專利名稱：具有改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度和韌性的鋁-銅-鋰合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁-銅-鋰合金產(chǎn)品，更具體地，涉及這類產(chǎn)品及其制造方法和用途， 特別是在航空學(xué)和航空航天構(gòu)造領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
開(kāi)發(fā)軋制、鍛造或擠壓的鋁合金產(chǎn)品，特別是厚的產(chǎn)品，以通過(guò)切割、表面加工或機(jī)械加工，用大塊體制造高強(qiáng)度部件，特別是用在航空工業(yè)、航空航天工業(yè)或機(jī)械構(gòu)造中的高強(qiáng)度部件。在這一方面，含鋰鋁合金極為有利，因?yàn)閷?duì)于添加的每一重量百分比的鋰來(lái)說(shuō)，鋰使鋁的密度減少3 %并且彈性模量增加6 %。為了讓這些合金被選用于飛機(jī)，這些合金的性能——就其他使用性質(zhì)而言——必須和常用合金的一樣好，特別是在靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì) (屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度)和損傷容限性質(zhì)(韌性、抗疲勞裂紋擴(kuò)張性)之間的折衷方面，這些性質(zhì)通常是矛盾的。對(duì)于厚的產(chǎn)品，這些特性必須特別地在四分之一厚度和一半厚度處獲得，因此這些產(chǎn)品必須具有低淬火敏感性。如果這些靜態(tài)機(jī)械性質(zhì)(例如屈服強(qiáng)度)在淬火速率減小時(shí)減小，則這個(gè)產(chǎn)品就是淬火敏感的。淬火速率是產(chǎn)品在淬火期間的平均冷卻速率。這些機(jī)械特性還必須優(yōu)選地長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定并且不會(huì)由于在使用溫度下老化而明顯改變。這樣，在民用航空應(yīng)用中延長(zhǎng)使用這些產(chǎn)品需要機(jī)械特性具有良好的穩(wěn)定性，這例如通過(guò)在85°C老化1000小時(shí)進(jìn)行模擬。這些合金還必須具有足夠的耐腐蝕性，能夠采用常用的方法成型并具有低的殘余應(yīng)力以便能夠進(jìn)行整體機(jī)械加工。美國(guó)專利5，032，359描述了一大類鋁-銅-鋰合金，其中添加鎂和銀，特別是0. 3 至0. 5重量％，能使機(jī)械強(qiáng)度增加。美國(guó)專利5，234，662描述了具有下列組成的合金(以重量％計(jì))Cu :2. 60-3. 30、 Mn :0. 0-0. 50、Li :1. 30-1. 65、Mg :0. 0-1. 8，以及選自Zr和Cr的控制晶粒結(jié)構(gòu)的元素 0. 0-1. 5。美國(guó)專利5，455，003描述了一種生產(chǎn)Al-Cu-Li合金的方法，該合金特別是由于合適的冷變形Qcrouissage)和回火而在低溫下具有改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。此專利特別推薦以下組成(以重量％計(jì)):Cu 3. 0-4. 5、Li :0. 7-1. 1、Ag :0-0. 6、Mg :0. 3-0. 6、以及 Zn 0-0.75。在所述文獻(xiàn)中沒(méi)有提及民用航空應(yīng)用的產(chǎn)品老化問(wèn)題，因?yàn)槠湎胍漠a(chǎn)品主要是火箭發(fā)射器或航天飛機(jī)的低溫存儲(chǔ)器。美國(guó)專利7，438，772描述的合金包含(以重量％計(jì))Cu :3_5、Mg :0· 5-2、Li 0. 01-0. 9，不允許使用更高含量的鋰，因?yàn)轫g性和機(jī)械強(qiáng)度之間的折衷會(huì)下降。美國(guó)專利7，2 ，509描述了一類合金，包含(以重量％計(jì))(2. 5-5. 5)Cu、 (0. 1-2. 5)Li, (0.2-1.0)Mg、(0.2-0. 8)Ag、(0.2-0. 8)Mn、(最高達(dá) 0. 4)^ 或其他晶粒細(xì)化劑(例如Cr, Ti，Hf，Sc和V)，特別地對(duì)于Rp0.2 (L) > 448. 2MPa的屈服強(qiáng)度(厚度大于76. 2mm的產(chǎn)品)具有Kic(L) > 37. 4MPa V m的韌性，并且特別地對(duì)于Rpa2(L) > 489. 