ES2278093T3 - Metodo para mejorar la tenacidad en aleaciones de aluminio-litio. - Google Patents
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Abstract
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.
Description
Método para mejorar la tenacidad en aleaciones
de aluminio-litio.
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.
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.
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 (Al_{2}Cu) adicionales además de las
partículas precipitadas T1 (Al_{2}CuLi) 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.
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);
la figura 2 compara productos de aleación de la
técnica anterior con productos de aleación de la invención con
respecto al contenido de litio y a la tenacidad en sentido corto
longitudinal (S-L); y
la figura 3 compara productos de aleación de la
técnica anterior con productos de aleación de la invención con
respecto al contenido de cobre y a la tenacidad en sentido corto
longitudinal (S-L).
La presente invención resuelve un problema
significativo en el campo de los materiales de
aluminio-litio para aplicaciones estructurales tales
como las encontradas en la industria aeroespacial y de aviación. A
saber, regulando las cantidades de composición de cobre, litio,
manganeso y circonio en estos tipos de aleaciones, se obtiene una
tenacidad aceptable en sentido corto longitudinal
(S-L) con una resistencia aceptable en sentido corto
transversal (ST). Esta imprevista mejora de la tenacidad en sentido
S-L permite el uso de estos tipos de aleaciones en
una amplia gama de aplicaciones estructurales que requieren bajo
peso, alta resistencia y rigidez y buena tenacidad.
Según la presente invención, los elementos de
aleación de cobre, litio, manganeso y circonio están limitados a los
intervalos siguientes para lograr una mejor tenacidad: de
aproximadamente 2,7 a 3,0 en porcentaje en peso de cobre, de
aproximadamente 0,8 a menos de aproximadamente 1,2 o 1,3 en
porcentaje en peso de litio, de aproximadamente 0,05 a 0,8 en
porcentaje en peso de manganeso, de aproximadamente 0,04 a 0,16 en
porcentaje en peso de circonio, con el resto de aluminio e
inevitables impurezas. También puede añadirse uno o más elementos
del refinado del grano a la composición de
aluminio-litio descrita más arriba. Los elementos
del refinado del grano pueden elegirse del grupo que se compone de
titanio en una cantidad que no exceda 0,2 en porcentaje en peso,
boro en una cantidad que no exceda 0,2 en porcentaje en peso,
vanadio en una cantidad que no exceda 0,2 en porcentaje en peso,
hafnio en una cantidad que no exceda 0,2 en porcentaje en peso,
escandio en una cantidad que no exceda 0,5 en porcentaje en peso, y
cromo en una cantidad que no exceda 0,3 en porcentaje en peso.
Preferentemente el aluminio está libre de zinc. En otras palabras,
el zinc está presente solamente como impureza y a niveles menores
de 0,05 en porcentaje en peso. Se cree que el zinc a niveles mayores
que los de la impureza afecta adversamente las propiedades
mecánicas de estos tipos de aleaciones de
aluminio-litio.
El contenido de cobre debería mantenerse
superior a 2,7 en porcentaje en peso para alcanzar una alta
resistencia pero inferior a 3,0 en porcentaje en peso para evitar
partículas sin disolver durante el tratamiento térmico de
solubilización.
Se prefieren niveles de cobre más elevados
debido a los niveles de litio más bajos en la aleación.
El contenido de litio debería mantenerse
superior a 0,8 en porcentaje en peso para alcanzar una buena
resistencia y una baja densidad pero inferior a 1, 3 en porcentaje
en peso para evitar una pérdida de tenacidad en sentido corto
longitudinal (S-L). El contenido de manganeso
debería mantenerse inferior a 0,8 en porcentaje en peso para evitar
partículas gruesas sin disolver que serian perjudiciales para la
tenacidad. El manganeso debería ser superior a 0,05 en porcentaje
en peso para regular el tamaño del grano y el comportamiento de
deslizamiento homogéneo durante el proceso de deformación
plástica.
Más preferentemente, el contenido de litio
debería mantenerse entre 1,2 y menos de 1,3 en porcentaje en peso.
Aun más preferentemente, en un modo, el contenido de litio es
mantenido a menos de 1,2 en porcentaje en peso. El manganeso es más
preferente entre 0,3 y 0,32 en porcentaje en peso con el nivel de
cobre entre aproximadamente 2,7 y 3,0 en porcentaje en peso.
