BRPI0410713B1 - Membro estrutural de aeronave - Google Patents

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BRPI0410713B1
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BRPI0410713-6A
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Alex Cho
Vic Dangerfield
Bernard Bes
Timothy Warner
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Constellium Rolled Products Ravenswood, Llc
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
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Abstract

"liga al-cu-mg-ag-mn para aplicações estruturais que exigem alta resistência e alta ductilidade". a presente invenção refere-se a uma liga de alumínio que apresenta resistência e ductilidade aperfeiçoadas, a qual compreende cu 3,5 a 5,8% em peso, mg 0,1 a 1,8% em peso, mn 0,1 a 0,8% em peso, ag 0,2 a 0,8% em peso, ti 0,02 a 0,12% em peso, e opcionalmente um ou mais selecionados do grupo que consiste em cr 0,1 a 0,8% em peso, hf 0,1 a 1,0% em peso, sc 0,03 a 0,6% em peso e v 0,05 a 0,15% em peso, alumínio de equilíbrio e elementos incidentais e impurezas, e onde a liga é substancialmente livre de zircônio.

Description

(54) Título: MEMBRO ESTRUTURAL DE AERONAVE (73) Titular: CONSTELLIUM ROLLED PRODUCTS RAVENSWOOD, LLC. Endereço: Route 2 South, Ravenswood WV 26164, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US); CONSTELLIUM ISSOIRE. Endereço: Rue Yves Lamourdedieu, Zl Les Listes, 63500 Issoire, FRANÇA(FR) (72) Inventor: ALEX CHO; VIC DANGERFIELD; BERNARD BES; TIMOTHY WARNER
Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 03/04/2018, observadas as condições legais
Expedida em: 03/04/2018
Assinado digitalmente por:
Júlio César Castelo Branco Reis Moreira
Diretor de Patente
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MEMBRO
ESTRUTURAL DE AERONAVE.
Referência Cruzada com Pedidos Correlatos
Este pedido reivindica prioridade a partir do pedido provisório
U.S. Ne de Série 60/473.538, depositado em 28 de maio de 2003, cujo conteúdo é incorporado aqui em sua totalidade como referência.
Antecedentes da Invenção
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se geralmente a ligas e produtos 10 à base de alumínio-cobre-magnésio, e, mais particularmente, a ligas e produtos de alumínio-cobre-magnésio que contêm prata, incluindo aqueles particularmente adequados para aplicações estruturais em aviões que exigem alta resistência e ductilidade, bem como alta durabilidade e tolerância a danos tais como resistência à fratura e resistência à fadiga.
Descrição do Estado da Técnica
Aplicações aeroespaciais geralmente exigem um conjunto muito específico de propriedades. Ligas de alta resistência são geral mente desejadas, mas de acordo com o uso pretendido e desejado, outras propriedades tais como resistência à fratura ou ductilidade, bem como boa resistência à corrosão, poderão também usualmente ser exigidos.
Ligas de alumínio que contêm cobre, magnésio e prata são conhecidas no estado da técnica.
A Patente US Ne 4.772.342 descreve uma liga forjada alumínio25 cobre-magnésio-prata que inclui cobre em uma quantidade de 5-7 por cento (%) em peso (p), magnésio em uma quantidade de 0,3-0,8% em peso, prata em uma quantidade de 0,2-1% em peso, manganês em uma quantidade de 0,3-1,0% em peso, zircônio em uma quantidade de 0,1-0,25% em peso, vanádio em uma quantidade de 0,05-0,15% em peso, silício inferior a 0,10%, e o equilíbrio com alumínio.
A Patente US No 5.376.192 descreve uma liga forjada de alumínio que compreende cerca de 2,5-5,5% em peso de cobre, cerca de 0,10-2,3% em
Petição 870170089070, de 17/11/2017, pág. 5/11
Figure BRPI0410713B1_D0001
. 15 peso de magnésio, cerca de 0,1-1% em peso de prata, até 0,05% em peso de titânio, e o equilíbrio com alumínio, em que a quantidade de cobre e magnésio juntamente é mantida abaixo do limite de solubilidade de sólido para cobre e magnésio em alumínio.
