ALEACIÓN DE Al-Zn DE ALTA RESISTENCIA Y MÉTODO PARA PRODUCIR TAL PRODUCTO DE ALEACIÓN.

La presente invención describe un método para producir una aleación Al-Zn forjada de alta resistencia con una combinación mejorada de resistencia a la corrosión y tenacidad,

comprendiendo dicha aleación esencialmente (en porcentaje en peso): Zn: 6,0 - 9,5, Cu: 1,3 - 2,4, Mg: 1,5 - 2,6, Mn y Zr< 0,2, pero preferiblemente en un intervalo entre 0,05 y 0,15 para mayores contenidos en Zn, Cr< 0,10, Fe< 0,25, Si< 0,25, Ti< 0,10, Hf y/o V< 0,25, opcionalmente Ce y/o Sc< 0,20, otros elementos, cada uno en menos de 0,05 y, en total, en menos de 0,50, resto aluminio, en el que (en porcentaje en peso): 0,1[Cu]+1,3

Método para producir una aleación Al-Zn de alta resistencia La presente invención se refiere a un método para producir una aleación Al-Zn de alta resistencia forjada con una combinación mejorada de resistencia a la corrosión y tenacidad. Se describe también una aleación Al-Zn de alta resistencia forjada con una combinación mejorada de resistencia a la corrosión y tenacidad producida de acuerdo con el método de la invención y un producto de chapa de tal aleación, opcionalmente producido de acuerdo con dicho método. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método para producir una aleación Al-Zn de alta resistencia forjada de la serie designada 7000 según de la nomenclatura de la Aluminum Association para aplicaciones estructurales aeronáuticas. Aún más específicamente, se describe una nueva ventana de la química para una aleación Al-Zn que tiene combinaciones mejoradas de resistencia mecánica, tenacidad y resistencia a la corrosión, que no necesita tratamientos específicos de maduración o bonificado.

Se conoce en la técnica el uso de aleaciones de aluminio tratables térmicamente en varias aplicaciones que implican una resistencia mecánica relativamente alta, alta tenacidad y alta resistencia a la corrosión, tales como fuselajes de aviones, miembros de vehículos y otras aplicaciones. Las aleaciones de aluminio AA7050 y AA7150 presentan alta resistencia para los estados de bonificado del tipo T6; véase, por ejemplo, patente U.S. nº. 6.315.842. También productos de las aleaciones AA7x75, y AA7x55 endurecidas por precipitación presentan valores altos de la resistencia en el estado bonificado T6. Se conoce que el estado bonificado T6 intensifica la resistencia de la aleación, respecto a lo cual los productos de las antes mencionadas aleaciones AA7x50, AA7x75 y AA7x55, que contienen altas cantidades de zinc, cobre y magnesio, son conocidos por su alta relación de resistencia a peso y que, por tanto, encuentran aplicación particularmente en la industria aeronáutica. Sin embargo, estas aplicaciones originan una exposición a una amplia variedad de condiciones climáticas que exigen un control cuidadoso de las condiciones de conformación y bonificado para obtener una resistencia mecánica y una resistencia a la corrosión adecuadas, incluida la corrosión bajo tensiones y la exfoliación.

Con el fin de aumentar la resistencia frente a la corrosión bajo tensiones y la exfoliación, así como la tenacidad de fractura, es conocido sobremadurar artificialmente estas aleaciones de la serie AA7000. Cuando la sobremaduración artificial conduce a los estados de bonificado T79, T76, T74 o T73, su resistencia a la corrosión bajo tensiones, la corrosión con exfoliación y la tenacidad de fractura mejoran en el orden establecido (siendo T73 el mejor estado, y T79 próximo a T6) pero a costa de la resistencia mecánica, en comparación con el estado de bonificado T6. Un estado de bonificado aceptable es el tipo de bonificado T74, que es un estado con sobremaduración limitada, entre T73 y T76, con el fin de obtener un nivel aceptable de resistencia a tracción, resistencia a la corrosión bajo tensiones, resistencia a la corrosión con exfoliación y tenacidad de fractura. Este estado bonificado T6 se realiza sobremadurando el producto de aleación de aluminio a las temperaturas de 121ºC durante un tiempo de 6 a 24 horas y de 171ºC durante aproximadamente 14 horas.

Dependiendo de los criterios de diseño para un componente particular de aviones, incluso pequeñas mejoras en la resistencia mecánica, la tenacidad o la resistencia a la corrosión dan por resultado ahorros de peso, lo que repercute en mejoras económicas a lo largo de la vida en servicio del avión. Para satisfacer estas demandas se han desarrollado otras aleaciones del tipo de la serie 7000.

