BRPI0411051B1

BRPI0411051B1 - Produto de liga de alumínio tolerante a altos danos em particular para aplicações aeroespaciais

Info

Publication number: BRPI0411051B1
Application number: BRPI0411051-0A
Authority: BR
Inventors: Hinrich Johannes Wilhelm Hargarter
Original assignee: Corus Aluminium Walzprod Gmbh
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2014-10-07
Also published as: GB2430937B; WO2004111282A1; GB0525215D0; GB2430937A; RU2477331C2; ES2293814A1; RU2005141568A; CN100503861C; GB0700869D0; AT502311B1; ES2293814B2; DE112004000995B4; CN1829812A; RU2353700C2; CA2526809C; CN101580910B; JP2006527303A; CN101580910A; US8043445B2; AT502311A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de invenção para "PRODUTO DE LIGA DE ALUMÍNIO TOLERANTE A ALTOS DANOS EM PARTICU- LAR PARA APLICAÇÕES AEROESPACIAIS".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a uma liga de alumínio, particu- larmente a uma liga do tipo Al-Cu-Mg (ou ligas de alumínio das séries 2000 conforme designado pela Aluminium Association). Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma liga de alumínio temperável com o enve- lhecimento, de alta resistência, de alta resistência à fratura, e baixa propa- gação de crescimento de fratura e a produtos daquela liga. Produtos feitos dessa liga são bastante adequados para aplicações aeroespaciais, mas não limitados a essas aplicações. A liga pode ser processada até várias formas de produtos (por exemplo, folhas, chapas finas, chapas grossas, ou produtos extrudados ou forjados). A liga de alumínio pode ser não revestida ou reves- tida ou chapeada com outra liga de alumínio de forma a melhorar ainda mais as propriedades, por exemplo resistência à corrosão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Projetistas e produtores da indústria aeroespacial estão constan- temente tentando melhorar a eficiência do combustível, a performance do produto e tentando constantemente reduzir os custos de produção e de ser- viço. A eficiência pode ser melhorada também pela redução de peso. Uma forma de se obter isto é pela melhoria das propriedades relevantes do mate- rial, de forma que a estrutura feita daquela liga possa ser projetada mais efi- cazmente ou ter uma melhor performance total. Por ter melhores proprieda- des do material, também os custos de serviço podem ser significativamente reduzidos por intervalos mais longos de inspeção do aeroplano. Chapas infe- riores das asas são tipicamente feitas da liga AA2324 na têmpera T39. Para a carcaça da fuselagem, foi tipicamente usada a liga AA2024 na têmpera T351. Isto é porque essas ligas nessas têmperas mostraram as proprieda- des necessárias do material sob carga de tensão, isto é, níveis de resistên- cia aceitáveis, alta dureza e baixa propagação de crescimento das fraturas.

Atualmente são projetados novos aeroplanos mais eficientes, levando ao desejo de propriedades melhoradas do material. A US-5.652.063 descreve uma liga da série AA2000 com uma razão Cu/Mg entre 5 e 9 e resistência de mais de 531 MPa. A liga pode ser usada tanto para a chapa inferior da asa quanto para a carcaça da fusela- gem. Esta liga é particularmente planejada para aeronaves supersônicas. A US-5.593.516 descreve uma liga da série AA2000 onde os níveis de cobre (Cu) e de magnésio (Mg) são mantidos de preferência abai- xo do limite de solubilidade. Preferivelmente, [Cu] = 5,2 - 0,91 [Mg], Na US- 5.376.192 e na US-5.512.112 originárias do mesmo pedido de patente U.S. inicial, foi descrita a adição de níveis de prata (Ag) de 0,1 -1,0% em peso. O pedido de patente US US2001/0006082 descreve uma liga da série AA2000 especialmente adequada para a asa inferior, sem a formação de elementos dispersóides como Zr, Cr ou V. É mencionado também que as vantagens são alcançadas por uma razão Cu/Mg obrigatoriamente acima de 10.

Para aeroplanos recém-projetados, há um desejo de proprieda- des ainda melhores do que as que as ligas acima descritas possuem, para projetar aeroplanos mais eficazes em custo e em problemas ambientais.

