Un método para hacer un artículo de aleación de aluminio-litio que comprende las etapas de a) obtención de una aleación de aluminio que se compone,

en porcentaje en peso, de: 2, 7 a 3% de cobre, 0, 8 a menos de 1, 3% de litio, 0, 05 a 0, 8% de manganeso, hasta 0, 25% de magnesio, 0, 04 a 0, 18% de circonio, Opcionalmente uno o más elementos del refinado del grano elegidos del grupo que se compone de hasta 0, 2% de titanio, hasta 0, 2% de boro, hasta 0, 2% de vanadio, hasta 0, 2% de hafnio, hasta 0, 5% de escandio, y hasta 0, 3% de cromo, el resto de aluminio e inevitables impurezas; b) el moldeo de la aleación de aluminio para formar un lingote c) la homogeneización del lingote a entre 940ºF y 975ºF (505ºC a 534ºC); d) el trabajo en caliente del lingote homogeneizado hasta lograr un perfil trabajado en caliente; e) el tratamiento térmico de solubilización del perfil trabajado en caliente a entre 975° y 1000°F (524 a 538ºC); f) el temple del perfil sometido a tratamiento térmico de solubilización; y g) el trabajo en frío y el envejecimiento del perfil templado.

Método para mejorar la tenacidad en aleaciones de aluminio-litio.

Ámbito de la invención

La presente invención se refiere a une método para mejorar la tenacidad en sentido corto longitudinal en aleaciones de aluminio-litio y en un producto derivado de ellas, particularmente, a un método que regula los niveles de cobre, manganeso, litio y circonio en las aleaciones con el fin de obtener una mejor tenacidad.

Situación de la técnica

Es bien sabido que la adición de litio como elemento de aleación a aleaciones de aluminio resulta en la obtención de propiedades mecánicas ventajosas.

Las aleaciones de aluminio-litio presentan mejoras en rigidez y resistencia, y al mismo tiempo una disminución de densidad. Por consiguiente, estos tipos de aleaciones son de utilidad como materiales estructurales en aplicaciones de aviación y aeroespaciales. Entre las aleaciones de aluminio-litio conocidas se cuentan AA2097 y AA2197. Las composiciones químicas de estas aleaciones se presentan en la Tabla 1 más abajo.

Las aleaciones de aluminio-litio presentan problemas, particularmente en chapas gruesas de aproximadamente 3 pulgadas (76,2 mm) o más, en términos de tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L).

Los valores de la resistencia en este sentido tienden a ser significativamente más bajos que los valores de la resistencia en otros sentidos tales como el sentido longitudinal (L-T) o el sentido largo transversal (T-L).

Dado los inconvenientes de las aleaciones de aluminio-litio con respecto a la tenacidad, se sintió la necesidad de proporcionar un método para mejorar la tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L) para estos tipos de aleaciones. En respuesta a dicha necesidad, la presente invención proporciona un método y un producto de ella que aumenta de manera significativa la tenacidad en las aleaciones de aluminio-litio en sentido corto longitudinal (S-L), haciéndolas así más adecuadas a un rango más amplio de aplicaciones comerciales.

Resumen de la invención

Un primer objeto de la invención es mejorar la tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L) en las aleaciones de aluminio-litio.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método para hacer una aleación de aluminio-litio con una mejor tenacidad en sentido corto longitudinal.

Aún otro objeto de la presente invención es utilizar una aleación de aluminio-litio con cantidades reguladas de cobre, litio, manganeso, zinc y circonio para mejorar la tenacidad.

Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un producto de aleación de aluminio-litio con mejor tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L) y con una resistencia en sentido corto transversal aceptable.

Otros objetos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a medida que se desarrolle su descripción.

De conformidad con los objetos y ventajas precedentes, la presente invención proporciona un método para mejorar la tenacidad en sentido longitudinal corto (S-L) en un artículo de aleación de aluminio-litio que comprende las etapas donde se proporciona una aleación de aluminio que se compone principalmente, en porcentaje en peso, (todos los siguientes niveles de aleación se dan en porcentaje en peso salvo que se indique lo contrario: de 2,7 a 3,0% de cobre, 0,8% a menos de 1,3% de litio, 0,05 a 0,8% de manganeso, 0,04% a 0,18% de circonio, y el resto de aluminio e inevitables impurezas. La aleación de aluminio también puede contener por lo menos un elemento del refinado del grano, tal como boro, titanio, vanadio, manganeso, hafnio, escandio y cromo. Preferentemente, la aleación de aluminio tiene sólo niveles de impureza de zinc, de manera que está principalmente libre de zinc, por ejemplo menos de 0,05 en porcentaje en peso de zinc, más preferentemente menos o igual a 0,02%.

El contenido de litio está preferentemente mantenido entre aproximadamente 1,2 y 1,28 en porcentaje en peso para proporcionar un producto de baja densidad con una buena tenacidad en sentido corto longitudinal. El manganeso se encuentra preferentemente entre 0,3 y 0,32 en porcentaje en peso, siendo el circonio de aproximadamente 0,10 en porcentaje en peso. Sería preferente que, a parte de las cantidades de litio y de cobre, las cantidades de los elementos de aleación pudiesen encontrarse en los intervalos descritos en el párrafo anterior.

En una modificación de la composición descrita en el párrafo anterior, el contenido de litio se sitúa entre aproximadamente el 0,8% y menos del 1,2 y el contenido de cobre se encuentra entre aproximadamente el 2,8 y el 3%. Esta composición debería proporcionar propiedades combinadas de tenacidad y de resistencia aún superiores, con una densidad ligeramente superior. En este intervalo de composición, precipitarían partículas precipitadas theta (Al₂Cu) adicionales además de las partículas precipitadas T1 (Al₂CuLi) en el contorno de los granos. Esto aumentaría las propiedades combinadas de resistencia y de tenacidad en sentido corto longitudinal.

