UNA ALEACION DE AL-ZN-MG-CU.
La presente invención se refiere a un producto de aleación de aluminio que consiste,
esencialmente, en % en peso, en aproximadamente 6,5 a 9,5 de zinc (Zn), aproximadamente 1,2 a 2,2% de magnesio (Mg), aproximadamente 1,0 a 1,9% de cobre (Cu), preferiblemente (0,9 Mg - 0,6)
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2004/003994.
Solicitante: CORUS ALUMINIUM WALZPRODUKTE GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: CARL-SPAETER-STRASSE 10 56070 KOBLENZ ALEMANIA.
Inventor/es: KEIDEL, CHRISTIAN, JOACHIM, BENEDICTUS, RINZE, HEINZ, ALFRED, LUDWIG, TELIOUI,NEDIA.
Fecha de Solicitud: 9 de Abril de 2004.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 16 de Junio de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C22C21/10 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 21/00 Aleaciones basadas en aluminio. › con cinc como constituyente que sigue al que está en mayor proporción.
- C22F1/053 C22 […] › C22F MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O ALEACIONES NO FERROSOS (procesos específicos para el tratamiento térmico de aleaciones ferrosas o aceros y dispositivos para el tratamiento térmico de metales o aleaciones C21D). › C22F 1/00 Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío. › de aleaciones con zinc como segundo constituyente mayor.
Clasificación PCT:
Clasificación antigua:
Fragmento de la descripción:
Una aleación de Al-Zn-Mg-Cu.
Campo de la invención
La invención se refiere a un tipo de aleaciones de aluminio Al-Zn-Mg-Cu para forja (o aleaciones de aluminio de las series 7000 o 7xxx, según la designación de la Aluminum Association). Más específicamente, la presente invención se refiere a una aleación de aluminio bonificable, de alta resistencia y alta tenacidad a la fractura y muy resistente a la corrosión, así como a productos hechos de esta aleación. Los productos hechos de esta aleación son muy adecuados para aplicaciones aeroespaciales, pero no están limitados a este campo de aplicaciones. Esta aleación se puede procesar a varias formas del producto, por ejemplo, chapa fina, chapa, chapa gruesa, productos extruidos o forjados.
En cualquier forma de producto hecho con esta aleación, se pueden lograr combinaciones de propiedades de forma que se trata de productos con unas notables prestaciones entre las aleaciones actualmente conocidas. A causa de la presente invención, también en aplicaciones aeroespaciales se puede hacer uso del concepto de unialeación. Esto conducirá a una reducción significativa de los costes de producción en la industria aeroespacial. El reciclado de la chatarra de aluminio producida durante la producción de la pieza estructural o al final del ciclo de vida de la pieza estructural será significativamente más fácil a causa de este concepto de unialeación.
Antecedentes de la invención
En el pasado se han usado diferentes tipos de aleaciones para hacer por conformación varios productos para aplicaciones estructurales en la industria aeroespacial. Los diseñadores y fabricantes de la industria aeroespacial están tratando continuamente de mejorar la eficiencia del combustible para reducir los costes de manufactura y servicio. El método preferido para lograr las mejoras junto con la reducción de costes es el concepto de unialeación, esto es, una aleación de aluminio que sea capaz de tener un conjunto mejorado de propiedades en las formas de producto relevantes.
Las designaciones de las aleaciones y los estados de tratamiento que se usan aquí están de acuerdo con las normas, bien conocidas, de productos de aleaciones de aluminio de la Aluminum Association. Todos los porcentajes son en peso, a no ser que se indique lo contrario.
Corresponden al estado de la técnica en este momento las aleaciones AA2x4, muy tolerante frente a daños, (esto es, AA2524) o AA6x13 o AA7x75 para chapa fina del fuselaje; AA2324 o AAx75 para el intradós del ala; AA 7055 o AA7449 para el extradós del ala y AA7050 0 AA7010 para largueros o costillas de alas u otras partes mecanizadas a partir de chapa gruesa. La razón principal del uso de diferentes aleaciones para cada aplicación diferente es la diferencia del conjunto de propiedades para un comportamiento óptimo de la pieza estructural completa.