Conseqüentemente, existe a necessidade de uma liga de alumínio capaz de alcançar o equilíbrio das propriedades adequadas melhoradas na forma re- levante do produto.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objetivo da presente invenção fornecer um produto molda- do de liga de alumínio, particularmente adequado para aplicações aeroespa- ciais, dentro das ligas da série AA2000 e tendo um equilíbrio de alta resis- tência e dureza de fratura e alta resistência à fadiga e baixa taxa de cresci- mento de fratura de fadiga, que seja pelo menos comparável àquelas da AA2024-HDT. É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer um método de produção de tal produto moldado de liga de alumínio. A presente invenção é direcionada a uma liga de alumínio da série AA2000 tendo a capacidade de alcançar um equilíbrio de propriedades em qualquer produto relevante que seja melhor que o equilíbrio de proprie- dades da variedade de ligas comerciais de alumínio da série AA2000 usadas atualmente para aqueles produtos ou a liga de alumínio AA2000 descrita até aqui. O objetivo é alcançado pelo fornecimento de uma composição preferida para a liga da presente invenção que consiste essencialmente de, em peso percentual, 0,3 a 1,0% de magnésio (Mg), 4,4 a 5,5% de cobre (Cu), 0 a 0,20% de ferro (Fe), 0 a 0,20% de silício (Si), 0 a 0,40% de zinco (Zn), e Mn numa faixa de 0,15 a 0,8 como elemento formador de dispersói- des em combinação com um ou mais dos elementos formadores de disper- sóides selecionados do grupo consistindo de: (Zr, Sc, Cr, Hf, Ag, Ti, V), em faixas de 0 a 0,5% de zircônio, 0 a 0,7% de escândio, 0 a 0,4% de cromo, 0 a 0,3% de háfnio, 0 a 0,4% de titânio, 0 a 1,0% de prata, o saldo sendo alu- mínio e outros elementos incidentais, e onde há uma limitação do teor de Cu-Mg tal que: -1,1 [Mg] + 5,38 < [Cu] < 5,5.

Em uma configuração preferida as faixas de Cu e Mg são sele- cionadas de tal forma que: Cu 4,4 a 5,5 Mg 0,35 a 0,78 e onde -1,1 [Mg] + 5,38 < [Cu] < 5,5.

Em uma configuração mais preferida as faixas de Cu e Mg são selecionadas de tal forma que: Cu 4,4 a 5,35, Mg 0,45 a 0,75 e onde -0,33[Mg] + 5,15 < [Cu] < 5,35.

Em uma configuração mais preferida as faixas de Cu e Mg são selecionadas de forma que: Cu 4,4 a 5,5, e mais preferivelmente 4,4 a 5,35, Mg 0,45 a 0,75 e onde -0,9[Mg] + 5,58 < [Cu] < 5,5 e mais preferivelmente -0,90[Mg] + 5,60 < [Cu] < 5,35 Para grande surpresa foi descoberto que os elementos formado- res de dispersóides são tão críticos para o equilíbrio das propriedades como o são os próprios níveis de Cu e Mg. O Zn pode estar presente na liga desta invenção. Para obter-se propriedades otimizadas, os níveis de Mn têm que ser escolhidos muito cuidadosamente em relação ao nível de Ag. Quando a Ag está presente na liga, o nível de Mn não deve ser muito alto, preferivel- mente abaixo de 0,4% em peso. O Zr também não deve ser muito alto. Foi verificado que o Cr, que se acreditava ter um efeito negativo no equilíbrio de propriedades, na verdade tem um efeito positivo, mas então é preferível que não haja Zr presente na liga. Quando esse efeito dispersóide é levado em conta, os níveis otimizados de Cu e Mg são diferentes do que vem sendo usado até hoje. Surpreendentemente o equilíbrio de propriedades da presen- te liga não supera o das ligas existentes. O ferro pode estar presente em uma faixa de até 0,20%, e prefe- rivelmente é mantido até um máximo de 0,10%. Um nível tipicamente prefe- rido de ferro estaria na faixa de 0,03 a 0,08%. O silício pode estar presente em uma faixa de até 0,20%, e pre- ferivelmente é mantido até um máximo de 0,10%. Um nível tipicamente pre- ferido de silício seria tão baixo quanto possível, e estaria por razões práticas tipicamente numa faixa de 0,02 a 0,07%. O zinco pode estar presente na liga conforme a invenção em uma quantidade de até 0,40%. Mais preferivelmente ele está presente em uma faixa de 0,10 a 0,25%.

Elementos de impurezas e elementos incidentais podem estar presentes conforme as regras padrão da AA, a saber até 0,05% cada uma, e 0,15% no total.

Para o propósito desta invenção com os termos "substancial- mente livre" e "essencialmente livre" pretende-se significar que nenhuma adição proposital de tais elementos de ligas foi feita à composição, mas que devido às impurezas e/ou lixiviação a partir do contato com o equipamento de produção, quantidades traços de tais elementos podem, no entanto, apa- recer nos produtos finais da liga. É importante a adição de Mn na liga conforme a presente inven- ção como elemento formador de dispersóides, e deve estar numa faixa de 0,15 a 0,8%. Um máximo preferido para a adição de Mn é de menos de 0,40%. Uma faixa mais adequada para a adição de Mn está na faixa de 0,15 a <0,40%, e mais preferivelmente de 0,20 a 0,35%, e mais preferivelmente de 0,25 a 0,35%.

Se adicionado o Zr, a adição não deve ser excedida de 0,5%.

