ES2879603T3 - Aleaciones de aluminio 7xxx de alta resistencia y métodos para fabricarlas - Google Patents

Abstract

Una aleación de aluminio que comprende del 5,8 al 9,2 % en peso de Zn, del 0,3 al 2,5 % en peso de Cu, del 1,6 al 2,6 % en peso de Mg, del 0,1 al 0,25 % en peso de Fe, del 0,07 al 0,15 % en peso de Si, del 0,09 al 0,15 % en peso de Zr, del 0,02 al 0,05 % en peso de Mn, del 0,03 al 0,05 % en peso de Cr, del 0,003 al 0,035 % en peso de Ti, hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al, y, opcionalmente, que comprende, además, hasta el 0,20 % de uno o más de Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag, Sc y Ni y/o, opcionalmente, que comprende, además, hasta el 0,10 % de un elemento de tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu.

Description

DESCRIPCIÓN

Aleaciones de aluminio 7xxx de alta resistencia y métodos para fabricarlas

Campo

En la presente, se proporcionan composiciones de aleación de aluminio novedosas y métodos para fabricarlas y procesarlas. Las aleaciones descritas en la presente muestran resistencia alta y se pueden usar en aplicaciones automotrices, de transporte, electrónicas e industriales.

Antecedentes

Las aleaciones de aluminio de alta resistencia son deseables para su uso en aplicaciones estructurales automotrices. Las aleaciones de aluminio de la denominación de serie 6xxx, por ejemplo, se usan principalmente para aplicaciones estructurales automotrices. Sin embargo, las aleaciones de la serie 6xxx actuales no son capaces de cumplir las demandas de alta resistencia de los fabricantes de equipos originales (OEM en inglés). Por ejemplo, las aleaciones de tipo AA6111 y AA6013 logran un límite elástico de solo 300 a 350 MPa en el revenido T6. Para lograr la resistencia alta deseada en las aplicaciones estructurales automotrices, se usan diversas calidades de acero, tales como acero al boro. Sin embargo, tales láminas de calidad de acero son excesivamente pesadas e inadecuadas para su uso en diseños automotrices modernos que requieren materiales livianos.

Específicamente, la legislación gubernamental ha impuesto requisitos de kilometraje obligatorios para vehículos y también ha disminuido las emisiones permitidas de tubos de escape de vehículos. Por lo tanto, se necesitan materiales menos densos para que los diseños automotrices cumplan estas restricciones. La aleación de aluminio, que es menos densa que el acero por un factor de 2,8, se usa cada vez más en la fabricación de automóviles porque esta ofrece una reducción sustancial del peso del vehículo. Sin embargo, para lograr una reducción de peso suficiente y ser un sustituto eficaz del acero (y de otras partes de menor resistencia), el material debe mostrar un límite elástico de 500 MPa o más para un calibre de lámina de alrededor de 2 mm.

El objetivo de un límite elástico de 500 MPa para una lámina de aleación de aluminio de 2 mm es un desafío importante, incluso en el contexto de las aleaciones de aluminio aeroespaciales que son conocidas por sus resistencias mucho mayores. Esto se debe en parte a la relación entre el espesor de las partes y la resistencia que se puede lograr. En general, las placas tienen más de 10 mm de espesor. Típicamente, a medida que disminuye el espesor de las secciones de la placa, la resistencia aumenta proporcionalmente debido al temple más rápido de la sección a partir de la temperatura del tratamiento térmico en solución. Esto ayuda a retener una mayor sobresaturación de los elementos de aleación, lo que contribuye a la resistencia.

Sin embargo, por debajo de un espesor de aproximadamente 100 a 150 mm, la microestructura de la placa cambia de una estructura generalmente no recristalizada a una estructura recristalizada. En este punto, la resistencia comienza a disminuir. A medida que continúa la reducción del calibre de la lámina, la reducción de la resistencia continúa sin cesar, lo que genera láminas delgadas, típicamente, de resistencia considerablemente menor que las placas de la misma aleación. En el calibre de 2 mm deseado, la lámina está recristalizada casi por completo y puede ofrecer solo una fracción de su capacidad de resistencia como calibre de placa con estructura no recristalizada. Una diana de límite elástico de 500 MPa o más es un desafío, incluso en el calibre de placa. Por lo tanto, alcanzar tal diana es aún más difícil de obtener para una lámina de 2 mm de calibre, como desean los OEM automotrices. Por lo tanto, se necesitan aleaciones livianas y nuevas que puedan cumplir las demandas de alta resistencia de los OEM.

El documento US 2014/0069557 A1 se refiere a un método para fabricar una parte de carrocería en bruto (BIW en inglés) de aleación de aluminio formada de un vehículo motorizado, teniendo la parte de BIW un límite elástico de más de 500 MPa después de someterse a un ciclo de cocción de pintura. El método comprende a) proporcionar un producto de lámina de aluminio laminado que tiene un calibre en un intervalo de 0,5-4 mm y comprende una aleación de aluminio que se somete a un tratamiento térmico en solución (SHT en inglés) y que se ha templado después de dicho SHT y en donde la aleación de aluminio de SHT y templada del producto de lámina tiene una microestructura sustancialmente recristalizada y una composición química del, en porcentaje en peso, 6,9-8,0 de Zn, 1,2-2,4 de Mg, 1,3-2,4 de Cu, < 0,3 de Mn, 0,05-0,25 de Cr o Zr, < 0,3 de Si, < 0,35 de Fe, < 0,1 de Ti, impurezas y otros, cada uno del < 0,05, < 0,2 en total, resto de aluminio, b) formar la lámina de aleación de aluminio para obtener una parte de BIW formada, c) ensamblar la parte de BIW formada con una o más partes de metal distintas para formar un ensamblaje que forme un componente de vehículo motorizado, d) someter dicho componente de vehículo motorizado a un ciclo de cocción de pintura, en donde el ciclo de cocción de pintura comprende al menos un tratamiento térmico que consiste en mantener el ensamblaje que forma el componente de vehículo motorizado a una temperatura en un intervalo de 140 °C a 190 °C durante un período de 10 a menos de 40 minutos y en donde la lámina de aleación de aluminio en la parte de BIW formada tiene un límite elástico de más de 500 MPa.

Sumario

Las realizaciones de la invención incluidas se definen en las reivindicaciones, no en este sumario. Este sumario es una reseña de alto nivel de diversos aspectos de la invención e introduce algunos de los conceptos que se describen adicionalmente en la sección Descripción detallada más adelante. Este sumario no pretende identificar características clave o esenciales del objeto reivindicado y tampoco pretende ser usado de manera aislada para determinar el alcance del objeto reivindicado. El objeto debe entenderse por referencia a las partes adecuadas de la totalidad de la memoria descriptiva, cualquiera o todos los dibujos y cada reivindicación.

En la presente, se proporcionan aleaciones de aluminio novedosas de la serie 7xxx. Las aleaciones muestran resistencia alta y se pueden usar en una diversidad de aplicaciones, que incluyen aplicaciones automotrices, de transporte, electrónicas e industriales. Las aleaciones de aluminio descritas en la presente comprenden el 5,8 -9.2 % en peso de Zn, el 0,3 - 2,5 % en peso de Cu, el 1,6 - 2,6 % en peso de Mg, el 0,1 - 0,25 % en peso de Fe, el 0,07 - 0,15 % en peso de Si, el 0,09 - 0,15 % en peso de Zr, el 0,02 - 0,05 % en peso de Mn, el 0,03 - 0,05 % en peso de Cr, el 0,003 - 0,035 % en peso de Ti y hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. A lo largo de esta solicitud, todos los elementos se describen en porcentaje en peso (% en peso) en función del peso total de la aleación. En algunos casos, la aleación de aluminio comprende el 9 % en peso de Zn, el 0,3 % en peso de Cu, el 2,3 % en peso de Mg, el 0,2 % en peso de Fe, el 0,1 % en peso de Si, el 0,1 % en peso de Zr, el 0,05 % en peso de Mn, el 0,04 % en peso de Cr, el 0,02 % en peso de Ti y hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. En algunos casos, la aleación de aluminio comprende el 9,2 % en peso de Zn, el 1,2 % en peso de Cu, el 2.3 % en peso de Mg, el 0,23 % en peso de Fe, el 0,1 % en peso de Si, el 0,11 % en peso de Zr, el 0,04 % en peso de Mn, el 0,04 % en peso de Cr, el 0,01 % en peso de Ti y hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. En algunos casos, la aleación de aluminio comprende el 9,2 % en peso de Zn, el 2,4 % en peso de Cu, el 1,9 % en peso de Mg, el 0,19 % en peso de Fe, el 0,08 % en peso de Si, el 0,1 % en peso de Zr, el 0,02 % en peso de Mn, el 0,03 % en peso de Cr, el 0,03 % en peso de Ti y hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. En algunos ejemplos, las aleaciones de aluminio pueden incluir hasta el 0,20 % de uno o más de Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag, Sc y Ni. En algunos ejemplos, las aleaciones de aluminio pueden incluir hasta el 0,10 % de un elemento de tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu.

También se proporcionan en la presente productos que comprenden las aleaciones de aluminio como se describen en la presente. Los productos pueden incluir una lámina, una placa, una extrusión, un fundido o un forjado. En algunos ejemplos, el producto puede tener una profundidad de picadura máxima menor de 40 micrómetros. En algunos ejemplos, el producto puede tener una profundidad de picadura promedio menor de 20 micrómetros. En algunos casos, el producto puede tener un límite elástico mayor de alrededor de 550 MPa. En algunos casos, el producto puede tener un límite elástico mayor de alrededor de 600 MPa. En algunos ejemplos, el producto que comprende la aleación de aluminio puede incluir una aleación de aluminio que tiene más de alrededor del 0,30 % en peso de Cu (por ejemplo, más de alrededor del 0,80 % en peso de Cu o más de alrededor del 1,1 % en peso de Cu) y el producto tiene un límite elástico mayor de alrededor de 600 MPa.

En algunos ejemplos, los productos pueden incluir partes de carrocería automotrices y/o de transporte, que incluyen partes de carrocería de vehículos motorizados (por ejemplo, parachoques, vigas laterales, vigas de techo, vigas transversales, refuerzos de pilares, paneles interiores, paneles exteriores, paneles laterales, partes internas de capós, partes externas de capós y paneles de tapa del maletero). Los productos también pueden incluir productos electrónicos, tales como carcasas de dispositivos electrónicos. Los productos también pueden incluir partes de carrocería aeroespacial, que incluyen una parte estructural (por ejemplo, un ala, un fuselaje, un alerón, un timón, un elevador, un carenado o un soporte) o una parte no estructural (por ejemplo, un riel para asientos, una estructura de asiento, un panel o una bisagra).

