ES2293848B2 - Metodo para producir una aleacion de aluminio de alta tolerancia al daño. - Google Patents
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Abstract
Método para producir un miembro estructural de
aleación de aluminio de gran tolerancia al daño.
La presente invención se refiere a un método
para fabricar un producto laminado de una aleación de aluminio de
gran tolerancia al daño que tiene una gran tenacidad y una mejorada
resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga, que comprende
las etapas de
a) fundir un lingote que tiene una composición
seleccionada del grupo constituido por aleaciones de las series
AA2000, AA5000, AA6000 y AA7000;
b) homogeneizar y/o precalentar el lingote
después de fundir;
c) laminar en caliente el lingote en un producto
laminado en caliente y, opcionalmente, laminar en frío el producto
laminado en caliente en un producto laminado en frío, caracterizado
porque el producto laminado en caliente sale del tren de laminar en
caliente a una temperatura de salida del tren de laminar en caliente
(T_{Salida}) y enfriar el producto laminado en caliente desde
dicha T_{Salida} hasta 150ºC con un ciclo de enfriamiento
controlado con una velocidad de enfriamiento que entra dentro del
intervalo definido por:
\vskip1.000000\baselineskip
T(t) = 50 - (50 -
T_{Salida}) e^{\alpha
.t}
y en la que T(t) es la temperatura (ºC)
en función del tiempo (horas), t es el tiempo (horas) y \alpha
está en el intervalo de -0,09 \pm 0,05 (horas^{-1}).
Description
Método para producir un miembro estructural de
aleación de aluminio de gran tolerancia al daño.
La presente invención describe un método para
fabricar un miembro estructural de aleación de aluminio de gran
tolerancia al daño que tiene una buena tenacidad y una mejorada
resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga mientras mantiene
buenos niveles de resistencia y a un producto en lámina o chapa de
aleación de aluminio que tiene una gran tenacidad de este tipo y una
mejorada resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga. Además,
la invención se refiere al uso de un producto de aleación obtenido
por el método de esta invención.
En la técnica se conoce el uso de aleaciones de
aluminio termotratables en numerosas aplicaciones que implican
resistencia relativamente alta tales como fuselajes de aviación,
miembros de vehículos y otras aplicaciones. Las aleaciones de
aluminio AA2024, AA2324 y AA2524 son aleaciones de aluminio
termotratables muy conocidas que tienen útiles propiedades de
resistencia y tenacidad en revenidos T3, T39 y T351. También, las
aleaciones de aluminio AA6013 y AA6056 son aleaciones de aluminio
termotratables muy conocidas que tienen útiles propiedades de
resistencia y tenacidad así como una buena resistencia al
crecimiento de una grieta de fatiga en ambos revenidos T4 y T6.
Es sabido que el estado revenido T4 se refiere a
un estado termotratado por solubilización y templado, envejecido de
forma natural hasta un nivel de propiedades sustancialmente estable,
mientras el revenido T6 se refiere a un estado más fuerte producido
por un envejecimiento de forma artificial.
Otras diversas aleaciones de las series AA2000 y
AA6000 son, generalmente, inadecuadas para el diseño de una aviación
comercial que requiera diferentes conjuntos de propiedades para
diferentes tipos de estructuras. Dependiendo de los criterios de
diseño para un particular componente del avión, incluso pequeñas
mejoras en la tenacidad y en la resistencia al crecimiento de una
grieta, específicamente para elevados valores de \DeltaK, dan como
resultado ahorros de peso, que se traduce en economía de combustible
durante el tiempo de vida de la aeronave y/o un mayor nivel de
seguridad. Especialmente para la piel del fuselaje o para la piel de
la parte inferior de las alas es necesario tener propiedades tales
como buena resistencia a la propagación de una grieta en forma de
tenacidad a la fractura o en la de resistencia al crecimiento de una
grieta de fatiga. Un producto de aleación laminada bien usada como
una lámina o como una chapa con mejoradas propiedades de tolerancia
al daño mejorará la seguridad de los pasajeros, reducirá el peso de
la aeronave y dará como resultado un intervalo de vuelo más largo,
menores costes e intervalos de mantenimiento menos frecuentes.
El documento US-5.213.639
describe un método para producir una aleación de aluminio de la
serie AA2000 con una aleación de base aluminio que es laminada en
caliente, calentada y de nuevo laminada en caliente, obteniendo por
ello buenas combinaciones de resistencia junto con gran tenacidad a
la fractura y una baja velocidad de crecimiento de una grieta de
fatiga. Se describe aplicar un tratamiento de
inter-recocido después de laminar en caliente el
lingote fundido con una temperatura entre 479ºC y 524ºC y de nuevo
laminar en caliente la aleación inter-recocida. Se
informa que tal aleación tiene una mejora del 5% sobre las
aleaciones convencionales de la serie AA2024 en tenacidad a la
fractura T-L y una mejorada resistencia al
crecimiento de una grieta de fatiga a ciertos niveles de
\DeltaK.
