Plancha con un grosor superior a 6 mm de aleación de Al-Zn-Cu-Mg,

que posee entre un 0, 05 y un 0, 09 % en peso de Zr, y que presenta un porcentaje de recristalización superior al 35 % a un cuarto del espesor, siendo dicha plancha de aleación AA7040.

Plancha gruesa de aleación Al-Zn-Cu-Mg recristalizada con bado contenido de Zr.

Campo de la invención

La presente invención hace referencia a las planchas de aleaciones de aluminio de tipo Al-Zn-Cu-Mg, destinadas a la fabricación de elementos estructurales utilizados en la industria aeronáutica o espacial.

Estado de la técnica

En las últimas décadas, se ha invertido un gran esfuerzo en mejorar las propiedades de las aleaciones de la serie 7xxx y, más concretamente, su relación resistencia/tenacidad. A título de ejemplo, la patente EP 0 876 514 B1 describe un producto grueso de aleación de Al-Zn-Cu-Mg con una fracción en volumen de granos recristalizados inferior al 35 % entre un cuatro del espesor y el semiespesor. A pesar de todo, están aún por determinar las relaciones que existen entre la microestructura y su resistencia a la propagación de las fisuras por fatiga (RPFF) .

La presente invención aborda el problema de saber cómo mejorar la resistencia a la propagación de las fisuras por fatiga en una plancha gruesa de aleación de Al-Zn-Cu-Mg.

Objeto de la invención

Un primer objeto de la presente invención es una plancha gruesa de aleación de Al-Zn-Cu-Mg, que posee entre un 0, 05 y un 0, 09 % en peso de Zr, y que presenta un porcentaje de recristalización superior al 35 % a un cuarto del espesor.

Un segundo objeto es un procedimiento de fabricación de una plancha gruesa de aleación de Al-Zn-Cu-Mg, que posee entre un 0, 05 y un 0, 09 % en peso de Zr, y que comporta el laminado en caliente de una pieza bruta de dicha plancha a una temperatura inferior a 420 °C. Este procedimiento permite obtener una plancha con un porcentaje de recristalización superior al 35 % a un cuarto del espesor.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos ilustran una forma de realización actualmente preferida de la invención y, junto con la descripción general que se facilita más arriba y la descripción detallada de la forma de realización preferida que se facilita más abajo, sirven para explicar los principios de la invención.

Los dibujos 1 a 7 hacen referencia a determinados aspectos de la invención tal como se describe en la presente. Son únicamente ilustrativos y no limitativos.

El dibujo 1 muestra las dimensiones de las muestras para el ensayo de RPFF según una forma de realización de la presente invención.

El dibujo 2 muestra los resultados de los ensayos de propagación de las fisuras por fatiga (PFF) en una plancha de referencia (n° 856385) según una forma de realización de la presente invención.

El dibujo 3 es una vista al microscopio electrónico de barrido (MEB) de las superficies de fractura de un material de referencia.

El dibujo 4 muestra los resultados de los ensayos de PFF en una plancha laminada con una temperatura de salida más baja.

El dibujo 5 muestra los resultados de los ensayos de PFF en una plancha con un contenido de Zr más bajo.

El dibujo 6 muestra una comparación del trayecto de la fisura cerca del umbral para los materiales de referencia (a) y con bajo contenido de Zr (b) según una forma de realización.

El dibujo 7 representa esquemáticamente las diferencias de RPFF entre los materiales de referencia y con bajo contenido de Zr según una forma de realización.

Terminología

A menos que se indique lo contrario, todas las indicaciones relativas a la composición química de las aleaciones se expresan en tantos por ciento en masa. La denominación de las aleaciones se basa en las reglas de The Aluminum Association, conocidas por los expertos en la materia. Los estados metalúrgicos se definen en la norma europea EN

515. La composición química de las aleaciones de aluminio normalizadas se define, por ejemplo, en la norma EN 573-3. A menos que se indique lo contrario, las características mecánicas estáticas, es decir, la resistencia a la rotura Rm, el límite de elasticidad Rp0, 2, y el alargamiento de rotura A, vienen determinados por un ensayo de tracción según la norma EN 10002-1, estando definidos el lugar y el sentido de la toma de las muestras de ensayo en la norma EN 485-1. La resistencia a la fatiga se determina mediante un ensayo según la norma ASTM E 466, y la velocidad de propagación de las fisuras por fatiga (ensayo denominado da/dn) según la norma ASTM E 647.

La curva R viene determinada por la norma ASTM 561. A partir de la curva R, se calcula el factor de intensidad de tensión crítica KC, es decir el factor de intensidad que provoca la inestabilidad de la fisura. Se calcula también el factor de intensidad de tensión KC0 asignando a la carga crítica la longitud inicial de la fisura, al comienzo de la carga monótona. Se calculan estos dos valores para una muestra con la forma deseada. Kapp designa el KC0 correspondiente a la muestra que haya servido para realizar la prueba de la curva R.

A menos que se indique lo contrario, las definiciones de la norma europea EN 12258-1 serán de aplicación. Esta norma define, en particular, una plancha gruesa (o plancha pesada) como una plancha con un grosor superior a 6 mm. Aquí, E designa el grosor de las planchas.