Um máximo preferido para o nível de Zr é 0,18%. E uma faixa mais adequa- da do nível de Zr está na faixa de 0,06 a 0,15%.

Em uma configuração a liga é essencialmente ou substancial- mente livre de Zr, mas nesse caso conteria Cr, e tipicamente o Cr em uma faixa de 0,05 a 0,30%, e preferivelmente numa faixa de 0,06 a 0,15%.

Se adicionada, a adição de Ag não deve exceder 1,0%, e um limite inferior preferido é 0,1%. Uma faixa preferida para a adição de Ag é de 0,20-0,8%. Uma faixa mais adequada para a adição de Ag é a faixa de 0,20 a 0,60%, e mais preferivelmente 0,25 a 0,50%, e ainda mais preferivelmente numa faixa de 0,32 a 0,48%.

Além disso, os elementos formadores de dispersóides Sc, Hf, Ti e V podem ser usados nas faixas dadas. Em uma configuração mais preferi- da o produto da liga conforme a invenção é essencialmente ou substancial- mente livre de V, por exemplo, a níveis de < 0,005% e mais preferivelmente ausente. O Ti pode também ser adicionado para se obter um efeito de refi- namento de grão durante a operação de lingotamento a níveis conhecidos na técnica.

Em uma configuração particular do produto moldado da liga con- forme esta invenção, a liga consiste essencialmente, em peso percentual, de: Mg 0,45 a 0,75, e tipicamente cerca de 0,58 Cu 4,5 a 5,35, e tipicamente cerca de 5,12 Zr 0,0 a 0,18, e tipicamente cerca de 0,14 Mn 0,15 a 0,40, e tipicamente cerca de 0,3 Ag 0,20 a 0,50, e tipicamente cerca de 0,4 Zn 0 a 0,25, e tipicamente cerca de 0,12 Si < 0,07, e tipicamente cerca de 0,04 Fe < 0,08, e tipicamente cerca de 0,06 Ti < 0,02, e tipicamente cerca de 0,01 o saldo sendo alumínio e as inevitáveis impurezas.

Em outra configuração particular do produto moldado da liga conforme esta invenção, a liga consiste essencialmente, em peso percentu- al, de: Mg 0,45 a 0,75, e tipicamente cerca de 0,62 Cu 4,5 a 5,35, e tipicamente cerca de 5,1 essencialmente livre de Zr, tipicamente menos de 0,01 Cr 0,05 a 0,28, e tipicamente cerca de 0,12 Mn 0,15 a 0,40, e tipicamente cerca de 0,3 Ag 0,20 a 0,50, e tipicamente cerca de 0,4 Zn 0 a 0,25, e tipicamente cerca de 0,2 Si < 0,07, e tipicamente cerca de 0,04 Fe < 0,08, e tipicamente cerca de 0,06 Ti < 0,02, e tipicamente cerca de 0,01 o saldo sendo alumínio e as inevitáveis impurezas.

Em outra configuração particular do produto moldado da liga conforme esta invenção, o produto é preferivelmente processado até uma têmpera T8, e a liga consiste essencialmente, em peso percentual, de: Mg 0,65 a 1,1, e tipicamente cerca de 0,98 Cu 4,5 a 5,35, e tipicamente cerca de 4,8 Zr 0,0 a 0,18, e tipicamente cerca de 0,14 Mn 0,15 a 0,40, e tipicamente 0,3 Ag 0,20 a 0,50, e tipicamente 0,4 Zn 0 a 0,25, e tipicamente cerca de 0,2 Si < 0,07, e tipicamente cerca de 0,04 Fe < 0,08, e tipicamente cerca de 0,06 Ti < 0,02, e tipicamente cerca de 0,01 o saldo sendo alumínio e as inevitáveis impurezas. A liga conforme a invenção pode ser preparada fundindo-se convencionalmente e pode ser lingotada em lingotes de forma adequada, por exemplo, por meio de resfriamento direto, lingotamento DC. Refinadores de grãos com base de Ti, tais como por exemplo o boreto de titânio ou o carboneto de titânio, podem também ser usados. Após a fresagem e a pos- sível homogeneização, os lingotes são também processados por, por exem- plo, extrusão ou forjamento ou laminação a quente em uma ou mais etapas.

Esse processamento pode ser interrompido por um inter-recozimento. Outro processamento pode ser o trabalho a frio, que pode ser laminação a frio ou estiramento. O produto é tratado termicamente em solução e resfriado por imersão em água fria ou por pulverização com água fria ou resfriamento rá- pido até uma temperatura menor que 95°C. O produto pode ser também processado, por exemplo, por laminação ou estiramento, por exemplo até 12%, ou pode ser aliviado das tensões residuais por estiramento ou com- pressão e/ou envelhecido até um revenido final ou intermediário. O produto pode ser modelado ou usinado até a estrutura final ou intermediária, antes ou após o envelhecimento final ou mesmo antes do tratamento térmico em soiução.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O projeto de aeronaves comerciais requer grupos diferentes de propriedades para diferentes tipos de peças estruturais. As propriedades importantes do material para o produto chapa de fuselagem são as proprie- dades de tolerância ao dano sob cargas de tensão (isto é, FCGR, dureza de fratura e resistência à corrosão).