La patente EP-0377779 describe un método mejorado para producir una aleación 7055 para aplicaciones de chapa fina o chapa en el campo aeroespacial, tales como miembros del extradós del ala, con una tenacidad alta y buenas propiedades frente a la corrosión, que comprende las etapas de trabajar un cuerpo que tiene una composición que consiste en, en % en peso:

Zn 7, 6-8, 4

Cu 2, 2-2, 6

Mg 1, 8-2, 1,

uno o más elementos seleccionados entre Zr 0, 5-0, 2

Mn 0, 05-0, 4

V 0, 03-0, 2

Hf 0, 03-0, 5

no excediendo la totalidad de estos elementos de 0, 6% en peso, siendo el resto hasta el total aluminio más impurezas incidentales; someter a tratamiento térmico de solubilización este producto y templarlo, y madurar artificialmente el producto calentándolo tres veces en una pasada a una o varias temperaturas de 79ºC a 163ºC, o calentando tal producto primeramente a una o varias temperaturas entre 79ºC y 141ºC durante dos horas o más, o calentando el producto a una o varias temperaturas de 148ºC a 174ºC. Estos productos presentan una resistencia a la corrosión con exfoliación mejorada, de “EB” o mejor, con un límite elástico aproximadamente 15% más alto que el de piezas de comparación de AAx50 de tamaño similar en el estado bonificado T76. Tienen, además, como mínimo una resistencia aproximadamente 5% mayor que la muestra de comparación de 7x50-T77 de tamaño similar (AA7150-T77 se usará aquí en lo que sigue como aleación de referencia) .

La patente U.S. nº.5.312.498 describe otro método para producir un producto de aleación de base aluminio que tiene una resistencia a la exfoliación y una tenacidad de fractura mejoradas, que tiene niveles de zinc, cobre y magnesio tales que no haya exceso de cobre y magnesio. El método para producir el producto de aleación de base aluminio utiliza un método de maduración en una o dos etapas junto con un ajuste estequiométrico de cobre, magnesio y zinc. Se ha descrito una secuencia de maduración en dos etapas en la que la aleación se madura primeramente a aproximadamente 121ºC durante aproximadamente 9 horas, a lo que sigue una segunda tapa de maduración a aproximadamente 157ºC durante un tiempo de aproximadamente 10 a 16 horas, efectuándose seguidamente un enfriamiento al aire. Este método de maduración está dirigido a productos de chapa fina que se usan para aplicaciones tales como piel del intradós del ala o piel del fuselaje.

La patente U.S. nº. 4.954.188 describe un método para obtener una aleación de aluminio de alta resistencia mecánica caracterizada por una resistencia a la exfoliación mejorada usando una aleación que consiste en los siguientes elementos de aleación, en % en peso:

Zn 5, 9-8, 2

Cu 1, 5-3, 0

Mg 1, 5-4, 0

Cr <0, 04,

con un contenido en otros elementos tales como zirconio, manganeso, hierro, silicio y titanio, en total, menor que 0, 5, siendo el resto aluminio; la aleación se trabaja obteniéndose un producto de una forma predeterminada, el producto conformado se somete a tratamiento de solubilización, se templa y se somete a un tratamiento de maduración a una temperatura en el intervalo de 132ºC a 140ºC durante un tiempo de 6 a 30 horas. En esta aleación, las propiedades deseadas de alta resistencia mecánica, alta tenacidad y alta resistencia a la corrosión se alcanzaron rebajando la temperatura de maduración, no elevando esta temperatura como se ha indicado previamente en, por ejemplo, las patentes U.S. nº. 3.881.966 o U.S. nº. 3.794.531.

Se ha dado cuenta de que las aleaciones endurecidas por precipitación AA7050 conocidas y otras de la serie AA7000, en el estado bonificado T6, no tienen suficiente resistencia a la corrosión en ciertas condiciones. Pero los estados bonificados del tipo T7 que mejoran la resistencia de las aleaciones al agrietamiento por corrosión bajo tensiones, disminuyen significativamente la resistencia mecánica respecto al estado T6.

Por ello, la patente U.S. nº. 5.221.377 describe un producto de aleación que esencialmente consiste en aproximadamente de 7, 6 a 8, 4% en peso de Zn, aproximadamente de 1, 8 a 2, 2% en peso de Mg y aproximadamente de 2, 0 a 2, 6% en peso de Cu. Tal producto de aleación tiene un límite elástico que es aproximadamente 10% mayor que el de la muestra comparativa de la aleación 7x50-T6, con buena tenacidad y buena resistencia a la corrosión. Se señala que el límite elástico se de más de 579 MPa, con un nivel de la resistencia a la exfoliación (EXCO) de “EC” o mejor.