Si se desea, se puede añadir manganeso en una cantidad que no exceda 0,25 en porcentaje en peso. Pequeñas cantidades de manganeso pueden ser ventajosas en términos de resistencia y de disminución de densidad. En cambio, cantidades excesivas pueden crear una susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión y ya no proporcionar ventajas en términos de resistencia y de disminución de densidad.

La aleación de aluminio se moldea para formar un lingote y se homogeniza durante un periodo determinado de tiempo. Luego el lingote homogeneizado se trabaja en caliente hasta lograr una forma tal como de chapa y se somete a un tratamiento térmico de solubilización por un periodo determinado de tiempo. Luego el perfil sometido a tratamiento térmico de solubilización se templa, preferentemente en agua, se trabaja en frío, preferentemente por estirado, y se envejece por un periodo determinado de tiempo. Con este tratamiento, el perfil trabajado en frío (estirado) y envejecido presenta resistencias equivalentes, pero resistencias a la fractura en sentido corto longitudinal (S-L) mayores que las aleaciones de aluminio similares con contenidos de litio mayores que 1,38.

Las temperaturas de homogeneización y de tratamiento térmico de solubilización se sitúan entre aproximadamente 940°F (505°C) y 975°F (524°C), y las temperaturas de tratamiento térmico de solubilización se situarán entre aproximadamente 975°F (524°C) y 1000°F (538°C). La temperatura preferida a menudo depende de la composición específica de aleación particular como lo entenderá un experto en la materia. Los tiempos de homogeneización pueden ser aproximadamente de 8 a 48 horas, preferentemente aproximadamente de 24 a aproximadamente 36 horas. Los tiempos de tratamiento térmico de solubilización pueden situarse entre aproximadamente 1 a 10 horas, preferentemente aproximadamente de 1 hora a 6 horas, más preferentemente aproximadamente 2 horas, una vez que el metal alcanza la temperatura deseada. La chapa puede ser envejecida artificialmente sin ningún tratamiento en frío. Sin embargo, se prefiere someterla a entre aproximadamente 4 y 8 tratamientos en frío, preferentemente por estirado. La chapa es preferentemente y artificialmente envejecida a entre aproximadamente 300 y 350°F (149 a 177°C) por entre aproximadamente 4 y aproximadamente 48 horas, preferentemente entre aproximadamente 12 y aproximadamente 36 horas, siendo el tiempo de envejecimiento función de la temperatura de envejecimiento.

Utilizando el tratamiento de la invención, se obtiene un artículo de aleación de aluminio-litio con una tenacidad ampliamente mejorada en sentido corto longitudinal (S-L). El valor de la tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L) es por lo menos aproximadamente 689 del valor de la tenacidad en sentido largo transversal (T-L). Al mismo tiempo que presentan una mejor tenacidad en sentido longitudinal corto (S-L), los artículos de aleación de aluminio-litio de la invención presentan un límite de resistencia a la tracción que sobrepasa aproximadamente 54 KSI.

Breve descripción de los dibujos

En adelante se hace referencia a los dibujos de la presente invención:

la figura 1 compara la invención con la técnica anterior en términos de límite de resistencia a la tracción en sentido transversal corto y de tenacidad en sentido corto longitudinal (S-L);

1. Un método para hacer un artículo de aleación de aluminio-litio que comprende las etapas de:

a) obtención de una aleación de aluminio que se compone, en porcentaje en peso, de:

Opcionalmente uno o más elementos del refinado del grano elegidos del grupo que se compone de hasta 0,2% de titanio, hasta 0,2% de boro, hasta 0,2% de vanadio, hasta 0,2% de hafnio, hasta 0,5% de escandio, y hasta 0,3% de cromo, el resto de aluminio e inevitables impurezas;

b) el moldeo de la aleación de aluminio para formar un lingote

c) la homogeneización del lingote a entre 940ºF y 975ºF (505ºC a 534ºC);

d) el trabajo en caliente del lingote homogeneizado hasta lograr un perfil trabajado en caliente;

e) el tratamiento térmico de solubilización del perfil trabajado en caliente a entre 975° y 1000°F (524 a 538ºC);

f) el temple del perfil sometido a tratamiento térmico de solubilización; y

g) el trabajo en frío y el envejecimiento del perfil templado.

2. Un método según la reivindicación 1 caracterizado porque el perfil se estira entre 4 y 8% y luego se envejece entre 150 y 400ºF (66 a 204ºC), y preferentemente entre aproximadamente 300 y 350ºF (149 a 177ºC).

3. Un método según las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado porque el contenido de litio es menor que 1,2 en porcentaje en peso.

4. Un método según la reivindicación 1 caracterizado porque el contenido de litio se sitúa entre 1,2 y 1,28%.

5. Un método según la reivindicación 1 caracterizado porque el contenido de litio es menor que 1,2 en porcentaje en peso y el contenido de cobre es mayor que 2,8 en porcentaje en peso.

6. Un método según la reivindicación 4 caracterizado porque el circonio se sitúa entre 0,04 y 0,16%.

7. Un método según las reivindicaciones de 1 a 6 caracterizado porque la aleación de aluminio está principalmente libre de zinc.

8. Un método según las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque dicho articulo de aluminio-litio es una chapa gruesa.

9. Un método según la reivindicación 1 caracterizado porque la tenacidad de la chapa en sentido corto longitudinal (S-L) es por lo menos aproximadamente 68,5% de la tenacidad de la chapa en sentido largo transversal (T-L).