As propriedades importantes do material para um revestimento da asa inferior e aeronaves a jato comerciais são similares àquelas para um produto chapa de fuselagem, mas tipicamente um maior limite de resistência à tração é desejado pelos produtores de aeronaves. Também a vida de fadi- ga torna-se uma propriedade importante do material para essa aplicação.

As propriedades importantes do material para peças usinadas a partir de chapas grossas dependem da peça final usinada. Mas, em geral, o gradiente das propriedades do material através da espessura deve ser pe- queno e as propriedades de engenharia como resistência, dureza de fratura, fadiga e resistência à corrosão devem estar em um alto nível. A presente invenção é direcionada a uma composição de liga quando processada até uma variedade de produtos, tais como, mas não limi- tados a, folha, chapa, chapa grossa, etc., atingirá ou excederá as proprieda- des de material atualmente desejadas. O equilíbrio de propriedades do pro- duto excederá o equilíbrio de propriedades do produto feito a partir das ligas atualmente usadas comercialmente para esse tipo de aplicação, em particu- lar aqueles dos padrões AA2024 e AA2024-HDT. Foi surpreendentemente verificada uma abertura química dentro da AA2000 que preenche essa ca- pacidade única. A presente invenção resultou de uma investigação do efeito dos níveis e tipos de dispersóides (por exemplo, Zr, Cr, Sc, Mn), e combinados com Cu e Mg nas fases e a microestrutura formada durante o processamen- to. Algumas dessas ligas foram processadas para folhas e chapas e testa- das quanto à tensão, resistência ao cisalhamento do tipo Kahn e resistência à corrosão. As interpretações desses resultados levam à surpreendente per- cepção de que uma liga de alumínio produzida com uma composição quími- ca dentro de uma certa abertura, apresentará excelentes propriedades de tolerância aos danos bem como para folhas quanto para chapas quanto para chapas grossas quanto para extrusões quanto para forjamentos, permitindo que o produto de liga seja um produto de múltiplos propósitos. O produto liga tem também boas características de soldabilidade. A invenção também consiste no fato de que o produto moldado da liga desta invenção pode ser fornecido em um ou ambos os lados com uma cobertura ou revestimento. Tais produtos cobertos ou revestidos utili- zam um núcleo da liga base de alumínio da invenção e uma cobertura de pureza geralmente mais alta que em particular protege o núcleo contra a corrosão, a qual é de particular vantagem nas aplicações aeroespaciais. A cobertura inclui, mas não está limitada a, alumínio essencialmente não liga- do ou alumínio contendo não mais que 0,1 ou 1% de todos os outros ele- mentos. Ligas de alumínio aqui designadas como ligas da série do tipo 1xxx incluem todas as ligas da Aluminium Association (AA), incluindo as subclas- ses do tipo 1000, do tipo 1100, do tipo 1200 e do tipo 1300. Assim,a cobertu- ra no núcleo pode ser selecionada das várias ligas da Aluminium Association tais como 1060, 1045, 1100, 1200, 1230, 1135, 1235, 1435, 1145, 1345, 1250, 1350, 1170, 1175, 1180, 1185, 1285, 1188, 1199, ou 7072. Em adição, ligas da série AA7000, tais como 7072 contendo zinco (0,8 a 1,3%) ou uma de suas versões modificadas com 0,4 a 0,9% em peso de zinco, podem ser- vir como cobertura e ligas da série AA6000, tais como 6003 ou 6253, que contém tipicamente mais de 1% de adições de ligações, podem servir como coberturas. Outras ligas podem também ser úteis como coberturas desde que elas forneçam em particular uma proteção total suficiente contra corro- são à liga do núcleo. A cobertura pode também ser uma liga de alumínio se- lecionada da série AA4000, e pode servir para proteção contra corrosão e pode ser também um auxílio numa operação de soldagem, por exemplo, conforme descrito na US-6.153.854 (aqui incorporada como referência), on- de o uso de fios de enchimento adicionais pode ser omitido. A camada ou camadas de cobertura são geralmente muito mais finas que o núcleo, cada uma constituindo 1 a 15% ou 20% ou possivelmente 25% da espessura totai do composto. Uma camada de cobertura ou revestimento constitui mais tipi- camente cerca de 1 a 11 % da espessura total do composto.