5MPa 的屈服強(qiáng)度(厚度小于76. 2mm的產(chǎn)品)具有Kic(L) > 38. 5MPa V m的韌性。美國(guó)專利申請(qǐng)2009/142222A1描述了一種合金，包含(以重量％計(jì))3.4至4. 2% Cu、0. 9 至 1. 4% Li、0. 3 至 0. 7% Ag、0. 1 至 0. 6% Mg、0. 2 至 0. 8% Zn、0. 1 至 0. 6% Mn 和 0. 01至0. 6%的至少一種控制晶粒結(jié)構(gòu)的元素。還已知合金AA2050，其中包含(以重量 ％ 計(jì))(3. 2-3. 9) Cu, (0.7-1· 3) Li、 (0. 20-0. 6)Mg、(0. 20-0. 7) Ag、(最高 0. 25) Zn、(0. 20-0. 50)Mn、(0. 06-0. 14) Zr,以及合金 AA2095 (3. 7-4. 3) Cu、(0. 7-1. 5) Li、(0. 25-0. 8)Mg、(0. 25-0. 6) Ag、(最高 0. 25) Zn、(最高 0. 25)Mn, (0. 04-0. 18) Zr。合金AA2050的產(chǎn)品因其靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度和韌性的品質(zhì)而著稱。對(duì)于由鋁-銅-鋰合金制成的產(chǎn)品，特別是厚的產(chǎn)品，需要其與已知產(chǎn)品相比具有改進(jìn)的特性，特別是在靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)和損傷容限性質(zhì)之間的折衷、熱穩(wěn)定性、抗腐蝕性、機(jī)械加工性的方面，并且具有低密度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是一種由基于鋁的合金制成的鍛壓產(chǎn)品(produit C0rr0y6)，例如擠壓、軋制和/或鍛造產(chǎn)品，其含有(以重量％計(jì))Cu 3. 0-3. 9 ；Li 0. 8-1. 3 ；Mg 0. 6-1. 0 ；Zr 0. 05-0. 18 ；Ag 0. 0-0. 5 ；Mn 0. 0-0. 5 ；Fe+Si 彡 0.20;Zn 彡 0. 15 ；至少一種選自以下的元素Ti 0. 01-0. 15 ；Sc 0. 05-0. 3 ；Cr 0. 05-0. 3 ；Hf 0. 05-0. 5 ；其他元素各自彡0. 05，并且總量彡0. 15，剩余的是鋁。本發(fā)明的第二個(gè)目的是一種制造基于鋁合金的擠壓、軋制和/或鍛造產(chǎn)品的方法，其中a)制備一種基于鋁的液體金屬浴，包含3. 0至3. 9重量％的Cu、0. 8至1. 3重量％ 的Li、0. 6至1. 0重量％的Mg、0. 05至0. 18重量％的Zr、0. 0至0. 5重量％的Ag、0. 0至 0. 5重量％的胞、至多0. 20重量^Wi^e+Si、至多0. 15重量％的Si和至少一種選自Cr、Sc、 Hf、Ti的元素，所述元素的量——如果被選擇——為0. 05至0. 3重量％的Cr、Sc,0. 05至 0. 5重量％的Hf和0. 01至0. 15重量％的Ti，其他元素各自至多為0. 05重量％，總量至多為0. 15重量％，剩余為鋁；b)由所述液體金屬浴澆鑄一種未加工的成形體；
c)將所述未加工的成形體在450至550°C之間、優(yōu)選480°C至530°C之間的溫度下均化5至60小時(shí)；d)將所述未加工的成形體熱變形和任選地冷變形成擠壓、軋制和/或鍛造的產(chǎn)
P
m ；e)將所述產(chǎn)品在490°C至530°C之間進(jìn)行固溶處理15分鐘至8小時(shí)然后淬火；f)將所述產(chǎn)品以受控方式、以1至6%、優(yōu)選至少2%的永久變形拉伸；g)將所述產(chǎn)品回火，包括在130°C至170°C之間的溫度下加熱5至100小時(shí)，優(yōu)選 10至40小時(shí)，以獲得接近峰值的屈服強(qiáng)度。本發(fā)明的又一目的為一種包含本發(fā)明產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件。本發(fā)明的又一個(gè)目的為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件用于航空構(gòu)造的用途。
圖1 回火曲線和切線斜率的測(cè)量實(shí)例。圖2 實(shí)施例1的試樣所得屈服強(qiáng)度和韌性的結(jié)果。圖3 實(shí)施例1和2的試樣所得屈服強(qiáng)度和韌性的結(jié)果，其屈服強(qiáng)度接近峰值。圖4 實(shí)施例3的試樣所得屈服強(qiáng)度和韌性的結(jié)果，其屈服強(qiáng)度接近峰值。