En la presente, también se proporcionan métodos para producir un producto de metal. Los métodos para producir el producto de metal incluyen, pero sin limitación, las etapas de fundir una aleación de aluminio como se describe en la presente para formar un lingote o desbaste plano, homogeneizar el lingote o desbaste plano, laminar en caliente el lingote o desbaste plano para producir una banda caliente de calibre intermedio y laminar en frío la banda caliente para obtener un producto de metal de calibre final. Opcionalmente, el producto de metal es una lámina. En estos casos, los métodos incluyen, además, una etapa de someter la lámina a un tratamiento térmico en solución a una temperatura de 430 °C a 600 °C (por ejemplo, de 430 °C a 500 °C, de 440 °C a 490 °C, de 450 °C a 480 °C o de 460 °C a 475 °C). Los métodos también pueden incluir enfriar la lámina hasta una temperatura de 25 °C a 120 °C. En algunos casos, la velocidad de enfriamiento durante la etapa de enfriamiento puede ser, opcionalmente, de 200 °C por segundo a 600 °C por segundo. En otros casos, la velocidad de enfriamiento durante la etapa de enfriamiento es de 2.000 °C por segundo a 3.000 °C por segundo. Los métodos descritos en la presente comprenden someter la lámina a un proceso de envejecimiento. En algunos casos, el proceso de envejecimiento incluye calentar la lámina hasta una temperatura de 100 °C a 140 °C, mantener la lámina a una temperatura de 100 °C a 140 °C durante un período de tiempo y enfriar la lámina hasta temperatura ambiente. En otros casos, el proceso de envejecimiento incluye calentar la lámina hasta una temperatura de 100 °C a 140 °C; mantener la lámina a una temperatura de 100 °C a 140 °C durante un período de tiempo; calentar la lámina hasta una temperatura mayor de 140 °C; mantener la lámina a una temperatura mayor de 140 °C (por ejemplo, entre 140 °C y 170 °C) durante un período de tiempo; y enfriar la lámina hasta temperatura ambiente. En algunos casos, la lámina se puede someter a tratamiento térmico de cocción de pintura, por ejemplo, calentando la lámina hasta una temperatura mayor de 140 °C (por ejemplo, de 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C o más) y manteniendo la lámina a la temperatura mayor de 140 °C (por ejemplo, entre 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C o más) durante un período de tiempo (por ejemplo, 10 minutos, 20 minutos, 30 minutos, 40 minutos, 50 minutos, 60 minutos, 70 minutos, 80 minutos, 90 minutos, 100 minutos, 110 minutos o 120 minutos).

De manera alternativa, se pueden calentar láminas en bruto en revenido F laminadas en frío hasta una temperatura de tratamiento térmico en solución, seguido de un moldeo en caliente en las partes usando troqueles fríos. Los troqueles fríos pueden proporcionar velocidades de temple rápidas necesarias para mantener los elementos de aleación en la solución para la respuesta de envejecimiento artificial posterior. Después del estampado en caliente y el temple en troquel, las partes formadas se pueden envejecer de manera artificial, como se ha descrito anteriormente.

También se proporcionan en la presente láminas de aluminio que comprenden una aleación de la serie 7xxx preparada de acuerdo con los métodos descritos en la presente. Opcionalmente, la lámina puede estar en el revenido T1 a T9. En algunos casos, la lámina puede estar en el revenido T6. En algunos casos, la lámina puede estar en el revenido T7. En algunos casos, la lámina tiene un límite elástico mayor de alrededor de 500 MPa. En algunos casos, las láminas de aluminio pueden comprender dispersoides de AbZr. En algunos casos, los dispersoides de Al³Zr pueden tener un diámetro de alrededor de 5 nm a alrededor de 50 nm (por ejemplo, de alrededor de 5 nm a alrededor de 20 nm, de alrededor de 8 nm a alrededor de 20 nm o de alrededor de 5 nm a alrededor de 10 nm). En algunos casos, los dispersoides de AbZr pueden tener un diámetro menor de alrededor de 20 nm (por ejemplo, menor de alrededor de 15 nm, menor de alrededor de 10 nm o menor de alrededor de 8 nm). En la presente, se proporcionan, además, placas, extrusiones, fundiciones y forjados de aluminio que comprenden una aleación de la serie 7xxx, como se describe en la presente.

Otros objetos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de ejemplos no limitativos de la invención.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un gráfico que muestra los límites elásticos de una aleación comparativa y de aleaciones de ejemplo descritas en la presente después del tratamiento térmico en solución y envejecimiento en diferentes condiciones.

La Figura 2 es un gráfico que muestra las resistencias a la tracción finales de una aleación comparativa y de aleaciones de ejemplo descritas en la presente después del tratamiento térmico en solución y envejecimiento en diferentes condiciones.

La Figura 3 contiene fotografías de botones de soldadura por puntos de resistencia formados en una lámina de aleación 7075 (paneles izquierdos superior e inferior), una lámina de aleación V6 (paneles centrales superior e inferior) y una lámina de aleación V12 (paneles derechos superior e inferior).

La Figura 4 contiene fotografías de secciones transversales de láminas preparadas de la aleación 7075 (Muestra 1 y 2), la aleación V6 y la aleación V12 después de ser sumergidas en una solución que contenía 57 g/l de NaCl y 10 ml de H²O² durante 24 horas.

La Figura 5 es un gráfico de las profundidades de picadura promedio y máxima en láminas preparadas de la aleación 7075 (Muestra 1 y 2), la aleación V6 y la aleación V12 después de ser sumergidas en una solución que contenía 57 g/l de NaCl y 10 ml de H²O² durante 24 horas.

La Figura 6 es un gráfico que muestra el límite elástico y el alargamiento total de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309 y K311 en el revenido T4, que se obtuvieron manteniendo las láminas a temperatura ambiente durante 10 días después del temple con agua desde la temperatura de tratamiento térmico en solución.

La Figura 7 es un gráfico que muestra el límite elástico de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309 y K311 en el revenido T4 (que se obtuvieron manteniendo las láminas a temperatura ambiente durante 10 días después del temple con agua desde la temperatura de tratamiento térmico en solución), en ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado.

La Figura 8 es un gráfico que muestra el alargamiento total de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309 y K311 en el revenido T4 (que se obtuvieron manteniendo las láminas a temperatura ambiente durante 10 días después del temple con agua desde la temperatura de tratamiento térmico en solución), en ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado.

La Figura 9 es un gráfico que muestra los valores r de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309 y K311 en el revenido T4 (que se obtuvieron manteniendo las láminas a temperatura ambiente durante 10 días después del temple con agua desde la temperatura de tratamiento térmico en solución), en ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado.

La Figura 10 es un gráfico que muestra el límite elástico y el alargamiento total de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309, K310, K311, K312, K313 y K314 (todas enfriadas al aire desde la temperatura de tratamiento térmico en solución) en el revenido T4. Los valores representan los valores medios de las tres direcciones de prueba (ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado).

La Figura 11 es un gráfico que muestra los valores r de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309, K310, K311, K312, K313 y K314 en el revenido T4 en ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado. El revenido T4 se logró manteniendo la lámina a temperatura ambiente durante siete días y, a continuación, calentando a 70 °C durante cuatro días después del enfriamiento al aire desde la temperatura de tratamiento térmico en solución.

La Figura 12 es un gráfico que muestra el ángulo de flexión de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309, K310, K311, K312, K313 y K314 (todas enfriadas al aire desde la temperatura de tratamiento térmico en solución) en ángulos de 0°, 45° y 90° con respecto a la dirección de laminado.

La Figura 13 es un gráfico que muestra el límite elástico y el alargamiento total de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309, K310, K311, K312, K313 y K314 (todas enfriadas al aire desde la temperatura de tratamiento térmico en solución) en el revenido T6. Las mediciones se obtuvieron en la dirección de prueba transversal.

La Figura 14 es un gráfico que muestra el límite elástico de las aleaciones K303, K304, K305, K306, K307, K308, K309, K310, K311, K312, K313 y K314 (todas enfriadas al aire desde la temperatura de tratamiento térmico en solución) en el revenido T6 obtenido en tres condiciones diferentes. Las mediciones se obtuvieron en la dirección de prueba transversal. La barra de histograma izquierda en cada conjunto representa el revenido T6 obtenido mediante el calentamiento hasta 95 °C y mantenimiento de la temperatura durante 8 horas, seguido de calentamiento hasta 145 °C y mantenimiento de la temperatura durante 6 horas. La barra de histograma central en cada conjunto representa el revenido T6 obtenido mediante el mantenimiento de las láminas tratadas térmicamente en solución durante 1 día a temperatura ambiente y, a continuación, el calentamiento adicional de la lámina hasta 120 °C y mantenimiento de la temperatura durante 24 horas. La barra de histograma derecha en cada conjunto representa el revenido T6 obtenido mediante el mantenimiento de las láminas tratadas térmicamente en solución durante 1 día a temperatura ambiente, calentamiento de la lámina hasta 120 °C y mantenimiento de la temperatura de la lámina durante 1 hora y el calentamiento adicional de la lámina hasta 180 °C y mantenimiento de la temperatura durante 30 minutos para representar la cocción de pintura.

La Figura 15A es una micrografía de luz polarizada que muestra la microestructura recristalizada de una aleación de aluminio que comprende un primer contenido de zirconio (Zr).

La Figura 15B es una micrografía de luz polarizada que muestra la microestructura no recristalizada de una aleación de aluminio que comprende un segundo contenido de Zr.

La Figura 15C es una micrografía de luz polarizada que muestra la microestructura no recristalizada de una aleación de aluminio que comprende un tercer contenido de Zr.

La Figura 16A es una micrografía de luz polarizada que muestra la microestructura recristalizada de una aleación de aluminio después del procesamiento.

La Figura 16B es una micrografía de luz polarizada que muestra la microestructura no recristalizada de una aleación de aluminio después del procesamiento.

La Figura 17A es una imagen de SEM de una aleación de aluminio que se recristalizó después del procesamiento, que muestra dispersoides de Al³Zr.

La Figura 17B es una imagen de SEM de una aleación de aluminio que no se recristalizó después del procesamiento, que muestra dispersoides de Al³Zr.

La Figura 18A es un gráfico que muestra las curvas de tensión-deformación de la aleación AA7075 comparativa. La Figura 18B es un gráfico que muestra las curvas de tensión-deformación de la aleación V6 de ejemplo evaluada a diferentes temperaturas.

Descripción detallada

En la presente, se describen aleaciones de aluminio de la serie 7xxx novedosas. Las aleaciones muestran resistencia alta en varios revenidos, en particular, en el revenido T6. Sorprendentemente, las aleaciones como se describen en la presente que tienen un bajo contenido de cobre (Cu) (por ejemplo, menos del 0,5 % en peso) dieron como resultado valores altos de límite elástico y resistencia a la tracción final y fueron comparables con las resistencias de las aleaciones que contenían cantidades más altas de Cu o incluso las superaron. Esto contrasta con las aleaciones 7xxx con alta resistencia usadas en las aplicaciones aeroespaciales, donde las ganancias de resistencia adicional se lograron mediante la inclusión de Cu. Además, las aleaciones descritas en algunos casos de la presente permiten el uso de metal reciclado, lo que genera ventajas de ahorro de costes. De manera inesperada, algunas aleaciones descritas en la presente muestran una estructura de grano no recristalizada a pesar de una reducción del 75 % del calibre mediante laminado en frío. La estructura de grano no recristalizada contribuye a la resistencia de las aleaciones.