Em outro aspecto da invenção é fornecido um método preferido de produção do produto de liga de alumínio conforme a invenção em um e- lemento de estrutura. O método de produção de um produto de liga da série AA2000 com alta resistência, alta dureza e baixa taxa de crescimento de fratura de fadiga tendo uma boa resistência à corrosão, compreendendo as etapas de processamento de: a. ) lingotar um lingote tendo uma composição conforme apresenta- do na descrição e nas reivindicações; b. ) homogeneizar e/ou preaquecer o lingote após o lingotamento; c. ) usinar o lingote a quente em um produto pré-trabalhado; d. ) reaquecer opcionalmente o produto pré-trabalhado e também; e. ) usinar a quente e/ou usinar a frio até uma forma desejada da peça de trabalho; f. ) tratar termicamente em solução a peça de trabalho conformada a uma temperatura e tempo suficientes para colocar em solução sólida es- sencialmente todos os constituintes solúveis da liga; g. ) resfriar a peça de trabalho tratada termicamente em solução por resfriamento por pulverização ou resfriamento por imersão em água ou outro meio de resfriamento. h. ) opcionalmente estirar ou comprimir a peça de trabalho resfriada ou usinada a frio para aliviar tensões, por exemplo, aplainamento de produ- tos folha; i. ) envelhecer opcionalmente a peça de trabalho resfriada e opcio- nalmente estirada ou/e comprimida para alcançar uma têmpera desejada, por exemplo, as têmperas T3, T351, T36, T3x, T4, T6, T6x, T651, T87, T89, T8x; j. ) opcionalmente seguido de usinagem do produto conformado até a forma final do elemento de estrutura.

Os produtos liga da presente invenção são convencionalmente preparados por fusão e podem ser resfriados diretamente (D.C.) e iingotados em lingotes ou outras técnicas adequadas de lingotamento. O tratamento de homogeneização é tipicamente executado em uma ou em múltiplas etapas, cada etapa tendo uma temperatura na faixa de 460 a 535°C. A temperatura de preaquecimento envolve aquecimento do lingote de laminação para a temperatura de entrada da laminação a quente, que está tipicamente na fai- xa de temperatura de 400 a 460°C. A usinagem a quente do produto liga pode ser feita por um processo de laminação, extrusão ou forjamento. Para a liga atual a laminação a quente está sendo preferida. O tratamento térmico em solução é tipicamente executado dentro da mesma faixa de temperatura usada para homogeneização, embora os tempos de enxágue possam ser escolhidos um pouco mais curtos.

Um surpreendentemente excelente equilíbrio de propriedades está sendo obtido sobre uma ampla faixa de espessura. Na faixa de espes- sura de folha de até 12,5 mm (0,5 polegada) as propriedades serão excelen- tes para chapas de fuselagem. Na faixa de espessura da chapa fina de 17,7 a 76 mm (0.7 a 3 polegadas) as propriedades serão excelentes para chapas de asas, por exemplo, chapas de asas inferiores. A faixa de espessuras da chapa fina pode ser usada também para traves horizontais ou para formar um painel de asas integrais e traves para uso em uma estrutura de asa de aeroplano. Quando processado para espessuras mais grossas de mais de 63 mm (2,5 polegadas) até cerca de 280 mm (11 polegadas) foram obtidas excelentes propriedades para peças integralmente usinadas a partir de cha- pas, ou para formar uma trave integral para uso em uma estrutura de asa de aeroplano, ou na forma de uma nervura para uso numa estrutura de asa de aeronave. Os produtos de bitolas mais espessas podem ser usados também como chapas de ferramentas, por exemplo, moldes para produção de produ- tos plásticos conformados, por exemplo, através de fundição sob pressão ou moldagem por injeção. Os produtos da liga conforme a invenção podem também ser fornecidos na forma de extrusão em perfil escalonado ou uma trave extrudada para uso em uma estrutura de aeronave, ou na forma de uma trave forjada para uso em uma estrutura de asa de aeronave.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um diagrama Mg-Cu apresentando a faixa de Mg- Cu para a liga conforme esta invenção, juntamente com as faixas mais es- treitas preferidas.

As Figuras 2(a) e 2(b) apresentam um diagrama de limite de re- sistência à tração versus dureza em duas direções de teste para a liga con- forme esta invenção numa têmpera T651 em comparação com as ligas 2024 da técnica anterior.

As Figuras 3(a) e 3(b) apresentam um diagrama de limite de re- sistência à tração versus dureza em duas direções de teste para a liga con- forme esta invenção em uma têmpera T89 em comparação com as ligas 2024 da técnica anterior. A Figura 4 apresenta o limite de resistência à tração versus du- reza de duas ligas conforme esta invenção em função dos teores de Cr e Zr. A Figura 5 apresenta o limite de elasticidade versus a resistência ao efeito de entalhe da liga conforme esta invenção para duas direções de teste em várias têmperas em comparação com as ligas conhecidas 2024 da técnica anterior. A Figura 6 apresenta o FCGR da liga conforme esta invenção em duas têmperas em comparação com a iiga HDT-AA2024-T351 da técnica anterior. A Figura 1 apresenta esquematicamente as faixas para Cu e Mg para a liga conforme a presente invenção nas várias configurações conforme mostrado nas reivindicações dependentes. As faixas podem ser também identificadas usando-se os pontos de canto A, B, C e D de uma caixa. As faixas preferidas são identificadas por A' a D’, e as faixas mais preferidas por A" a D", e as ainda mais preferidas por A'" a D'". As coordenadas estão lista- das na Tabela 1.