具體實(shí)施例方式除非另外說(shuō)明，否則所有關(guān)于合金的化學(xué)組成的表示均用基于合金總重量計(jì)的重量百分?jǐn)?shù)表達(dá)。表述1.4Cu指的是用重量％表示的銅的含量乘以1.4。合金命名根據(jù)鋁業(yè)協(xié)會(huì)(The Aluminum Association)的規(guī)定，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。密度取決于組成并通過(guò)計(jì)算而非通過(guò)重量測(cè)量方法來(lái)確定。數(shù)值的計(jì)算根據(jù)鋁業(yè)協(xié)會(huì)的程序，描述于 "Aluminum Standards and Data”的第 2—12 禾口 2—13 頁(yè)。冶金狀態(tài)(etat metallurgique) 的定義在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 515中指出。除非另外說(shuō)明，否則靜態(tài)機(jī)械性質(zhì)，即斷裂強(qiáng)度Rm、伸長(zhǎng)0. 2%時(shí)的常規(guī)屈服強(qiáng)度 Rp0.2 ( “屈服強(qiáng)度”)和斷裂延長(zhǎng)率A%，通過(guò)拉伸試驗(yàn)根據(jù)EN 10002-1標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，試驗(yàn)的取樣和方向用標(biāo)準(zhǔn)EN 485-1定義。應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kq)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 399測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 399給出能夠確定 Kq是否是、的有效值的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于給定的試樣形狀，不同材料獲得的Kq值可以互相比較， 在試樣的屈服強(qiáng)度在同一數(shù)量級(jí)內(nèi)的范圍內(nèi)。除非另外說(shuō)明，否則標(biāo)準(zhǔn)EN 12258的定義均適用。型材厚度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 2066 2001定義橫切面分成具有尺寸A和B的基本矩形；A總是基本矩形的較大尺寸且B可被認(rèn)為是基本矩形的厚度。模具托(semelle)是具有最大尺寸A的基本矩形。MASTMAASIS (修改的ASTM乙酸鹽間斷噴霧)試驗(yàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM G85實(shí)施。在本文中，術(shù)語(yǔ)機(jī)械構(gòu)造的“結(jié)構(gòu)元件”指對(duì)其而言靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)機(jī)械性質(zhì)對(duì)于結(jié)構(gòu)的性能特別重要、并且對(duì)其而言結(jié)構(gòu)計(jì)算通常是有規(guī)定的或?qū)嵤┑臋C(jī)械部件。這通常涉及這樣一些元件，即，其失敗很可能會(huì)危及所述構(gòu)造、其操作者或他人的安全。對(duì)于飛機(jī)， 所述結(jié)構(gòu)元件包括，特別是構(gòu)成機(jī)身的元件(例如機(jī)身蒙皮)、機(jī)身桁條、艙壁、環(huán)向邊框、 機(jī)翼(例如機(jī)翼蒙皮、桁條、肋條和翼梁)和特別是由水平或豎直穩(wěn)定器構(gòu)成的尾部，以及CN 102459671 A說(shuō)明書(shū)4/11 頁(yè)