Se ha informado que la conocida aleación AA6056
es sensible a corrosión intercristalina en el estado de revenido T6.
Para superar este problema, el documento
US-5.858.134 proporciona un proceso para la
fabricación de productos laminados o extruidos que tienen una
composición química definida, y por ello los productos se llevan a
un estado de revenido sobre-envejecido que al final
requiere tiempos de procesado que consumen tiempo y dinero del
fabricante de componentes aeroespaciales. Aquí, se informa que para
obtener la mejorada resistencia a la corrosión
inter-cristalina es esencial para los procesos que
en la aleación la relación Mg/Si es menor que 1.
El documento US-4.589.932
describe un producto de aleación forjada de aluminio, por ejemplo
estructuras de automoción y aeroespaciales, cuya aleación se
registró posteriormente bajo la designación 6013 de AA. Tal aleación
de aluminio ha sido termotratada por solubilización a una
temperatura en el intervalo de 449ºC a 582ºC, que se acerca a la
temperatura del sólido de la aleación.
El documento
EP-A-1143027 describe un método para
fabricar una aleación de Al-Mg-Si de
la serie AA6000 que tiene una composición química definida y en
donde los productos se someten a un método de envejecimiento
artificial para mejorar la aleación y cumplir características de
gran tolerancia al daño ("HDT", en inglés) similares a las de
la serie AA2024 que se usan preferiblemente para aplicaciones
aeronáuticas pero que no son soldables. El método de envejecimiento
está siendo optimizado usando una función respectiva de la
composición.
El documento
EP-1170394-A2 describe un producto
de lámina de aleación de aluminio con una mejorada resistencia al
crecimiento de una grieta de fatiga que tiene una microestructura
anisótropa definida por granos que tienen una relación entre
dimensiones de longitud frente a anchura mayor que aproximadamente
4. Tal aleación tiene una mejora en propiedades de resistencia
límite a la compresión que se logra mediante los respectivos
productos en lámina en comparación con los productos en lámina
AA2524 convencionales. Por toda la estructura de grano muy
anisótropa puede mejorarse la resistencia al crecimiento de una
grieta de fatiga.
\newpage
El documento WO 97/22724 describe un método y un
aparato para fabricar un producto en lámina de aleación de aluminio,
típicamente para aplicación en automoción, con una resistencia
límite mejorada al calentar de forma continua y rápida la lámina
laminada en caliente y laminada en frío, que ha sido termotratada y
templada, a una temperatura de pre-envejecimiento
antes de la etapa de bobinado en continuo. Después de calentar
rápidamente, la lámina en forma de bobina se enfría al ambiente,
mejorando la respuesta al apelmazamiento de la pintura el
calentamiento rápido y el enfriamiento al ambiente de la lámina de
aleación de aluminio. Se describe que es preferible calentar
rápidamente la lámina bobinada hasta entre 65ºC y 121ºC y escoger
una velocidad de enfriamiento al ambiente y que es preferible que
esté entre 1,1ºC/h y 3,3ºC/h.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método para fabricar un miembro estructural de
aleación de aluminio que tiene una tenacidad mejorada y una
mejorada resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga
manteniendo por ello los niveles de resistencia de aleaciones
convencionales de las series AA2000, AA6000, AA5000 o AA7000. Más
específicamente, el objeto de la presente invención es proporcionar
un método mejorado para fabricar aleaciones de aluminio de gran
tolerancia al daño ("HDT") con equilibradas propiedades con
relación a la resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga,
tenacidad, resistencia a la corrosión y resistencia. Las propiedades
de HDT deben ser preferiblemente mejores que las de aleaciones
convencionales fabricadas AA6013-T6 y
6056-T6 y preferiblemente mejores que las aleaciones
AA2024-T3 ó AA2524-T3.
Más específicamente, hay un requisito general
para las aleaciones de aluminio de la serie AA6000, preferiblemente
dentro de la gama de aleaciones de aluminio de las series AA6013 y
AA6056, cuando se usan para aplicaciones aerospaciales, que la
velocidad de crecimiento de una grieta de fatiga ("FCGR", en
inglés) no debería ser mayor que un máximo definido. Una FCGR que
cumple los requisitos de productos de aleación de la serie 2024 de
gran tolerancia al daño es, por ejemplo, una FCGR inferior a 0,001
mm/ciclos a \DeltaK = 20 MPa \sqrtm y 0,01 mm/ciclos a
\DeltaK = 40 MPa \sqrtm.