Tabela 1. Coordenadas (em % em peso) para os pontos de canto das faixas de Cu-Mg para as faixas preferidas dos produtos da liga conforme a inven- ção EXEMPLOS

Exemplo 1 Em escala de laboratório 18 ligas foram lingotadas para provar o princípio da presente invenção e processadas em folhas de 4,0 mm. As composições das ligas estão listadas na Tabela 2, para todos os lingotes Fe = 0,07, Si = 0,05, Ti = 0,02, o saldo sendo alumínio. Blocos laminados de aproximadamente 80 x 80 x 100 mm (altura x largura x comprimento) foram serrados dos lingotes fundidos de cerca de 12 kg. Os lingotes foram homo- geneizados com um tratamento de homogeneização de duas etapas, isto é, cerca de 10 horas a 520°C seguido de 10 horas a 525-530°C. O aquecimen- to até a temperatura de homogeneização foi feito lentamente. Após o trata- mento de homogeneização os blocos foram conseqüentemente resfriados lentamente ao ar para imitar um processo de homogeneização industrial. Os lingotes laminados foram preaquecidos por cerca de 6 horas a 460 ± 5°C. A uma faixa de espessura intermediária de cerca de 40 a 50 mm os blocos foram reaquecidos a 460 ± 5°C. Os blocos foram laminados a quente até a espessura final de 4,0 mm. Durante todo o processo de íaminação a quente, foi tomado cuidado para se imitar uma íaminação a quente em escala indus- trial. Os produtos laminados a quente foram tratados termicamente em solu- ção e resfriados. As folhas foram processadas até a têmpera adequada. O nível de estiramento foi entre 0 e 9%, dependendo da têmpera finai. Os pro- dutos finais tiveram resistência de pico de envelhecimento ou próxima ao pico de envelhecimento (por exemplo, têmperas T6x ou T8x respectivamen- te).

As propriedades de tensão foram testadas conforme a EN10.002. Os espécimes de teste de tensão da folha com 4 mm de espes- sura foram espécimes planos da EURO-NORM com 4 mm de espessura. Os resultados dos testes de tensão nas tabelas 3 e 4 são nas direções L e LT. A

resistência ao cisalhamento do tipo Kahn é testada de acordo com a ASTM B871-96, e a direção do teste dos resultados nas tabelas 3 e 4 é a direção Τ- Ι e L-T. A assim chamada resistência ao efeito de entalhe pode ser obtida dividindo-se a resistência ao cisalhamento, obtida pelo teste de resistência ao cisalhamento do tipo Kahn, pelo limite de elasticidade ("TS/Rp"). Esse resultado típico do teste de resistência ao cisalhamento do tipo Kahn é co- nhecido na técnica como sendo um bom indicador para a verdadeira dureza de fratura. A energia de propagação unitária ("UPE") também obtida pelo teste de resistência ao cisaihamento do tipo Kahn é a energia necessária para o crescimento da fratura. Acredita-se normalmente que quanto maior a UPE, mais difícil o crescimento da fratura, que é uma característica desejada para o material.

As ligas da Tabela 2 foram processadas para folhas conforme a rota de processamento descrita acima. Por fim as ligas foram envelhecidas até a T651 (estiradas 1,5% e envelhecidas por 12 horas/175°C). Os resulta- dos estão mostrados na Tabela 3 e nas Figuras 2a, 2b.

Nas Figuras 2a, 2b os resultados da liga padrão AA2024 são dados como referência. A tensão versus dureza da AA2024 para aplicação em fuselagem e a tensão versus dureza da AA2024 tolerante a altos danos (HDT) (por exemplo, AA2524) são dadas como referência. Os pontos indivi- duais fechados são ligas conforme a invenção, enquanto que os pontos indi- viduais abertos são ligas que não estão de acordo com esta invenção. A in- venção mostra na L versus L-T uma melhoria de pelo menos 15% na dureza sobre a HDT-AA2024, e os melhores resultados até mesmo uma melhoria de 20% ou mais. Aqueles versados reconhecerão imediatamente que os valo- res para a 2024 comercial e a 2024-HDT no alto à esquerda representam tipicamente valores para as têmperas T3, enquanto que o lado inferior à di- reita representa valores para as têmperas T6 e T8.

Dos resultados pode também ser visto que equilibrando-se cui- dadosamente o nível de Ag, os níveis de dispersóides e os níveis de Cu e de Mg pode ser obtida uma melhoria sem precedentes nas propriedades de dureza versus tensão.

