專利名稱：通過加工厚板材制造結(jié)構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過加工厚板材制造熱處理合金結(jié)構(gòu)件尤其是鋁合金結(jié)構(gòu)件。
這些結(jié)構(gòu)件可以用于航空制造。
背景技術(shù)：
為了獲得具有極佳機械性能的飛機結(jié)構(gòu)件，目前主要采用兩種不同的方法
根據(jù)第一種方法，使用通常厚度為10毫米至40毫米的板材(這里稱為“中等板材”)，其處于相應(yīng)于結(jié)構(gòu)件最終使用的冶金狀態(tài)，使之例如通過鉚接拉緊固定由拉制型材例如T形截面的型材構(gòu)成的加固件。
根據(jù)第二種方法，直接在厚度比較大的通常為30毫米至200毫米的板材上加工加固件，其也處于相應(yīng)于結(jié)構(gòu)件最終使用的冶金狀態(tài)。
通過裝配中等板材和型材制造結(jié)構(gòu)件，需要在滿足航空結(jié)構(gòu)件所需的可靠性的條件下進(jìn)行大量的鉚接作業(yè)，成本較高。通過加工厚板材制造整體結(jié)構(gòu)件，因為一大部分厚板材變成切屑，所以顯然要消耗很多金屬，但是作為抵償，可以使費用大的鉚接作業(yè)減小到最低限度。
約為5000至15000轉(zhuǎn)每分鐘的高速機加工技術(shù)的可使用性基本上改變設(shè)計方式選擇的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，因為機加工工序的時間大為縮短，同時可以在經(jīng)濟(jì)上可達(dá)到的條件下進(jìn)行越來越復(fù)雜的形狀機加工。同時，對于尺寸為米數(shù)量級的構(gòu)件來說，對于尺寸非常大的長度可達(dá)20米以上寬度可達(dá)3米以上的構(gòu)件來說，確實如此。
但是，第二種方法有其他缺陷。厚板材加工前處于相應(yīng)于其最終使用的冶金狀態(tài)，因為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在加工之后不進(jìn)行熱機械處理。
特別是，這種最終冶金狀態(tài)通過溶液處理和淬火獲得。然而，兩種物理機制限制厚板材的淬火速度構(gòu)成所述厚板材的材料的導(dǎo)熱性以及板材的表面和淬火介質(zhì)之間的熱交換。由此可見，淬火的厚板材的機械特性隨厚度的變化而變化。
因此，離板材表面遠(yuǎn)的地方，某些機械特征變得不太良好。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，加工喪失淬火板材具有較好機械特征的區(qū)域，結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力在工作條件下干預(yù)其機械特性相對于接近板材初始表面的區(qū)域可以隨深度的變化而有相當(dāng)大變化的金屬區(qū)域。結(jié)構(gòu)的計算在相當(dāng)保守的構(gòu)件實際性能模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行，所述模型通常建立在離表面遠(yuǎn)的因而具有最小機械特征的板材區(qū)域的機械特征的基礎(chǔ)上。這在按尺寸加工構(gòu)件時會妨礙最好地利用材料的實際特性。
現(xiàn)有技術(shù)的這種方法的另一個缺陷在于，淬火的大板材甚至在有控制的拉伸之后仍具有殘余應(yīng)力，加工時會引起構(gòu)件變形。
根據(jù)第三種方法，直接通過熱軋用整體加固件制造結(jié)構(gòu)件。這個方法具有許多缺陷，不大使用。為了獲得寬度足夠大的型材，必須使用大功率拉制壓床，其使用成本非常高。
如此達(dá)到的最大寬度仍然小于通常的軋制板材的寬度。另外，某些合金不大適合于拉制。最后，拉制構(gòu)件特別是拉制型材的顯微結(jié)構(gòu)在型材的斷面上不均勻，在型材的長度上也不均勻。
已經(jīng)提出各種各樣的方法來控制產(chǎn)品的變形及其機械特性。
許多專利力求使淬火方法最佳化，以便在冶金制品淬火時使其變形減至最低程度。這些方法一般力求通過淬火時進(jìn)行不均勻冷卻補償變形。
DE 955 042提出一種水平淬火方法，其中，板材的邊緣比中央進(jìn)行較強的冷卻，下面比上面進(jìn)行較強的冷卻。
