Tabla 2: Propiedades de forjados de gran espesor preparados en el laboratorio (Condiciones T74)

N°

Sitios de muestreo L L-T ST S-T Resistencia SCC > dfa(s) EXCO

UTS MPa

TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2 UTS MPa TYS MPa Kic MPa^m1/2

1

d/15 536 513 13,8 520 501 8,5 30

d/4

521 500 14,2 510 492 8,1 30

d/2

520 502 14,3 41,1 508 490 9,2 27,1 30 EA

2

d/15 532 511 13,6 518 503 8,7 30

d/4

522 502 14,1 508 494 8,3 30

d/2

517 500 14,2 40,3 506 491 8,9 27,3 30 EA

3

d/15 537 516 13,3 522 505 8,6 30

d/4

523 505 14,1 513 494 8,1 30

d/2

519 503 14,3 40,8 504 490 8,9 26,9 30 EA

N°

Sitios de muestreo L L-T ST S-T Resistencia SCC > dfa(s) EXCO

UTS MPa

TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2 UTS MPa TYS MPa Kic MPa^m1/2

4

d/15 538 516 13,3 518 503 8,7 30

d/4

526 505 13,7 507 491 8,3 30

d/2

523 507 14,5 41,3 505 493 8,6 26,8 30 EB

5

d/15 530 512 13,1 516 498 8,9 30

d/4

525 510 14,1 503 492 8,5 30

d/2

522 504 14,0 40,7 506 495 8,4 27,2 30 EB

6

d/15 528 514 13,3 514 496 8,6 30

d/4

521 510 13,7 502 492 8,7 30

d/2

519 506 14,0 40,2 503 496 8,8 26,2 30 EB

7

d/15 500 476 13,6 30

d/4

487 465 13,4 30

d/2

483 464 13,3 41,5 30 EA

8

d/15 550 528 11,3 30

d/4

516 492 11,5 30

d/2

510 488 11,7 34,4 30 EB

9

d/15 517 502 10,8 30

d/4

508 488 10,3 30

d/2

505 482 9,6 34,2 30 EB

10

d/15 540 515 11,8 30

d/4

493 462 9,2 30

d/2

471 434 8,8 27,8 30 EB

11

d/15 545 519 12,6 30

d/4

510 472 11,7 30

d/2

487 450 10,6 30,1 30 EB

12

d/15 565 540 9,2 30

d/4

493 481 8,2 30

d/2

466 443 7,7 26,4 30 EB

13

d/15 515 502 12,3 30

d/4

500 481 12,9 30

d/2

497 473 13,0 37,6 30 EA

14

d/15 531 519 13,1 30

d/4

511 492 12,3 30

d/2

500 490 12,6 36,6 30 EA

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

[Observacion]: la resistencia SCC se midio bajo las siguientes condiciones: las muestras se cargaron en una disolucion de NaCl al 3,5% en peso, y la carga se ajusto como 75% TYS.

En la Tabla 2, se puede observar que todos los productos de aleaciones nos 1, 2, 3, 4, 5 y 6 presentaron las denominadas "combinacion superior de diversas propiedades" y "baja sensibilidad al templado"; las aleaciones presentaron buena resistencia SCC y resistencia EXCO (no menor que EB); y pudieron mantener un alargamiento del 13% o superior y la tenacidad a la fractura de 40MPa^m1/2 o superior (L-T) cuando la resistencia a la fluencia en la direccion L no fue menor que 500Mpa, y mantener el alargamiento de 8% o superior y la tenacidad a la fractura de 26MPa^m1/2 o superior (S-T) cuando la resistencia a la fluencia en la direccion L no fue menor que 500Mpa, cuando la resistencia a la fluencia en la direccion S-T no fue menor que 490Mpa. Desde la subsuperficie (a una profundidad de d/15, donde la velocidad de templado-enfriamiento fue relativamente alta) al centro(a una profundidad de d/2, donde la velocidad de templado-enfriamiento fue relativamente baja) del producto, los productos de aleaciones nos 4, 5 y 6, presentaron un menor cambio de resistencia a la fluencia en comparacion con los productos de aleaciones nos 1, 2 y 3, lo que indica que las aleaciones que tienen una menor concentracion de Cu se adaptaron mas para la fabricacion de algunos productos que tienen un espesor extremadamente grande (p. ej., los que tienen un espesor de 300 mm o superior); por otra parte, debe senalarse que cuando disminuyo la concentracion de Cu de las aleaciones, la propiedad EXCO cayo desde la calidad EA de aleaciones nos 1, 2 y 3 hasta la calidad EB de las aleaciones nos 4, 5 y 6.