Definiciones y descripciones:

Las expresiones “invención”, “la invención”, “esta invención” y “la presente invención” usadas en la presente están destinadas a referirse, ampliamente, a todo el objeto de esta solicitud de patente y las reivindicaciones que aparecen más adelante. No debe interpretarse que las afirmaciones que contienen estas expresiones limitan el objeto descrito en la presente o limitan el significado o el alcance de las reivindicaciones de patente que aparecen más adelante.

En esta descripción, se hace referencia a las aleaciones identificadas mediante números AA y otras denominaciones relacionadas, tales como “serie” o “7xxx”. Para comprender el sistema de denominación numérico más comúnmente usado para denominar e identificar el aluminio y sus aleaciones, véanse “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” o “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por The Aluminum Association.

Como se usa en la presente, el significado de “un”, “una” y “el/la” incluyen las referencias singulares y plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

En los siguientes ejemplos, las aleaciones de aluminio se describen en términos de su composición elemental en porcentaje en peso (% en peso). En cada aleación, el resto es aluminio, con un % en peso máximo del 0,15 % para la suma de todas las impurezas.

A menos que se especifique lo contrario en la presente, la temperatura ambiente se refiere a una temperatura entre alrededor de 20 °C y alrededor de 25 °C, que incluye 20 °C, 21 °C, 22 °C, 23 °C, 24 °C o 25 °C.

Composición de aleación

Las aleaciones descritas en la presente son aleaciones de aluminio novedosas de la serie 7xxx. Las aleaciones muestran valores de resistencia inesperadamente altos en calibres delgados (por ejemplo, 10 mm o menos), independientemente de que los calibres tengan una microestructura recristalizada normal o una microestructura no recristalizada. Las propiedades de las aleaciones se logran debido a las composiciones y los métodos para fabricar las aleaciones. Una aleación descrita en la presente, que no se encuentra dentro del alcance de la invención, puede tener la composición elemental siguiente, como se proporciona en la Tabla 1.

Tabla 1

Otra aleación descrita en la presente que no se encuentra dentro del alcance de la invención puede tener la composición elemental siguiente, como se proporciona en la Tabla 2.

Tabla 2

La aleación definida en la reivindicación 1 tiene la composición elemental siguiente, como se proporciona en la Tabla 3.

Tabla 3

continuación

Las aleaciones descritas en la presente incluyen zinc (Zn) en una cantidad del 5,8 % al 9,2 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 5,8 %, 5,9 %, 6,0 %, 6,1 %, 6,2 %, 6,3 %, 6,4 %, 6,5 %, 6,6 %, 6,7 %, 6,8 %, 6,9 %, 7,0 %, 7,1 %, 7,2 %, 7,3 %, 7,4 %, 7,5 %, 7,6 %, 7,7 %, 7,8 %, 7,9 %, 8,0 %, 8,1 %, 8,2 %, 8,3 %, 8,4 %, 8,5 %, 8,6 %, 8,7 %, 8,8 %, 8,9 %, 9,0 %, 9,1 % o 9,2 % de Zn. Todo expresado en % en peso. Las aleaciones descritas incluyen cobre (Cu) en una cantidad del 0,3 % al 2,5 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,25 %, 0,26 %, 0,27 %, 0,28 %, 0,29 %, 0,3 %, 0,35 %, 0,4 %, 0,45 %, 0,5 %, 0,55 %, 0,6 %, 0,65 %, 0,7 %, 0,75 %, 0,8 %, 0,85 %, 0,9 %, 0,95 %, 1,0 %, 1,1 %, 1,2 %, 1,3 %, 1,4 %, 1,5 %, 1,6 %, 1,7 %, 1,8 %, 1,9 %, 2,0 %, 2,1 %, 2,2 %, 2,3 %, 2,4 % o 2,5 % de Cu. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen magnesio (Mg) en una cantidad del 1,6 % al 2,6 %. En algunos casos, la aleación puede incluir el 1,6 %, 1,7 %, 1,8 %, 1,9 %, 2,0 %, 2,1 %, 2,2 %, 2,3 %, 2,4 %, 2,5 % o 2,6 % de Mg. Todo expresado en % en peso.

Opcionalmente, el contenido combinado de Zn, Cu y Mg puede variar del 5 % al 14 % (por ejemplo, del 5,5 % al 13.5 %, del 6 % al 13 %, del 6,5 % al 12,5 % o del 7 % al 12 %). Por ejemplo, el contenido combinado de Zn, Cu y Mg puede ser del 5 %, 5,5 %, 6 %, 6,5 %, 7 %, 7,5 %, 8 %, 8,5 %, 9 %, 9,5 %, 10 %, 10,5 %, 11 %, 11,5 %, 12 %, 12.5 %, 13 %, 13,5 % o 14 %. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente también incluyen hierro (Fe) en una cantidad del 0,1 % al 0,25 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,10 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 %, 0,15 %, 0,16 %, 0,17 %, 0,18 %, 0,19 %, 0,20 %, 0,21 %, 0,22 %, 0,23 %, 0,24 % o 0,25 % de Fe. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen silicio (Si) en una cantidad del 0,07 % al 0,15 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,10 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 % o 0,15 % de Si. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen zirconio (Zr) en una cantidad del 0,09 % al 0,15 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,09 %, 0,10 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 % o 0,15 % de Zr. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen manganeso (Mn) en una cantidad del 0,02 % al 0,05 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,02 %, 0,03 %, 0,04 % o 0,05 % de Mn. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen cromo (Cr) en una cantidad del 0,03 % al 0,05 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,03 %, 0,04 % o 0,05 % de Cr. Todo expresado en % en peso.

Las aleaciones descritas en la presente incluyen titanio (Ti) en una cantidad del 0,003 % al 0,035 % en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,003 %, 0,004 %, 0,005%, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,010 %, 0,011 % 0,012 %, 0,013 %, 0,014 %, 0,015 %, 0,016 %, 0,017 %, 0,018 %, 0,019 %, 0,020 %, 0,021 % 0,022 %, 0,023 %, 0,024 %, 0,025 %, 0,026 %, 0,027 %, 0,028 %, 0,029 %, 0,03 %, 0,031 % 0,032 %, 0,033 %, 0,034 % o 0,035 % de Ti. Todo expresado en % en peso.

En algunos ejemplos, las aleaciones descritas en la presente pueden incluir uno o más elementos de tierras raras (es decir, uno o más de Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu) en una cantidad de hasta el 0,10 % (por ejemplo, del 0,01 % al 0,10 %, del 0,01 % al 0,05 % o del 0,03 % al 0,05 %) en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 % o 0,10 % de los elementos de tierras raras. Todo expresado en % en peso.

En algunos ejemplos, las aleaciones descritas en la presente pueden incluir uno o más de Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag y Ni en una cantidad de hasta el 0,20 % (por ejemplo, del 0,01 % al 0,20 % o del 0,05 % al 0,15 %) en función del peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir el 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,10 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 %, 0,15 %, 0,16 %, 0,17 %, 0,18 %, 0,19 % o 0,20 % de uno o más de Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag y Ni. Todo expresado en % en peso.

Opcionalmente, las composiciones de aleaciones descritas en la presente, además, pueden incluir otros elementos menores, a veces denominados impurezas, en cantidades del 0,05 % o menos, el 0,04 % o menos, el 0,03 % o menos, el 0,02 % o menos o el 0,01 % o menos. Estas impurezas pueden incluir, pero sin limitación, Ga, Ca, Bi, Na, Pb o combinaciones de estos. En consecuencia, Ga, Ca, Bi, Na o Pb pueden estar presentes en las aleaciones en cantidades del 0,05 % o menos, el 0,04 % o menos, el 0,03 % o menos, el 0,02 % o menos o el 0,01 % o menos. La suma de todas las impurezas no excede el 0,15 % (por ejemplo, el 0,10 %). Todo expresado en % en peso. El porcentaje restante de la aleación es aluminio.

Métodos de fabricación

Las aleaciones descritas en la presente se pueden fundir usando cualquier proceso de fundición realizado de acuerdo con estándares usados comúnmente en la industria del aluminio conocidos por una persona de experiencia habitual en la materia. Por ejemplo, las aleaciones se pueden fundir usando un proceso de fundición continua (FC) que puede incluir, pero sin limitación, el uso de máquinas de fundición de doble cinta, máquinas de fundición de doble rollo o máquinas de fundición de bloques. En algunos ejemplos, el proceso de fundición se realiza mediante un proceso de FC para moldear un tocho, un desbaste plano, una chapa, una banda o similares. En algunos ejemplos, el proceso de fundición se realiza mediante un proceso de fundición por enfriamiento directo (ED) para formar un lingote fundido. En algunos ejemplos, la aleación fundida se puede tratar antes de la fundición. El tratamiento puede incluir desgasificación, aplicación de flujo en línea y filtrado.

A continuación, el lingote, el tocho, el desbaste plano o la banda fundidos se pueden someter a etapas de procesamiento adicionales. Opcionalmente, las etapas de procesamiento se pueden usar para preparar láminas. Tales etapas de procesamiento incluyen, pero sin limitación, una etapa de homogeneización, una etapa de laminado en caliente, una etapa de laminado en frío, una etapa de tratamiento térmico en solución y una etapa de envejecimiento artificial. Las etapas de procesamiento se describen más abajo en relación con un lingote fundido. Sin embargo, las etapas de procesamiento también se pueden usar para un tocho, un desbaste plano o una banda fundidos, usando modificaciones conocidas por aquellas personas expertas en la materia.

En la etapa de homogeneización, un lingote preparado de una composición de aleación como se describe en la presente se calienta para alcanzar una temperatura pico del metal de al menos 450 °C (por ejemplo, al menos 455 °C, al menos 460 °C o al menos 465 °C). En algunos casos, el lingote se calienta hasta una temperatura que varía de 450 °C a 480 °C. La velocidad de calentamiento hasta la temperatura pico del metal puede ser 70 °C/hora o menos, 60 °C/hora o menos, o 50 °C/hora o menos. A continuación, el lingote se deja mantenido a temperatura (es decir, se mantiene a la temperatura indicada) durante un período de tiempo. En algunos casos, el lingote se deja mantenido a temperatura durante hasta 15 horas (por ejemplo, de 30 minutos a 15 horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede mantener a la temperatura de al menos 450 °C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7 horas, 8 horas, 9 horas, 10 horas, 11 horas, 12 horas, 13 horas, 14 horas o 15 horas.