EP 578 607力求通過個別地或分組操縱噴水噴口使拉制型材淬火方法最佳化；這種裝置由計算機操縱，原則上可以使噴口位置適合于每個型材，但是調(diào)整仍然全憑經(jīng)驗。EP 695 590提出一種類似的板材淬火概念。
WO 98/42885(美國鋁業(yè)公司)提出一種水淬火和空氣淬火相結(jié)合的方法，減小淬火時薄板材的變形，改進(jìn)其靜態(tài)機械特征。
FR 1 503 835(原子能委員會)提出通過施加導(dǎo)熱性弱的限制蒸發(fā)的一薄層淬火介質(zhì)，在構(gòu)件浸入冷液體中時，提高淬火速度。
FR2524001提出在產(chǎn)品的某些面上施加導(dǎo)熱性沒有下層金屬好的涂層。通過這種冷卻速度的改進(jìn)性控制，能夠避免損害產(chǎn)品的使用特性。這種方法具有許多缺陷。僅限于厚度基本上恒定的板材或型材；在鋁合金的情況下，這個厚度不超過約15毫米。這個專利提出的涂層有污染淬火液體容器的危險。
其他方法力求減小鋁合金對淬火的靈敏度。
這些方法都不解決隨著與淬火時存在的溫度梯度有聯(lián)系的厚度的變化而變化的機械特性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種制造適于用作結(jié)構(gòu)件的金屬加工構(gòu)件或用于這種構(gòu)件的坯件的新方法，可以改進(jìn)構(gòu)件的靜態(tài)機械特征(彈性極限、抗拉強度、抗破裂延伸率)和耐破壞性(尤其是韌性)，使淬火時產(chǎn)生的變形減至最低程度，使用成本特別適宜。
本申請人不是謀求改進(jìn)與制造方法相脫離的階段，而是發(fā)明一種整體新方法，可以從厚板材以極佳尺寸公差制造大尺寸的具有改進(jìn)過的機械特征的加工結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明提出一種新的制造方法，與由現(xiàn)有技術(shù)方法生產(chǎn)的類似形狀的構(gòu)件相比較，本發(fā)明方法可以獲得具有良好性能的加工構(gòu)件，具有最小數(shù)值的靜態(tài)機械特征(通常的彈性極限、抗斷裂延伸率、抗拉強度)和耐破壞性。在本發(fā)明方法的一個實施例中，相對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法制造的形狀類似的加工構(gòu)件，構(gòu)件的機械特征的變化比較小。
本發(fā)明第一目的是關(guān)于金屬加工構(gòu)件的制造方法，所述方法包括[27]a)制造金屬板材，采用的方法包括[28]a1)鑄造軋制板，然后可選地是進(jìn)行均勻化處理；[29]a2)進(jìn)行一次或多次熱軋或冷軋作業(yè)，可選地與一次或多次加熱作業(yè)分開，以獲得板材；[30]a3)可選地進(jìn)行一次或多次板材切割或精加工作業(yè)；[31]b)在一個或兩個面上進(jìn)行所述板材的預(yù)加工，以獲得預(yù)加工坯件；[32]c)所述預(yù)加工坯件的溶液處理； d)淬火處理。
這個方法可選地可以有如下的一個或多個后續(xù)階段[35]e)有控制的拉伸；[36]f)回火；[37]g)切割。
本發(fā)明第二目的是關(guān)于把由所述方法獲得的金屬構(gòu)件用作航空制造的結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明第三目的是關(guān)于由所述方法獲得的用于航空制造的鋁合金結(jié)構(gòu)件。


圖1示出本發(fā)明預(yù)加工厚板材的樣品尺寸和平面，如實施例1所述。
圖2示出用于描述產(chǎn)品機械特性的試樣。
圖3和4示出本發(fā)明預(yù)加工坯件。
圖5示出預(yù)加工厚板材的形狀和預(yù)加工厚板材的樣品平面(圖5a)或未預(yù)加工厚板材的樣品平面(圖5b)，如實施例2所述。
圖6示出預(yù)加工厚板材的形狀和預(yù)加工厚板材的樣品平面(圖6a)或未預(yù)加工厚板材的樣品平面(圖6b)，如實施例3所述。
具體實施例方式