Si se desea, se puede añadir manganeso en una
cantidad preferentemente que no exceda 0,25 en porcentaje en peso.
Pequeñas cantidades de manganeso pueden ser ventajosas en términos
de resistencia y de disminución de la densidad. Sin embargo,
cantidades excesivas pueden crear una susceptibilidad a la
fisuración por corrosión bajo tensión y no proporcionar ventajas
adicionales en términos de resistencia y de disminución de
densidad.
Junto con la especificación de la composición de
la aleación en la composición de la aleación de
aluminio-litio más arriba, la aleación se somete a
las etapas de colado, homogeneización, trabajo en caliente (por
ejemplo, por laminado, forjado, extrusión y sus combinaciones),
tratamiento térmico de solubilización, temple, trabajo en frío (por
ejemplo, por estirado) y envejecimiento para formar un articulo de
aluminio-litio que presente una mejor tenacidad en
sentido S-L.
Como parte del tratamiento, la aleación de
aluminio-litio descrita más arriba se moldea para
formar un lingote, tocho u otro perfil para proporcionar materia
prima adecuada para las operaciones subsiguientes del tratamiento.
Una vez que se moldea el perfil, éste puede someterse a un relevado
de esfuerzos como se conoce en la técnica antes de la
homogeneización. Luego el perfil moldeado se homogeniza a
temperaturas entre 940°F y 975°F, 505°C y 524°C, por un periodo de
tiempo suficiente para que se disuelvan los elementos solubles y se
homogenice la estructura interna del metal. Un tiempo de residencia
de homogeneización preferido se encuentra entre 1 y 36 horas,
mientras que tiempos más largos normalmente no afectan adversamente
el artículo. La homogeneización puede llevarse a cabo a una
temperatura o en varias etapas utilizando varias temperaturas.
Después de la homogeneización, el perfil
moldeado se trabaja en caliente con el fin de producir materia
prima tal como la chapa, extrusiones u otras materias primas
dependiendo del uso final deseado del artículo de aleación de
aluminio-litio. Por ejemplo, un lingote que
presenta una sección transversal de forma rectangular podría ser
trabajado en caliente hasta lograr una forma de chapa. Debido a que
esta etapa de trabajo en caliente es clásica en la técnica, se
estima que, para la comprensión de la invención, no es necesario
seguir con su descripción.
Después de la etapa de trabajo en caliente, el
perfil trabajado en caliente se somete a un tratamiento térmico de
solubilización y a temple. Preferentemente, se somete el perfil
trabajado en caliente a un tratamiento térmico de solubilización
entre 975°F y 1000°F (524°C y 538°C) por un tiempo comprendido
entre menos de 1 hora y varias horas. Este perfil sometido a un
tratamiento térmico de solubilización es preferentemente
rápidamente sometido a temple, por ejemplo sometido a temple en agua
a temperatura ambiente, para prevenir o minimizar la precipitación
no regulada de fases de refuerzo en la aleación.
El temple rápido también puede comprender una
etapa posterior de enfriamiento por aire, si se desea.
Luego, preferentemente, se estira el perfil
templado hasta el 8% y se envejece artificialmente a una
temperatura comprendida entre 150° y 400°F (66° y 204°C) por un
tiempo suficiente para que aumente aún más el límite de
elasticidad, por ejemplo, hasta 100 horas, dependiendo de la
temperatura, por ejemplo, 24 horas a 300ºF (149°C). El perfil
estirado y envejecido está entonces listo para usar en cualquier
aplicación, particularmente en una aplicación aeroespacial o de
aviación. Alternativamente, antes del envejecimiento, el perfil
puede trabajarse hasta formar un artículo y luego envejecerse.
Para demostrar las mejoras imprevistas asociadas
con la presente invención, se realizó una comparación entre las
propiedades de artículos compuestos de aleaciones de
aluminio-litio de la técnica anterior y artículos
compuestos de aleaciones de aluminio-litio según la
invención. En esta comparación, se eligieron cuatro químicas de la
técnica anterior y cuatro químicas según la invención. De cada una
de las ocho químicas se realizó un baño fundido de aleación de
aluminio que se moldeó, homogeneizó, sometió a un tratamiento
térmico de solubilización, templó, estiró y envejeció para producir
un artículo o producto de aleación de
aluminio-litio. Los artículos de aleación de
aluminio-litio se sometieron a un ensayo de
tenacidad y de tracción para comparar las propiedades mecánicas de
las químicas de la técnica anterior con las correspondientes a la
presente invención.