Folhas da mesma liga foram também produzidas para a têmpera T8. Na Tabela 4 e nas Figuras 3a, 3b são apresentados os resultados da têmpera T89 de forma similar à das Figuras 2a, 2b. Nas Figuras 3a, 3b os resultados da AA2024 são dados novamente como referência. A tensão ver- sus dureza da AA2024 disponibilizada comercial mente para aplicação em fuselagens e a tensão versus dureza da AA2024 de alta tolerância ao dano (HDT) (por exemplo, AA2524) são dadas como referência. As invenções mostram na direção L versus L-T uma melhoria de pelo menos 15% em du- reza sobre a HDT-AA2024, e o melhor resultado até mesmo uma melhoria de 10% ou mais.

Dos resultados pode também ser visto que equilibrando-se o nível de Ag, os níveis de dispersóides e os níveis de Cu e Mg pode ser obti- da uma melhoria sem precedentes nas propriedades de dureza versus ten- são.

Note que a liga 16 na têmpera T8 mostra um equilíbrio impres- sionante de tensão versus dureza, enquanto que na têmpera T6 esta liga era fechada, mas logo abaixo da meta de melhoria de 20%. Acredita-se que a performance levemente inferior desta liga na têmpera T6 é a resultante da dispersão experimental nas experiências em escala de laboratório.

Tabela 2: Composição química das ligas lingotadas em escala de laboratório Cada uma com 0,06% em peso de Fe, e 0,04% em peso de Si e 0,02% em peso de Ti Tabela 3: Propriedades mecânicas das ligas testadas na têmpera T651 significa "não medido") Tabela 4: Propriedades mecânicas das ligas testadas na têmpera T89 significa "não medido") Exempio 2 Duas outras ligas foram lingotadas e processadas e testadas conforme dado no Exemplo 1. A composição química das duas ligas está mostrada na Tabela 5. A bitola final foi de 4,0 mm. As folhas dessas ligas foram envelhecidas até as têmperas T651 e T89. As amostras de tensão e de resistência ao cisalhamento do tipo Kahn foram usinadas de dois lados até uma espessura final de 2,0 mm antes do teste. Os resultados dos testes dessas folhas estão dados na Tabela 6 e na Figura 4. O Exemplo 2 demonstra que uma liga contendo Cr, em contraste com a crença geral, também pode ter uma dureza muito alta. Surpreenden- temente a liga 20 contendo Cr supera a liga 19 contendo Zr.

Tabela 5: Composição química (em % em peso) de duas ligas conforme esta invenção, e cada uma com Fe = 0,06, Si = 0,04 e Ti = 0,02 Tabela 6: Propriedades das ligas 20 e 21 da Tabela 5 na direção LT (T-L) Exemplo 3 Lingotes de laminação em tamanho real com uma espessura de 440 mm foram produzidos em escala industrial por lingotamento DC e tendo a seguinte composição química (em % em peso): 0,58% de Mg, 5,12% de Cu, 0,14% de Zr, 0,29% de Mn, 0,41% de Ag, 0,12% de Zn, 0,01% de Ti, 0,04% de Si e 0,06% de Fe, o saldo sendo alumínio e as inevitáveis impure- zas. Um desses lingotes foi fresado, homogeneizado por 2 a 6 h/490°C + 24 h/52(TC + resfriado a ar até a temperatura ambiente. O lingote foi então pre- aquecido por 6 h/460°C e então laminado a quente até cerca de 5 mm. A chapa foi também laminada a frio até 4,0 mm. A chapa foi então cortada em várias peças. As chapas foram então solubilizadas a 525°C por 45 minutos e conseqüentemente resfriadas a água. As chapas foram estiradas de 1,5% (T351 e T651) ou 6% (T36) ou 9% (T89) para se obter a têmpera desejada.

As têmperas de envelhecimento artificial (T651 e T89) foram envelhecidas por 12 ha 175°C. A amostra de tensão e resistência ao cisalhamento do tipo Kahn foi retirada do meio da chapa e testada conforme a especificação dada no Exemplo 1. O FCGR foi medido em espécimes de 100 mm C(T) conforme a ASTM E647. A razão R foi 0,1 e o teste foi realizado com carga constante. A performance da fadiga de orifício aberto (Kt=3,0) e a fadiga de fenda plana (Kt=1,2) foram medidas conforme a ASTM E466. O espécime foi retirado na metade da espessura da chapa e usinado até uma espessura de 2,5 mm. O estresse aplicado foi de 138 MPa (base de estresse de seção bruta) para o espécime de orifício aberto e 207 MPa (seção líquida na base do estresse da raiz da fenda) para os espécimes de fenda plana. A freqüên- cia do teste não excedeu 15 Hz. A razão R foi 0,1. Um mínimo de 5 espéci- mes por liga/têmpera foram medidos. Os testes foram terminados quando foram alcançados 1.500.000 ciclos. Isto é chamado comumente de "run-out".