As Patentes US Nos 5.630.889, 5.665.306, 5.800.927 e 5.879.475 descrevem ligas à base de alumínio livres de vanádio que incluem cerca de 4,85-5,3% em peso de cobre, cerca de 0,5-1% em peso de magnésio, cerca de 0,4-0,8% em peso de manganês, cerca de 0,2-0,8% em peso de prata, até cerca de 0,25% em peso de zircônio, até cerca de 0,1% em peso de silício e até 0,1% em peso de ferro, o equilíbrio com alumínio, elementos incidentais e impurezas. A liga pode ser produzida para uso em produtos extrudados, laminados ou forjados, e, em uma modalidade preferida, a liga contém um nível de Zr de cerca de 0,15% em peso.
Sumário da Invenção
Um objetivo da presente invenção foi proporcionar uma liga de alta resistência e alta ductilidade, compreendendo cobre, magnésio, prata, manganês e opcionalmente titânio, a qual é substancialmente livre de zircônio. Certas ligas da presente invenção são particularmente adequadas para uma ampla faixa de aplicações em aviões, em particular para aplicações em fuselagem, aplicações em revestimento inferior de asas e/ou longarinas, bem como outras aplicações.
De acordo com a presente invenção, proporciona-se uma liga alumínio-cobre que compreende cerca de 3,5-5,8% em peso de cobre, 0,1-1,8% em peso de magnésio, 0,2-0,8% em peso de prata, 0,1-0,8% em peso de manganês, bem como 0,02-0,12% em peso de titânio e o equilíbrio sendo alumínio e elementos incidentais e impurezas. Esses elementos incidentais e impurezas podem opcionalmente incluir ferro e silício. Opcionalmente, um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em cromo, háfnio, escândio e vanádio poderão ser adicionados em uma quantidade de até 0,8% em peso para Cr, 1,0% em peso para Hf, 0,8% em peso para Sc e 0,15% em peso para V, ou adicionalmente ou em lugar de Ti.
Uma liga de acordo com a presente invenção é vantajosa e substancialmente isenta de zircônio. Isso significa que zircônio está preferencialmente presente em uma quantidade inferior ou igual a cerca de 0,05% em peso, que é o nível convencional de impureza para zircônio.
A liga inventiva pode ser produzida e/ou tratada de qualquer maneira desejada, tal como mediante formação de um produto extrudado, laminado ou forjado. A presente invenção refere-se adicionalmente a métodos para a produção e uso de ligas, bem como a produtos que compreendem ligas.
Objetivos, características e vantagens adicionais da invenção serão apresentados na descrição que segue, e, em parte, serão óbvios a partir da descrição ou poderão ser aprendidos mediante prática da invenção. Os objetivos, características e vantagens da invenção poderão ser compreendidos e obtidos por meio das instrumentalidades e combinação particularmente apontadas nas reivindicações anexas.
Descrição Detalhada Dos Desenhos
A figura 1 mostra uma superfície de fratura (micrografia eletrônica de varredura por meio de modo imagens eletrônicas secundárias) da Amostra Inventiva A de acordo com a presente invenção após teste de resistência a -53,9°C (-65°F). A superfície fraturada exibe o modo fratura dúctil.
A figura 2 mostra uma superfície de fratura (micrografia eletrônica de varredura por meio de modo imagens eletrônicas secundárias) da Amostra Comparativa B após teste de resistência a -53,9°C (-65°F). A superfície fraturada exibe um modo fratura quebradiça.
Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida
Membros estruturais para estruturas de aviões, quer sejam extrudados, laminados e/ou forjados, usualmente se beneficiam de aumento de resistência. Nessa perspectiva, ligas com resistência aperfeiçoada, combinada com alta ductilidade, são particularmente adequadas para projetar elementos estruturais a serem usados em fuselagens, como exemplo. A presente invenção preenche uma necessidade da indústria de aviões, bem como outras, de proporcionar uma liga de alumínio, que compreende certas quantidades desejadas de cobre, magnésio, prata, manganês e titânio e/ou outros • · · elementos de refino de grãos tais como cromo, háfnio, escândio ou vanádio, e que é também substancialmente livre de zircônio.
Na presente invenção, descobriu-se inesperadamente que a adição de manganês e titânio a ligas Al-Cu-Mg-Ag substancialmente livres de zircônio proporciona resultados substanciais e significativamente aperfeiçoados em termos de ductilidade, sem deteriorar a resistência. Além disso, ligas de acordo com algumas modalidades da presente invenção mostram ainda um aperfeiçoamento na resistência também.