En adelante se describe en detalle el
tratamiento utilizado y los métodos de ensayo para comparar las
propiedades mecánicas de la técnica anterior y los artículos de
aleación de aluminio-litio de la invención. En la
comparación, los artículos de la técnica anterior son los Ejemplos
1-4, y los artículos de la invención son los
Ejemplos 5-8.
Se debe entender que las variables del
tratamiento y las químicas expuestas en los Ejemplos
5-8 son los modos preferidos de la invención.
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Notas de la Tabla
1
1. Las composiciones químicas se expresan en
porcentaje en peso máximo salvo que se indique un intervalo.
2. Además de los elementos enumerados, cada
aleación puede contener otros elementos, con una cantidad máxima de
cada uno de los otros elementos que no exceda 0,05% en porcentaje en
peso y con un total de los demás elementos que no exceda 0,15% en
porcentaje en peso.
Ejemplo
1
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,84 Cu - 1,36 Li - 0,32 Mn - 0,1 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950ºF (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el sentido
corto longitudinal y probetas de tensión compactas de W = 2'' (50,8
mm) para los sentidos L-T y T-L.
Los resultados de estos ensayos se muestran en la Tabla 2.
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| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,84 | 1,36 | 0,32 | 0,1 |
\vskip1.000000\baselineskip
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
2
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,71 Cu - 1,37 Li - 0,32 Mn - 0,1 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal (S-L) y probetas de
tensión compactas de W = 2'' (50,8 mm) para los sentidos
L-T y T-L. Los resultados de estos
ensayos se muestran en la Tabla 3.
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,71 | 1,37 | 0,32 | 0,1 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
3
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,77 Cu - 1,33 Li -0,32 Mn - 0,11 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E26 6 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal y probetas de tensión compactas de W =
2'' (50,8 mm) para los sentidos L-T y
T-L. Los resultados de estos ensayos se muestran en
la Tabla 4.
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,77 | 1,33 | 0,32 | 0,11 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
4
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,89 Cu - 1,36 Li - 0,32 Mn - 0,1 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal (S-L) y probetas de
tensión compactas de W = 2'' (50,8 mm) para los sentidos
L-T y T-L. Los resultados de estos
ensayos se muestran en la Tabla 5.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,89 | 1,36 | 0,32 | 0,10 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
5
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,78 Cu - 1,21 Li - 0,31 Mn - 0,1 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 8% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal (S-L) y probetas de
tensión compactas de W = 2'' (50,8 mm) para los sentidos
L-T y T-L. Los resultados de estos
ensayos se muestran en la Tabla 6.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,78 | 1,21 | 0,31 | 0,1 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
6
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,86 Cu - 1,28 Li - 0,3 Mn - 0,1 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal (S-L) y probetas de
tensión compactas de W = 2'' (50,8 mm) para los sentidos
L-T y T-L. Los resultados de estos
ensayos se muestran en la Tabla 7.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,86 | 1,28 | 0,30 | 0,10 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
7
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,73 Cu - 1,28 Li - 0,3 Mn- 0,1 Zr, el resto
aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con una
sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de ancho.