\DeltaK = 40 MPa \sqrtm.
Es, todavía, un objeto adicional de la presente
invención proporcionar un producto de aleación de aluminio laminado
para su uso en la construcción de piezas estructurales en la
industria de la aviación así como proporcionar un material piel para
aviación fabricado a partir de tal aleación o proporcionar una pieza
componente de un vehículo.
La presente invención resuelve uno o más de los
objetos anteriormente mencionados mediante las características de
las reivindicaciones independientes.
En un aspecto de la presente invención, se
proporciona un método para producir un miembro estructural de
aleación de aluminio de gran tolerancia al daño que tiene una gran
tenacidad y una mejorada resistencia al crecimiento de una grieta de
fatiga, que comprende las etapas de
a) fundir un lingote que tiene una composición
seleccionada del grupo constituido por aleaciones de las series
AA2000, AA5000, AA6000 y AA7000;
b) homogeneizar y/o precalentar el lingote
después de fundir;
c) laminar en caliente el lingote en un producto
laminado en caliente y,
opcionalmente, laminar en frío el producto
laminado en caliente en un producto laminado en frío, caracterizado
porque el producto laminado en caliente se bobina después de la
laminación en caliente y sale del tren de laminar en caliente a una
temperatura de salida del tren de laminar en caliente
(T_{Salida}), estando la temperatura de salida del tren de
laminar en caliente en un intervalo de 350-500ºC, y
enfriar el producto laminado en caliente desde dicha T_{Salida} a
150ºC o inferior con un ciclo de enfriamiento controlado con una
velocidad de enfriamiento que entra dentro del intervalo definido
por:
T(t) = 50 - (50 -
T_{Salida}) e^{\alpha
.t}
en la que T(t) es la
temperatura (ºC) en función del tiempo en horas, t es el tiempo en
horas y \alpha está en el intervalo de -0,09 \pm 0,05
horas^{-1}, y en la que la temperatura de salida del tren de
laminar en caliente está en el intervalo de aproximadamente 420 a
500ºC para una aleación de la serie AA6xxx, y en la que la
temperatura de salida del tren de laminar en caliente está en el
intervalo de aproximadamente 350 a 425ºC para aleaciones de las
series AA2xxx y
AA7xxx.
Se ha encontrado que por debajo de la
temperatura de 150ºC la velocidad de enfriamiento ya no es relevante
para lograr una o más de las ventajas encontradas según esta
invención.
Aunque las técnicas de la técnica anterior
enseñan a la persona experta a fundir y laminar en caliente un
lingote para obtener un producto en chapa o en lámina, en donde el
lingote es, opcionalmente, precalentado u homogeneizado antes de
laminar en caliente, el producto laminado en caliente pierde su
temperatura elevada bastante rápidamente, comprometiendo por ello el
comportamiento del producto. Se ha encontrado que manteniendo el
producto laminado en caliente a una elevada temperatura durante un
tiempo predeterminado para someterlo a un ciclo de enfriamiento
controlado, las propiedades de tolerancia al daño como tenacidad y
resistencia al crecimiento de grieta de un producto laminado de este
tipo puede mejorarse de acuerdo con la presente invención.
\newpage
Típicas temperaturas de salida del tren de
laminar en caliente en una práctica a escala industrial están en un
intervalo de 350 a 500ºC y son aleaciones dependientes, por
ejemplo, para una AA6xxx la temperatura de salida estará en el
extremo superior de este intervalo de aproximadamente 420 a 500ºC,
mientras para aleaciones de las series AA2xxx y AA7xxx ésta estaría
en el extremo inferior de este intervalo de aproximadamente 350 a
425ºC.
Una laminación en frío adicional del producto
laminado en caliente enfriado en forma de bobina es opcional. La
laminación en frío puede ser laminación lineal o cruzada. Etapas
adicionales de inter-recocido antes, durante o
después de la laminación en frío son también opcionales.
Además, es posible someter el producto laminado
en caliente a bobinado para obtener una forma bobinada y lograr,
por ello, una velocidad de enfriamiento controlada hasta que el
producto sea enfriado a temperatura ambiente. Luego, es posible
cortar en piezas elementales que se laminan luego en frío de forma
adicional. El material que se fabrica mediante esta ruta de
procesado inventiva exhibió un mejor equilibrio de características
que los productos laminados en caliente que se cortaron en piezas
elementales durante o después de laminar en caliente sin bobinar
(ruta de la chapa estándar) o los productos que se bobinaron
después de laminar en frío (ruta dé la lámina
estándar).
estándar).