Para la piel del fuselaje, se consideran que son muy importantes las propiedades de tolerancia de daños bajo carga a tracción, esto es, una combinación de la velocidad de crecimiento de grietas a fatiga ("FCGR"), la tenacidad a la fractura bajo tensiones planas y la corrosión. Sobre la base de estos requerimientos de propiedades, para manufacturas de la aviación civil, la elección preferida sería la aleación AAx24-T351 (véase, por ejemplo, patente U.S. nº. 5.213.639 o solicitud EP-1026270-A1), que tolera daños, o la aleación AA6xxx-T6 que contiene Cu (véase, por ejemplo, patente U.S. nº. 4.589.932 y nº. 5.888.639 y documentos US-2002/0039664-A1 o EP-1143027-A1).
Para la piel del intradós del ala se desea un conjunto de propiedades similar, pero se permite sacrificar algo de la tenacidad a favor de una resistencia a tracción más alta. Por esta razón, se considera que las elecciones lógicas son AA2x24 (véase, por ejemplo, patentes U.S. nº. 5.865.914, U.S. nº. 5.593.516 o solicitud EP-1114877-A1) en el estado de maduración T39 o T8x, aunque también se aplica la aleación AA7x75 en el mismo estado de maduración.
El extradós del ala, en el que es más importante la carga a compresión que la carga a tracción, la resistencia a compresión, la fatiga (fatiga SN o tiempo de vida) y la tenacidad de fractura son las propiedades más importantes. Actualmente, la elección preferida sería las aleaciones AA7150, AA7055, AA7449 o AA7x75 (véase, por ejemplo, patentes U.S. nº. 5.221.377, nº. 5.865.911, nº. 5.560.789 o 5.312.498). Esta aleaciones tienen un alto límite elástico a compresión con una resistencia a la corrosión y una tenacidad de fractura de momento aceptables, aunque los diseñadores de aviones recibirían con agrado mejoras en estas combinaciones de propiedades.
Para partes de gran espesor, de un espesor de más de 7,5 cm, o piezas mecanizadas a partir de estos espesores, es importante un conjunto de propiedades en lo largo del espesor. Actualmente, para este tipo de aplicaciones se usan las aleaciones AA7050, o AA7010 o AA7040 (véase patente U.S. nº. 6.027.582) o C80A (véase solicitud US-2002/150498-A1). Una sensibilidad al temple reducida, esto es, un deterioro reducido de propiedades a lo largo del espesor con una velocidad de temple más baja o productos más gruesos, es un deseo importante de los fabricantes de aviones. Especialmente, las propiedades en las dirección del espesor ST es una preocupación importante de los proyectistas de fabricantes de piezas estructurales.
Se puede lograr un mejor comportamiento del avión, esto es, un coste de fabricación y un coste de mantenimiento reducidos, mejorando el conjunto de propiedades de las aleaciones de aluminio usadas en las partes estructurales y, preferiblemente, usando un solo tipo de aleación para reducir el coste de la aleación y reducir costes en el reciclado de la chatarra de aluminio y los desechos.
Consecuentemente, se cree que hay demanda de una aleación de aluminio capaz de lograr un apropiado conjunto mejorado de propiedades en cualquier forma de producto relevante.
Sumario de la invención
La presente invención está dirigida a una aleación de aluminio de la serie AAxxx que tiene la capacidad de lograr en cualquier producto relevante un conjunto de propiedades apropiado que es mejor que el conjunto de propiedades de la variedad de aleaciones comerciales de aluminio (AA2xxx, AA6xxx, AA7xxx) usadas hoy en día para esos productos.
Una composición preferida de la aleación de la presente invención comprende, o consiste esencialmente en (% en peso): aproximadamente de 6,5 a 9,5% de zinc (Zn), aproximadamente de 1,2 a 2,2% de magnesio (Mg), aproximadamente de 1,0 a 1,9% de cobre (Cu), aproximadamente de 0 a 0,5% de zirconio (Zr), aproximadamente de 0 a 0,7% de escandio (Sc), aproximadamente de 0 a 0,4% de cromo (Cr), aproximadamente de 0 a 0,3% de hafnio (Hf), aproximadamente de 0 a 0,4& de titanio (Ti), de aproximadamente 0 a 0,8% de manganeso (Mn), siendo el resto aluminio (Al) u otros elementos incidentales. Preferiblemente, (0,9 Mg-0,6) ≤ Cu ≤ (0, 9 Mg+0, 05).
Una composición más preferida de la aleación de acuerdo con la invención consiste esencialmente, en % en peso, de aproximadamente 6,5 a 7,9% de Zn, de aproximadamente 1,4 a 2,10% de Mg, aproximadamente de 1,2 a 1,80% de Cu, y en la que, preferiblemente, (0,9 Mg-0,5) ≤ Cu ≤ 0,9 Mg, aproximadamente de 0 a 0,5% de Zr, aproximadamente de 0 a 0,7% de Sc, aproximadamente de 0 a 0,4% de Cr, aproximadamente de 0 a 0,3% de Hf, aproximadamente de 0 a 0,4% de Ti, aproximadamente de 0 a 0,8% de Mn, siendo el resto Al u otros elementos incidentales.