El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas, luego se
trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6 mm) de
espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico de
solubilización en un horno de tratamiento térmico a una temperatura
de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en agua. Luego
la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a temperatura
ambiente. Para el envejecimiento artificial, las muestras estiradas
se envejecieron en un horno a 320°F (160°C) durante 24 horas. Las
propiedades de tracción se determinaron en el plano T/4 según ASTM
B-557. En los ensayos de tracción en sentido
longitudinal y en sentido largo transversal se utilizaron probetas
de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de diámetro y 1'' (25,4
mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de tracción en sentido
corto transversal se llevaron a cabo con probetas de tensión
cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y 0,5'' (12,7 mm) de
distancia entre marcas. La tenacidad se determinó en el plano T/4
según la norma ASTM E266 utilizando probetas de tensión compactas
de W = 1,5'' (38,1 mm) para el sentido corto longitudinal
(S-L) y probetas de tensión compactas de W = 2''
(50,8 mm) para los sentidos L-T y
T-L. Los resultados de estos ensayos se muestran en
la Tabla 8.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,73 | 1,28 | 0,30 | 0,1 |
Propiedades
mecánicas
Ejemplo
8
Una aleación de aluminio que se compone, en
porcentaje en peso, de 2,83 Cu - 1,26 Li - 0,32 Mn - 0,11 Zr, el
resto aluminio e impurezas, se moldeó para formar un lingote con
una sección transversal de 16'' (406,4 mm) y 45'' (1143 mm) de
ancho. El lingote se homogeneizó a 950°F (510°C) durante 36 horas,
luego se trabajó en caliente hasta obtener una chapa de 4'' (101,6
mm) de espesor. Luego, la chapa se sometió a un tratamiento térmico
de solubilización en un horno de tratamiento térmico a una
temperatura de 990°F (532°C) durante 2 horas y luego se templó en
agua. Luego la chapa se estiró del 6% en sentido longitudinal a
temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, las
muestras estiradas se envejecieron en un horno a 320°F (160°C)
durante 24 horas. Las propiedades de tracción se determinaron en el
plano T/4 según ASTM B-557. En los ensayos de
tracción en sentido longitudinal y en sentido largo transversal se
utilizaron probetas de tracción cilíndricas de 0,5'' (12,7 mm) de
diámetro y 1'' (25,4 mm) de distancia entre marcas. Los ensayos de
tracción en sentido corto transversal se llevaron a cabo con
probetas de tensión cilíndricas de 0,16'' (4,1 mm) de diámetro y
0,5'' (12,7 mm) de distancia entre marcas. La tenacidad se
determinó en el plano T/4 según la norma ASTM E266 utilizando
probetas de tensión compactas de W = 1,5'' (38,1 mm) para el
sentido corto longitudinal (S-L) y probetas de
tensión compactas de W = 2'' (50,8 mm) para los sentidos
L-T y T-L. Los resultados de estos
ensayos se muestran en la Tabla 9.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
| Cu | Li | Mn | Zr |
| 2,83 | 1,26 | 0,32 | 0,11 |
Propiedades
mecánicas
La ventaja de la presente invención se muestra
en la Figura 1 donde se comparan los valores de la tenacidad en
las Tablas 2-9 en sentido S-L con
los límites elásticos de tensión en sentido S-T.
Como resulta evidente a partir de la Figura 1, no se transige en lo
que se refiere a los límites elásticos de tensión entre los
ejemplos de la técnica anterior y los ejemplos de la invención. Más
específicamente, los valores de los límites elásticos de tensión de
la técnica anterior se sitúan ligeramente por encima de 54 KSI y
casi 60 KSI. En comparación, los límites elásticos de tensión de
los ejemplos según la invención se sitúan ligeramente por debajo
de 55 KSI y ligeramente por encima de 57 KSI. La Figura 1 demuestra
que los artículos hechos de la presente invención proporcionan una
mejor tenacidad en sentido S-L significativa,
manteniendo al mismo tiempo niveles de resistencia aceptables en
sentido S-T.
La figura 2 ilustra las mejoras imprevistas de
tenacidad en sentido S-L con respecto a la técnica
anterior. Los valores indicados en la figura 2 demuestran que la
tenacidad en sentido S-L para los Ejemplos
5-8 es ampliamente superior a la mostrada para los
ejemplos 1-4. Esta mejora, que está relacionada con
el contenido de litio, es muy imprevista en vista de la técnica
anterior.
La figura 3 resalta el hecho de que las mejoras
de tenacidad están relacionadas con el contenido de litio de las
aleaciones. La figura 3 demuestra que la tenacidad no varía
extensamente con respecto al contenido de cobre. Para los ejemplos
5-8, la tenacidad resulta permanecer relativamente
igual con el aumento o la disminución de las cantidades de cobre.
De la misma manera, la tenacidad de los ejemplos
1-4 no varía extensamente con el aumento o la
disminución del contenido de cobre.
Haciendo nuevamente referencia a la figura 2, se
cree que el contenido de litio puede ser tan bajo como 0,8 en
porcentaje en peso y seguir mejorando la tenacidad y manteniendo una
resistencia aceptable en sentido corto transversal. Se cree aún que
se pueden obtener los mismos resultados si se practica el
tratamiento de la invención de conformidad con los valores generales
de parámetros de tratamiento descritos más arriba.
Por consiguiente, se presenta una invención en
términos de modos preferidos de la misma que cumplen con cada uno
de los objetos de la presente invención como se expone más arriba y
proporciona un método nuevo y mejorado para mejorar la tenacidad en
sentido corto longitudinal de aleaciones de
aluminio-litio.
Claims (9)
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:
- 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.
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).
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