Una segunda alternativa para someter el producto
laminado en caliente a un ciclo de enfriamiento controlado es la
etapa de mover de forma continua la aleación a través de un horno
después de laminar en caliente, en donde dicho horno es ajustable
para aplicar calor y/o refrigeración a la aleación mientras pasa por
su estación de laminación en frío o por su estación de
bobinado.
En una alternativa adicional, el producto
laminado se lamina primero en caliente a un calibre deseado y luego
se enfría a temperatura ambiente usando refrigeración convencional.
Después, el producto laminado en caliente enfriado se recalienta
hasta una temperatura de salida del tren de laminar en caliente y
luego se le deja enfriar por debajo de 150ºC usando el ciclo de
enfriamiento controlado según la invención y seguido de un
procesado
adicional.
adicional.
Dependiendo de si se fabrican láminas o chapas,
el producto laminado en caliente es alimentado a dicho horno
después de laminar en caliente o bobinado después de bobinar en
caliente donde el procesado adicional se hace en bobinas (ruta de la
lámina). Si el producto se corta en chapas durante o después de
laminar en caliente, el procesado adicional se hace sobre chapas
producidas de ese modo.
El horno es, preferiblemente, ajustable para
aplicar varias cantidades de calor junto a la estación de laminar
en caliente y otras cantidades de calor a una distancia mayor de la
estación de laminar en caliente, dependiendo de la velocidad de
enfriamiento, del espesor y de otras dimensiones del producto
laminado en caliente que sale de la estación de laminar en
caliente.
Cuando el producto laminado en caliente se
somete al ciclo de enfriamiento controlado bobinando es posible
bobinar la aleación después de laminar en caliente en un horno
respectivo, en donde dicho horno es, luego, también,
preferiblemente, ajustable para aplicar calor para controlar el
ciclo de enfriamiento.
En una realización, el producto laminado en
caliente tiene un calibre en el intervalo de hasta 12 mm mientras
sale del tren de laminar en caliente a la temperatura de salida del
tren de laminar en caliente y, preferiblemente, en el intervalo de
1 a 10 mm, y lo más preferiblemente en el intervalo de 4 a 8 mm.
Donde el producto laminado está siendo sometido
adicionalmente a una operación de laminar en frío, es preferible que
la reducción de laminar en frío total esté en el intervalo del 40 a
70% para optimizar adicionalmente las propiedades mecánicas. El
calibre final del producto de aleación laminada está preferiblemente
en un intervalo de aproximadamente 2 a 7 mm.
El método de acuerdo con la presente invención
puede incluir adicionalmente una o más de las siguientes etapas:
d) termotratamiento por solubilización del
producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de
enfriamiento controlado del producto laminado en frío a una
temperatura y tiempo suficientes para colocar en solución sólida los
constituyentes solubles de la aleación;
e) templar el producto de aleación termotratada
por solubilización mediante el templado por pulverización o el
templado por inmersión en agua u otros medios de templado;
f) estirar o comprimir, opcionalmente, el
producto de aleación templado o, de otro modo, trabajado en frío
para liberar esfuerzos, por ejemplo nivelando los productos en
lámina;
g) envejecer, opcionalmente, el producto de
aleación templado y, opcionalmente, estirado o comprimido para
lograr un revenido deseado, que dependa de la química de la
aleación, pero incluye los revenidos T3, T351, T6, T4, T74, T76,
T751, T451, T7651, T77 y T79.
\newpage
Además, es posible recocer y/o recalentar un
lingote laminado en caliente después de una primera operación de
laminar en caliente y, luego, de nuevo, laminar en caliente el
producto hasta una calibre final laminado en caliente seguido de un
enfriamiento según la invención. Es posible, además,
inter-recocer el producto laminado en caliente
antes y/o durante el laminado en frío. Estas técnicas, que son
conocidas de la técnica anterior, pueden usarse, ventajosamente, en
un método según la presente invención.
La velocidad de enfriamiento media cuando se usa
el ciclo de enfriamiento controlado según la invención está en un
intervalo de 12 a 20ºC/hora.
En una realización de la presente invención, el
lingote fundido para la ruta de procesado del método descrito en la
presente memoria, comprende la siguiente composición (en % en peso):
Si 0,6 - 1,3, Cu 0,04 - 1,1, Mn 0,1 - 0,9, Mg 0,4 - 1,3, Fe 0,01 -
0,3, Zr < 0,25, Cr < 0,25, Zn < 0,6, Ti < 0,15, V <
0,25, Hf < 0,25, otros elementos, en particular impurezas, cada
una menos de 0,05 y menos de 0,20 en total, el resto aluminio. Y,
más preferiblemente, aleaciones con el intervalo composicional de
AA6013 o AA6056.