地板梁、座椅軌道和艙門。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)選擇的一類鋁合金——其含有特定和嚴(yán)格量的鋰、銅、鎂和鋯——能使制造的鍛壓產(chǎn)品具有改進(jìn)的韌度和機(jī)械強(qiáng)度之間的折衷，以及良好的抗腐蝕性。并且，當(dāng)這些產(chǎn)品經(jīng)受為獲得接近峰值屈服強(qiáng)度Rpa2的屈服強(qiáng)度I^2而選擇的回火方法時(shí)，它們具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明人驚奇地觀察到，可通過(guò)增加鎂含量來(lái)改進(jìn)特別是厚的鋁-銅-鋰合金產(chǎn)品——例如特別是合金AA2050——的靜態(tài)機(jī)械抗性與損傷容限性質(zhì)之間的折衷。特別地， 對(duì)于經(jīng)受了接近峰值的回火的厚產(chǎn)品，選擇銅、鎂和鋰含量，能夠獲得性質(zhì)的有利折衷，并能夠獲得令人滿意的產(chǎn)品熱穩(wěn)定性。本發(fā)明的產(chǎn)品的銅含量為3. 0至3. 9重量％。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，銅含量為3. 2至3. 7重量％。當(dāng)銅含量過(guò)高，其韌性特別是對(duì)于接近峰值的回火不足； 此外，合金的密度不好。當(dāng)銅含量過(guò)低，達(dá)不到其最小靜態(tài)機(jī)械特性。本發(fā)明的產(chǎn)品的鋰含量為0. 8至1. 3重量％。有利地，鋰含量為0. 9至1. 2重量％。 優(yōu)選地，鋰含量至少為0. 93重量％或至少為0. 94重量％。當(dāng)鋰含量過(guò)低，與鋰的加入相關(guān)的密度降低程度不足。本發(fā)明的產(chǎn)品的鎂含量為0.6至1.0重量％，優(yōu)選為0.65或0.67至1.0重量％。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，鎂含量至多為0. 9重量％，優(yōu)選至多為0. 8重量％。對(duì)于某些應(yīng)用，鎂含量至少為0. 7%是有利的。鋯含量為0. 05至0. 18重量％，優(yōu)選為0. 08至0. 14重量％，以優(yōu)選地獲得纖維性
或者輕度重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)。錳含量為0.0至0.5重量％。特別是在厚板的制造中，0.2至0.4重量％之間的錳含量能使韌性增加而不危害機(jī)械強(qiáng)度。銀含量為0.0-0. 5重量％。本發(fā)明人注意到，雖然銀的存在是有利的，在鎂以本發(fā)明用量存在的情況下，為了獲得在機(jī)械強(qiáng)度和損傷容限之間折衷的需要的改進(jìn)，不需要大量銀。對(duì)銀的用量限制，是經(jīng)濟(jì)上非常有利的。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，銀含量為0. 15至0. 35重量％。在本發(fā)明的一個(gè)具有最小化密度的優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方案中，銀含量至多為0. 25重量％。鐵含量和硅含量的總量至多為0.2重量％。優(yōu)選地，鐵和硅的含量各自至多為 0. 08重量％。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，鐵和硅的含量分別至多為0. 06和0. 04 重量％。受控且有限的鐵和硅含量促進(jìn)了機(jī)械強(qiáng)度和損傷容限之間折衷的改進(jìn)。合金還包含至少一種能夠有助于控制晶粒大小并選自Cr、Sc、Hf、Ti的元素，元素的量——如果選擇——為0. 05至0. 3重量％的Cr、Sc，0. 05至0. 5重量％的Hf和0. 01至 0. 15重量％的Ti。優(yōu)選地，選擇0.02至0. 10重量％的鈦。鋅是一種不期望的雜質(zhì)。鋅含量為Si < 0. 15重量％，優(yōu)選地Si < 0.05重量％。 鋅含量有利地低于0. 04重量％。本發(fā)明產(chǎn)品的密度低于2. 72g/cm3。為降低產(chǎn)品的密度，可有利地選擇組成以獲得低于2. 71g/cm3、優(yōu)選地低于2. 70g/cm3的密度。本發(fā)明的合金特別地意欲用于制造厚的擠壓、軋制和/或鍛造的產(chǎn)品。在本發(fā)明的范圍中，厚的產(chǎn)品指的是厚度至少為30mm、優(yōu)選至少50mm的產(chǎn)品。事實(shí)上，本發(fā)明的合金具有低的淬火敏感度，這對(duì)厚的產(chǎn)品是特別有利的。本發(fā)明的軋制產(chǎn)品的厚度優(yōu)選地在30至200mm之間，更優(yōu)選在50至170mm之間。本發(fā)明的厚的產(chǎn)品具有特別有利的機(jī)械強(qiáng)度和韌性之間的折衷。