Substancialmente livre de zircônio significa um teor de zircônio igual a ou abaixo de cerca de 0,05% em peso, preferencialmente abaixo de cerca de 0,03% em peso, e, ainda mais preferencialmente, abaixo de cerca de 0,01% em peso.
A presente invenção, em uma modalidade, refere-se a ligas que compreendem (i) entre 3,5% em peso e 5,8% em peso de cobre, preferencialmente entre 3,80 e 5,5% em peso, e, ainda mais preferencialmente, entre 4,70 e 5,30% em peso, (ii) entre 0,1% em peso e 0,8% em peso de prata, e (iii) entre 0,1 - 1,8% em peso de magnésio, preferencialmente entre 0,2 e 1,5% em peso, mais preferencialmente entre 0,2 e 0,8% em peso, e, ainda mais preferencialmente, entre 0,3 e 0,6% em peso.
Descobriu-se inesperadamente que adições de manganês e titânio e/ou outros elementos de refino de grãos de acordo com algumas modalidades da presente invenção aumentaram a resistência e ductilidade de ligas Al-Cu-Mg-Ag. Preferencialmente, manganês é incluído em uma quantidade de cerca de 0,1 a 0,8% em peso, e, particular e preferencialmente, em uma quantidade de cerca de 0,3 a 0,5% em peso. Titânio é vantajosamente incluído em uma quantidade de cerca de 0,02 a 0,12% em peso, preferencialmente 0,03 a 0,09% em peso, e, mais preferencialmente, entre 0,03 e 0,07% em peso. Outros elementos de refino de grãos opcionais, se incluídos, podem compreender, por exemplo, Cr em uma quantidade de cerca de 0,1 a 0,8% em peso, Sc em uma quantidade de cerca de 0,03 a 0,6% em peso, Hf em uma quantidade de 0,1 a cerca de 1,0% em peso e/ou V em uma quantidade de cerca de 0,05 a 0,15% em peso.
Figure BRPI0410713B1_D0002
Figure BRPI0410713B1_D0003
Uma modalidade particularmente vantajosa da presente invenção é uma lâmina ou placa que compreende 4,70 - 5,20% em peso de Cu, 0,2 - 0,6% em peso de Mg, 0,2 - 0,5% em peso de Mn, 0,2 - 0,5% em peso de Ag, 0,03 - 0,09 (e preferencialmente 0,03 - 0,07) % em peso de Ti, e menos de 0,03, preferencialmente menos de 0,02 e, ainda mais preferencialmente, menos de 0,01% em peso de Zr. Esse produto em lâmina ou placa é particularmente adequado para a produção de revestimento de fuselagem para aeronave ou outro artigo similar ou diferente. Ele pode também ser usado, por exemplo, para a produção de revestimento para asa de avião ou similar. Um produto da presente invenção exibe inesperadamente resistência à fratura e taxa de propagação de trinca por fadiga aperfeiçoadas, bem como uma boa resistência à corrosão e resistência mecânica após tratamento térmico em solução, resfriamento rápido, estiramento e envelhecimento.
Um produto em lâmina ou placa da presente invenção preferencialmente apresenta uma espessura que varia de cerca de 2 mm a cerca de 10 mm, e, preferencialmente, uma resistência à fratura Kc, determinada a temperatura ambiente a partir da medição da curva de R em um painel de CCT de 406 mm de largura na orientação L-T, que é igual a ou excede cerca de 170 MPa/m, e preferencialmente excede 180 ou mesmo 190 MPa/m. Para o mesmo produto em lâmina ou placa, a taxa de propagação de trinca por fadiga (determinada de acordo com ASTM E 647 em um espécime de CCT (largura de 400 mm) a amplitude constante (R = 0,1)) é geralmente igual a ou menor que cerca de 3,0 10'2 mm/ciclo a ΔΚ = 60 MPa/m (medida em um espécime com uma espessura de 6,3 mm (tomada a espessura média) ou a espessura total do produto, por menor que seja). Como usados neste relatório descritivo, os termos lâmina e placa são intercambiáveis.
Lâmina e placa na faixa de espessuras de cerca de 5 mm a cerca de 25 mm apresentam vantajosamente um alongamento de pelo menos cerca de 13,5% e uma UTS de pelo menos cerca de 479,2 MPa (69,5 ksi), e/ou um alongamento de pelo menos cerca de 15,5% e uma UTS de pelo menos cerca de 475,7 MPa (69 ksi). À medida que a bitola do produto diminui, os valores de alongamento e UTS do produto poderão diminuir ligeira-
Figure BRPI0410713B1_D0004
mente. As presentes propriedades de UTS e alongamento são deduzidas de um teste de tração na direção L, como é comumente utilizado na indústria.