Opcionalmente, la etapa de homogeneización descrita en la presente puede ser un proceso de homogeneización de dos fases. En estos casos, el proceso de homogeneización puede incluir las etapas de calentamiento y mantenimiento de temperatura descritas anteriormente, que se pueden denominar primera fase y, además, puede incluir una segunda fase. En la segunda fase del proceso de homogeneización, la temperatura del lingote se aumenta hasta una temperatura más alta que la temperatura usada para la primera fase del proceso de homogeneización. La temperatura del lingote se puede aumentar, por ejemplo, hasta una temperatura al menos cinco grados Celsius más alta que la temperatura del lingote durante la primera fase del proceso de homogeneización. Por ejemplo, la temperatura del lingote se puede aumentar hasta una temperatura de al menos 455 °C (por ejemplo, al menos 460 °C, al menos 465 °C o al menos 470 °C). La velocidad de calentamiento a la temperatura de la segunda fase de homogeneización puede ser 5 °C/hora o menos, 3 °C/hora o menos o 2,5 °C/hora o menos. A continuación, el lingote se deja mantenido a temperatura durante un período de tiempo durante la segunda fase. En algunos casos, el lingote se deja mantenido a temperatura durante hasta 10 horas (por ejemplo, de 30 minutos a 10 horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede mantener a la temperatura de al menos 455 °C durante 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7 horas, 8 horas, 9 horas o 10 horas. Después de la homogeneización, el lingote se puede dejar enfriar hasta temperatura ambiente al aire.

Al final de la etapa de homogeneización, se realiza una etapa de laminado en caliente. La etapa de laminado en caliente puede incluir una operación de laminador reversible en caliente y/o una operación de laminador en tándem en caliente. La etapa de laminado en caliente se puede realizar a una temperatura que varía de alrededor de 250 °C a alrededor de 550 °C (por ejemplo, de alrededor de 300 °C a alrededor de 500 °C o de alrededor de 350 °C a alrededor de 450 °C). En la etapa de laminado en caliente, el lingote se puede laminar en caliente a un calibre de 12 mm de espesor o menos (por ejemplo, un calibre de 3 mm a 8 mm de espesor). Por ejemplo, el lingote se puede laminar en caliente hasta un calibre de 11 mm de espesor o menos, un calibre de 10 mm de espesor o menos, un

calibre de 9 mm de espesor o menos, un calibre de 8 mm de espesor o menos, un calibre de 7 mm de espesor o

menos, un calibre de 6 mm de espesor o menos, un calibre de 5 mm de espesor o menos, un calibre de 4 mm de

espesor o menos o un calibre de 3 mm de espesor o menos.

Después de la etapa de laminado en caliente, las bandas laminadas en caliente se pueden laminar en frío hasta

obtener una lámina que tiene un espesor de calibre final de 0,2 mm a 10 mm (por ejemplo, 2 mm). Por ejemplo, las

bandas laminadas en caliente se pueden laminar en frío hasta obtener un espesor de calibre final de 0,2 mm,

0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1 mm, 1,1 mm, 1,2 mm, 1,3 mm, 1,6 mm, 1,7 mm, 1,8 mm, 1,9 mm, 2 mm, 2,1 mm, 2,2 mm, 2,3 mm, 2,4 mm, 2,5 mm, 2,6 mm, 2,7 mm, 2,9 mm, 3 mm, 3,1 mm, 3,2 mm, 3,3 mm, 3,4 mm, 3,5 mm, 3,6 mm, 3,7 mm, 3,8 mm, 3,9 mm, 4 mm, 4,1 mm,

4,2 mm, 4,3 mm, 4,4 mm, 4,5 mm, 4,6 mm, 4,7 mm, 4,8 mm, 4,9 mm, 5 mm, 5,1 mm, 5,2 mm, 5,3 mm, 5,5 mm, 5,6 mm, 5,7 mm, 5,8 mm, 5,9 mm, 6 mm, 6,1 mm, 6,2 mm, 6,3 mm, 6,4 mm, 6,5 mm, 6,8 mm, 6,9 mm, 7 mm, 7,1 mm, 7,2 mm, 7,3 mm, 7,4 mm, 7,5 mm, 7,6 mm, 7,7 mm, 7,8 mm, 7,9 mm, 8 mm,

8,1 mm, 8,2 mm, 8,3 mm, 8,4 mm, 8,5 mm, 8,6 mm, 8,7 mm, 8,8 mm, 8,9 mm, 9 mm, 9,1 mm, 9,2 mm, 9,3 mm,

9,4 mm, 9,5 mm, 9,6 mm, 9,7 mm, 9,8 mm, 9,9 mm o 10 mm. La laminación en frío se puede realizar para obtener

una lámina que tiene un espesor de calibre final que representa una reducción de calibre total del 20 %, 50 %, 75 %

u 85 %.

A continuación, la lámina laminada en frío se puede someter a una etapa de tratamiento térmico en solución. La

etapa de tratamiento térmico en solución puede incluir calentar la lámina desde temperatura ambiente hasta una

temperatura de 430 °C a 500 °C. Por ejemplo, la etapa de tratamiento térmico en solución puede incluir calentar la

lámina desde temperatura ambiente hasta una temperatura de 440 °C a 490 °C, de 450 °C a 480 °C o de 460 °C a

475 °C.

En algunos ejemplos, la velocidad de calentamiento para la etapa de tratamiento térmico en solución puede ser de

alrededor de 250 °C/hora a alrededor de 350 °C/hora (por ejemplo, alrededor de 250 °C/hora, alrededor de

255 °C/hora, alrededor de 260 °C/hora, alrededor de 265 °C/hora, alrededor de 270 °C/hora, alrededor de

275 °C/hora, alrededor de 280 °C/hora, alrededor de 285 °C/hora, alrededor de 290 °C/hora, alrededor de

295 °C/hora, alrededor de 300 °C/hora, alrededor de 305 °C/hora, alrededor de 310 °C/hora, alrededor de

315 °C/hora, alrededor de 320 °C/hora, alrededor de 325 °C/hora, alrededor de 330 °C/hora, alrededor de

335 °C/hora, alrededor de 340 °C/hora, alrededor de 345 °C/hora o alrededor de 350 °C/hora).

Las velocidades de calentamiento pueden ser significativamente más altas, en especial, para láminas procesadas a

través de una línea continua de tratamiento térmico en solución. Las velocidades de calentamiento en líneas

continuas de tratamiento térmico en solución pueden variar de 5 °C/segundo a 20 °C/segundo (por ejemplo,

5 °C/segundo, 6 °C/segundo, 7 °C/segundo, 8 °C/segundo, 9 °C/segundo, 10 °C/segundo, 11 °C/segundo,

12 °C/segundo, 13 °C/segundo, 14 °C/segundo, 15 °C/segundo, 16 °C/segundo, 17 °C/segundo, 18 °C/segundo,

19 °C/segundo o 20 °C/segundo).

La lámina se puede mantener a la temperatura durante un período de tiempo. En algunos ejemplos, la lámina se

deja mantenida a temperatura durante hasta 6 horas (por ejemplo, de 10 minutos a 6 horas, inclusive). Por ejemplo,

la lámina se puede mantener a la temperatura de alrededor de 430 °C a alrededor de 600 °C durante 10 minutos, 20

minutos, 30 minutos, 40 minutos, 50 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas o 6 horas. Por ejemplo, la

lámina se puede mantener a la temperatura de alrededor de 430 °C a alrededor de 500 °C durante 10 minutos, 20

minutos, 30 minutos, 40 minutos, 50 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas o 6 horas.

En otros ejemplos, la velocidad de calentamiento para la etapa de tratamiento térmico en solución puede ser de

alrededor de 300 °C/min a alrededor de 500 °C/min (por ejemplo, alrededor de 300 °C/min, alrededor de 325 °C/min,

alrededor de 350 °C/min, alrededor de 375 °C/min, alrededor de 400 °C/min, alrededor de 425 °C/min, alrededor de

450 °C/min, alrededor de 475 °C/min o alrededor de 500 °C/min). En estos casos, la lámina se puede mantener a la

temperatura durante un período de 5 segundos a 5 minutos, inclusive. Por ejemplo, la lámina se puede mantener a

la temperatura de alrededor de 430 °C a alrededor de 500 °C durante 10 segundos, 20 segundos, 30 segundos, 40

segundos, 50 segundos, 1 minuto, 2 minutos, 3 minutos, 4 minutos o 5 minutos.

A continuación, la lámina se puede enfriar hasta una temperatura de alrededor de 25 °C a alrededor de 120 °C en

una etapa de temple o enfriamiento. La etapa de temple se puede realizar usando una práctica de temple rápido o

una práctica de temple lento. La velocidad de enfriamiento en la práctica de temple rápido puede variar de alrededor

de 2.000 °C por segundo a alrededor de 3.000 °C por segundo (por ejemplo, alrededor de 2.500 °C por segundo). La

velocidad de enfriamiento en la práctica de temple lento puede variar de alrededor de 200 °C por segundo a

alrededor de 600 °C por segundo (por ejemplo, de alrededor de 300 °C por segundo a alrededor de 500 °C por

segundo o de alrededor de 350 °C por segundo a alrededor de 450 °C por segundo). El temple se puede realizar

usando temple con líquido, temple con gas o una combinación de estos. En algunos casos, la etapa de temple se

realiza usando agua. En algunos casos, la etapa de temple se realiza usando aire a presión.

Opcionalmente, las láminas se pueden templar hasta temperatura ambiente. Las láminas obtenidas después del

temple están en el revenido W. Tales láminas con revenido W pueden tener una ductilidad suficiente a temperatura ambiente adecuada para formar partes. Por lo tanto, las láminas templadas hasta temperatura ambiente se pueden usar para formar partes.

El tratamiento térmico en solución y las etapas de temple/enfriamiento se realizan de tal manera que se disuelvan fases eutécticas solubles, tales como la fase S (AbCuMg) y la fase M [Mg(Zn, Al, Cu⁾² o MgZn²], en las aleaciones, lo que maximiza los efectos de resistencia de los solutos añadidos a las aleaciones. En estos casos, no se observan fases de MgZn², Mg(Zn, Al, Cu⁾² o AbCuMg no disueltas en las láminas tratadas térmicamente en solución. Las fases presentes en las láminas tratadas térmicamente en solución incluyen las partículas constituyentes insolubles e inevitables de fases que contienen Fe (por ejemplo, AbCu²Fe) y fases que contienen Si (por ejemplo, Mg²Si).

Las láminas tratadas térmicamente en solución se envejecen. El proceso de envejecimiento artificial desarrolla la resistencia alta y optimiza otras propiedades deseables en las aleaciones. Las propiedades mecánicas del producto final se controlan mediante diversas condiciones de envejecimiento en función del uso deseado. En algunos casos, las láminas descritas en la presente se pueden proporcionar a clientes en un revenido T4, un revenido T6, un revenido T7 o un revenido T8, por ejemplo.