Otra realización de la presente invención usa un
lingote que comprende la siguiente composición (en % en peso): Cu
3,8 - 5,2, Mg 0,2 - 1,6, Cr < 0,25, Zr < 0,25, y
preferiblemente 0,06 - 0,18, Mn \leq 0,50 y Mn: > 0, y
preferiblemente >0,15, Fe \leq 0,15, Si \leq 0,15, y
dispersoides que contienen Mn, y elementos incidentales e impurezas,
cada uno menor que 0,05 y menor que 0,15 en total y el resto,
esencialmente, y preferiblemente en donde los dispersoides que
contienen Mn son al menos parcialmente reemplazados por
dispersoides que contienen Zr.
Según otra realización de la presente invención
el método usa un lingote que comprende la siguiente composición (en
% en peso): Zn 5,0 - 9,5, Cu 1,0 - 3,0, Mg 1,0 - 3,0, Mn < 0,35,
Zr < 0,25, y preferiblemente 0,06 - 0,16, Cr < 0,25, Fe <
0,25, Si < 0,25, Sc < 0,35, Ti < 0,10, Hf y/o V < 0,25,
otros elementos, típicamente impurezas, cada uno menor que 0,05 y
menor que 0,15 en total, el resto aluminio. Típicos ejemplos son
las aleaciones dentro de la gama AA7040, AA7050 y AA7x75.
Según otro aspecto de la presente invención, se
describe un producto de aleación de aluminio en láminas o chapas
que tiene gran tenacidad y una mejorada resistencia al crecimiento
de una grieta de fatiga y que se hace de un producto de aleación
que se fabrica según un método que ha sido descrito anteriormente y
que será descrito con mayor detalle en la presente memoria más
adelante. Más específicamente, la presente invención es más
adecuada para fabricar un producto en láminas de aleación laminada
que es un miembro estructural de una aeronave o de un automóvil. El
producto en láminas de aleación laminada de este tipo puede ser
usado, por ejemplo, como piel del fuselaje de una aeronave o de una
pieza componente de un vehículo.
Las anteriores y otras características y
ventajas del método y productos de aleación según la presente
invención llegarán a ser fácilmente evidentes de la siguiente
descripción detallada de las realizaciones preferidas, y figuras, en
las que
La Fig. 1 es una típica curva de enfriamiento de
una aleación de aluminio enfriada después de laminar en caliente
usando el método según esta invención.
Ejemplo
1
En una primera realización de la presente
invención, se fundieron y procesaron para un producto en láminas dos
aleaciones convencionales (AA6013 y AA6056). Aquí, se usaron dos
variantes del proceso:
Ruta
1
Se usó una ruta del proceso normal mediante
fundido en laboratorio de lingotes de las composiciones de las
aleaciones convencionales AA6013 y AA6056. Bloques de 80 x 80 x 100
mm se aserraron, homogeneizaron, precalentaron y laminaron en
caliente en láminas de 4,5 mm. Después de laminar en caliente, los
productos laminados en caliente se enfriaron convencionalmente a
temperatura ambiente dejando que la lámina se enfríe al aire
ambiente a la temperatura ambiente, se alimentó la estación de
laminado en frío, se laminó en frío a 2 mm y se termotrató durante
20 minutos a 550ºC, más tarde se templó y se envejeció hasta un
revenido T6 durante 4 horas a 190ºC.
Ruta
2
Lingotes de las composiciones de las aleaciones
AA6013 y AA6056 se fundieron en laboratorio y se aserraron a un
tamaño de 80 x 80 x 100 mm. Estos bloques se homogeneizaron, se
precalentaron y se laminaron en caliente a 4,5 mm. Una simulación
del bobinado en caliente a escala industrial se incorporó dando el
producto laminado en caliente una historia de temperatura similar a
la que habría tenido una bobina en producción a escala industrial.
Las otras etapas del proceso se mantuvieron similares a las de la
Ruta 1. Después de laminar en frío, el producto laminado en frío se
termotrató a 550ºC durante 20 minutos, se templó y, posteriormente,
se envejeció hasta un revenido T6 a 190ºC durante 4 horas. Los
resultados se dan en la Tabla 1.