Resultados de testes de tração de produto em placa de 25,4 mm de bitola (uma polegada) demonstraram aperfeiçoamento similar de uma liga inventiva sobre ligas do estado da técnica anteriores (ver Tabela 2).
Esses resultados dos dois produtos de bitolas substancialmente diferentes demonstraram que a liga inventiva é superior a ligas consideradas como sendo as mais próximas do estado da técnica. Espera-se, portanto, que o desempenho do material da liga inventiva seja superior àquele de outras ligas do estado da técnica para uma miríade e ampla faixa de formas e bitolas de produtos forjados.
Entre os elementos opcionais Cr, Hf, Sc e V, a adição de escândio na faixa de 0,03 - 0,25% em peso é particularmente preferida em algumas modalidades.
Os exemplos seguintes são proporcionados para ilustrar a invenção, mas a invenção não deve ser considerada como limitada a eles. Nesses exemplos e em todo este relatório descritivo, partes são em peso, a menos que indicado de outra maneira. Também, composições poderão incluir impurezas normais e/ou inevitáveis, tais como silício, ferro e zinco. Exemplo 1
Lingotes de grande escala comercial foram fundidos com 406,4 mm (16 polegadas) de espessura por 1.143 mm (45 polegadas) de seção transversal de largura para a liga inventada A e duas outras ligas B e C. Esses lingotes foram homogeneizados a uma temperatura de 521 °C (970°F) por 24 horas. Desses lingotes, dois produtos com bitolas de placa diferentes, bitola de 25,4 mm (1,00 polegada) e bitola de 7,4 mm (0,29 polegada), foram produzidos de acordo com métodos convencionais.
A) Produto em placa: bitola de 25,4 mm (1 polegada)
Uma parte dos lingotes homogeneizados foi laminada a quente até uma placa com bitola de 25,4 mm (1 polegada) para avaliar a liga inventada A e as duas outras ligas, liga B e liga C.
O processo usado foi:
- laminar a quente esse lingote a uma temperatura de 371 °C a 482,2°C (700 a 900°F), até formar uma placa de cerca de 25,4 mm (1 polegada) de espessura;
- tratar termicamente em solução esse produto por 1 hora a
526,7°C (980°F);
- resfriar rapidamente o produto em água fria;
- estirar o produto até um ajuste nominal permanente de 6 por cento;
- envelhecer artificialmente o produto.
O tratamento de envelhecimento é usualmente de alta importância, na medida em que ajuda a obter um bom comportamento em relação a corrosão, sem perder tanta resistência. Diferentes práticas de envelhecimento testadas para todas as três ligas foram as seguintes:
a) 12 horas a 160°C (320°F);
b) 18 horas a 160°C (320°F);
c) 24 horas a 160°C (320°F);
a espessura final de todas as três amostras de ligas foi de 25,4 mm (1 polegada) (nominal).
As composições químicas em porcentagem em peso de amostras de ligas A, B e C são dadas na Tabela 1 abaixo, e as propriedades mecânicas estáticas medidas nas amostras de placas de 25,4 mm (1 polegada) são dadas na Tabela 2.