El revenido T6 se logra usando el siguiente proceso de envejecimiento. La lámina se calienta hasta una temperatura de 100 °C a 140 °C (por ejemplo, de 105 °C a 135 °C o de 110 °C a 130 °C). El proceso de envejecimiento también incluye mantener la lámina a una temperatura de 100 °C a 140 °C (por ejemplo, de 105 °C a 135 °C o de 110 °C a 130 °C) durante un período de tiempo. La etapa de mantener la lámina en el proceso de envejecimiento se puede realizar durante un período de alrededor de 5 minutos a alrededor de 72 horas (por ejemplo, de 30 minutos a 24 horas o de 1 hora a 10 horas). Opcionalmente, el proceso de envejecimiento puede incluir, adicionalmente, una etapa adicional de calentamiento de la lámina hasta una temperatura mayor de 140 °C (por ejemplo, 145 °C, 150 °C 0 155 °C). La lámina se puede mantener a la temperatura mayor de 140 °C (por ejemplo, entre 140 °C y 180 °C) durante un período de alrededor de 5 minutos a alrededor de 72 horas (por ejemplo, de 30 minutos a 24 horas o de 1 hora a 10 horas). El proceso de envejecimiento incluye, además, enfriar la lámina hasta temperatura ambiente durante un lapso de alrededor de 30 minutos a 48 horas.

De manera alternativa, se pueden calentar láminas en bruto en revenido F laminadas en frío hasta una temperatura de tratamiento térmico en solución, seguido de la formación en caliente en partes usando troqueles fríos. Los troqueles fríos pueden proporcionar velocidades de temple rápidas necesarias para mantener los elementos de aleación en la solución para la respuesta de envejecimiento artificial posterior. Después del estampado en caliente y el temple en troquel, las partes formadas se pueden envejecer de manera artificial, como se ha descrito anteriormente.

Las láminas preparadas de las aleaciones descritas en la presente muestran un límite elástico excepcional. En algunos ejemplos, las láminas tienen un límite elástico mayor de alrededor de 500 MPa cuando las láminas están en el revenido t6. Por ejemplo, la lámina puede tener un límite elástico de 510 MPa o más, 515 MPa o más, 520 MPa o más, 525 MPa o más, 530 MPa o más o 535 MPa o más, cuando está en el revenido T6.

Las láminas preparadas de las aleaciones descritas en la presente muestran relaciones altas de deformación plástica (denominadas valor r o coeficiente de Lankford). En algunos ejemplos, las láminas descritas en la presente muestran valores r altos en un ángulo de 45° con respecto a la dirección de laminado. Por ejemplo, el valor r en un ángulo de 45° con respecto a la dirección de laminado puede ser de al menos 0,75, al menos 1,0, al menos 1,25, al menos 1,5, al menos 1,75, al menos 2,0 o al menos 2,25. Los valores r altos demuestran el comportamiento anisótropo de las láminas.

Las aleaciones descritas en la presente se pueden usar para fabricar productos en forma de placas, extrusiones, fundidos y forjados u otros productos adecuados. Los productos se pueden fabricar usando técnicas conocidas por aquellas personas de experiencia habitual en la materia. Por ejemplo, las placas que incluyen las aleaciones descritas en la presente se pueden preparar mediante el procesamiento de un lingote fundido en una etapa de homogeneización, seguida de una etapa de laminado en caliente. En la etapa de laminado en caliente, el lingote se puede laminar en caliente hasta un calibre de 200 mm de espesor o menos (por ejemplo, de 10 mm a 200 mm). Por ejemplo, el lingote se puede laminar en caliente hasta obtener una placa que tiene un espesor de calibre final de 10 mm a 175 mm, de 15 mm a 150 mm, de 20 mm a 125 mm, de 25 mm a 100 mm, de 30 mm a 75 mm o de 35 mm a 50 mm.

Las aleaciones y los métodos descritos en la presente se pueden usar en aplicaciones automotrices y/o de transporte, que incluyen aplicaciones de vehículos motorizados, aeronáuticas y ferroviarias o cualquier otra aplicación deseada. En algunos ejemplos, las aleaciones y los métodos se pueden usar para preparar productos de partes de carrocerías de vehículos motorizados, tales como parachoques, vigas laterales, vigas de techo, vigas transversales, refuerzos de pilares (por ejemplo, pilares A, pilares B y pilares C), paneles interiores, paneles exteriores, paneles laterales, partes internas de capós, partes externas de capós o paneles de tapa del maletero. Las aleaciones de aluminio y los métodos descritos en la presente también se pueden usar en aplicaciones de vehículos aeronáuticos o ferroviarios, para preparar, por ejemplo, paneles interiores y exteriores.

Las aleaciones y los métodos descritos en la presente también se pueden usar en aplicaciones electrónicas. Por ejemplo, las aleaciones y los métodos descritos en la presente también se pueden usar para preparar carcasas para dispositivos electrónicos, que incluyen teléfonos móviles y tabletas. En algunos ejemplos, las aleaciones se pueden usar para preparar carcasas para la cubierta externa de teléfonos móviles (por ejemplo, teléfonos inteligentes) y chasis inferiores de tabletas.

En algunos casos, las aleaciones y los métodos descritos en la presente se pueden usar en aplicaciones industriales. Por ejemplo, las aleaciones y los métodos descritos en la presente se pueden usar para preparar productos para el mercado de distribución general.

Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar adicionalmente la presente invención, sin que ello implique, sin embargo, ninguna limitación de la misma al mismo tiempo. Por el contrario, se debe tener en cuenta claramente que se pueden realizar diversas realizaciones, modificaciones y equivalentes de la misma que, después de leer la descripción en la presente, pueden resultar evidentes para aquellas personas de experiencia habitual en la materia, sin apartarse del espíritu de la invención.

EJEMPLO 1

Se prepararon doce aleaciones para evaluar la resistencia y el alargamiento (véase la Tabla 4). Las aleaciones V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 y V12 se prepararon de acuerdo con los métodos descritos en la presente. Las composiciones elementales de las aleaciones evaluadas se muestran en la Tabla 4, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso. La aleación V3 es una aleación AA7075 existente y se usa con fines comparativos. Las aleaciones V1, V2, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 y V12 son aleaciones prototípicas preparadas de acuerdo con los métodos descritos en la presente.

Tabla 4

Los lingotes que tenían la composición de aleación que se mostró anteriormente en la Tabla 4 se homogeneizaron de acuerdo con los procedimientos descritos en la presente usando las condiciones indicadas en la Tabla 5. Específicamente, los lingotes se calentaron hasta 460 °C o hasta 465 °C durante 8 horas y, a continuación, se mantuvieron a temperatura durante un período de tiempo, como se indica en la Tabla 5. El primer calentamiento y mantenimiento de temperatura se denomina “Fase 1” en la Tabla 5. De manera opcional, los lingotes se volvieron a calentar y mantener a temperatura durante un período de tiempo en una segunda etapa de homogeneización, que se denomina “Fase 2” en la Tabla 5.

Tabla 5

A continuación, los lingotes se laminaron en caliente de un espesor inicial de 65 mm a un espesor final de 8 mm, usando 14 pasadas por laminado en caliente. Las temperaturas de inicio para la etapa de laminado en caliente variaron de 400 °C a 425 °C y las temperaturas de salida variaron de 315 °C a 370 °C. Las bandas calientes se colocaron inmediatamente en un horno para simular el enfriamiento de bobinas. A continuación, las bandas calientes se laminaron en frío hasta obtener un espesor de calibre final de aproximadamente 2 mm (reducción del calibre total del 75 %). A continuación, las láminas laminadas en frío se calentaron hasta 465 °C a una velocidad de aproximadamente 283 °C por hora y se dejaron mantenidas a temperatura durante 1 hora. A continuación, se enfriaron las láminas hasta temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C) en una etapa de temple usando agua fría o agua caliente y, a continuación, se envejecieron.

Específicamente, las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 se templaron usando agua a aproximadamente 20 °C (en este ejemplo, denominado “temple con agua fría”). Para el temple con agua fría, la lámina se enfrió a una velocidad de aproximadamente 2.000 °C por segundo a 3.000°C por segundo. A continuación, las aleaciones se envejecieron de acuerdo con una de las condiciones A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A11, A12, A13 o A14 descritas a continuación en la Tabla 6.

Tabla 6

Los valores de dureza de las láminas preparadas de las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 después del temple con agua fría y el envejecimiento de acuerdo con una condición descrita en la Tabla 6 se midieron usando el ensayo de dureza Rockwell. Los datos se proporcionan, a continuación, en la Tabla 7.

Tabla 7

Además, las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 se templaron usando agua caliente. Para el temple con agua caliente, la lámina se enfrió a una velocidad de aproximadamente 350 °C por segundo usando agua a aproximadamente 95 °C. A continuación, las aleaciones se envejecieron de acuerdo con una de las condiciones D1, D2, D3, D4, D5, D6 o D7 descritas a continuación en la Tabla 8.

Tabla 8

continuación

Los valores de dureza de las láminas preparadas de las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 después del temple con agua caliente y el envejecimiento de acuerdo con una condición descrita en la Tabla 8 se midieron usando el ensayo de dureza Rockwell. Los datos se proporcionan a continuación en la Tabla 9.

Tabla 9

Los efectos del temple con agua fría y el temple con agua caliente se compararon usando los datos en las Tablas 7 y 9 anteriores. Específicamente, se compararon las láminas preparadas de la misma aleación y de acuerdo con las mismas condiciones de envejecimiento que variaron según la práctica de temple. La lámina preparada de la aleación V6, que se templó usando agua caliente y se envejeció de acuerdo con la práctica D3, tuvo un valor de dureza Rockwell B 5 puntos mayor que la lámina correspondiente que se templó usando agua fría (es decir, la lámina que se preparó de la aleación V6 y se envejeció de acuerdo con la práctica A3). De manera similar, la lámina preparada de la aleación V6, que se templó usando agua caliente y se envejeció de acuerdo con la práctica D7, tuvo un valor de dureza Rockwell B 5,1 puntos mayor que la lámina correspondiente que se templó usando agua fría (es decir, la lámina que se preparó de la aleación V6 y se envejeció de acuerdo con la práctica A7). Además, la lámina preparada de la aleación V7, que se templó usando agua caliente y se envejeció de acuerdo con la práctica D2, tuvo un valor de dureza Rockwell B 5,5 puntos menor que la lámina correspondiente que se templó usando agua fría (es decir, la lámina que se preparó de la aleación V7 y se envejeció de acuerdo con la práctica A2).