En la presente, se denominará "elemento de estructura" o "elemento estructural" de una construcción mecánica a una pieza mecánica cuyo fallo puede poner en peligro la seguridad de dicha construcción, de sus usuarios o de otras personas. En el caso de un avión, estos elementos de estructura abarcan, en particular, los elementos que componen el fuselaje, como son la piel, los rigidizadores o larguerillos, los mamparos, las cuadernas circulares, elementos de las alas (como el forro, los larguerillo y otros elementos rigidizadores, las costillas y los largueros) y el empenaje, compuesto principalmente por los estabilizadores horizontales y verticales, así como los largueros del suelo, los rieles para los asientos y las escotillas.

Descripción detallada

La presente invención puede aplicarse a las aleaciones de Al-Zn-Cu-Mg, es decir, a las aleaciones de aluminio que contienen los elementos de aleación Zn, Cu y Mg, y en particular, a las aleaciones de Al-Zn-Cu-Mg de la serie 7xxx, y preferiblemente a las aleaciones que contienen (en % en peso) :

del 5, 8 a 6, 8 % de Zn del 1, 5 al 2, 5 % de Cu del 1, 5 al 2, 5 % de Mg del 0, 05 al 0, 09 % de Zr

siendo el resto aluminio e impurezas menores, con, preferiblemente, una concentración residual en hierro inferior al 0, 09 %, y una concentración residual de silicio inferior al 0, 07 %. Otra aleación a la que puede aplicarse ventajosamente la presente invención es la aleación AA7040.

En una forma de realización preferida, el contenido de Zr está comprendido entre el 0, 05 y el 0, 07 %.

Dicha aleación puede fundirse en forma de placa de laminado, para luego transformarla, mediante procedimientos conocidos, en planchas gruesas. Estos procedimientos siempre implican al menos una etapa de laminado en caliente.

La plancha según la invención es una plancha pesada (plancha gruesa) , puesto que los efectos técnicos de la invención sólo serían perceptibles en una plancha que no está completamente recristalizada, mientras que una plancha fina tiene riesgo de estarlo. Ventajosamente, su grosor es de al menos 15 mm y, preferiblemente, de al menos 20 mm; su grosor puede alcanzar o superar los 100 mm. La plancha según la invención presenta un porcentaje de recristalización a un cuarto del espesor (E/4) superior al 35 % y, preferiblemente, superior al 50 %, pero no tiene que estar totalmente recristalizada. En este sentido, se prefiere que el porcentaje de recristalización a E/4 no supere el 90 %. La velocidad de propagación de las fisuras por fatiga en una plancha según la invención es inferior a 10-4 mm/ciclo a LK = 10 MPa>m para un ensayo efectuado a R = 0, 1 en el sentido L-T en el lugar E/4.

Una plancha según la invención hecha de una aleación según una de las formas de realización preferidas (es decir, de aleación AA7040 o con un contenido del 5, 8 al 6, 8 % de Zn, del 1, 5 al 2, 5 % de Cu, del 1, 5 al 2, 5 % de Mg y del 0, 05 al 0, 09 % de Zr) tiene una tenacidad KIC (L-T) > 30 MPa>m y, preferiblemente, además, una tenacidad KIC (T-L) > 25 MPa>m, y más preferiblemente, además de estos dos valores precedentes, una tenacidad KIC (S-T) > 25 MPa>m.

La... [Seguir leyendo]

1. Plancha con un grosor superior a 6 mm de aleación de Al-Zn-Cu-Mg, que posee entre un 0, 05 y un 0, 09 % en peso de Zr, y que presenta un porcentaje de recristalización superior al 35 % a un cuarto del espesor, siendo dicha plancha de aleación AA7040.

2. Plancha según la reivindicación 1 donde el Zr está presente en una cantidad comprendida entre el 0, 05 y el 0, 07 % en peso.

3. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 que presenta un porcentaje de recristalización superior al 50 % a un cuarto del espesor.

4. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde la velocidad de propagación de las fisuras por fatiga es inferior a 10"4 mm/ciclo a LK = 10 MPa>m para un ensayo efectuado con R = 0, 1 en el sentido L-T y en el emplazamiento E/4.

5. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza por ser KIC (L-T) > 30 MPa>m.

6. Plancha según la reivindicación 5 que se caracteriza por ser KIC (T-L) > 25 MPa>m y, preferiblemente, por ser KIC (S-L) > 25 MPa>m.

7. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que se caracteriza por tener un grosor de, al menos, 15 mm.

8. Procedimiento de fabricación de una plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende el laminado en caliente de una pieza bruta de dicha plancha a una temperatura inferior a 420 °C.

9. Procedimiento según la reivindicación 8 según el cual la plancha se somete a un revenido de tipo T7651.

10. Uso de una plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 o una plancha creada con el procedimiento de la reivindicación 8 o 9 para la fabricación de elementos estructurales para la construcción aeronáutica.

igual

da/dN (m/ciclo) da/dN (m/ciclo)

referencia referencia referencia referencia

referencia referencia referencia referencia

efectivo efectivo

efectivo efectivo

FIGURA 3 Dirección de propagación de fisura

referencia

Bajo Zr