Productos de aleación aluminio-cobre-litio.

Procedimiento de fabricación de un producto extruido, laminado y/o forjado a base de aleación de aluminio en el que:

a) se elabora un baño de metal líquido que comprende del 2,0 al 3,1% en peso de Cu, del 1,4 al 1,8% en peso de Li, del 0,1 al 0,5% en peso de Ag, del 0,1 al 1,0% en peso de Mg, del 0,05 al 0,18% en peso de Zr, del 0,2 al 0,6% en peso de Mn y por lo menos un elemento elegido entre Cr, Sc, Hf y Ti, la cantidad del correspondiente elemento, de ser elegido, siendo del 0,05 al 0,3% en peso para Cr y Sc, del 0,05 al 0,5% en peso para Hf y del 0,01 al 0,15% en peso para Ti, 10 siendo el resto aluminio e impurezas inevitables; ajustándose la composición de tal modo que se obtiene una densidad a temperatura ambiente inferior a los 2,67 g/cm3,

b) se cuela una forma bruta a partir del correspondiente baño de metal líquido;

c) se homogeneiza la correspondiente forma bruta a una temperatura comprendida entre 515°C y 525°C, de modo que el tiempo equivalente para la homogeneización esté comprendido entre 5 y 20 horas, donde T

(en kelvin) es la temperatura instantánea de tratamiento, que 20 evoluciona con el tiempo t (en horas), y Tref es una temperatura de referencia fijada en 793 K;

d) se deforma en caliente, y de forma opcional en frío, la correspondiente forma bruta en un producto extruido, laminado y/o forjado;

e) se disuelve y templa el correspondiente producto;

f) se tracciona de manera controlada el correspondiente producto con una deformación permanente del 1 al 5% y preferentemente de por lo menos el 2%;

g) se realiza un revenido del correspondiente producto mediante calentamiento de 140 a 170°C durante 5 a 70 horas, de modo que el correspondiente producto tenga un límite elástico convencional medido al 0,2% de alargamiento de por lo menos 440 MPa y preferentemente de por lo menos 460 MPa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2009/001299.

Solicitante: Constellium France.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 40-44, rue Washington 75008 Paris FRANCIA.

Inventor/es: EBERL,FRANK, HEYMES,Fabrice , POUGET,GAËLLE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > C22C21/00 (Aleaciones basadas en aluminio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O... > Modificación de la estructura física de metales... > C22F1/04 (de aluminio o aleaciones basadas en él)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones basadas en aluminio > C22C21/16 (con magnesio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O... > Modificación de la estructura física de metales... > C22F1/057 (de aleaciones con cobre como segundo constituyente mayor)

PDF original: ES-2457221_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Productos de aleacion aluminio-cobre-litio

Antecedentes de la invención La invencion se refiere a los productos modelados de aleaciones aluminio-cobre-litio en general y mas particularmente a dichos productos en forma de perfiles destinados a realizar refuerzos para la construccion aeronautica.