Tabela 1 - Composições de ligas fundidas A, B e C (em % em peso)
Si Fe Cu Mg Ag Ti Mn Zr
Amostra de liga A (de acordo com a invenção) 0,03 0,04 4,9 0,46 0,38 0,09 0,32 0,002
Amostra de liga B (AlCuM- gAg, com Zr & sem Mn) 0,03 0,06 4,81 0,46 0,39 0,02 0,01 0,14
Amostra de liga C (AlCuM- gAg, com Ti, sem Mn) 0,03 0,05 4,88 0,46 0,36 0,11 0,01 0,001
····· · ··· • · · · · · · • · · · · · ·
Tabela 2 - Propriedades mecânicas de placa com bitola de 25,4 mm (1 polegada) de produtos das ligas A, B e C na direção L
liga Prática de envelhecimento UTS MPa (ksi) TYS MPa (ksi) E(%)
Liga A 12 horas 494 (71,5) 468 (67,7) 15,0
a160°C (320°F) 494 (71,5) 468 (67,8) 16,0
18 horas 498 (72) 471 (68,2) 14,5
a 160°C (320°F) 498 (72) 473 (68,5) 14,0
24 horas 500 (72,3) 472 (68,3) 14,0
a 160°C(320°F) 498 (72,1) 471 (68,1) 15,5
Liga B 12 horas 484 (70,1) 455 (65,9) 13,5
a160°C (320°F) 485 (70,2) 457 (66,1) 13,5
18 horas 489 (70,7) 461 (66,7) 12,5
a 160°C (320°F) 489 (70,8) 461 (66,7) 12,0
24 horas 490 (70,9) 460 (66,6) 12,5
a 160°C(320°F) 489 (70,8) 460 (66,6) 13,5
Liga C 12 horas 491 (71,0) 457 (66,2) 13,0
a 160°C(320°F) 489 (70,8) 457 (66,1) 13,0
18 horas 495 (71,6) 463 (67,0) 11,5
a 160°C(320°F) 495 (71,7) 464 (67,1) 11,0
24 horas 498 (72,0) 463 (67,0) 10,0
a160°C (320°F) 497 (71,9) 463 (67,0) 10,0
A Liga A de acordo com a invenção exibe melhor resistência e alongamento do que as outras ligas B e C, que não contêm Mn e/ou Ti. A presente invenção mostra adicionalmente um aperfeiçoamento significativo de UTS (limite de esforço de tração), TYS (resistência à deformação por tração) e E (alongamento) sob esforço de pico.
B) Produto em lâmina delgada: bitola de 7,4 mm (0,29 polegada)
Para avaliar o desempenho do material em produto forjado de bitola delgada, uma parte dos três lingotes homogeneizados descritos acima foi laminada a quente até uma lâmina com bitola de 7,4 mm (0,29 polegada)
Figure BRPI0410713B1_D0005
Figure BRPI0410713B1_D0006
para a liga inventiva A e as duas outras ligas, liga B e liga C.
O processo usado foi como segue:
- laminar a quente esse lingote a uma temperatura de 371 °C a 482,2°C (700 a 900°F), até formar uma lâmina de cerca de 7,4 mm (0,29 polegada) de espessura;
- tratar termicamente em solução esse produto por 30 minutos a 526,7°C (980°F);
- resfriar rapidamente o produto em água fria;
- estirar o produto até ajuste permanente de 3 por cento;
- envelhecer artificialmente o produto.
Diferentes práticas de envelhecimento testadas para todas as três amostras foram as seguintes:
a) 10 horas a 176,7°C (350°F);
b) 12 horas a 176,7°C (350°F);
c) 16 horas a 176,7°C (350°F);
d) 24 horas a 160°C (320°F);
a espessura final da lâmina delgada de todas as três amostras de ligas foi de 7,4 mm (0,29 polegada) (nominal).
As propriedades mecânicas estáticas medidas em amostras de lâminas de 7,4 mm (0,29 polegada) são dadas na Tabela 3.
Tabela 3 - Propriedades mecânicas de lâmina delgada de 7,4 mm (0,29 polegada) de ligas A, B e C na direção L
Prática de envelhecimento UTS (ksi) UTS (MPa) TYS (ksi) TYS (MPa) E (%)
Amostra A (liga inventiva) 10 horas a 176,7°C (350°F) 70,8 488,2 66,1 455,7 14
24 horas a 160°C (320°F) 70,7 487,5 66.5 458.5 16
Amostra B 10 horas a 176,7°C (350°F) 69 475,7 63,9 440,6 11,5
24 horas a 160°C(320°F) 69,2 477,1 64,5 444,7 13
• · · · ··· · ···
Tabela 3 - continuação 10 • · · · · · · · · · · • · ····· ··· • ···· · · · · · ·
Prática de envelhecimento UTS (ksi) UTS (MPa) TYS (ksi) TYS (MPa) E(%)
Amostra C 10 horas a 176,7°C (350°F) 69 479,9 64,9 443,3 8
24 horas a 160°C(320°F) 69.9 481.9 61,6 424,7 11
• 15
Novamente, a Liga A de acordo com a invenção exibe melhor resistência e alongamento do que as outras ligas B e C, que não contêm Mn e/ou Ti. A presente invenção mostra adicionalmente um aperfeiçoamento significativo de UTS (limite de esforço de tração), TYS (resistência à deformação por tração) e E (alongamento) sob esforço de pico.