一、術(shù)語[45]除非另有說明，所有與合金的化學(xué)成分有關(guān)的說明均以重量百分比表示。因此，在數(shù)學(xué)表達(dá)式中，“0.4鋅”是指0.4倍的鋅含量，以重量百分比表示；這在細(xì)節(jié)上作出必要修正后適用于其他化學(xué)元素。合金的名稱按照本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的鋁業(yè)協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)確定。冶金狀態(tài)按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN515確定。標(biāo)準(zhǔn)化的鋁合金化學(xué)成分例如按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN573-3確定。除非另有說明，靜態(tài)機械特征即抗破裂性Rm、彈性極限Rp0,2和抗破裂延伸率A根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10002-1通過拉伸試驗確定，試樣的取樣部位和方向按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN485-1確定。韌性KIC根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)E399測定。彎曲度R根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)561-98確定。從彎曲度R開始計算臨界應(yīng)力強度因子KC，即引起破裂不穩(wěn)定性的強度因子。也從簡單負(fù)荷開始，在臨界負(fù)荷下確定初始破裂長度，計算應(yīng)力強度因子KCO。這兩個數(shù)值為所需形狀的試樣進(jìn)行計算。Kapp表示與用于試驗彎曲度R的試樣相應(yīng)的KCO。耐剝落腐蝕性根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)G34-72中所述的EXCO試驗確定。
除非另有說明，應(yīng)用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12258-1的定義。與歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12258-1的術(shù)語相反，這里所謂“薄板材”是指厚度不超過6毫米的板材，所謂“中等板材”是指厚度為6毫米至約20到30毫米的板材，所謂“厚板材”是指厚度通常大于30毫米的板材。
術(shù)語“加工”包括材料切削加工的任何方法，例如車、銑、鉆、鏜、攻螺紋、電火花加工、修磨、拋光等。
術(shù)語“結(jié)構(gòu)件”涉及機械結(jié)構(gòu)使用的構(gòu)件，對于結(jié)構(gòu)的性能和完整性來說，其靜態(tài)和/或動態(tài)機械特征具有特殊重要性，一般要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。通常涉及其故障易對用戶、使用權(quán)人或他人造成所述結(jié)構(gòu)安全危險的機械構(gòu)件。
就飛機而言，這些結(jié)構(gòu)件尤其包括如下構(gòu)件構(gòu)成機身的構(gòu)件(例如機身外殼、機身的加強板或翼梁、密封隔板、機架、翼板(例如機翼外殼)、加強板、加強筋和縱梁)，尤其是構(gòu)成水平安定面(stabilisateur)和垂直安定面的襟翼(empennage)，以及地板型材、座軌、機門等。
二、本發(fā)明和一些特殊實施例的描述[50]根據(jù)本發(fā)明，問題的解決是厚板材不淬火，然后在厚板材上機加工所要的金屬構(gòu)件，但是是已經(jīng)預(yù)加工的坯件。
預(yù)加工可以使形狀或多或少接近最終所要的形狀。
在本發(fā)明一個最佳實施例中，這個預(yù)加工坯件具有由一個或多個凹槽構(gòu)成的型面。這些凹槽可以平行于軋制方向，但是其他方向也可以，例如對角線方向。如果淬火之后進(jìn)行拉伸，這種型面最好平行于軋制方向，在其長度上基本上是恒定的，但是其他類型的型面也是可以的。
淬火時，坯件可以處于水平位置、豎直位置或任何其他位置。可以通過浸入在淬火介質(zhì)中、通過噴灑或者采用任何其他適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行淬火。所述淬火介質(zhì)可以是水或者其他介質(zhì)例如甘醇；其溫度可以選定在其固化點和沸點之間，也就是說，環(huán)境溫度(約20℃)可以適合。