EJEMPLO 2

Las láminas preparadas usando el temple con agua caliente en el Ejemplo 1 se envejecieron de acuerdo con las condiciones descritas más adelante en la Tabla 10 (es decir, B1, B3, B4, B5, B6, B8, B10, B12, B14 y B16). Específicamente, las láminas preparadas de las aleaciones V1, V2, V3, V5, V11 y V12 se envejecieron de acuerdo con cada una de las condiciones indicadas para las prácticas de envejecimiento B1, B3, B4, B5 y B6. Las láminas preparadas de las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 se envejecieron de acuerdo con cada una de las condiciones indicadas para las prácticas de envejecimiento B8, B10, B12, B14 y B16. Como se describe en la Tabla 10, las láminas se calentaron de temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) a alrededor de 120 °C a una velocidad de 16 °C/hora. A continuación, las láminas se mantuvieron a alrededor de 120 °C durante 6 horas. Las láminas envejecidas de acuerdo con las prácticas de envejecimiento B4, B5, B6, B12, B14 y B16 se volvieron a calentar a una temperatura de 120 °C a 155 °C a una velocidad de 11,7 °C/hora. Las láminas se mantuvieron a alrededor de 155 °C durante el período de tiempo indicado como “tiempo del segundo mantenimiento de temperatura” en la Tabla 10. A continuación, las láminas se enfriaron hasta temperatura ambiente (alrededor de 25 °C). El tiempo transcurrido desde el inicio de la práctica de envejecimiento hasta el final de la práctica de envejecimiento se indica en la Tabla 10 como tiempo de envejecimiento total.

Tabla 10

continuación

Los datos de límite elástico (YS en inglés), resistencia a la tracción final (UTS en inglés), porcentaje de alargamiento uniforme (UE en inglés), porcentaje de alargamiento total (TE en inglés) y porcentaje de deformación por rotura crítica (CFS en inglés) se obtuvieron para las láminas preparadas de las aleaciones V1, V2, V3, V5, V11 y V12 envejecidas de acuerdo con cada una de las prácticas de envejecimiento B1, B3, B4, B5 y B6 y para las láminas preparadas de las aleaciones V4, V6, V7, V8, V9 y V10 envejecidas de acuerdo con cada una de las prácticas de envejecimiento B8, B10, B12, B14 y B16. El ensayo de tracción se realizó a temperatura ambiente usando una máquina para ensayos INSTRON (Instron; Norwood, MA) de acuerdo con los métodos de ensayo ASTM B557 y ASTM E8-11. También se obtuvieron los datos del exponente de endurecimiento por deformación (valor n) y el coeficiente de Lankford (valor r). Las propiedades se midieron en la dirección longitudinal (L). Los datos se enumeran en forma tabular en la Tabla 11. Los datos de límite elástico y los datos de tracción final también se ilustran en la Figura 1 y la Figura 2, respectivamente.

Tabla 11

continuación

Como se muestra en la Tabla 11, se obtuvieron aumentos significativos de la resistencia para las láminas preparadas de las aleaciones V1, V2, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 y V12 en comparación con la lámina preparada de la aleación V3 (es decir, la aleación AA7075 usada con fines comparativos).

Los límites elásticos más altos obtenidos para las láminas preparadas de las aleaciones V1-V12 de acuerdo con una de las prácticas de envejecimiento descritas anteriormente (es decir, límites elásticos máximos por envejecimiento) se enumeran en la Tabla 12 con el título “Límite elástico máximo por envejecimiento”. El cambio en el límite elástico en comparación con el límite elástico de la lámina preparada de la aleación comparativa AA7075 (es decir, V3) también se muestra en la Tabla 12. Los valores correspondientes de porcentaje de alargamiento total, porcentaje de alargamiento uniforme y porcentaje de deformación por rotura crítica (CFS) se reproducen en la Tabla 12.

Tabla 12

534

Aumento de 77

12,7 7,9 10,7 457 N/D 14,1

10,6

14,6

V4 Aumento de 60 11,4 7,7 13,9

V5 Aumento de 84 11,6 7,7 12,1

V6 Aumento de 135 13,6 11,2 6,6

V7 Disminución de 48 12,0 8,4 14,8

V8 Aumento de 60 11,5 6,7 14,3

V9 Aumento de 92 9,2 5,8 12,6

V1 Aumento de 73 13,7 10,2 9,8

V1 Aumento de 85 13,0 6,9 14,4

V1

Aumento de 142

11,5

7,6

9,2

EJEMPLO 3

Las láminas preparadas de las aleaciones V1 a V12 se envejecieron mediante calentamiento hasta una temperatura de 125 °C durante 24 horas. Se midieron los límites elásticos resultantes y los resultados se muestran en la Tabla 13 a continuación. Con fines comparativos, los límites elásticos máximos por envejecimiento también se enumeran en la Tabla 13.

Tabla 13

Los datos de resistencia obtenidos después del envejecimiento durante 24 horas a 125 °C (“los datos a 125 °C”) muestran una variabilidad considerable en comparación con los datos de resistencia máxima por envejecimiento. Por ejemplo, la muestra V6 mostró un aumento significativo del límite elástico para los datos a 125 °C en comparación con los datos de resistencia máxima por envejecimiento. Sin embargo, la muestra de V5 mostró una disminución significativa del límite elástico para los datos a 125 °C en comparación con los datos de resistencia máxima por envejecimiento. Las otras muestras también variaron en cuanto a que produjeron mayores o menores límites elásticos para los datos a 125 °C en comparación con los datos de resistencia máxima por envejecimiento. Estas variaciones surgen de las diferentes cinéticas de envejecimiento de las aleaciones individuales. Sin pretender limitarse a la teoría, los valores inferiores relativos obtenidos después del envejecimiento a 125 °C durante 24 horas pueden haber surgido de un efecto de subenvejecimiento.

EJEMPLO 4

Las propiedades de tracción de las aleaciones V6 y V12 también se midieron en la dirección transversal (T) de acuerdo con los métodos de ensayo ASTM B557 y ASTM E8-11. La siguiente Tabla 14 muestra el límite elástico, la resistencia a la tracción final, el porcentaje de alargamiento uniforme, el porcentaje de alargamiento por tracción y la deformación por rotura crítica para las láminas preparadas de las aleaciones V6 y V12 en la dirección T. Con fines comparativos, los valores de los datos de la Tabla 11 se reproducen para las láminas preparadas de las aleaciones V6 y V12 en la dirección longitudinal (L).

Tabla 14

EJEMPLO 5

Se realizó soldadura por puntos de resistencia en las láminas preparadas de las aleaciones 7075, V6 y V12 usando los mismos parámetros. Véase la Figura 3. Específicamente, un par de electrodos de soldadura opuestos se puso en contacto con lados opuestos de capas de láminas de metal en puntos diametralmente comunes. A continuación, se transmitió una corriente eléctrica a través de las capas de láminas de metal, lo que produjo la formación de un baño de soldadura en fusión. El flujo de corriente se detuvo y el baño de soldadura en fusión se solidificó para formar un botón de soldadura. Los botones formados de la soldadura en cada una de las láminas tenían diámetros y hendiduras similares. Como se muestra en la Figura 3, las aleaciones V6 y V12 tenían una región de granos columnares mucho menor en la soldadura que la aleación 7075. Por lo tanto, las aleaciones V6 y V12 fueron más resistentes al agrietamiento que la aleación 7075, ya que la mayoría de las grietas se forman a lo largo de los límites de grano de la región de granos columnares.

EJEMPLO 6

Se realizó el ensayo de corrosión para la aleación 7075 (dos muestras), aleación V6 y aleación V12. Las láminas se sumergieron en una solución que contenía 57 g/l de NaCl y 10 ml de H²O² durante 24 horas. Como se muestra en la Figura 4, las aleaciones muestran diferentes tipos y grados de ataque de corrosión. Después del período de inmersión de 24 horas, la muestra de V6 mostró la mayor resistencia a la corrosión intergranular (IGC en inglés). En lugar de IGC, se observó una morfología de picaduras en la aleación V6. Véase la Figura 4.

La muestra de V12 mostró cierto grado de IGC, pero la gravedad fue mucho menor que en las muestras de la aleación 7075. Véase la Figura 4. En las muestras de 7075, se observó ataque y penetración intergranulares considerables en el metal macizo, lo que demuestra que estas muestras proporcionan el menor nivel de resistencia a IGC entre las muestras reivindicadas.

Las profundidades de picaduras de las muestras se midieron usando un microscopio óptico. Las muestras de V6 mostraron de manera consistente la menor profundidad de picadura promedio en todos los intervalos de inmersión seleccionados, que incluyen a las 6 horas, 24 horas y 48 horas. La profundidad de picadura promedio fue menor de 20 micrómetros y la profundidad de picadura máxima fue menor de 40 micrómetros. Véase la Figura 5.

En comparación con las muestras de V6, las muestras de V12 mostraron una leve susceptibilidad a IGC. Sin embargo, la gravedad fue mucho menor que en las aleaciones de 7075, que mostraron valores de profundidad de picadura promedio mayores de 40 micrómetros y una profundidad de picadura máxima que variaba de 75 micrómetros a aproximadamente 135 micrómetros. Véase la Figura 5.

Como se indicó anteriormente, V6 es una variante con bajo contenido de cobre, mientras que V12 contiene una mayor cantidad de cobre. De manera sorprendente, tanto la variante con bajo contenido de cobre como la variante con alto contenido de cobre mostraron menor profundidad de corrosión por ataque que la aleación inicial 7075. EJEMPLO 7

Se prepararon ocho aleaciones para evaluar la resistencia y el alargamiento (véase la Tabla 15). Las aleaciones K303 K304, K305, K306, K307, K308, K309 y K311 se prepararon de acuerdo con los métodos descritos en la presente. Las composiciones elementales de las aleaciones evaluadas se muestran en la Tabla 15, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso. Cada una de las aleaciones se preparó de acuerdo con los métodos descritos en la presente.

Tabla 15

Los lingotes que tenían la composición de aleación que se mostró anteriormente en la Tabla 15 se homogeneizaron mediante calentamiento hasta alrededor de 460 °C a una velocidad de calentamiento de alrededor de 30 °C/hora. Los lingotes se dejaron mantenidos a temperatura durante seis horas. A continuación, los lingotes se laminaron en caliente hasta un espesor final de 10 mm, usando 10-11 pasadas por laminado en caliente. Las temperaturas de salida para la etapa de laminado en caliente variaron de 370 °C a 380 °C. Las bandas calientes se colocaron inmediatamente en un horno para simular el enfriamiento de bobinas. A continuación, las bandas calientes se laminaron en frío hasta obtener un espesor de calibre final de aproximadamente 1,0 mm. A continuación, las láminas laminadas en frío se calentaron hasta 460 °C y se dejaron mantenidas a temperatura durante 60 segundos en un baño con sal. A continuación, las láminas se templaron usando agua o aire a presión y, a continuación, se envejecieron usando las condiciones que se describen a continuación.

Para lograr el revenido T4, las láminas laminadas en frío se mantuvieron durante 10 días a temperatura ambiente después del temple con agua (“condición T4-1”) o se mantuvieron a temperatura ambiente durante siete días y, a continuación, se calentaron a 70 °C durante cuatro días (“condición T4-2”). Las últimas condiciones simulan un proceso de envejecimiento de 90 días a temperatura ambiente.