Tambien, se puede observar en la Tabla 2 que las aleaciones nos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 13 y 14 tuvieron una concentracion de Cu relativamente menor y presentaron un cambio de resistencia a la fluencia menor que 6% desde la subsuperficie al centro del producto, cuando las concentraciones de Zn y Mg estaban en cierto intervalo, lo que representa una caractenstica relativamente buena de "baja sensibilidad al templado”; mientras que las aleaciones nos 10, 11 y 12 tuvieron una concentracion de Cu relativamente alta (>2,1% en peso) y presentaron un cambio de resistencia a la fluencia de mas del 13%, incluso hasta cerca del 18% desde la subsuperficie hasta el centro del producto, lo que representa una caractenstica de "alta sensibilidad la templado”. Sin embargo, tambien debe senalarse que la aleacion n° 7 tuvo una concentracion total relativamente baja de los principales elementos aleantes Zn, Mg, y Cu, que presento una excelente tenacidad a la fractura, pero una disminucion relativamente notable de la resistencia; la aleacion n° 8 tuvo una concentracion total relativamente alta de los principales elementos aleantes Zn, Mg, y Cu, que presento una buena resistencia, pero una disminucion relativamente notable de la tenacidad a la fractura; la aleacion n° 9 proporciono un resultado de ensayo que indica que una relacion extremadamente alta de Zn/Mg no puede mejorar mas la resistencia de la aleacion, sino que da como resultado una disminucion de la tenacidad a la fractura de la aleacion; la aleacion n° 13 tuvo una mayor concentracion de Cu y una menor concentracion de Mg en comparacion con las aleaciones nos 1, 2, 3, 4, 5 y 6 y % en peso de Cu > % en peso de Mg, y se puede ver que desde la subsuperficie hasta el centro del producto, aumento el cambio de resistencia a la fluencia y disminuyo la tenacidad a la fractura; y la aleacion n° 14 proporciono un resultado de ensayo que indica que una adicion Zr excesiva causana un aumento del cambio de la resistencia a la fluencia y una disminucion de la tenacidad a la fractura desde la subsuperficie hasta el centro del producto.

Ejemplo 2

Se cortaron los productos de forja libre cubicos de las aleaciones nos 1 y 10 preparados en el Ejemplo 1, a lo largo de la direccion de la altura, en barras redondas a unas dimensiones de 060 x 220 mm mediante un procedimiento de electroerosion, como se muestra en la Figura 5. Las barras redondas se sometieron al ensayo de extremo templado de Jominy.

El ensayo de extremo templado fue un metodo convencional para estudiar la sensibilidad al templado de los materiales. Los equipos de ensayo se muestran en Figura 6 y se describen mas adelante. Un deposito de cabecera 1, que contema agua de grifo 2, a 20°C, y una tubena de agua 3, se conecto a la parte inferior del deposito de cabecera 1. La salida de la tubena de agua 3, alineada con la parte inferior de una muestra similar a una barra 4, para el templado de extremo, y la superficie circunferencial de la barra redonda se relleno con materiales termoaislantes 5, para reducir la interferencia de factores externos. Una superficie del extremo de la muestra similar a una barra para la muestra de ensayo de extremo templado 4, se sometio a templado por rociado libre durante aproximadamente 10 min, y el parametro de (H-Hj) como se muestra en la Figura 6 representa la altura del almacenamiento de agua en el deposito de cabecera 1.