本發(fā)明方法包括[55]a)制造金屬板材，采用的方法包括[56]a1)鑄造軋制板，然后可選地是進(jìn)行均勻化處理；[57]a2)進(jìn)行一次或多次熱軋或冷軋作業(yè)，可選地與一次或多次加熱作業(yè)分開，以獲得板材；[58]a3)可選地進(jìn)行一次或多次板材切割或精加工作業(yè)；[59]b)在一個或兩個面上進(jìn)行所述板材的預(yù)加工，以獲得預(yù)加工坯件；[60]c)所述預(yù)加工坯件的溶液處理；[61]d)淬火處理。
如此獲得的坯件可以進(jìn)入以下的一個或多個階段[63]e)有控制的拉伸；[64]f)回火；[65]g)切割。
階段a)至d)所述的方法結(jié)束后，即淬火之后，最好在有控制的拉伸(如果有這個階段的話)和回火(如果有這個階段的話)之后，預(yù)加工坯件可以進(jìn)入其他加工作業(yè)，以獲得加工的金屬構(gòu)件，顯然，坯件的形狀必須與所要的加工過的構(gòu)件一致。另外，坯件的所述凹槽的形狀必須選擇成坯件淬火時使變形減至最小，使加工的最終構(gòu)件的機械特征最佳化。坯件的兩個面之一最好是扁平的。在這種情況下，當(dāng)進(jìn)行水平淬火時，板材的加工凹槽最好朝下。
在大多數(shù)情況下，必須對預(yù)加工坯件進(jìn)行有控制的拉伸。為此，在坯件預(yù)加工時，最好確定成，長度為50毫米至1000毫米最好是50毫米至500毫米的板材兩頭不具有加工凹槽，其厚度基本上是恒定的(這個不配有加工凹槽的部分稱為“端部”)，以便拉伸鉗口進(jìn)行正常夾持。所述拉伸最好導(dǎo)致0.5％至5％的永久延伸率。就這種永久延伸率而言，最好使最小值大于1.0％甚至大于1.5％。在至少一部分拉伸時間，可以例如在板材上使用一個或多個滾柱，在板材的至少一個面上保持橫向支承，所述滾柱可選地可以在板材的面上進(jìn)行活動。對于未加工板材來說，這在本申請人的US 6 216 521中已有描述。
在坯件進(jìn)行有控制拉伸的一個最佳實施例中，所述坯件最好在端部和具有加工凹槽的中央?yún)^(qū)域之間具有過渡區(qū)域，其厚度從端部朝具有加工凹槽的中央?yún)^(qū)域減小。在有控制的拉伸之后，所述端部和過渡區(qū)域最好用機械方法例如或鋸或剪切或者采用其他公知方法例如激光束或液體噴射法截去。但是，也可以至少局部地保留這種端部，例如以便于結(jié)構(gòu)件的裝配。
本發(fā)明方法最好應(yīng)用于彌散硬化金屬合金板材，尤其是彌散硬化鋁合金，特別是2xxx、6xxx和7xxx號合金。在一個特殊實施例中，板材包括下列合金(重量百分比)的構(gòu)件鋅5.5-11鎂1.5-3銅1.0-3.0。
在這個特殊實施例的一個實施方式中，鋅含量為8％至11％。在其他實施方式中，合金還包括可以形成分散膠體的元素，即在由鋯、鈧、鉿、鑭、鈦、鈰、釹、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、釔、鐿組成的族中選擇的一種或多種元素，每種所述元素的含量如果要選擇的話，是0.02％至0.7％，這些元素的總含量最好不超過2％。在7xxx號合金中，特別優(yōu)選為7449、7349、7049、7050、7055、7040和7150號合金。
板材最好是大尺寸的，即長度大于2000毫米最好大于5000毫米，寬度大于600毫米最好大于1200毫米。加工前，板材的厚度以大于15毫米為好，更好是大于30毫米，最好大于50毫米。
在一個最佳實施例中，制造載運能力大的民用飛機機翼的具有整體加固件的結(jié)構(gòu)件，使用厚度約為100至110毫米的7449號鋁合金厚板材，預(yù)加工坯件的最大厚度約為90至100毫米。
在另一個最佳實施例中，制造具有整體加固件的機翼外殼的結(jié)構(gòu)件，使用厚度約為30至60毫米的厚板材，預(yù)加工坯件的最大厚度約為25至55毫米。
在熱處理鋁合金中，對于小厚度來說，與機械特性梯度有關(guān)的問題不大會在約十五至二十毫米的厚度之下存在。因此，對于大于約30至40毫米的厚度即尤其是用于制造機翼結(jié)構(gòu)件的厚度來說，本發(fā)明的優(yōu)越性很大。