本發(fā)明的一種產(chǎn)品，在經(jīng)軋制、固溶處理、淬火和回火以達(dá)到接近峰值的屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下，對(duì)于30至IOOmm的厚度，在一半厚度處具有下列成對(duì)特性中的至少一種⑴對(duì)于30至60mm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度I pQ.2(L)彡525MPa，優(yōu)選地 Rp0.2 (L)彡 545MPa，韌性 Kic (L-T)彡 38MPa V m，優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 43MPa V m,(ii)對(duì)于60至IOOmm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)彡515MPa，優(yōu)選地 Rp0.2 (L)彡 5!35MPa，韌性 Kic (L-T)彡 35MPa V m，優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 40MPa V m,(iii)對(duì)于100至130mm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)彡505MPa，優(yōu)選地 Rpa2 (L)彡 525MPa，韌性 Kic (L-T)彡 32MPa V m，優(yōu)選地 Kic(L-T)彡 37MPa V m,(iv)對(duì)于30至IOOmm的厚度，在一半厚度時(shí)，以MPa表示屈服強(qiáng)度I p(1.2(L) 并以 MPa V m 表示韌性 Kic(L-T),使得 Kic(L-T)彡-0. 217Rp0.2(L)+157,優(yōu)選地 Kic (L-T)彡-0. 217Rp0 2(L)+163 并且大于 35MPa V m。(ν)在85°C老化1000小時(shí)后，屈服強(qiáng)度Rpa2 (L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)與老化之前的屈服強(qiáng)度I^2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)的區(qū)別小于10%，優(yōu)選小于5%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，較薄的產(chǎn)品——其厚度在10至30mm之間，通常在20mm左右——卻是優(yōu)選的，因?yàn)闄C(jī)械強(qiáng)度和韌性之間的折衷在這種條件下特別有利。本發(fā)明的一種產(chǎn)品，在經(jīng)軋制、固溶處理，淬火和回火以達(dá)到接近峰值的屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下，對(duì)于10至30mm的厚度，在一半厚度處具有下列成對(duì)特性中的至少一種(i)屈服強(qiáng)度艮0.2仏)彡525MPa,優(yōu)選地艮0.2仏)彡545MPa,韌性 Kic (L-T)彡 40MPa V m,優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 45MPa V m,(ii)以MPa表示屈服強(qiáng)度I p(1.2(L)和以MPa V m表示韌性Kic(L-T)使得 Kic(L-T)彡-0. 4Rp。2(L)+^5，優(yōu)選地 Kic(L-T)彡-0. 4Rp0 2(L) +270 并且大于 45MPa V m。(iii)在85°C老化1000小時(shí)后，屈服強(qiáng)度Iipa2(L)和斷裂延長(zhǎng)率A% (L)與老化之前的屈服強(qiáng)度I^2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)的區(qū)別小于10%，優(yōu)選小于5%。本發(fā)明的產(chǎn)品就裂紋發(fā)生(S/N)和擴(kuò)張速度(da/dN)而言在疲勞性能的方面也具有有利的特性。本發(fā)明產(chǎn)品的抗腐蝕性通常很高；這樣，MASTMAASIS測(cè)試結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn) ASTMG85&G34)對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品來(lái)說(shuō)至少為EA，優(yōu)選為P。制造本發(fā)明產(chǎn)品的方法包括以下步驟制備、澆鑄、鍛壓、固溶處理、淬火和回火。在第一個(gè)步驟中，制備一種液體金屬浴，以獲得具有本發(fā)明組成的鋁合金。之后將液體金屬浴澆鑄成未加工的成形體，例如坯料、軋制板或者鍛造毛坯。之后將所述未加工的成形體在450至550°C之間、優(yōu)選在480°C至530°C之間的溫度下均化5至60小時(shí)；均化之后，通常將未加工的成形體冷卻至室溫，之后再將其預(yù)熱以進(jìn)行熱變形。預(yù)熱意欲達(dá)到優(yōu)選在400至500°C之間、更優(yōu)選約450°C的溫度，使得未加工成形體變形。熱變形和任選的冷變形通常通過(guò)擠壓、軋制和/或鍛造進(jìn)行，以獲得擠壓、軋制和 /或鍛造的產(chǎn)品，其厚度優(yōu)選至少為30mm。這樣制得的產(chǎn)品之后通過(guò)在490至530°C之間