Como se muestra en la Figura 7, la curva marcada con -▲- representa la conductividad electrica frente a la distancia desde el extremo templado despues del ensayo de extremo templado de la aleacion n° 1; y la curva marcada con -•- representa la conductividad electrica frente a la distancia desde el extremo templado despues del ensayo de extremo templado de la aleacion n° 10.

Es bien conocido que la conductividad electrica de las aleaciones esta asociada con el grado de sobresaturacion de la matriz de las aleaciones obtenido durante el procedimiento de templado. En particular, cuanto mayor sea el grado de sobresaturacion de la matriz de las aleaciones, cuanto mayor sea la distorsion de la red, menor sera la conductividad electrica de las aleaciones, puesto que la red cristalina presenta una mayor barrera a la dispersion libre de electrones; en cambio, cuanto menor sea el grado de sobresaturacion de la matriz de las aleaciones, cuanto menor sea la distorsion de la red, mayor sera la conductividad electrica de las aleaciones.

Como se muestra en la Figura 7, con la disminucion de la distancia desde el extremo templado, la velocidad de templado-enfriamiento disminuyo de manera continua - la conductividad electrica de la aleacion n° 1 permanecio casi inalterada (el grado de sobresaturacion de la matriz de las aleaciones permanecio sustancialmente sin cambios), ilustrando que la disolucion solida sobresaturada a lo largo de los productos de aleaciones casi no se descompuso, y 5 presento una baja sensibilidad al templado; mientras que la conductividad electrica de la aleacion n° 10 aumento sustancialmente (la sobresaturacion de la matriz de las aleaciones disminuyo de manera continua), indicando que con la disminucion continua de la velocidad de templado-enfriamiento, la disolucion solida sobresaturada de las aleaciones se descompuso de manera sustancial, y presento una sensibilidad al templado relativamente alta.

Ejemplo 3

10 Se llevo a cabo un ensayo industrial por medio de procedimientos bien conocidos que incluyen la fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC, para producir un lote de lingotes moldeados por colada redondos con un diametro de 630 mm, y la composicion de los lingotes se muestran en la Tabla 3. Los lingotes moldeados por colada se homogenizaron bajo las condiciones de (465±5°C/24h)+(475±3°C/24h), y posteriormente se enfriaron al aire lentamente. Los lingotes enfriados se pelaron y aserraron para formar blancos de 0600 x 1.800 mm.

15 Tabla 3. Composiciones de las aleaciones preparadas en ensayo industrial

Aleaciones de la presente invencion (SI/NO)

Zn (% en peso) Mg (% en peso) Cu (% en peso) Zr (% en peso) Concentracion de las principales impurezas (% en peso)

SI

7,63 1,79 1,38 0,11 Fe=0,06, Si=0,05, Ti=0,023

Se precalento un blanco a 420±10°C, y posteriormente se sometio a una forja completa tres veces en una maquina de forja libre. Finalmente, se preparo un producto de forja libre cubico con unas dimensiones de 2.310 mm (longitud) x 1.000 mm (anchura) x 220 mm (espesor). El producto de forja libre se sometio a un tratamiento termico en 20 disolucion, y se templo por inmersion en agua a temperatura ambiente. Posteriormente, el producto se sometio a una precompresion en frio con una deformacion total de 1-3% para eliminar la tension residual. El producto de aleacion se sometio a un tratamiento de envejecimiento, para mejorar la resistencia y la tenacidad por los procedimientos T76 o T74. Segun los patrones de ensayo correlativos, la aleacion se midio para determinar las propiedades de resistencia, alargamiento, tenacidad a la fractura, resistencia al craqueo por corrosion bajo tension, y 25 resistencia a la corrosion por exfoliacion, etc. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4. Propiedades de forjado industrial con un espesor de 220 mm