Para lograr el revenido T6, el material de revenido T4 se volvió a calentar hasta 95 °C y se dejó mantenido a temperatura durante ocho horas y, a continuación, se volvió a calentar hasta 145 °C y se mantuvo a temperatura durante 6 horas (“condición T6-1”). De manera alternativa, se logró el revenido T6 mediante el mantenimiento de las láminas laminadas en frío durante 1 día a temperatura ambiente y, a continuación, el calentamiento adicional de la lámina hasta 120 °C y el mantenimiento de la temperatura de la lámina durante 24 horas (“condición T6-2”). Como tercera opción, se logró el revenido T6 mediante el mantenimiento de las láminas laminadas en frío durante 1 día a temperatura ambiente, el calentamiento de la lámina hasta 120 °C y el mantenimiento de la temperatura de la lámina durante 1 hora y el calentamiento adicional de la lámina hasta 180 °C y el mantenimiento de la temperatura durante 30 minutos para simular condiciones de cocción de pintura para aplicaciones automotrices (“condición T6-3”).

A continuación, las láminas se evaluaron para determinar las propiedades de tracción de acuerdo con la ISO 6892, el comportamiento de flexión de acuerdo con la VDA 238-100 y las propiedades de endurecimiento por envejecimiento. Específicamente, las láminas templadas con agua en el revenido T4 usando la condición T4-1 se evaluaron para determinar el límite elástico (YS), la resistencia a la tracción final (UTS), el alargamiento uniforme, el alargamiento total y la relación de deformación plástica (denominada valor r o coeficiente de Lankford) en ángulos de 0°, 45° y 90° en la dirección de laminado. Los datos se proporcionan a continuación en la Tabla 16 y también se ilustran en las Figuras 6-9. Las variantes sin cobre mostraron un comportamiento muy anisotrópico, como demuestran los valores altos de r45.

Tabla 16

Las láminas envejecidas en condición T4-2 para lograr el revenido T4 se evaluaron para determinar el límite elástico (YS), el alargamiento total y la relación de deformación plástica (valor r) en ángulos de 0°, 45° y 90° en la dirección de laminado. Los datos se muestran en las Figuras 10 y 11. De manera similar a las láminas envejecidas en condición T4-1, las variantes sin cobre mostraron un comportamiento muy anisotrópico, como demuestran los valores altos de r45. También se midió la capacidad de flexión, como se muestra en la Figura 12.

Las láminas envejecidas en las tres condiciones T6 separadas descritas anteriormente también se evaluaron para determinar el límite elástico y el alargamiento total. Los resultados se muestran en las Figuras 13 y 14.

Los resultados mostraron que las variantes sin cobre mostraron un comportamiento muy anisotrópico, como demuestran los valores altos de r45. El nivel de resistencia de T6 para las aleaciones sin cobre fue de 390 a 430 MPa y el nivel de resistencia de T6 para las aleaciones que contenían cobre varió de 450 a 460 MPa. La inclusión de cobre produjo un aumento de la resistencia del revenido T6, pero menor formabilidad.

EJEMPLO 8

Se prepararon ocho aleaciones de acuerdo con los métodos descritos en la presente (véase la Tabla 17). Las composiciones elementales de las aleaciones evaluadas se muestran en la Tabla 17, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso.

Tabla 17

EJEMPLO 9

Se fundieron tres variantes de la aleación V6 y se sometieron a condiciones de procesamiento idénticas con fines comparativos. La composición elemental de la aleación V6 se muestra en la Tabla 4, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso. Las composiciones químicas de las variantes de la aleación V6 que se investigaron adicionalmente se presentan en la Tabla 19. Todas las aleaciones se sometieron al mismo tratamiento de solubilización.

Tabla 19

La variación de la cantidad de Zr en la aleación altera la microestructura. Las Figuras 15A, 15B y 15C muestran el efecto de la cantidad de Zr en la microestructura de la aleación. La aleación V6-6 (Figura 15A, 0,05 % en peso de Zr) se recristalizó y las aleaciones V6 (Figura 15B, 0,10 % en peso de Zr) y V6-7 (Figura 15C, 0,15 % en peso de Zr) no se recristalizaron. En algunos casos, las cantidades de Zr mayores del 0,10 % en peso son suficientes para inhibir la recristalización.

EJEMPLO 10

La composición elemental de las aleaciones V4 y V6 se muestran en la Tabla 4, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso. Las dos aleaciones se fundieron y se procesaron de manera similar en el laboratorio. Sin embargo, la microestructura final de las dos aleaciones es significativamente diferente después de la solubilización, como se muestra en las Figuras 16A y 16B. La Figura 17A muestra la imagen de SEM de la aleación V4 que se recristalizó por completo, mientras que la Figura 17B es la imagen de SEM de la aleación V6 que no se recristalizó después de la solubilización.

El efecto de Zr en la cinética de recristalización se puede atribuir a los dispersoides de Al³Zr que se forman durante la homogeneización. Los dispersoides de AbZr pueden inhibir la recristalización mediante fijación de los límites de grano. Sin embargo, para ser eficaces, estos dispersoides de AbZr deben ser coincidentes con la matriz, de tamaño pequeño, una gran cantidad y distribuirse de manera uniforme en toda la microestructura. Los dispersoides de AbZr en la aleación recristalizada V4 (por ejemplo, los que se muestran en la Figura 17A) son más grandes (alrededor de 20 nm de diámetro) y más escasos. Los dispersoides de AbZr en la aleación no recristalizada V6 (por ejemplo, los que se muestran en la Figura 17B) son más pequeños (alrededor de 8 nm de diámetro) y de mayor densidad numérica. Los dispersoides de mayor tamaño y menor densidad numérica en la aleación V4 pueden no fijar de manera suficiente los límites de grano, lo que permite una velocidad alta de recristalización. Por el contrario, los dispersoides finos y muy dispersos en la aleación V6 pueden producir una amplia fijación de los límites de grano, inhibiendo así la recristalización. Las Figuras 16A y 16B ejemplifican la cinética de recristalización de las aleaciones presentadas en las micrografías en las Figuras 17A y 17B. La Figura 16A muestra la recristalización que se produjo después del procesamiento y la Figura 16B muestra la recristalización inhibida debido, al menos en parte, a los dispersoides de AbZr. En algunos casos, los dispersoides de AbZr pueden tener un diámetro de alrededor de 5 nm a alrededor de 50 nm (por ejemplo, de alrededor de 5 nm a alrededor de 20 nm, de alrededor de 8 nm a alrededor de 20 nm o de alrededor de 5 nm a alrededor de 10 nm). En algunos casos, los dispersoides de AbZr pueden tener un diámetro menor de alrededor de 20 nm (por ejemplo, menor de alrededor de 15 nm, menor de alrededor de 10 nm o menor de alrededor de 8 nm). En algunos casos, los dispersoides de AbZr pueden proporcionar una microestructura sin recristalizar única que puede producir una mayor resistencia. Por ejemplo, en las láminas que comprenden dispersoides de AbZr, la lámina puede tener un límite elástico mayor de alrededor de 500 MPa, mayor de alrededor de 525 MPa, mayor de alrededor de 550 MPa, mayor de alrededor de 575 MPa o mayor de alrededor de 600 MPa.

El tamaño, la cantidad y la distribución de los dispersoides de AbZr pueden afectar significativamente al comportamiento de recristalización en las aleaciones 7xxx. En algunos casos, el tamaño, la cantidad y/o la distribución de los dispersoides de Al³Zr se pueden controlar mediante la composición y el procesamiento de aleaciones. En algunos casos, los dispersoides de AbZr distribuidos de manera uniforme de un tamaño menor de alrededor de 10 nm pueden detener por completo la recristalización de una aleación 7xxx laminada en frío durante el tratamiento de solubilización convencional (por ejemplo, 430 - 500 °C durante 10 segundos - 6 horas). La composición y el procesamiento de las aleaciones de Al de la serie 7xxx se pueden usar para controlar la microestructura de las aleaciones. El control de la microestructura puede proporcionar la capacidad para adaptar la resistencia y la ductilidad en aleaciones 7xxx.

EJEMPLO 11

Se fundieron ocho variantes de la aleación V6 y se sometieron a condiciones de procesamiento idénticas para comparar su resistencia. La composición elemental de las ocho variantes que incluyen la aleación V6 se muestran en la Tabla 20, siendo el resto aluminio. Las composiciones elementales se proporcionan en porcentajes en peso.

Tabla 20

Los lingotes que tenían la composición de aleación que se mostró anteriormente en la Tabla 20 se homogeneizaron de acuerdo con los procedimientos descritos en la presente usando las condiciones indicadas en la Tabla 5. Específicamente, los lingotes se calentaron hasta 460 °C o hasta 465 °C durante 8 horas y, a continuación, se mantuvieron a temperatura durante un período de tiempo, como se indica en la Tabla 5. El primer calentamiento y mantenimiento de temperatura se denomina “Fase 1” en la Tabla 5. De manera opcional, los lingotes se volvieron a calentar y mantener a temperatura durante un período de tiempo en una segunda etapa de homogeneización, que se denomina “Fase 2” en la Tabla 5.

A continuación, los lingotes se laminaron en caliente de un espesor inicial de 65 mm a un espesor final de 8 mm, usando 14 pasadas por laminado en caliente. Las temperaturas de inicio para la etapa de laminado en caliente variaron de 400 °C a 425 °C, y las temperaturas de salida variaron de 315 °C a 370 °C. Las bandas calientes se colocaron inmediatamente en un horno para simular el enfriamiento de bobinas. A continuación, las bandas calientes se laminaron en frío hasta obtener un espesor de calibre final de aproximadamente 2 mm (reducción del calibre total del 75 %). A continuación, las láminas laminadas en frío se calentaron hasta 465 °C a una velocidad de aproximadamente 283 °C por hora y se dejaron mantenidas a temperatura durante 1 hora. A continuación, se enfriaron las láminas hasta temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C) en una etapa de temple usando agua fría o agua caliente y, a continuación, se envejecieron.

Específicamente, las aleaciones se templaron usando agua a aproximadamente 55 °C (en este ejemplo, denominado “temple con agua caliente”). Para el temple con agua caliente, la lámina se enfrió a una velocidad de aproximadamente 150 °C por segundo a 350 °C por segundo. Las láminas preparadas de las aleaciones V6-1 a V6-8 se envejecieron mediante calentamiento hasta una temperatura de 125 °C durante 24 horas (en este ejemplo, denominado revenido “T6”). Los límites elásticos resultantes que se midieron en la dirección longitudinal se muestran en la Tabla 21 a continuación. Con fines comparativos, el límite elástico de la aleación V6 (que se muestra en la Tabla 13) también se enumera en la Tabla 21. Las aleaciones de revenido T6 se volvieron a envejecer mediante calentamiento hasta una temperatura de 180 °C durante 0,5 horas (en este ejemplo, denominado condición de “cocción de pintura” o “PB”). El límite elástico resultante después del tratamiento de T6+PB también se presenta en la Tabla 21.