8的熱處理進(jìn)行固溶處理15分鐘至8小時(shí)，然后通常用環(huán)境溫度下的水或優(yōu)選用冷水進(jìn)行淬火。然后以1至6%、優(yōu)選至少2%的永久變形使產(chǎn)品經(jīng)受受控拉伸。優(yōu)選地以大于3%的永久變形使軋制產(chǎn)品經(jīng)受受控拉伸。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，以在3至5%之間的永久變形進(jìn)行受控拉伸。一種優(yōu)選的冶金狀態(tài)為T84狀態(tài)。已知步驟例如軋制、整平、矯直成型可任選地在固溶處理和淬火之后、在受控拉伸之前或之后進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以1至3 %的永久變形進(jìn)行受控拉伸之前進(jìn)行至少7 %，優(yōu)選至少9 %的冷軋步馬聚ο通過(guò)在130至170°C之間、優(yōu)選150至160°C之間的溫度下加熱5至100小時(shí)、優(yōu)
選10至40小時(shí)來(lái)進(jìn)行回火，以獲得接近峰值屈服強(qiáng)度Rpa2的屈服強(qiáng)度Ι ρα2。已知對(duì)于結(jié)構(gòu)硬化的合金例如Al-Cu-Li合金，其屈服強(qiáng)度隨著在給定溫度下的回火的時(shí)間而增加，直至達(dá)到被稱為硬化峰值或“峰值”的最大值，之后隨著回火時(shí)間降低。 在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)回火曲線是指屈服強(qiáng)度隨155°C下的等效回火時(shí)間的變化。回火曲線的一個(gè)實(shí)例在圖1中給出。在本發(fā)明中，一個(gè)在回火曲線上的點(diǎn)N——155°C等效時(shí)間為tN，屈服強(qiáng)度為I^2(N)——通過(guò)測(cè)量在回火曲線上點(diǎn)N的切線斜率IV來(lái)確定是否接近峰值。在本發(fā)明中，如果斜率的絕對(duì)值至多為3MPa/h，則認(rèn)為回火曲線上點(diǎn)N的屈服強(qiáng)度是接近峰值屈服強(qiáng)度。如圖1所示，欠回火狀態(tài)是指為正值的狀態(tài)，過(guò)回火狀態(tài)是指Pn為負(fù)值的狀態(tài)。為獲得Pn的近似值，對(duì)于在欠回火狀態(tài)中的曲線上的點(diǎn)N，可以測(cè)量經(jīng)過(guò)點(diǎn)N和經(jīng)過(guò)之前的點(diǎn)N-I的線——其在V1 < tN的時(shí)間段內(nèi)獲得并具有屈服強(qiáng)度I^2m——的斜率；這樣得到I3n ^ (Rp0.2(N)-Rp0.2(N-l)) / (VV1)。理論上，當(dāng)V1趨近于tN時(shí)可以獲得的精確值。然而，如果tN-tN_i的差值很小，屈服強(qiáng)度的變化有可能不明顯，并且數(shù)值不精確。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)tN-tN_i的差值為2至15小時(shí)優(yōu)選約3小時(shí)時(shí)，通常獲得令人滿意的近似值。在155°C下等效時(shí)間、用下式定義
權(quán)利要求
1.由基于鋁的合金制成的鍛壓產(chǎn)品，例如擠壓、軋制和/或鍛造產(chǎn)品，包含，以重量％計(jì)Cu 3. 0-3. 9 ； Li 0. 8-1. 3 ； Mg 0. 6-1. 0 ； Zr 0. 05-0. 18 ； Ag 0. 0-0. 5 ； Mn 0. 0-0. 5 ； Fe+Si 彡 0. 20 ； Zn 彡 0. 15 ；至少一種選自以下的元素 Ti 0. 01-0. 15 ； Sc 0. 05-0. 3 ； Cr 0. 05-0. 3 ； Hf 0. 05-0. 5 ；其他元素，各自<0. 05，并且總量< 0. 15，剩余的是鋁。