Condiciones de tratamiento termico

Sitios de muestreo L L-T ST ST Resistencia SCC > dfas EXCO

UTS MPa

TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2 UTS MPa TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2

T76

d/15 523 506 14,6

d/4

509 487 14,7

d/2

510 490 15,0 37,2 505 485 6,0 23,0 30 EA

T74

d/15 510 472 16,5

d/4

501 463 16,0

d/2

495 455 15,8 41,1 495 425 6,7 24,2 30 EA

[Observacion]: La resistencia SCC se midio bajo las siguientes condiciones: las muestras se cargaron en una disolucion de NaCl al 3,5% en peso, y la carga se ajusto como 75% TYS.

30 En la Tabla 4 se puede observar que los productos de forja de gran espesor (220 mm) preparados a partir de las aleaciones de la presente invencion presentan las denominadas "combinacion superior de diversas propiedades" y "baja sensibilidad al templado". Por ejemplo, los productos de aleaciones, ya sea bajo las condiciones T76 o bajo las condiciones T74, presentaron buenas propiedades de resistencia SCC y de resistencia a la corrosion por exfoliacion, al tiempo que la resistencia a la fluencia en la direccion L presento un cambio inferior a 4% desde la subsuperficie

35 hasta el centro de los productos. Bajo las condiciones T76, cuando la resistencia a la fluencia en la direccion L no fue inferior a 490 MPa, las aleaciones pudieron mantener el alargamiento por encima del 14% y la tenacidad a la

fractura por encima de 37MPa^m1/2 (L-T); y cuando la resistencia a la fluencia en la direccion S-T no fue inferior a 480 MPa, las aleaciones pudieron mantener el alargamiento por encima del 6% y la tenacidad a la fractura por encima de 23 MPa^m1/2 (S-T). Bajo las condiciones T74, cuando la resistencia a la fluencia en la direccion L no fue inferior a 450 MPa, las aleaciones pudieron mantener el alargamiento en 15% o superior y la tenacidad a la fractura 5 en 41 MPa^m1/2 o superior (L-T); y cuando la resistencia a la fluencia en la direccion S-T no fue inferior a 420 MPa, las aleaciones pudieron mantener el alargamiento en 6% o superior y la tenacidad a la fractura en 24 MPa^m1/2 o superior (S-T). Ajustando las condiciones de tratamiento termico de la aleacion, se pueden obtener mas y mejores combinaciones globales de diversas propiedades.

La Figura 8 muestra las fotograffas TEM a una profundidad de 1/4 y en el centro de los productos que tienen un 10 espesor de 220 mm realizadas a partir de las aleaciones de la presente invencion despues del templado. Se puede observar que a una profundidad de 1/4 del producto forjado, no se observo ninguna fase precipitada por templado visible dentro de la matriz y en los lfmites del grano; e incluso en el centro del producto forjado donde la velocidad de templado-enfriamiento es menor, no se observo ninguna fase precipitada observable presente dentro de la matriz, sino que tan solo se encontro una pequena cantidad de fase q fina similar a una lamina en los lfmites del grano. Los 15 resultados anteriormente identificados demuestran, en la microestructura, que las aleaciones de la presente invencion tienen baja sensibilidad al templado.

Ejemplo 4

Se llevo a cabo otro ensayo industrial por medio de procedimientos bien conocidos que incluyen la fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC, para producir un lote de lingotes moldeados por colada redondos 20 con un diametro de 980 mm. La composicion de los lingotes se muestra en la Tabla 5. Los lingotes se homogenizaron bajo las condiciones de (465±5°C/24h)+(475±3°C/24h), y posteriormente se enfriaron al aire lentamente. Los lingotes enfriados se pelaron y aserraron para formar blancos de 0950 x 1.500 mm.