Una composición más preferida de la aleación de acuerdo con la invención consiste esencialmente en, en porcentaje en peso, de aproximadamente 6,5 a 7,9% de Zn, aproximadamente de 1,4 a 1,95% de Mg, aproximadamente de 1,2 a 1,75% en peso de Cu y, preferiblemente, en la que (0,9 Mg-0,5) ≤ Cu ≤ (0,9 Mg-0,1), aproximadamente de 0 a 0,5% de Zr, aproximadamente de 0 a 0,7% de Sc, aproximadamente de 0 a 0,4% de Cr, aproximadamente de 0 a 0,3% de Hf, aproximadamente de 0 a 0,4% de Ti, aproximadamente de 0 a 0,8% de Mn, siendo el resto Al y otros elementos incidentales.
En una realización más preferida, el límite inferior del contenido de Zn es 6,7% y, más preferiblemente, 6,9%.
En una realización más preferida, el límite inferior del contenido de Mg es 1,90% y, más preferiblemente, 1,92%. Se prefiere en particular el límite inferior del contenido de Mg cuando el producto de la aleación se usa para un producto...
Reivindicaciones:
1. Un producto de aleación de aluminio con una resistencia y una tenacidad de fractura altas y una buena resistencia a la corrosión, aleación que esencialmente comprende, en % en peso:
opcionalmente uno o más elementos entre
y otras impurezas o elementos incidentales, cada uno <0,05, total <0,15, siendo el resto aluminio.
2. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en el que [(0,9xMg)-0,6] ≤ Cu ≤ [(0, 9xMg) +0, 05].
3. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en el que [(0,9xMg)-0,5] < Cu < [0, 9xMg].
4. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en el que [(0,9xMg)-0,5] ≤ Cu ≤ [(0, 9xMg) -0, 1].
5. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que
6. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 5, en el que
7. Un producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el límite inferior del contenido de Zn es 6,7% y, preferiblemente, 6,9%.
8. Un producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de Zr está en un intervalo de hasta 0,3%, preferiblemente en un intervalo de hasta 0,15%.
9. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el contenido de Zr está en un intervalo de 0,04 a 0,15% y, preferiblemente, de 0,04 a 0,11%.
10. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de Cr está en un intervalo de hasta 0,3%, preferiblemente en un intervalo de hasta 0,15%.
11. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el contenido de Cr está en un intervalo de 0,04 a 0,15%.
12. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de Mn está en un intervalo de hasta 0,02% y, preferiblemente, en un intervalo de hasta 0,01%.
13. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, en el que el contenido de Mn está en un intervalo de 0,05 hasta 0,30%.
14. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de Mg es de como mínimo 1,90% y, preferiblemente, de como mínimo 1,92%.
15. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la aleación consiste esencialmente en, en porcentaje en peso:
16. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la aleación consiste esencialmente en, en porcentaje en peso:
17. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la aleación consiste esencialmente en, en porcentaje en peso:
18. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la aleación consiste esencialmente en, en porcentaje en peso:
19. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, producto que tiene una resistencia a la corrosión por exfoliación EXCO de "EB" o mejor y, preferiblemente, "EA" o mejor.
20. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, producto que está en forma de una chapa fina, una chapa, una pieza forjada o extruida.
21. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, producto que está en forma de una chapa fina, una chapa, una pieza forjada o extruida como parte estructural de un avión.
22. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, producto que es chapa fina para fuselaje, chapa para extradós de ala, chapa para intradós de ala, chapa gruesa para piezas mecanizadas, piezas forjadas o chapa fina para rigidizadores.
23. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, producto que tiene un espesor en el intervalo de 1,8 mm a 7,6 mm en el punto más grueso de la sección transversal.
24. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 22, producto que tiene un espesor de menos de 3,8 mm y, preferiblemente, tiene un espesor de menos de 2,5 mm.
25. Producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 22, producto que tiene un espesor de más de 6,3 mm y,, preferiblemente, tiene un espesor en el intervalo de 6,3 a 27,9 mm.
26. Un componente estructural de aleación de aluminio para un avión comercial a reacción, componente estructural hecho de un producto de aleación de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.