Teste adicional de resistência à fratura e vida em relação à fadiga foi conduzido em amostra de ligas A e B. Os resultados de teste são listados na Tabela 4. A amostra de liga inventiva A mostra valores maiores de resistência à fratura testada sob temperatura ambiente, bem como em -53,9°C (-65°F).
Deve-se observar que os valores aperfeiçoados de Kc e Kapp da amostra de liga A sobre aqueles de amostra de liga B são mais pronunciados quando testados em -53,9°C (-65°F) que é o ambiente de serviço para vôo de avião em alta altitude.
Essas características atrativas de material da amostra de liga A é também evidentes através de exame de Microscopia Eletrônica de Varredura sobre as superfícies fraturadas desses espécimes de teste por fratura. A fratografia da amostra de liga A na Figura 1 mostra as superfícies fraturadas com modo fratura dúctil enquanto aquela da amostra de liga B na Figura 2 mostra muitas áreas de modo fratura quebradiça.
Resistência superior para falha por fadiga é um dos importantes atributos de produtos para aplicações estruturais aeroespaciais. Conforme mostrada na Tabela 5, amostra da liga A demonstra número maior de ciclos de fadiga até falhar em ambos os dois métodos de teste diferentes.
Tabela 4 - Resistência à fratura de produtos de liga A e B na direção L-T (testes são conduzidos por ASTM E 561 e ASTM B646)
9 · · · • · ·
Prática de envelhecimento Método de teste Direção de teste Resultado de teste (ksiNin) (MPaVm)
Amostra A (liga inventiva) 10 horas sob 176,7°C (350°F) Kc (1)(2) L-T 171 (187,9)
Kapp (1)(2) L-T 118,8 (130,5)
Kc sob -65°F (1)(2) L-T 173,6 (190,8)
Kapp sob -65°F (1)(2) L-T 116,0 (127,5)
Amostra B 10 horas sob 176,7°C (350°F) Kc (1)(2) L-T 161,3 (177,2)
Kapp (1)(2) L-T 109,9 (120,8)
Kc sob -65°F (1)(2) L-T 133,7 (146,9)
Kapp sob -65° F (1)(2) L-T 94,5 (103,8)
Nota:
(1) espessura total testada de aproximadamente 7,1 mm (0,28 polegada).
(2) Largura do espécime de teste = 406,4 mm (16 polegadas) 5 com entalhe central de 101,6 mm (4 polegadas) de largura, pré-trincado por fadiga.
Tabela 5 - Teste de fadiga de produtos de liga A e B na direção L (testes são conduzidos por ASTM E466)
Prática de envelhecimento Método de teste Direção do teste Resultado de teste (ciclos para falha)
Amostra A 10 horas sob 176,7°C (350°F) Por entalhe (3) L 151,059
Orifício duplo aberto (4) L 116,088
* · · * · · · · · ···
Tabela 5 - continuação 12
Figure BRPI0410713B1_D0007
Prática de envelhecimento Método de teste Direção do teste Resultado de teste (ciclos para falha)
Amostra B 10 horas sob 176,7°C (350°F) Por entalhe (3) L 103,798
Orifício duplo aberto (4) L 89,354
Nota:
(3) Espessura do espécime = 3,8 mm (0,15 polegada), R = 0,1, Kt = 1,2, tensão máxima = 310,3 MPa (45 ksi), freqüência = 15hz (4) Espessura do espécime = 5,1 mm (0,2 polegada), R = 0,1, tensão máxima = 165,5 MPa (24 ksi), freqüência = 15 hz Exemplo 2:
Lingotes de laminação foram fundidos de uma liga com a composição (em porcentagem em peso) conforme dado na Tabela 6.
Tabela 6 - Composição de ligas de fundição S e P
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ag
Amostra S <0,06 0,06 4,95 0,26 0,45 <0,001 0,050 0,0012 0,34
Amostra P <0,06 0,06 4,93 0,20 0,43 <0,001 0,021 0,091 0,34
Os lingotes esfoliados foram aquecidos a 500°C e laminados a quente com uma temperatura de entrada de 480°C sobre um laminador a quente reversível até que uma espessura de 20 mm fosse atingida, seguida por laminação a quente sobre um laminador em tandem até que uma espes15 sura de 4,5 mm fosse atingida. A tira foi bobinada sob uma temperatura de metal de cerca de 280°C. A bobina foi em seguida laminada a frio sem recozimento intermediário até obter-se uma espessura de 3,2 mm.