Tabla 5 Composicion de las aleaciones preparadas en un ensayo industrial posterior

Aleaciones de la presente invencion (SI/NO)

Zn (% en peso) Mg (% en peso) Cu (% en peso) Zr (% en peso) Concentracion de las principales impurezas (% en peso)

SI

7,60 1,78 1,39 0,04 Fe=0,04, Si=0,06, Ti=0,02

25 Se precalento un blanco a 420±10°C durante 6 h, y posteriormente se sometio a una forja completa tres veces en una maquina de forja libre para formar un producto de forja libre cubico con unas dimensiones de 2.950 mm (longitud) x 1.000 mm (anchura) x 360 mm (espesor). El producto de forja libre se sometio a un tratamiento termico en disolucion, y se templo por inmersion en agua a temperatura ambiente. Posteriormente, el producto se sometio a una precompresion en frio con una deformacion total de 1-3% para eliminar la tension residual. El producto de 30 aleacion se sometio a un tratamiento de envejecimiento, para mejorar la resistencia y la tenacidad por el procedimiento T74. Segun los patrones de ensayo correlativos, la aleacion se midio para determinar las propiedades de resistencia, alargamiento, tenacidad a la fractura, resistencia al craqueo por corrosion bajo tension, y resistencia a la corrosion por exfoliacion. Los resultados se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6 Propiedades de productos industriales forjados con un espesor de 360 mm

Condiciones de tratamiento termico

Sitio de muestreo L L-T ST S-T Resistencia SCC > dfas EXCO

UTS MPa

TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2 UTS MPa TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2

T74

d/15 505 474 13,6

d/4

497 463 14,1

d/2

483 452 14,6 37,4 482 427 6,5 24,1 30 EA

35

[Observacion]: La resistencia SCC se midio bajo las siguientes condiciones: las muestras se cargaron en una disolucion de NaCl al 3,5% en peso, y la carga se ajusto como 75% TYS.

En la Tabla 6 se puede observar que los productos de forja de un espesor extremadamente grande (360 mm) preparados a partir de las aleaciones de la presente invencion poseen las denominadas "combinacion superior de 40 diversas propiedades" y "baja sensibilidad al templado". Por ejemplo, bajo las condiciones T74, los productos de aleaciones presentaron buenas propiedades de resistencia SCC y de resistencia a la corrosion por exfoliacion, al

tiempo que la resistencia a la fluencia en la direccion L de la aleacion presento un cambio inferior a 6% desde la subsuperficie hasta el centro del producto. Cuando la resistencia a la fluencia en la direccion L no fue inferior a 450 MPa, la aleacion pudo mantener el alargamiento por encima del 13% y la tenacidad a la fractura por encima de 37 MPa^m1/2 (L-T); y cuando la resistencia a la fluencia en la direccion S-T no fue inferior a 420 MPa, la aleacion pudo 5 mantener el alargamiento por encima del 6% y la tenacidad a la fractura por encima de 24 MPa^m1/2 (S-T). Ajustando las condiciones de tratamiento termico de la aleacion, se pueden obtener mas y mejores combinaciones globales de diversas propiedades.

Ejemplo 5

Un blanco preparado segun el Ejemplo 4, se precalento a 420±10°C durante 6 h, y posteriormente se sometio a una

10 forja completa tres veces en una maquina de forja libre para formar un producto de forja libre cubico con unas dimensiones de 2.950 mm (longitud) x 1.000 mm (anchura) x 360 mm (espesor). Posteriormente, el producto de forja libre se precalento a 410±10°C durante 3 h, y luego se sometio a enrollado en caliente para formar un producto de chapa de 6.980 mm (longitud) x 1.000 mm (anchura) x 152 mm (espesor). La chapa gruesa se sometio a un tratamiento termico en disolucion, y se enfrio por medio de templado por rociado con agua a temperatura ambiente.

15 Posteriormente, la placa se sometio a un preestiramiento en frio con una deformacion total de 1-3% para eliminar la tension residual. El producto de aleacion se sometio a un tratamiento de envejecimiento, para mejorar la resistencia y la tenacidad por los procedimientos T76, T74, o T73. Segun los patrones de ensayo correlativos, la aleacion se midio para determinar las propiedades de resistencia, alargamiento, tenacidad a la fractura, resistencia al craqueo por corrosion bajo tension, y resistencia a la corrosion por exfoliacion. Los resultados se muestran en la Tabla 7.