La patente U.S. nº. 5.496.426 describe una aleación como se describe en la patente U.S. nº. 5.221.377 y un método que incluye laminación en caliente, recocido y laminación en frío dentro de un intervalo preferido de reducción en frío de 20% a 70% que, a su vez, es seguida preferiblemente por un recocido controlado, con lo que se consiguen unas características mejores que las características... [Seguir leyendo]

1. Método para producir un producto de aleación Al-Zn forjada de alta resistencia con una combinación mejorada de resistencia a la corrosión y tenacidad, que comprende las etapas de:

(a) colar un lingote con la composición siguiente (en porcentaje en peso) : Zn 6, 0 - 9, 5 Cu 1, 3 a 2, 4 Mg 1, 5 a 2, 6 Mn < 0, 12 Zr <0, 20, preferiblemente 0, 05-0, 15 Cr <0, 10 Fe <0, 25 Si <0, 25 Ti <0, 10 Hf y/o V <0, 25, opcionalmente, Ce y/o Sc <0, 20, otros elementos, cada uno en menos de 0, 05, y en menos de 0, 25 en total, siendo el resto aluminio, en el

que (en porcentaje en peso) : 0, 1[Cu]+1, 3 <[Mg] <0, 2[Cu] + 2, 15,

(b) homogeneizar y/o precalentar el lingote después de la colada,

(c) trabajar el lingote en caliente y opcionalmente en frío a un producto trabajado,

(d) someterlo a tratamiento térmico en solución,

(e) templar el producto sometido al tratamiento térmico en solución.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el producto trabajado y sometido a tratamiento térmico en solución se madura artificialmente, y en el que la etapa de maduración comprende un primer tratamiento térmico a una temperatura en un intervalo de 105°C a 135°C durante un tiempo de 2 a 20 horas y un segundo tratamiento térmico a una temperatura superior a 135°C pero inferior a 210°C durante un tiempo de 4 a 12 horas.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el producto trabajado y sometido a tratamiento térmico en solución se madura artificialmente, y en el que la etapa de maduración comprende un tercer tratamiento térmico a una temperatura en un intervalo de 105°C a 135°C durante más de 20 horas y menos de 30 horas.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el producto trabajado y sometido a tratamiento térmico en solución se madura artificialmente, y en el que la etapa de maduración consiste en un primer tratamiento térmico a una temperatura en un intervalo de 105°C a 135°C durante un tiempo de 2 a 20 horas y un segundo tratamiento térmico a una temperatura superior a 135°C pero inferior a 210ºC durante un tiempo de 4 a 12 horas.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por madurar artificialmente el producto trabajado y sometido a tratamiento térmico en solución por un proceso de maduración en dos etapas a un estado bonificado T79

o T76.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que después de homogeneizar y/o precalentar el lingote después de colarlo, se trabaja el lingote en caliente y opcionalmente en frío, a un producto trabajado de un espesor en un intervalo de 15 mm a 45 mm.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Mg está en un intervalo de 0, 2[Cu] + 1, 3 < [Mg] <0, l[Cu] + 2, 15.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Mg está en un intervalo de 0, 2[Cu] + 1, 4 < [Mg] <0, l[Cu) + 1, 9.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso} de Cu está en un intervalo de 1, 5 a 2, 1.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad {en % en peso) de Cu está en un intervalo de 1, 5 a 2, 0.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Zr está en un intervalo de 0, 05 a 0, 15.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Mg y Cu es de aproximadamente 1, 93 cuando la cantidad (en % en peso) de Zn es de aproximadamente 8, 1.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Zn está en un intervalo de 6, 1 a 8, 3, preferiblemente en un intervalo de 6, 1 a 7, 0, si Mn es menor que 0, 05.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Zn está en un intervalo de 6, 1 a 8, 3, preferiblemente en un intervalo de 6, 1 a 7, 0, si Mn es menor que 0, 02.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Mn está en un intervalo de 0, 06 a 0, 12 cuando la cantidad (en % en peso) de Zn es superior a 7, 6.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Fe es inferior a 0, 12.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad (en % en peso) de Si es inferior a 0, 12.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el producto es un producto de chapa.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el producto es un producto de chapa que tiene un espesor en un intervalo de 15 a 45 mm.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un miembro de poco espesor de aviones.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un miembro estructural alargado de un avión.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un miembro de un extradós de ala de un avión.

23. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un miembro de poco espesor de la piel de un extradós de ala de un avión.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un rigidizador de un avión.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el producto trabajado es un producto de chapa, y el producto de chapa es un rigidizador de un extradós de ala un avión.