從厚板材形成坯件和從坯件制造成品構(gòu)件的加工作業(yè)可以高速進(jìn)行，即速度至少為5000轉(zhuǎn)每分鐘，最好大于10000轉(zhuǎn)每分鐘。本發(fā)明方法可以盡可能好地使加工時產(chǎn)生的切屑和邊角料增值。為此，最好避免與其他金屬材料或非金屬材料包括同類型的其他合金混合。作為例子，在鋁合金的情況下，2xxx號合金與7xxx號合金(根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN573-1命名)是不理想的，例如，在7xxx號合金內(nèi)，最好使例如7449號合金和7010號合金分開；這需要板材制造廠和多材料加工車間嚴(yán)格控制切屑。為了盡可能低成本地利用材料，本發(fā)明方法支持在板材制造廠或者在其工業(yè)化控制下進(jìn)行加工，由于邊角料和切屑尤其是2xxx和7xxx號合金邊角料和切屑的可使用性，可以在航空應(yīng)用上循環(huán)利用2xxx和7xxx號合金的大板材制造中產(chǎn)生的大量切屑。對于某些合金和制品來說，本申請人使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的處理收集的切屑和液態(tài)金屬的方法，可以處理本發(fā)明方法中40％的加工切屑。實際上，在所有情況下，可以有選擇地收集至少5％的切屑，至少15％的回收率為最佳。
本發(fā)明方法獲得的金屬構(gòu)件可以用作航空結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件。舉例來說，本發(fā)明可以制造機翼翼板、機身構(gòu)件、縱梁、加強筋或者翼板的中央外殼。
本發(fā)明方法相對于公知方法具有許多優(yōu)越性。
尤其是，它可以制造既具有耐破壞性又具有靜態(tài)機械特征的構(gòu)件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使預(yù)加工坯件的冶金狀態(tài)適合于成品構(gòu)件所需的特性，以獲得靜態(tài)機械特征或耐破壞性，或者同時改進(jìn)兩種特征。
舉例來說，本申請人用7449號合金獲得的成品構(gòu)件將韌性KIC提高20至25％，而對靜態(tài)機械特征沒有任何損害。同樣，相對于在厚度滿1/8的板材上測得的Kapp(L-T)，在本發(fā)明坯件上，根據(jù)在深度約為厚度1/8的凹槽底部的測定，約提高20至25％。在7449號合金板材上，Kapp(L-T)的數(shù)值至少達(dá)到90MPa√m，甚至至少為95MPa√m(CT類型的試樣，W＝75毫米，根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)E561-98)，拉伸測得的Rm(L)數(shù)值超過550MPa。
借助于非限制性實施例，本發(fā)明將得到更好地理解。在三個實施例的每個實施例中，樣品定位獨立于其他樣品，也就是說，實施例1的樣品A、實施例2的樣品A和實施例3的樣品A之間沒有關(guān)系。
實施例1 在7449號合金(成分鋅8.52％、銅1.97％、鎂2.17％、鋯0.11％、硅0.05％、鐵0.09％、錳0.03％、鈦0.03％)的厚度為101.6毫米的熱軋未加工但是截短的板材上，在整個厚度上切割尺寸為600毫米(方向L)X700毫米(方向TL)的三個毛坯。進(jìn)行10.5毫米的對稱表面加工，以獲得厚度為80.5毫米的毛坯。在側(cè)面廓形加工之后，在毛坯1和2上預(yù)加工如圖1所示的加強筋，尺寸如下(見表1)[83]表1
毛坯3尚未預(yù)加工。
三個毛坯在472℃下溶液處理4小時，升溫4小時，豎直浸在攪動的冷水中淬火，加強筋定向成垂直于水面。
然后，沿圖2所示的切割平面切割毛坯。如此獲得的某些樣品已經(jīng)在120℃下回火處理48小時以使之處于T6狀態(tài)。其他樣品進(jìn)行有控制的拉伸處理，永久延伸率為2％，然后，與其他樣品一樣進(jìn)行回火處理，以使之處于T651狀態(tài)。
然后，確定機械特征。結(jié)果收集在表2上。
表2

相對于現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)件，本發(fā)明預(yù)加工坯件的韌性約增大10MPa√m，這相當(dāng)于約增益20至25％，而對靜態(tài)機械特征沒有任何損害。