Tratamento térmico em solução foi realizado a 530°C durante 40 minutos, seguido por resfriamento rápido em água fria (temperatura da água compreendida entre 18 e 23°C).
Estiramento foi efetuado com um ajuste permanente de cerca de
2%.
A prática de envelhecimento para amostras T8 foi de 16 horas a « · ♦ · * · · » e t t « *· 4 «« 4 ♦······· · » • · ·♦♦ 4 · ♦ « · « • * ·«·♦» ··» • · · * · · · · » « e
4»·
175°C.
Propriedades mecânicas de amostras de lâmina de liga S e P em têmperas T3 e T8 são fornecidas na Tabela 7.
Tabela 7 - Propriedades mecânicas de produtos de ligas S e P na direção L 5 e LT em unidades de MPa e ksi
Figure BRPI0410713B1_D0008
Têmpera T3 Têmpera T8
Amostra UTS (ksi) TYS (ksi) E% UTS (ksi) TYS (ksi) E%
S L 478 444 12,9
LT 411 268 23 475 430 12,9
P L 473 439 12,3
LT 413 273 22,5 472 425 12,0
Têmpera T3 Têmpera T8
Amostra UTS (ksi) TYS (ksi) E% UTS (ksi) TYS (ksi) E%
S L 69,4 64,4 12,9
LT 59,7 38,9 23 68,9 62,4 12,9
P L 68,7 63,7 12,3
LT 59,9 39,6 22,5 68,5 61,7 12,0
Resistência à fratura foi calculada a partir das curvas R determinadas em pedaços de teste do tipo CCT de uma largura de 760 mm com uma razão de comprimento de trinca a/largura de peça de teste W de 0,33. A
Tabela 8 resumiu os valores de Kc e KaPP calculados a partir da medição da curva R para o pedaço de teste usado no teste (W = 760 mm), bem como os valores Kc e Kapp calculados de novo para uma peça de teste com W = 406 mm. Como aquele versado na técnica saberá, um cálculo de KaPP e Kcde um painel mais estreito a partir dos dados de um painel mais largo é em geral seguro, considerando que o cálculo oposto é carregado com incertezas.
Tabela 8 - Resistência à fratura de produtos de ligas S e P • « · · * * » ♦ * · «4 • ··«··· • · · ··· Λ • *·· ♦ · · • · * • » · • *·« • · · • · · ·· ·»· ·
Amostra Orientação Largura do painel Kapp Kc Κθρρ Kc
MPa7m ksiVin
P L-T Calculada para painel de W = 406 mm 118,1 163,9 107,4 149,0
S L-T Calculada para painel de W = 406 mm 121 178,7 110,0 162,5
P L-T Para painel de W = 760 mm 144,3 189,9 131,2 172,6
S L-T Para painel de W = 760 mm 154,8 221,3 140,7 201,2
Pode-se observar que a amostra S (sem zircônio) apresenta valores de Kc significativamente maiores que a amostra P contendo zircônio.
Taxas de propagação de trinca por fadiga foram determinadas 5 de acordo com ASTM E 647 sob amplitude constante (R = 0,1) usando peças de teste do tipo CCT com uma largura de 400 mm. Os resultados são mostrados na tabela 9.
Tabela 9 - Taxa de propagação de trinca por fadiga de produtos em lâmina de ligas S e P
Amostra P Amostra S
L-T T-L L-T T-L
ΔΚ [MPa7m] Da/dn [mm/ciclos] da/dn [mm/ciclos] da/dn [mm/ciclos] da/dn [mm/ciclos]
10 1,64E-04 1,24E-04 1.38E-04 1,37E-04
15 3,50E-04 3,93e-04 4.10E-04 3.80E-04
20 7.36E-04 8,02e-04 7,13E-04 8,33E-04
25 1,30E-03 1 ,57e-03 1,27E-03 1,44E-03
30 2,52E-03 2,88e-03 2,43E-03 2.80E-03
35 4,21 E-03 5,29e-03 3,93E-03 4,37E-03
40 6,29E-03 8,67e-03 6.03E-03 7,60E-03
50 1,50E-02 2,03e-02 1,22E-02 1.58E-02
60 3,50E-02 2,72E-02
···
Figure BRPI0410713B1_D0009
usando o teste EXCO T8. Tanto amostras P
Corrosão por esfoliação foi determinada (ASTM G34) em amostras de lâminas na têmpera quanto S foram classificadas EA.