27. Una chapa de molde hecha de un producto da chapa gruesa de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 25.
28. Método para producir un producto de aleación de aluminio de alta resistencia, alta tenacidad, de la serie AAxxx, que tiene una buena resistencia a la corrosión, que comprende las etapas de proceso:
(a) colar un lingote que tiene una composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17;
(b) homogeneizar y/o precalentar el lingote después de colarlo;
(c) trabajar en caliente el lingote para producir un producto pretrabajado por uno o más métodos seleccionados entre el grupo consistente en laminación, extrusión y forja;
(d) opcionalmente, volver a calentar el producto pretrabajado, y, o bien,
(e) conformar en caliente el producto y/o en frío a la forma de la pieza deseada;
(f) someter la pieza conformada a un tratamiento térmico de solubilización a una temperatura y durante un tiempo suficientes para que pasen a solución sólida esencialmente todos los constituyentes solubles de la aleación;
(g) templar la pieza sometida al tratamiento térmico de solubilización por temple por proyección de agua o mediante inmersión en agua u otro medio de temple;
(h) opcionalmente, estirar o comprimir la pieza templada;
(i) madurar artificialmente la pieza templada y opcionalmente estirada o comprimida para conseguir el estado de bonificado deseado.
29. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa fina para fuselaje.
30. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa fina para fuselaje que tiene un espesor de menos de 3,8 mm.
31. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa para intradós de ala.
32. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa para extradós de ala.
33. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a producto extruido.
34. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a producto forjado.
35. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa fina que tiene un espesor en el intervalo de 1,8 mm a 7,6 mm.
36. Método de manufactura de acuerdo con la reivindicación 28, por el que el producto de aleación ha sido conformado a chapa gruesa que tiene un espesor de hasta 27,8 mm.
Patentes similares o relacionadas:
Tratamiento de productos recubiertos con aleación a base de Al/Zn, del 20 de Mayo de 2020, de Bluescope Steel Limited: Un procedimiento de tratamiento de un producto recubierto con aleación a base de Al-Zn que incluye un recubrimiento de aleación a base de Al-Zn sobre un sustrato, […]
Aleación de alta resistencia en base a aluminio y método para producir artículos a partir de la misma, del 4 de Marzo de 2020, de Obshestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu "Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr": Una aleacion en base a aluminio de alta resistencia que comprende zinc, magnesio, niquel, hierro, cobre, y circonio, y que comprende adicionalmente al menos un metal seleccionado […]
Tratamiento térmico de choque de artículos de aleación de aluminio, del 4 de Marzo de 2020, de NOVELIS, INC.: Un proceso para preparar un artículo de aleación de aluminio, que comprende: calentar al menos una parte de un artículo de aleación de aluminio […]
Material de partida para aleta de aleación de aluminio de alta resistencia para intercambiador de calor, del 19 de Febrero de 2020, de NOVELIS, INC.: Un material de partida para aleta de aleación de aluminio que comprende 0,9-1,3 % en peso de Si, 0,45-0,75 % en peso de Fe, 0,10-0,3 % en peso de Cu, 1,3-1,7 % en […]
Método para producir un objeto hecho de una aleación de aluminio endurecible, del 8 de Enero de 2020, de LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH: Un método para producir un objeto hecho de una aleación de aluminio endurecible, el método que comprende: proporcionar un producto en bruto de la aleación […]
Aleaciones de aluminio resistentes a la corrosión de alta resistencia para su uso como materia prima de aleta y métodos de fabricación de las mismas, del 8 de Enero de 2020, de NOVELIS, INC.: Aleación de aluminio que comprende 0,7 - 3,0 % en peso de Zn, 0,15 - 0,35 % en peso de Si, 0,25 - 0,65 % en peso de Fe, 0,05 - 0,20 % en peso de Cu, 0,75 - 1,50 % en peso de […]
Tiempo de envejecimiento reducido de aleación de la serie 7xxx, del 4 de Diciembre de 2019, de NOVELIS, INC.: Método para lograr la elongación y límite elástico deseados en una lámina de aleación de aluminio 7xxx que comprende: a) calentar rápidamente la lámina a una temperatura […]
Productos de aleación de aluminio que tienen combinaciones de propiedades mejoradas y método para su envejecimiento artificial, del 3 de Julio de 2019, de Arconic Inc: Un producto de aleación de aluminio que tiene un espesor de menos de 63,5 mm (2,5 pulgadas) que comprende una aleación que consiste en 7,9 - 8,2 % en peso de Zn, 1,75 - […]