20 Tabla 7 Propiedades de chapa industrial de 152 mm (espesor)

Condiciones de tratamiento termico

Sitios de muestreo L L-T Resistencia SCC > dfas EXCO

UTS MPa

TYS MPa sO 0s _l LU Kic MPa^m1/2

T76

d/15 540 515 12,8

d/4

531 506 12,1

d/2

528 502 11,1 39,4 30 EA

T74

d/15 515 485 13,5

d/4

505 474 13,1

d/2

503 471 13,4 42,7 30 EA

T73

d/15 495 461 14,3

d/4

487 453 13,7

d/2

485 449 14,1 45,2 30 EA

[Observacion]: La resistencia SCC se midio bajo las siguientes condiciones: las muestras se cargaron en una disolucion de NaCl al 3,5% en peso, y la carga se ajusto como 75% TYS.

La Figura 9, compara la combinacion de propiedades TYS-Kic de la placa con un espesor de 152 mm de la presente 25 invencion, con los resultados como se muestra en la Figura 2 y Tabla 5 de CN1780926A, y los resultados como se muestra en la Tabla 3 de CN1489637A, ambos de los cuales se incorporan en su totalidad en la presente invencion como referencia. La solicitud de patente china anteriormente identificada que ha sido publicada, proporciono ejemplos (Ejemplo 3, Ejemplo 1). Aunque la composicion de las dos aleaciones anteriormente mencionadas fue diferente a las de la presente invencion, los supuestos objetos de las mismas fueron optimizar la composicion y 30 ajustar las proporciones de las aleaciones para disminuir la sensibilidad al templado de los materiales de aleaciones. En comparacion, se ha encontrado que las aleaciones de la presente invencion teman una combinacion de propiedades TYS-Kic similares a las de las dos referencias anteriormente mencionadas, pero presentaron mejores propiedades de alargamiento y combinacion de las tres propiedades TYS-EL-Kic. La Figura 9, ademas proporciono los datos de propiedad reprensibles de los productos gruesos realizados a partir de aleaciones AA7050/7010 (vease, 35 AIMS03-02-022, Diciembre, 2001), aleaciones AA7050/7040 (vease, AIMS03-02-019, Septiembre, 2001), y

aleaciones AA7085 (vease, AIMS03-02-25, Septiembre, 2002) (tfpicamente, las propiedades mmimas garantizadas).

Ejemplo 6

Se llevo a cabo un ensayo industrial para la produccion de productos de chapa de espesor medio, mediante procedimientos bien conocidos que incluyen la fundicion, desgasificacion, retirada de inclusion, y colada DC, para producir un lote de lingotes planos con unas dimensiones de 1.100 mm (anchura) x 270 mm (espesor). La composicion de los lingotes moldeados por colada se muestra en la Figura 8. Los lingotes moldeados por colada se 5 homogenizaron bajo las condiciones de (465±5°C/24h)+(475±3°C/24h), y posteriormente se enfriaron al aire lentamente. Los lingotes enfriados se sometieron a molienda y aserrado de superficie para formar blancos cubicos con unas dimensiones de 1.500 mm (longitud) x 1.100 mm (anchura) x 250 mm (espesor).