Estado de la tecnica

Se realiza un esfuerzo de investigacion continuo para desarrollar materiales que puedan simultaneamente reducir el peso y aumentar la eficacia de las estructuras de aviones de alto rendimiento. Las aleaciones de aluminio que contienen litio son muy interesantes al respecto, porque el litio puede reducir la densidad del aluminio del 3% y aumentar el modulo de elasticidad del 6% por cada por ciento en peso de litio anadido. Para que se elijan estas aleaciones para los aviones, su rendimiento debe alcanzar el de las aleaciones que suelen usarse, especialmente en terminos de compromiso entre propiedades de resistencia mecanica estatica (limite elastico, resistencia a la rotura) y propiedades de tolerancia a los danos (tenacidad, resistencia a la propagacion de grietas por fatiga) , aunque dichas propiedades suelan ser antinomicas. Estas aleaciones tambien deben presentar una resistencia a la corrosion suficiente, poder conformarse segun los procedimientos habituales y presentar tensiones residuales pequenas para poder mecanizarse de forma integral. La patente US 5 032 359 describe una amplia familia de aleaciones aluminio-cobre-litio en las que la adicion de magnesio y plata, en particular del 0, 3 al 0, 5 por ciento en peso, permite aumentar la resistencia mecanica. Estas aleaciones suelen conocerse con el nombre comercial quot;Weldalite™quot;. La patente US 5 198 045 describe una familia de aleaciones Weldalite™ que comprenden (en % en peso) (2, 4-3, 5) Cu, (1, 35-1, 8) Li, (0, 25-0, 65) Mg, (0, 25-0, 65) Ag, (0, 08-0, 25) Zr. Los productos modelados fabricados con estas aleaciones combinan una densidad inferior a los 2, 64 g/cm3 y un compromiso interesante entre resistencia mecanica y tenacidad. La patente US 7 229 509 describe una familia de aleaciones Weldalite™ que comprenden (en % en peso) (2, 5-5, 5) Cu, (0, 1-2, 5) Li, (0, 2-1, 0) Mg, (0, 2-0, 8) Ag, (0, 2-0, 8) Mn, (hasta 0, 4) Zr u otros agentes de afino tales como Cr, Ti, Hf, Sc y V. Los ejemplos presentados tienen un compromiso mejorado entre resistencia mecanica y tenacidad pero su densidad es superior a los 2, 7 g/cm3 . La solicitud de patente W02007/080267 describe una aleacion Weldalite™ que no contiene circonio, destinada a chapas del fuselaje y que comprende (en % en peso) (2, 1-2, 8) Cu, (1, 1-1, 7) Li, (0, 2-0, 6) Mg, (0, 1-0, 8) Ag, (0, 2-0, 6) Mn. La patente EP1891247 describe una aleacion Weldalite™ poco cargada de elementos de aleacion y destinada asimismo a la fabricacion de chapas del fuselaje, que comprende (en % en peso) (2, 7-3, 4) Cu, (0, 8-1, 4) Li, (0, 2-0, 6) Mg, (0, 1-0, 8) Ag y por lo menos un elemento elegido entre Zr, Mn, Cr, Sc, Hf, Ti. La solicitud de patente W02006/131627 describe una aleacion destinada a chapas del fuselaje que comprende (en % en peso) (2, 7-3, 4) Cu, (0, 8-1, 4) Li, (0, 2-0, 6) Mg, (0, 1-0, 8) Ag y por lo menos un elemento elegido entre Zr, Mn, Cr, Sc, Hf y Ti, en la que las proporciones de Cu y Li cumplen con la condicion Cu + 5/3 Li lt; 5, 2. La patente US 5 455 003 describe un procedimiento de produccion de aleaciones aluminio-cobre-litio que presentan propiedades mejoradas de resistencia mecanica y tenacidad a temperatura criogenica. Este procedimiento se aplica especialmente a una aleacion que comprende (en % en peso) (2, 0-6, 5) Cu, (0, 2-2, 7) Li, (0-4, 0) Mg, (0-4, 0) Ag, (03, 0) Zn. Se conoce tambien la aleacion AA2196 que comprende (en % en peso) (2, 5-3, 3) Cu, (1, 4-2, 1) Li, (0, 25-0, 8) Mg, (0, 25-0, 6) Ag, (0, 04-0, 18) Zr y 0, 35 Mn como maximo. Por lo general, fue admitido en estas patentes o solicitudes de patente que una alta homogeneizacion, es decir a una temperatura de por lo menos 527quot;C y durante por lo menos 24 h, permitia alcanzar las propiedades optimas de la aleacion. En ciertos casos de aleaciones poco cargadas (EP1891247) o libres de circonio (W02007/080267) , se usaron condiciones de homogeneizacion mucho menos altas, es decir a una temperatura inferior a los 510quot;C. Sin embargo, permanece una necesidad en materia de productos de aleacion Al-Cu-Li de baja densidad con propiedades mejoradas aun mas, particularmente en terminos de compromiso entre resistencia mecanica por una parte, y tolerancia a los danos, tenacidad y resistencia a la propagacion de grietas por fatiga en particular, por otra parte, mientras que las otras propiedades de uso sigan satisfactorias, la resistencia a la corrosion en particular.

Objeto de la invención La invencion definida segun la reivindicacion 1 tiene por objeto un procedimiento de fabricacion de un producto extruido, laminado y/o forjado a base de aleacion de aluminio en el que:

a) se elabora un bano de metal liquido que comprende del 2, 0 al 3, 5% en peso de Cu, del 1, 4 al 1, 8% en peso de Li, del 0, 1 al 0, 5% en peso de Ag, del 0, 1 al 1, 0% en peso de Mg, del 0, 05 al 0, 18% en peso de Zr, del 0, 2 al 0, 6% en peso de Mn y por lo menos un elemento elegido entre Cr, Sc, Hf y Ti, la cantidad del correspondiente elemento, de ser elegido, siendo del 0, 05 al 0, 3% en peso para Cr y Sc, del 0, 05 al 0, 5% en peso para Hf y del 0, 01 al 0, 15% en peso para Ti,