2.權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中銅含量在3.2至3. 7重量％之間。
3.權(quán)利要求1或2的產(chǎn)品，其中鋰含量在0.9至1. 2重量％之間。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中鎂含量在0.65至1. 0重量％之間，優(yōu)選在0. 7 至0.9重量％之間。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中錳含量在0.2至0. 4重量％之間。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中銀含量在0.15至0. 35重量％之間。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中鐵和硅含量各自至多為0.08重量％，優(yōu)選分別至多為0. 06和0. 04重量％，并且/或者其中鋅含量< 0. 05重量％，優(yōu)選< 0. 04重量％。
8.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中組成選擇為能獲得低于2.71g/cm3，優(yōu)選低于 2. 70g/cm3 的密度。
9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，其厚度為至少30mm，優(yōu)選至少50mm。
10.權(quán)利要求9的產(chǎn)品，在經(jīng)軋制、固溶處理、淬火和回火以達(dá)到接近峰值的屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下，對(duì)于30至IOOmm之間的厚度，其在一半厚度處具有下列成對(duì)特性中的至少一種⑴對(duì)于30至60mm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)彡530MPa，優(yōu)選地 Rp0.2 (L)彡 550MPa，韌性 Kic (L-T)彡 38MPa V m，優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 43MPa V m,( )對(duì)于60至IOOmm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)彡520MPa，優(yōu)選地 Rp0.2 (L)彡 540MPa，韌性 Kic (L-T)彡 35MPa V m，優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 40MPa V m,(iii)對(duì)于100至130mm的厚度，在一半厚度時(shí)，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)彡510MPa，優(yōu)選地 Rp0.2 (L)彡 530MPa，韌性 Kic (L-T)彡 32MPa V m，優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 37MPa V m,(iv)對(duì)于30至IOOmm的厚度，在一半厚度時(shí)，以MPa表示屈服強(qiáng)度Iipa2(L) 并以 MPa V m 表示韌性 Kic(L-T),使得 Kic(L-T)彡-0. 217Rp0.2(L)+157,優(yōu)選地 Kic (L-T)彡-0. 217RP。2(L)+163，并且大于 35MPa V m,(v)85°C下老化1000小時(shí)后，屈服強(qiáng)度Rpa2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)與老化之前的屈服強(qiáng)度I^2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)的區(qū)別小于10%，優(yōu)選小于5%。