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\vskip1.000000\baselineskip
De la Tabla 1 puede verse que los productos
laminados exhibían mejor tenacidad a la entalla a temperaturas de
laminación en caliente superiores manteniendo buenos niveles de
resistencia límite a la tracción y de resistencia última a la
tracción. Además, hay una mejora en la corrosión intergranular de
manera que se han hecho ensayos adicionales en cuanto a la
resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga (Tabla 2).
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Aunque la resistencia al crecimiento de una
grieta de fatiga de los productos inventivos es casi idéntica a la
resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga de un producto
fabricado de acuerdo con la ruta de procesado estándar a niveles de
\DeltaK inferiores, la resistencia al crecimiento de una grieta
de fatiga se mejora a valores de \DeltaK superiores.
De acuerdo con otra realización preferida de la
presente invención se ha fabricado una composición de aleación de
la serie AA6000 baja en cobre de gran tolerancia al daño en una
prueba de producción a escala industrial. La composición se da en
la Tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La aleación ha sido procesada a un producto en
láminas con un calibre de laminación en caliente de 4,5 mm. Luego se
aplicaron las siguientes tres variantes del proceso:
- Ruta 1.
- Una ruta de procesado estándar (ninguna etapa de bobinado después de laminar en caliente).
- Ruta 2.
- La ruta de procesado inventiva con bobinado después de laminar en caliente y laminar en caliente y laminar en frío en la misma dirección.
- Ruta 3.
- La ruta de procesado inventiva con bobinado después de laminar en caliente y laminar en caliente y laminar en frío en direcciones diferentes (laminación cruzada).
\vskip1.000000\baselineskip
Las tres variantes de proceso anteriormente
mencionadas se aplicaron a la siguiente ruta de procesado
general:
- a.
- Fundido DC de lingotes de una composición de aleación de acuerdo con la Tabla 3.
- b.
- Homogeneizar los lingotes fundidos.
- c.
- Precalentar los lingotes homogeneizados durante 6 horas a 510ºC y laminar, posteriormente, en caliente los lingotes precalentados resultando que la temperatura de salida es aproximadamente 450ºC a un calibre de 4,5 mm.
- d1.
- Sin bobinar (=Ruta 1).
- d2.
- Bobinar, enfriar y cortar en chapas (=Ruta 2).
- d3.
- Bobinar, enfriar y cortar en chapas (=Ruta 3).
- e1.
- Laminar en frío a un calibre final de 2 mm (Ruta 1).
- e2.
- Laminar en frío en la misma dirección que la laminación en caliente a un calibre final de 2 mm (Ruta 2).
- e3.
- Laminar en frío en diferente dirección que la laminación en caliente (laminación cruzada) a un calibre final de 2 mm (Ruta 3).
- f.
- Termotratamiento de 550ºC durante 2 horas.
- g.
- Estirar el producto laminado en frío de 1,5 a 2,5%.
- h.
- Envejecer hasta un estado de revenido T6 a 190ºC durante 4 horas.
Aunque los niveles de resistencia pueden ser
mantenidos, los productos laminados que se fabricaron de acuerdo
con las Rutas 2 y 3 mostraron una mejor tenacidad a la entalla y un
mejor comportamiento a la corrosión intergranular. Como
consecuencia, la resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga
también se midió y se da en las Tablas 5 y 6.
\vskip1.000000\baselineskip
Las muestras anteriormente identificadas
muestran que las propiedades de tolerancia al daño de los productos
en lámina o en chapa pueden ser mejoradas usando el método
inventivo y que la resistencia al crecimiento de una grieta de
fatiga puede ser especialmente mejorada para valores de AK
superiores.
Ejemplo
2
La Fig. 1 muestra una típica curva de
enfriamiento en continuo para una aleación de aluminio AA7050
cuando se enfría desde una temperatura de salida de un tren de
laminar en caliente de 440ºC hasta una temperatura por debajo de
150ºC, por la que la lámina de metal tiene un calibre de 4,5 mm y
siendo inmediatamente bobinada cuando sale del tren de laminar en
caliente de acuerdo con una realización del método de esta
invención. La anchura de la bobina era de 1,4 metros. Las
temperaturas de la bobina en función del tiempo se dan también en la
Tabla 7 para el punto más caliente de una bobina (estando en el
centro, e indicado como Punto más caliente en la Fig. 1) y el punto
más frío (estando en el borde de una bobina, e indicado como Punto
más frío en la Fig. 1). La Tabla 7 proporciona también las
temperaturas en el caso de una bobina que tiene una anchura de 2,8
metros.
Para la curva de enfriamiento mostrada en la
Fig. 1, \alpha es aproximadamente -0,084 horas^{-1}.