Uma liga AA2024-T351 tolerante a altos danos foi adicionado como referên- cia. Os resultados estão mostrados na Tabela 7 e na Figura 5. Da Figura 5 pode ser visto que a alta dureza encontrada nas experiências em escala de laboratório pode também ser obtida através de processamento em escala industrial. A performance de fadiga desta liga nas têmperas T36 e T89 está mostrada na Tabela 8. Pode ser claramente visto que a liga da invenção su- pera significativamente a referência 2024-T351 HDT. O FCGR pode ser visto na Figura 6. A liga da invenção se com- porta de forma similar à AA2024-T351 tolerante a altos danos usada como referência.

Tabela 7: Resultado dos testes de propriedade do Exemplo 3 Tabela 8: A performance de fadiga da liga (direção L-T) conforme esta in- venção em duas têmperas versus AA2024-HDT como referência.

Tendo agora descrito completamente a invenção, será aparente àqueles versados na técnica que muitas mudanças e modificações podem ser feitas sem sair do espírito ou do escopo da invenção aqui descrita.

Claims

1 - Produto laminado de liga de alumínio, caracterizado pela mencionada liga compreender, em % em peso: (a) um conteúdo obrigatório de Ag numa oscilação de 0,32 a 0,48%/peso; e (b) um conteúdo obrigatório de Zn numa oscilação de 0,10 a < 0,4%/peso bem como Cu e Mg numa faixa ilustrada em gráfico e definida pelos pontos de canto: Ponto de canto A é de 0,45 em % em peso Mg, 5.35 em % em peso Cu; Ponto de canto B é de 0,75 em % em peso Mg, 5,35 em % em peso Cu; Ponto de canto C é de 0,75 em % em peso Mg, 4,92 em % em peso Cu; Ponto de canto D é de 0,45 em % em peso Mg, 5,20 em % em peso Cu; Fe < 0,20 Si < 0,20 Zn < 0,40 Ag 0,32 a 0,48%/peso e Mn numa faixa de 0,15 a menos de 0,4 e Cr numa faixa de 0,05 a 0,30 como elementos formadores de dispersóides em combinação com um ou mais elementos formadores de dispersóides selecionados de grupos consistindo de: Sc < 0,7 Hf < 0,3 Ti < 0,4 V < 0,4 e o saldo sendo alumínio e outras impurezas ou elementos incidentais, no qual a liga é isenta de Zr.

2. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conteúdo de Mn situar-se numa faixa de 0,20 a 0,35%

3. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1 precedente, caracterizado pelo conteúdo de Ag situar-se numa faixa de até 0,6%, preferivelmente numa faixa de 0,25 a 0,50% e, mais preferivelmente, numa faixa de 0,32 a 0,48%.

4. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conteúdo de Cr situar-se numa faixa de até 0,15%.

5. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conteúdo de Zn situar-se numa faixa de 0,10 a 0,25%.

6. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado oor ser na forma de folha, chapa, forjamento ou extrusão para uso em estruturas de aeronave.

7. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser chapa de fuselagem, chapa de asa superior, chapa de asa inferior, chapa grossa para peças usinadas, forjamento ou chapas finas para traves horizontais.

8. Produto laminado de liga de alumínio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo produto ser formado por chapa tendo espessura numa faixa de 12 a 76 mm.

9. Método para produção de um produto de liga, tendo uma boa performance de tolerância a danos, caracterizado por compreender as etapas de processamento de: a. lingotar um lingote tendo uma composição como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; b. homogeneizar e/ou preaquecer o lingote após o lingotamento; c. usinar o lingote a quente em um produto pré-usinado; d. opcionalmente reaquecer o produto pré-usinado e também, e. usinar a quente e/ou usinar a frio até uma forma desejada de peça de trabalho; f. tratar termicamente em solução a mencionada peça formada; g. resfriar a peça de trabalho tratada termicamente em solução por resfriamento por pulverização ou resfriamento por imersão em água ou outro meio de resfriamento; h. opcionalmente estirar ou comprimir a peça de trabalho resfriada; i. envelhecer a peça de trabalho resfriada e opcionalmente estirada ou comprimida .

10. Método de produção de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o produto liga ser envelhecido até uma têmpera selecionada do grupo compreendendo T3, T351, T352, T36, T3x, T4, T6, T61, T62, T6x, T651, T652, T87, T89, T8x.

11. Método de produção de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o produto de liga ter sido processado para folha de fuselagem de uma aeronave.

12. Método de produção de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o produto de liga ter sido processado para chapa de asa inferior de uma aeronave.

13. Método de produção de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o produto de liga ter sido processado para chapa de asa superior de uma aeronave.

14. Método de produção de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o produto de liga ter sido processado para chapa grossa tendo uma espessura de até 280 mm para estruturas usinadas.