siendo el resto aluminio e impurezas inevitables;

b) se cuela una forma bruta a partir del correspondiente bano de metal liquido;

c) se homogeneiza la correspondiente forma bruta a una temperatura comprendida entre 515quot;C y 525quot;C, de modo que el tiempo equivalente para la homogeneizacion

este comprendido entre 5 y 20 horas, donde T (en kelvin) es la temperatura instantanea de tratamiento, que evoluciona con el tiempo t (en horas) , y Tref es una temperatura de referencia fijada en 793 K;

d) se deforma en caliente, y de forma opcional en frio, la correspondiente forma bruta en un producto extruido, laminado y/o forjado;

e) se disuelve y templa el correspondiente producto;

f) se tracciona de manera controlada el correspondiente producto con una deformacion permanente del 1 al 5% y preferentemente de por lo menos el 2%;

g) se realiza un revenido del correspondiente producto mediante calentamiento de 140 a 170quot;C durante 5 a 70 horas, de modo que el correspondiente producto tenga un limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento de por lo menos 440 MPa y preferentemente de por lo menos 460 MPa.

La invencion tambien tiene por objeto un producto extruido, laminado y/o forjado de aleacion de aluminio de densidad inferior a los 2, 67 g/cm3, susceptible de obtenerse mediante el procedimiento segun la invencion.

0tro objeto de la invencion es un elemento de estructura que integre por lo menos un producto segun la invencion.

Descripción de las figuras Figura 1. Forma del perfil W del ejemplo 1. Las cotas se indican en mm. Las muestras utilizadas para las caracterizaciones mecanicas se tomaron en la zona indicada en linea punteada. El espesor de la suela es de 16 mm.

Figura 2. Forma del perfil X del ejemplo 2. Las cotas se indican en mm. El espesor de la suela es de 26, 3 mm.

Figura 3. Forma del perfil Y del ejemplo 2. Las cotas se indican en mm. El espesor de la suela es de 18 mm.

Figura 4. Compromiso entre tenacidad y resistencia mecanica obtenido para los perfiles X del ejemplo 2.

Figura 5. Compromiso entre tenacidad y resistencia mecanica obtenido para los perfiles Y del ejemplo 2; 5a: suela y direccion longitudinal; 5b: suela y direccion transversal larga.

Figura 6. Curva de Wohler que representa la formacion de grietas por fatiga para... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de fabricacion de un producto extruido, laminado y/o forjado a base de aleacion de aluminio en

el que:

5

a) se elabora un bano de metal liquido que comprende del 2, 0 al 3, 1% en peso de Cu, del 1, 4 al 1, 8% en

peso de Li, del 0, 1 al 0, 5% en peso de Ag, del 0, 1 al 1, 0% en peso de Mg, del 0, 05 al 0, 18% en peso de Zr,

del 0, 2 al 0, 6% en peso de Mn y por lo menos un elemento elegido entre Cr, Sc, Hf y Ti, la cantidad del

correspondiente elemento, de ser elegido, siendo del 0, 05 al 0, 3% en peso para Cr y Sc, del 0, 05 al 0, 5% en

peso para Hf y del 0, 01 al 0, 15% en peso para Ti,

siendo el resto aluminio e impurezas inevitables; ajustandose la composicion de tal modo que se obtiene una densidad a temperatura ambiente inferior a los 2, 67 g/cm3 ,

15 b) se cuela una forma bruta a partir del correspondiente bano de metal liquido;

c) se homogeneiza la correspondiente forma bruta a una temperatura comprendida entre 515quot;C y 525quot;C, de

modo que el tiempo equivalente para la homogeneizacion

d) se deforma en caliente, y de forma opcional en frio, la correspondiente forma bruta en un producto extruido, laminado y/o forjado;

e) se disuelve y templa el correspondiente producto;

f) se tracciona de manera controlada el correspondiente producto con una deformacion permanente del 1 al 5% y preferentemente de por lo menos el 2%;

g) se realiza un revenido del correspondiente producto mediante calentamiento de 140 a 170quot;C durante 5 a 70 horas, de modo que el correspondiente producto tenga un limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento de por lo menos 440 MPa y preferentemente de por lo menos 460 MPa.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1 en el que la proporcion de cobre del correspondiente bano de metal liquido es de por lo menos el 2, 5% en peso y preferentemente de por lo menos el 2, 7% en peso.

3. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 en el que la proporcion de litio del correspondiente bano de metal liquido esta comprendida entre el 1, 42 y el 1, 77% en peso.

4. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que las correspondientes impurezas inevitables comprenden el hierro y el silicio, dichas impurezas tienen una proporcion inferior al 0, 08% en peso y al 0, 06% en peso para el hierro y el silicio, respectivamente, las otras impurezas tienen una proporcion inferior al 0, 05% en peso cada una y al 0, 15% en peso total.

5. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que el correspondiente tiempo equivalente para la homogeneizacion esta comprendido entre 6 y 15 horas.

6. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que la temperatura de homogeneizacion es de unos 520quot;C y el tiempo de tratamiento esta comprendido entre 8 y 20 horas.

7. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que el correspondiente revenido se realiza por calentamiento entre 148 y 155quot;C durante 10 a 40 horas.

8. Producto extruido de aleacion de aluminio de densidad inferior a los 2, 67 g/cm3 obtenido mediante el procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por lo que su tenacidad Ko (L-T) es de por lo menos 52 MPa, su limite elastico Rp0, 2 (L) es de por lo menos 490 MPa, y por lo que su proporcion de cobre esta comprendida entre el 2, 45 y el 2, 65% en peso y su proporcion de litio esta comprendida entre el 1, 4 y el 1, 5% en peso, y caracterizado por lo que:

(a) su limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento en direccion L Rp0, 2 (L) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) º 129 -0, 17 Rp0, 2 (L) ; y/o

(b) su resistencia a la rotura en direccion L Rm (L) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) º 179 - 0, 25 Rm (L) ; y/o

(c) su resistencia a la rotura en direccion TL Rm (TL) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) �.

88. 0, 09 Rm (TL) ; y/o

(d) su limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento en direccion L Rp0, 2 (L) es de por lo menos 490 MPa y preferentemente de por lo menos 500 MPa y su tension maxima para la formacion de grietas por fatiga y un numero de ciclos de rotura de 105 es superior a los 210 MPa para probetas de Kt º 2, 3, con R º 0, 1.

9. Producto extruido segun la reivindicacion 8 caracterizado por lo que su tenacidad Ko (L-T) es de por lo menos 56 MPa y su resistencia a rotura Rm (L) es de por lo menos 515 MPa.

10. Producto extruido de aleacion de aluminio de densidad inferior a los 2, 67 g/cm3 obtenido mediante el procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por lo que su tenacidad Ko (L-T) es de por lo menos 45 MPaºm y su limite elastico Rp0, 2 (L) es de por lo menos 520 MPa, y por lo que su proporcion de cobre esta comprendida entre el 2, 65 y el 2, 85% en peso y su proporcion de litio esta comprendida entre el 1, 5 y el 1, 7% en peso, y caracterizado por lo que:

(a) su limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento en direccion L Rp0, 2 (L) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) º 129 -0, 17 Rp0, 2 (L) ; y/o

(b) su resistencia a la rotura en direccion L Rm (L) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) º 179 - 0, 25 Rm (L) ; y/o

(c) su resistencia a la rotura en direccion TL Rm (TL) expresada en MPa y su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T expresada en MPaºm son tales, que Ko (L-T) �.

88. 0, 09 Rm (TL) ; y/o

(d) su limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento en direccion L Rp0, 2 (L) es de por lo menos 490 MPa y preferentemente de por lo menos 500 MPa y su tension maxima para la formacion de grietas por fatiga y un numero de ciclos de rotura de 105 es superior a los 210 MPa para probetas de Kt º 2, 3, con R º 0, 1.

11. Producto extruido segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, cuyo espesor de por lo menos un rectangulo elemental es superior a los 8 mm y preferentemente superior a los 12 mm.

12. Producto laminado de aleacion de aluminio de densidad inferior a los 2, 67 g/cm3 obtenido mediante el procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por lo que su tenacidad Ko (L-T) en direccion L-T es de por lo menos 23 MPaºm y su limite elastico convencional medido al 0, 2% de alargamiento en direccion L Rp0, 2 (L) es por lo menos igual a 560 MPa y/o su resistencia a la rotura en direccion L Rm (L) es por lo menos igual a 585 MPa.

13. Producto laminado segun la reivindicacion 12, cuyo espesor es de por lo menos 10 mm y preferentemente de por lo menos 15 mm.

14. Elemento de estructura que integra por lo menos un producto segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 o fabricado a partir de dicho producto.

15. Elemento de estructura segun la reivindicacion 14 que comprende por lo menos un producto extruido segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, utilizado a modo de refuerzo o de estructura, caracterizado porque se usa para la fabricacion de paneles de fuselaje o de ala de aviones.