Tabla 8 Composicion de chapas industriales de espesor medio

Aleaciones de la presente invencion (SI/NO)

Zn (% en peso) Mg (% en peso) Cu (% en peso) Zr (% en peso) Concentracion de las principales impurezas (% en peso)

SI

7,52 1,78 1,47 0,19 Fe=0,06, Si=0,05, Ti=0,02

10 Se precalento un blanco a 420±10°C durante 4 h, y posteriormente se sometio a enrollado en caliente para formar un producto de chapa de espesor medio con unas dimensiones de 12.500 mm (longitud) x 1.000 mm (anchura) x 30 mm (espesor). El producto de chapa de espesor medio se sometio a un tratamiento termico en disolucion, y se enfrio por medio de templado por rociado con agua a temperatura ambiente. Posteriormente, la placa se sometio a un preestiramiento en frio con una deformacion total de 1-3% para eliminar la tension residual. El producto de aleacion 15 se sometio a un tratamiento de envejecimiento, para mejorar la resistencia y la tenacidad por los procedimientos T76, T74, o T77. Segun los patrones de ensayo correlativos, la aleacion se midio para determinar las propiedades de resistencia, alargamiento, tenacidad a la fractura, resistencia al craqueo por corrosion bajo tension, y resistencia a la corrosion por exfoliacion. Los resultados se muestran en la Tabla 8.

Tabla 9. Propiedades de chapas industriales de espesor medio

Condiciones de tratamiento termico

L L-T Conductividad MS/m EXCO

UTS MPa

TYS MPa EL % Kic MPa^m1/2

T74

530 505 18,0 80 24,1 EA

T76

560 535 18,7 74 23,3 EA

T77

575 555 16,7 67 23,1 EA

20

[Observacion]: La propiedad Kic se uso unicamente como referencia porque el requisito de Pmax/PQ ^ 1,1 no se satisfizo, y las grietas porfatiga bajo tension prefabricada presentaron un fenomeno de expansion inestable.

En la Tabla 9 se puede observar que, en comparacion con los resultados como se muestran en la Tabla 6 del Ejemplo 4 de CN 1780926A (las partes relacionadas con la chapa que tiene un espesor de 30 mm), las aleaciones 25 de la presente invencion presentaron una mejor combinacion de las tres propiedades TYS-EL- Kic, es decir, cuando la resistencia a la fluencia fue similar, las aleaciones de la presente invencion presentaron propiedades notablemente mejoradas de alargamiento y de tenacidad a la fractura.

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un producto de aleacion de aluminio adaptado para fabricar componentes estructurales, realizado a partir de lingotes moldeados por colada directa (DC), consistiendo dicha aleacion en un porcentaje en peso (% en peso), de Zn 7,5-8,7, Mg 1,1 -2,3, Cu 0,5-1,9, Zr 0,03-0,20, siendo Al el equilibrio, elementos incidentales e impurezas, en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las expresiones de:

   (a) 10,5 < Zn + Mg + Cu <11,0;

   (b) 5,3 < (Zn / Mg) + Cu <6,0; y

   (c) (0,24 -D / 4.800) < Zr < (0,24 - D/5.000),

   en donde, D es la longitud minima de una seccion de lmea que conecta dos puntos cualesquiera en la periferia de la seccion transversal del lingote y que pasa a traves del centro geometrico de la seccion transversal, y 250 mm < D < 1.000 mm, en donde los productos de aleaciones de aluminio comprenden ademas al menos un elemento microaleante incidental seleccionado del grupo que consiste en Mn, Sc, Er, y Hf, con la condicion de que las concentraciones del elemento microaleante satisfagan la expresion de (0,24 - D / 4.800) < (Zr + Mn + Sc + Er + Hf) < (0,24 - D / 5.000), y en donde los productos de aleacion de aluminio comprenden ademas: Fe < 0,50% en peso, Si < 0,50% en peso, Ti < 0,10% en peso, y/u otros elementos de impurezas cada uno < 0,08% en peso, y en total < 0,25% en peso.
2. 2. Productos de aleacion de aluminio adaptados para fabricar componentes estructurales segun la reivindicacion 1,

   consintiendo dicha aleacion en, en % en peso: Zn 7,5-8,4, Mg 1,65-1,8, Cu 0,7-1,5, Zr 0,03-0,20, siendo Al el

   equilibrio, elementos incidentales e impurezas, en donde las concentraciones de Zn, Mg, Cu, y Zr satisfacen las expresiones de:

   (a) 10,6 < Zn + Mg + Cu < 10,8;

   (b) 5,5 < (Zn / Mg) + Cu < 5,7; y

   (c) (0,24 -D / 4.800) < Zr < (0,24 - D/5.000),
3. 3. Productos de aleacion de aluminio adaptados para fabricar componentes estructurales segun la reivindicacion 1, en donde la concentracion de Cu no es mayor que la concentracion de Mg.
4. 4. Productos de aleacion de aluminio adaptados para fabricar componentes estructurales segun la reivindicacion 1,

   en donde los productos de aleacion de aluminio tienen un espesor maximo de la seccion transversal que es un valor entre 250 y 360 mm, y dicha aleacion contiene en % en peso, una concentracion de Cu de 0,5-1,45.
5. 5. Productos de aleacion de aluminio adaptados para fabricar componentes estructurales segun la reivindicacion 1,

   en donde los productos de aleacion de aluminio tienen un espesor maximo de la seccion transversal que es un valor entre 30 y 360 mm, y los productos de aleacion de aluminio son productos forjados, productos de chapa, productos extruidos, o productos moldeados por colada.
6. 6. Productos de aleacion de aluminio adaptados para fabricar componentes estructurales segun la reivindicacion 1, en donde los lingotes son redondos o planos.
7. 7. Un metodo para producir productos deformados de la aleacion de aluminio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las etapas de:

   (1) proporcionar lingotes moldeados por colada directa;

   (2) homogenizar los lingotes despues del moldeo por colada;

   (3) trabajar en caliente los lingotes homogenizados una o mas veces hasta formar los productos de aleacion con las dimensiones deseadas;

   (4) tratar termicamente en disolucion los productos de aleacion deformados;

   (5) enfriar rapidamente los productos de aleacion tratados termicamente en disolucion hasta la temperatura ambiente; y

   (6) envejecer los productos de aleacion para mejorar la resistencia y la tenacidad, para lograr los productos de aleacion deformados deseados.
8. 8. El metodo segun la reivindicacion 7, que ademas comprende, entre las etapas 5) y 6), la etapa de predeformar los productos de aleacion enfriados, estando la deformacion total en el intervalo de 1-5% para eliminar eficazmente la tension interna residual.
9. 9. Un metodo para producir productos moldeados por colada de las aleaciones de aluminio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las etapas de:

   (1) producir lingotes moldeados por colada;

   (2) tratar termicamente en disolucion los lingotes resultantes; y

   5 (3) envejecer los lingotes tratados termicamente en disolucion para formar los productos moldeados por

   colada de aleacion deseados.
10. 10. Productos de aleacion de aluminio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o productos de aleacion de aluminio preparados mediante el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde las resistencias a la fluencia sobre la superficie, en el sitio de diversas profundidades bajo la superficie, y en el centro

    10 presentan una diferencia del 10% o inferior.
11. 11. Productos de aleacion de aluminio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o productos de aleacion de aluminio preparados mediante el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde los productos de aleacion de aluminio se sueldan con un material seleccionado del grupo que consiste en los mismos o diferentes materiales de aleacion para formar un producto nuevo, en donde la soldadura se selecciona del grupo que

    15 consiste en soldadura por friccion-agitacion, soldadura por fusion, soldadura blanda/fuerte, soldadura por haz de electrones, soldadura por laser, y cualquier combinacion de las mismas.
12. 12. Productos de aleacion de aluminio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o productos de aleacion de aluminio preparados mediante el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde los productos de aleacion de aluminio se procesan hasta obtener los componentes finales por medios seleccionados del

    20 grupo que consiste en mecanizado mecanico, mecanizado por molienda qmmica, mecanizado por descarga electrica, o mecanizado por laser, y cualquier combinacion de los mismos.
13. 13. Productos de aleacion de aluminio segun la reivindicacion 12, en donde los componentes finales se seleccionan del grupo que consiste en partes de aeronaves, partes de vetuculos, naves espaciales, y troquel de formacion.