Tabla 21

Como se observa en la Tabla 21, la aleación V6 mostró un límite elástico alto (es decir, 624 MPa) en el revenido T6. Sin embargo, el tratamiento de PB adicional produjo una disminución significativa del límite elástico, es decir, de 77 MPa, hasta 547 MPa. Las ocho variantes analizadas en la presente se diseñaron para mejorar la reducción de la resistencia después de PB, al tiempo que se sigue manteniendo el límite elástico en el revenido T6 mayor de alrededor de 600 MPa. Resulta evidente a partir de los resultados presentados en la Tabla 21 que la variante de aleación V6-3 cumple estos criterios, que mostró un YS de 623 MPa en el revenido T6 y 597 MPa después del tratamiento de PB adicional. La aleación V6-3 solo tuvo una disminución de 26 MPa en el límite elástico después del tratamiento de PB adicional en comparación con la disminución de 77 MPa y 86 MPa, respectivamente, para V6 y V6-7, las otras dos aleaciones que tuvieron una resistencia de T6 mayor de 600 MPa.

En otro ejemplo, la aleación V12 es una aleación (su composición se muestra en la Tabla 4) que tiene una disminución muy baja del límite elástico después de la cocción de pintura del revenido T6. El límite elástico se reduce de 613 MPa en el revenido T6 a 605 MPa después de la cocción de pintura, una disminución de solo 8 MPa. Esta aleación tiene una microestructura sin recristalizar que contribuye a la resistencia alta. Esta aleación se puede usar en aplicaciones que requieren buena tenacidad de rotura y buen rendimiento de fatiga.

EJEMPLO 12

Las aleaciones analizadas en la presente se pueden someter a un proceso de formación en caliente o estampado en caliente para formar las partes deseadas. En el proceso de formación en caliente, la lámina de aleación típicamente se calienta hasta una temperatura que es mayor a la temperatura de solubilización de la aleación específica. La temperatura de solubilización puede estar en un intervalo de aproximadamente 400 °C a aproximadamente 600 °C. Después de la solubilización, la lámina de aleación se transfiere a una prensa donde se forma en la forma deseada y se enfría en el troquel de manera simultánea. Por lo tanto, para poder formarla en formas complejas, es importante que la aleación tenga buena ductilidad y formabilidad a temperaturas elevadas. En algunos casos, las aleaciones 7xxx muestran una disminución de la ductilidad cuando se calientan por encima de determinadas temperaturas, por ejemplo, la aleación 7075, como se muestra en la Figura 18A. En otros casos, la aleación v 6 no muestra disminución de la ductilidad a temperaturas altas, como se muestra en la Figura 18B, lo que vuelve a la aleación más adecuada para aplicaciones de formación en caliente.

Además del uso en el sector automotor, las aleaciones de la presente invención también se pueden usar en los sectores aeroespacial y de electrónica de consumo. En la industria aeroespacial, las aleaciones se pueden usar en aplicaciones estructurales y no estructurales. En cuanto a las partes de carrocería estructurales, las partes de carrocería estructurales pueden ser, por ejemplo, alas, fuselajes, alerones, timones, elevadores, carenados o soportes. En cuanto a las partes de carrocería no estructurales, las partes de carrocería no estructurales pueden ser, por ejemplo, rieles para asientos, estructuras de asientos, paneles o bisagras. La microestructura sin recristalizar permite mejorar la tenacidad de rotura y el rendimiento de fatiga. En la electrónica de consumo, las aleaciones de la presente invención se pueden usar para fundas de teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas, televisiones, etc.

EJEMPLO 13

En otro ejemplo, los lingotes que tenían las composiciones de aleación V6-3 y V6-7 que se mostraron anteriormente en la Tabla 20 se homogeneizaron de acuerdo con los procedimientos descritos en la presente usando las condiciones indicadas en la Tabla 5. Específicamente, los lingotes se calentaron hasta 460 °C o hasta 465 °C durante 8 horas y, a continuación, se mantuvieron a temperatura durante un período de tiempo, como se indica en la Tabla 5. El primer calentamiento y mantenimiento de temperatura se denomina “Fase 1” en la Tabla 5. De manera opcional, los lingotes se volvieron a calentar y mantener a temperatura durante un período de tiempo en una segunda etapa de homogeneización, que se denomina “Fase 2” en la Tabla 5.

A continuación, los lingotes se laminaron en caliente de un espesor inicial de 65 mm a un espesor final de 8 mm, usando 14 pasadas por laminado en caliente. Las temperaturas de inicio para la etapa de laminado en caliente variaron de 400 °C a 425 °C y las temperaturas de salida variaron de 315 °C a 370 °C. Las bandas calientes se colocaron inmediatamente en un horno para simular el enfriamiento de bobinas. A continuación, las bandas calientes se laminaron en frío hasta obtener un espesor de calibre final de aproximadamente 2 mm (reducción del calibre total del 75 %). A continuación, las láminas laminadas en frío se calentaron hasta 465 °C a una velocidad de aproximadamente 283 °C por hora y se dejaron mantenidas a temperatura durante 1 hora. A continuación, se enfriaron las láminas hasta temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C) en una etapa de temple usando agua fría o agua caliente y, a continuación, se envejecieron.

Específicamente, las aleaciones se templaron usando agua a aproximadamente 55 °C (en este ejemplo, denominado “temple con agua caliente”). Para el temple con agua caliente, la lámina se enfrió a una velocidad de aproximadamente 150 °C por segundo a 350 °C por segundo. En contraste con el Ejemplo 11, las láminas preparadas de las aleaciones V6-3 y V6-7 en el Ejemplo 13 no se envejecieron mediante calentamiento para formar un revenido T6, sino que, más bien, se formaron en caliente y, a continuación, se cocieron de pintura directamente sin someterse al revenido T6. Las aleaciones V6-3 y V6-7 del Ejemplo 12 se volvieron a envejecer mediante calentamiento hasta una temperatura de 180 °C durante 0,5 horas (en este ejemplo, denominado condición de “cocción de pintura” o “PB”). El límite elástico resultante después del tratamiento de PB también se presenta en la Tabla 22.

Tabla 22

Como se observa en las Tablas 21 y 22, la aleación V6-3 procesada de acuerdo con el Ejemplo 13 muestra un límite elástico de 580 MPa después del envejecimiento mediante calentamiento hasta una temperatura de 180 °C durante 0,5 horas (en este ejemplo, denominado condición de “cocción de pintura” o “PB”) directamente después de la formación en caliente sin someterse a tratamiento T6, en comparación con la aleación V6-3 procesada de acuerdo con el Ejemplo 11, que muestra un límite elástico de 597 MPa después del envejecimiento de la aleación para formar un revenido T6 y tratamiento de PB adicional. La aleación V6-7 procesada de acuerdo con el Ejemplo 13 muestra un límite elástico de 560 MPa después del envejecimiento mediante cocción de pintura directamente después de la formación en caliente sin someterse a tratamiento T6, en comparación con la aleación V6-7 procesada de acuerdo con el Ejemplo 11, que muestra un límite elástico de 544 MPa después del envejecimiento de la aleación para formar un revenido T6 y tratamiento de PB adicional. Como se muestra en la Tabla 22, las aleaciones V6-3 y V6-7 mostraron un límite elástico alto al llevar a cabo un tratamiento de cocción de pintura directamente después de la formación en caliente sin someterse a T6.

Se han descrito diversas realizaciones de la invención para el cumplimiento de los diversos objetivos de la invención. Cabe reconocer que estas realizaciones son simplemente ilustrativas de los principios de la presente invención. Numerosas modificaciones y adaptaciones de las mismas resultarán fácilmente evidentes para aquellas personas de experiencia habitual en la materia sin alejarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de aluminio que comprende del 5,8 al 9,2 % en peso de Zn, del 0,3 al 2,5 % en peso de Cu, del 1,6 al 2,6 % en peso de Mg, del 0,1 al 0,25 % en peso de Fe, del 0,07 al 0,15 % en peso de Si, del 0,09 al 0,15 % en peso de Zr, del 0,02 al 0,05 % en peso de Mn, del 0,03 al 0,05 % en peso de Cr, del 0,003 al 0,035 % en peso de Ti, hasta el 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al,

y, opcionalmente, que comprende, además, hasta el 0,20 % de uno o más de Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag, Sc y Ni y/o, opcionalmente, que comprende, además, hasta el 0,10 % de un elemento de tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu.

2. Un producto que comprende la aleación de aluminio de la reivindicación 1, en donde el producto es una lámina, una placa, una extrusión, un fundido o un forjado.

3. El producto de la reivindicación 2, en donde el producto tiene una profundidad de picadura máxima de menos de 40 micrómetros o una profundidad de picadura promedio de menos de 20 micrómetros después de la inmersión en una solución que contiene 57 g/l de NaCl y 10 ml de H²O² durante 6, 24 o 48 horas.

4. El producto de las reivindicaciones 2 o 3, en donde el producto tiene una microestructura no recristalizada.

5. El producto de una cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en donde el producto es una parte de carrocería automotriz, una parte estructural aeroespacial, una parte no estructural aeroespacial o una carcasa de dispositivo electrónico.

6. Un método para producir un producto de metal, que comprende:

fundir la aleación de aluminio de la reivindicación 1 para formar un lingote o un desbaste plano; homogeneizar el lingote o el desbaste plano;

laminar en caliente el lingote o el desbaste plano para producir una banda caliente; y

laminar en frío la banda caliente hasta obtener un producto de metal con un calibre final,

en donde el método comprende, además, someter el producto de metal a un proceso de envejecimiento que comprende

calentar el producto de metal hasta una temperatura de 100 °C a 140 °C,

mantener el producto de metal a una temperatura de 100 °C a 140 °C durante un período de tiempo, y enfriar el producto de metal hasta temperatura ambiente; o

calentar el producto de metal hasta una temperatura de 100 °C a 140 °C,

mantener el producto de metal a una temperatura de 100 °C a 140 °C durante un primer período de tiempo, calentar el producto de metal hasta una temperatura mayor de 140 °C,

mantener el producto de metal a una temperatura mayor de 140 °C durante un segundo período de tiempo, y enfriar el producto de metal hasta temperatura ambiente.

7. El método de la reivindicación 6, que comprende, además, someter el producto de metal a un tratamiento térmico en solución a una temperatura de 430 °C a 600 °C, preferentemente de 430 °C a 500 °C, o que comprende, además, enfriar el producto de metal hasta una temperatura de 25 °C a 120 °C, opcionalmente, a una velocidad de enfriamiento de 200 °C por segundo a 600 °C por segundo, o que comprende, además, enfriar el producto de metal hasta una temperatura de 25 °C a 120 °C, opcionalmente, a una velocidad de enfriamiento de 2.000 °C por segundo a 3.000 °C por segundo.

8. El método de las reivindicaciones 6 o 7, que comprende, además, someter el producto de metal a un tratamiento térmico de cocción de pintura.