En el caso de una lámina con un calibre de
aproximadamente 4,0 a 4,5 mm se dejó enfriar desde la temperatura
de salida del tren de laminar en caliente hasta por debajo de 150ºC
usando la práctica de enfriamiento convencional, viz., dejando que
la chapa se enfríe en aire estacionario normal después de salir del
tren de laminar en caliente sin ninguna operación de bobinado o
similar, \alpha estaría típicamente en el intervalo de -0,5 a -2
horas^{-1}, y dando como resultado que la chapa de este tipo se
enfriaría desde la temperatura de salida del tren de laminar en
caliente hasta una temperatura de 150ºC o menos en un período de
tiempo de menos que 3 horas.
El ciclo de enfriamiento controlado sigue la
ecuación señalada anteriormente y: en las reivindicaciones, y la
velocidad de enfriamiento media de la forma de producto, bobinado
desde 440 a 150ºC está dentro del intervalo de 12 a 20ºC/hora.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Habiendo descrito ahora la invención
completamente, será evidente para el experto corriente en la
técnica que pueden hacerse muchos cambios y modificaciones sin
apartarnos del alcance o del espíritu de la invención descrita en la
presente memoria.
Claims (25)
1. Método para producir un miembro estructural
de aleación de aluminio de gran tolerancia al daño, gran tenacidad y
una mejorada resistencia al crecimiento de una grieta de fatiga, que
comprende las etapas de
- a)
- fundir un lingote que tiene una composición seleccionada del grupo que comprende aleaciones de las series AA2000, AA6000 y AA7000;
- b)
- homogeneizar y/o pre-calentar el lingote después de fundir;
- c)
- laminar en caliente el lingote en un producto laminado en caliente y,
- \quad
- opcionalmente, laminar en frío el producto laminado en caliente en un producto laminado en frío, caracterizado porque el producto laminado en caliente se bobina después de la laminación en caliente y sale del tren de laminar en caliente a una temperatura de salida del tren de laminar en caliente (T_{Salida}), estando la temperatura de salida del tren de laminar en caliente en un intervalo de 350-500ºC, y enfriar el producto laminado en caliente desde dicha T_{Salida} a 150ºC o inferior con un ciclo de enfriamiento controlado con una velocidad de enfriamiento que entra dentro del intervalo definido por:
T(t) =
50 - (50 - T_{Salida}) e^{\alpha
.t}
- \quad
- en la que T(t) es la temperatura (ºC) en función del tiempo en horas, t es el tiempo en horas y \alpha está en el intervalo de -0,09 \pm 0,05 horas^{-1}, y en la que la temperatura de salida del tren de laminar en caliente está en el intervalo de aproximadamente 420 a 500ºC para una aleación de la serie AA6xxx, y en la que la temperatura de salida del tren de laminar en caliente está en el intervalo de aproximadamente 350 a 425ºC para aleaciones de las series AA2xxx y AA7xxx.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 1, en el que
\alpha está en el intervalo de -0,09 \pm0,03 horas^{-1}.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el producto laminado en caliente se somete a un ciclo de
enfriamiento controlado, manteniendo con ello una temperatura
elevada durante un tiempo predeterminado.
4. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el producto laminado en caliente se somete al ciclo de
enfriamiento controlado moviendo, en forma continua, el producto
laminado en caliente a través de un horno después de laminar en
caliente, en donde dicho horno es ajustable para aplicar calor al
producto laminado en caliente mientras pasa a una estación de
laminar en frío o una estación de bobinado.
5. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el producto laminado en caliente se somete al ciclo de
enfriamiento controlado bobinando el producto laminado en caliente
después de laminar en caliente en un horno, en el que dicho horno es
ajustable para controlar la velocidad de enfriamiento del producto
laminado en caliente mientras se bobina.
6. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el producto laminado en caliente tiene un calibre en un
intervalo de menos de 12 mm mientras sale del tren de laminar en
caliente a la temperatura de salida del tren de laminar en
caliente.
7. Método según la reivindicación 6, en el que
el producto laminado en caliente tiene un calibre en un intervalo
de 1 a 10 mm.
8. Método según la reivindicación 6, en el que
el producto laminado en caliente tiene un calibre en un intervalo
de 4 a 8 mm.
9. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el método incluye, adicionalmente, la etapa de proceso
siguiente:
- d)
- termotratamiento por solubilización del producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de enfriamiento controlado o del producto laminado en frío.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el método incluye, adicionalmente, las etapas de proceso
siguientes:
- d)
- termotratamiento por solubilización del producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de enfriamiento controlado o del producto laminado en frío;
- e)
- templar el producto de aleación termotratado por solubilización.