11.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的產(chǎn)品，在經(jīng)軋制、固溶處理、淬火和回火以達(dá)到接近峰值的屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下，對(duì)于10至30mm之間的厚度，其在一半厚度處具有下列成對(duì)特性的至少一種⑴屈服強(qiáng)度 Rpa2(L) > 525MPa，優(yōu)選地 Rpa2 (L)彡 545MPa，韌性 Kic (L-T)彡 40MPa Vm, 優(yōu)選地 Kic (L-T)彡 45MPa V m,( )以MPa表示屈服強(qiáng)度Iipa2(L)并以MPa V m表示韌性Kic(L-T)，使得 Kic(L-T)彡-0. 4RpQ 2 (L)+洸5，優(yōu)選地 Kic(L-T)彡-0. 4Rp(12 (L)+270，并且大于 45MPa V m,(iii)85°C下老化1000小時(shí)后，屈服強(qiáng)度I p(i.2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)與老化之前的屈服強(qiáng)度Rpa2(L)和斷裂延長(zhǎng)率(L)的區(qū)別小于10%，優(yōu)選小于5%。
12.—種制備基于鋁合金的擠壓、軋制和/或鍛造產(chǎn)品的方法，其中a)制備一種基于鋁的液體金屬浴，其包含3.0至3. 9重量％的Cu、0. 8至1. 3重量％的 Li、0. 6 至 1. 0 重量 ％的 Mg、0. 05 至 0. 18 重量 ％的 Zr、0. 0 至 0. 5 重量 ％的 Ag、0. 0 至 0. 5 重量％的Mn、至多0. 20重量％的i^e+Si、至多0. 15重量％的Si和至少一種選自Cr、Sc、Hf 和Ti的元素，所述元素的量——如果被選擇——為0. 05至0. 3重量％的Cr、Sc，0. 05至 0. 5重量％的Hf和0. 01至0. 15重量％的Ti，其他元素各自至多為0. 05重量％，總量至多為0. 15重量％，剩余為鋁；b)由所述液體金屬浴澆鑄一種未加工的成形體；c)將所述未加工的成形體在450至550°C之間、優(yōu)選480°C至530°C之間的溫度下均化 5至60小時(shí)；d)將所述未加工的成形體熱變形和任選地冷變形成擠壓、軋制和/或鍛造的產(chǎn)品；e)將所述產(chǎn)品在490°C至530°C之間進(jìn)行固溶處理15分鐘至8小時(shí)然后淬火；f)將所述產(chǎn)品以受控方式、以1至6%、優(yōu)選至少2%的永久變形拉伸；g)將所述產(chǎn)品回火，包括在130°C至170°C之間的溫度下加熱5至100小時(shí)，優(yōu)選10至 40小時(shí)，以獲得接近峰值的屈服強(qiáng)度。
13.權(quán)利要求12的方法，其中熱變形和任選地冷變形進(jìn)行至獲得至少30mm的厚度。
14.權(quán)利要求12或13的方法，其中受控拉伸以3至5%之間的永久變形進(jìn)行。
15.權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)的方法，其中回火的時(shí)間和溫度條件等于下述155°C回火曲線上的點(diǎn)N的條件，S卩，使回火曲線在這一點(diǎn)上的切線斜率Pn——以MPa/h表示——為 0 < Pn ^ 3，優(yōu)選地 0. 2 < I3n 彡 2. 5。
16.一種結(jié)構(gòu)元件，包含權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的產(chǎn)品。
17.權(quán)利要求16的結(jié)構(gòu)元件用于航空構(gòu)造的用途。
18.權(quán)利要求17的用途，其中所述結(jié)構(gòu)元件為其中蒙皮和桁條由相同的起始產(chǎn)品獲得的機(jī)翼下表面元件或機(jī)翼上表面元件，翼梁或者肋條。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍛壓產(chǎn)品，例如擠壓、軋制和/或鍛造產(chǎn)品，由基于鋁的合金制成，其中含有(以重量％計(jì))Cu3.0-3.9；Li0.8-1.3；Mg0.6-1.0；Zr0.05-0.18；Ag0.0-0.5；Mn0.0-0.5；Fe+Si≤0.20；Zn≤0.15；至少一種選自以下的元素Ti0.01-0.15；Sc0.05-0.3；Cr0.05-0.3；Hf0.05-0.5；其他元素各自≤0.05，并且總量≤0.15，剩余的是鋁。本發(fā)明還涉及制備所述產(chǎn)品的方法。本發(fā)明的產(chǎn)品特別有益于制造用于制造航空工業(yè)中的結(jié)構(gòu)元件的鋁制的厚產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C22F1/057GK102459671SQ201080028657
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者A·丹尼路, C·佳修瑞斯, C·希格里, T·華納 申請(qǐng)人:法國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)