Corrosão intercristalina foi determinada de acordo com ASTM B 5 110 em amostras de lâmina na têmpera T8. Resultados são resumidos na tabela 10. Conforme ilustrada na tabela 9, a amostra S mostra ataque corrosivo geralmente mais superficial, e profundidades máximas especificamente menores de ataque intergranular do que a amostra P. O número total de sítios de corrosão observado na amostra S foi no entanto maior. Deve-se ob10 servar que o impacto de sensibilidade IGC em propriedades de conservação é geralmente considerado relacionar-se com o papel de sítios corroídos como sítios potenciais para iniciação de fadiga. Nesse contexto, o ataque mais superficial observado na amostra S seria considerado vantajoso.
Tabela 10 - Corrosão intercristalina
Face 1 Face 2
Amostra Tipo de corrosão Profundidade máxima (pm) Tipo de corrosão Profundidade máxima (pm)
P Intergranular (I): 10 108 Intergranular (I): 13 98
Corrosão por sulcos 108 Corrosão por sulcos 83
(Pitting) (P): 12 Ligeiramente intergranular: 9 127 (Pitting) (P): 16 Ligeiramente intergranular: 8 118
Valor médio 114 Valor médio 99
S Intergranular (I): 32 88 Intergranular (I): 13 74
Corrosão por sulcos 39 Corrosão por sulcos 64
(Pitting) (P): 4 Ligeiramente intergranular: 3 88 (Pitting) (P): 5 Ligeiramente intergranular: 5 74
Valor médio 71 Valor médio 70
Teste de corrosão por tensão foi efetuado sob uma tensão de
250 MPa, e nenhuma falha foi observada após 30 dias (quando o teste foi descontinuado). Sob essas condições, nenhuma diferença em corrosão por tensão foi verificada entre as amostras P e S.
Vantagens, características e modificações adicionais prontamente ocorrerão aqueles versados na técnica. Portanto, a invenção em seus aspectos mais amplos não se limita aos detalhes específicos e dispositivos representativos, mostrados e descritos neste relatório. Conseqüentemente, várias modificações poderão ser feitas sem desviar-se do espírito ou escopo do conceito geral inventivo como definido pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.
Figure BRPI0410713B1_D0010
Todos os documentos referidos aqui são especificamente incor-
Figure BRPI0410713B1_D0011
porados neste relatório como referência em suas totalidades.
Como usado neste relatório e nas reivindicações seguintes, arti10 gos tais como o, a, um e uma podem conotar o singular ou plural.

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Membro estrutural de aeronave compreendendo um produto em lâmina de liga de alumínio com uma espessura compreendida entre 5 e 25 mm, caracterizado pelo fato de que a liga de alumínio compreende:
    a) Cu 4,7 - 5,2% em peso,
    Mg 0,2 - 0,6% em peso,
    Mn 0,2 - 0,5% em peso,
    Ag 0,2 - 0,5% em peso,
    Ti 0,03 - 0,12% em peso e opcionalmente um ou mais selecionados do grupo que consiste em Cr 0,1 a 0,8% em peso, Hf 0,1 a 1,0% em peso, Sc 0,03 a 0,6% em peso e V 0,05 a 0,15% em peso,
    b) alumínio de equilíbrio e elementos e impurezas incidentais, e em que o teor de Zr é menor do que 0,01 % em peso, sendo que o produto apresenta um alongamento (direção L) de pelo menos 15,5% e um UTS de pelo menos 475,7 MPa (69 ksi).
  2. 2. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Mn de 0,20 a 0,40% em peso.
  3. 3. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Ti de 0,03 0,09% em peso.
  4. 4. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Ti de 0,03 a 0,07% em peso.
  5. 5. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Sc de 0,03 a 0,25% em peso.
  6. 6. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Hf de 0,1 a 1,0% em peso.
  7. 7. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de V de 0,05 a 0,15% em peso.
  8. 8. Membro estrutural de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de Cr de 0,1 a
    5 0,8% em peso.
    1/2
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Owner name: CONSTELLIUM FRANCE (FR) , ALCAN ROLLED PRODUCTS

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Owner name: CONSTELLIUM FRANCE (FR) , CONSTELLIUM ROLLED PRODU

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Owner name: CONSTELLIUM ROLLED PRODUCTS RAVENSWOOD, LLC (US) ,

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Owner name: CONSTELLIUM ROLLED PRODUCTS RAVENSWOOD, LLC (US) ,

B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]