\newpage
\global\parskip0.990000\baselineskip
11. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el método incluye, adicionalmente, las etapas de proceso
siguientes:
- d)
- termotratamiento por solubilización del producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de enfriamiento controlado o del producto laminado en frío;
- e)
- templar el producto de aleación termotratado por solubilización;
- f)
- estirar o comprimir el producto de aleación templado.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el método incluye, adicionalmente, las etapas de proceso
siguientes:
- d)
- termotratamiento por solubilización del producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de enfriamiento controlado o del producto laminado en frío;
- e)
- templar el producto de aleación termotratado por solubilización;
- f)
- estirar o comprimir el producto de aleación templado;
- g)
- envejecer el producto de aleación templado y estirado o comprimido para lograr un revenido deseado.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el método incluye, adicionalmente, las etapas de proceso
siguientes:
- d)
- termotratamiento por solubilización del producto laminado en caliente después de ser sometido al ciclo de enfriamiento controlado o del producto laminado en frío;
- e)
- templar el producto de aleación termotratado por solubilización;
- g)
- envejecer el producto de aleación templado y estirado o comprimido para lograr un revenido deseado.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que la velocidad de enfriamiento media en el ciclo de enfriamiento
controlado está en el intervalo de 12 a 20ºC/hora.
15. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende la siguiente composición en
porcentaje en peso:
- Si
- 0,6-1,3
- Cu
- 0,04-1,1
- Mn
- 0,1-0,9
- Mg
- 0,4-1,3
- Fe
- 0,01-0,3
- Zr
- <0,25
- Cr
- <0,25
- Zn
- <0,6
- Ti
- <0,15
- V
- <0,25
- Hf
- <0,25,
y otros elementos cada uno menor
que 0,05 y menor que 0,20 en total, el resto
aluminio.
16. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende una aleación dentro de la gama
composicional de AA6013 o AA6056.
\global\parskip1.000000\baselineskip
17. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende la siguiente composición en
porcentaje en peso:
- Cu
- 3,8-5,2
- Mg
- 0,2-1,6
- Cr
- <0,25
- Zr
- <0,25
- Mn
- \leq0,50 y Mn: >0
- Fe
- \leq0,15
- Si
- \leq0,15,
y otros elementos cada uno menor que 0,05 y
menor que 0,15 en total, el resto aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
18. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende la siguiente composición en
porcentaje en peso:
- Cu
- 3,8-5,2
- Mg
- 0,2-1,6
- Cr
- <0,25
- Zr
- 0,06-0,18
- Mn
- \leq0,50 y Mn: >0,15
- Fe
- \leq0,15
- Si
- \leq0,15,
y otros elementos cada uno menor que 0,05 y
menor que 0,15 en total, el resto aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
19. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende la siguiente composición en
porcentaje en peso:
- Zn
- 5,0-9,5
- Cu
- 1,0-3,0
- Mg
- 1,0-3,0
- Mn
- <0,35
- Zr
- <0,25
- Cr
- <0,25
- Fe
- <0,25
- Si
- <0,25
- Se
- <0,35
- Ti
- <0,10
- Hf y/o V
- <0,25,
y otros elementos cada uno menor que 0,05 y
menor que 0,15 en total, el resto aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
20. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende la siguiente composición en
porcentaje en peso:
- Zn
- 5,0-9,5
- Cu
- 1,0-3,0
- Mg
- 1,0-3,0
- Mn
- <0,35
- Zr
- 0,06-0,16
- Cr
- <0,25
- Fe
- <0,25
- Si
- <0,25
- Se
- <0,35
- Ti
- <0,10
- Hf y/o V
- <0,25,
y otros elementos cada uno menor que 0,05 y
menor que 0,15 en total, el resto aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
21. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se funde un lingote que comprende una aleación dentro de la gama
composicional seleccionada del grupo de AA7040, AA7050 y AA7x75.
22. Un producto de lámina o chapa de aleación de
aluminio que tiene una gran tenacidad y una mejorada resistencia al
crecimiento de una grieta de fatiga, hecho de una aleación que se
produce según un método como el reivindicado en la reivindicación 1
ó 2.
23. Un producto de lámina o chapa de aleación de
aluminio laminado según la reivindicación 22, en el que dicho
producto es un miembro estructural de una aeronave o de un
automóvil.
24. Un producto de lámina o chapa de aleación de
aluminio laminado según la reivindicación 22, en el que dicho
producto es una piel de fuselaje de una aeronave o de una pieza
componente de un vehículo.
25. Un producto de lámina o chapa de aleación de
aluminio laminado según la reivindicación 22, en el que el producto
de aleación laminado tiene una calibre final en el intervalo de 2 a
7 mm.
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