實施例2[91]在7050號合金(成分鋅6.2％、銅2.1％、鎂2.2％、鋯0.09％、硅0.04％、鐵0.09％、錳0.01％、鈦0.03％)的厚度為95毫米的熱軋未加工但是截短的板材上，在整個厚度上切割尺寸為8945毫米(方向L)×1870毫米(方向TL)的板材。進(jìn)行2.5毫米的對稱表面加工，以獲得厚度為90毫米的板材。因此，在定中心于板材上的7705毫米長度(標(biāo)號15)上沿方向L加工加強筋，在每個端部保留實心區(qū)域(標(biāo)號16和17)(見圖3)。預(yù)加工部分的幾何形狀如圖4所示，尺寸列于表3。
表3
板材經(jīng)溶液處理，然后豎直浸入攪動的冷水中淬火，加強筋定向成平行于水面。因此，板材進(jìn)行有控制的拉伸，預(yù)加工區(qū)域永久延伸率為2％，實心區(qū)域為零延伸率。然后，提取預(yù)加工區(qū)域的毛坯和非加工區(qū)域的毛坯以確定特征。在非加工毛坯上提取坯件，進(jìn)行有控制的拉伸，永久延伸率為2至2.5％。根據(jù)維氏硬度測定的回火動態(tài)特性可以確定對預(yù)加工部分和實心部分進(jìn)行的回火最大值(分別為130℃下36小時和130℃下24小時)。提取沿圖5所示的切割平面進(jìn)行。
在預(yù)加工板材和實心板材上獲得的機械特征列于表4。對CT類型的試樣進(jìn)行過Kapp測定，W等于75毫米(根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)E561-98)。
表4

相對于現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)件，本發(fā)明預(yù)加工坯件的平面應(yīng)力韌性Kapp (L-T)約增大14MPa√m，這相當(dāng)于增益約20至25％，而對靜態(tài)機械特征沒有任何損害。
實施例3[99]在7449號合金(成分鋅8.8％、銅1.8％、鎂1.8％、鋯0.12％、硅0.04％、鐵0.06％、錳0.01％、鈦0.03％)的厚度為90毫米的熱軋未加工但是截短的板材上，在整個厚度上切割尺寸為9950毫米(方向L)×2000毫米(方向TL)的板材。這個板材沿長度(方向L)切割，獲得尺寸為9950毫米(方向L)×775毫米(方向TL)的第一板材和尺寸為9950毫米(方向L)×1225毫米(方向TL)的第二板材。因此，對于第二板材來說，在定中心于板材上的8400毫米長度上沿方向L加工加強筋，在每個端部保留實心區(qū)域(見圖3)。預(yù)加工部分的幾何形狀如圖4所示，尺寸列于表3。
表5
全厚度板材和預(yù)加工板材經(jīng)溶液處理，然后豎直浸入攪動的冷水中淬火，加強筋定向成平行于水面。因此，兩種板材進(jìn)行有控制的拉伸，永久延伸率為2至2.5％(預(yù)加工板材的預(yù)加工區(qū)域)。然后，提取預(yù)加工板材的毛坯和全厚度板材的毛坯以確定特征。提取沿圖6所示的切割平面進(jìn)行。進(jìn)行多次回火，以估價與預(yù)加工有關(guān)系的增益系數(shù)。在實心板材表面之下1/8厚度的預(yù)加工板材上確定特征，結(jié)果列于表6。
表6
與實施例2所述的試樣相同的試樣用于韌性測定。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)件進(jìn)行的回火，沿本發(fā)明預(yù)加工坯件的方向L-T的平面應(yīng)力韌性(Kapp(L-T))約增大8至18MPa√m，這相當(dāng)于增益約10至25％，而對靜態(tài)機械特征和剝落腐蝕沒有任何損害。
權(quán)利要求
1.金屬加工構(gòu)件的制造方法，其包括a)制造一待熱處理合金金屬板材，采用的方法包括a1)鑄造軋制板，然后可選地是進(jìn)行均勻化處理；a2)進(jìn)行一次或多次熱軋或冷軋作業(yè)，可選地與一次或多次加熱作業(yè)分開，以獲得一板材；a3)可選地進(jìn)行一次或多次板材切割或精加工作業(yè)；b)在一個或兩個面上對所述板材預(yù)加工，以獲得一預(yù)加工坯件；c)對所述預(yù)加工坯件進(jìn)行溶液處理；d)淬火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括在淬火處理之后進(jìn)行以下一個或多個階段e)有控制的拉伸；f)回火；g)切割。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述板材是鋁合金的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述鋁合金是2xxx、6xxx或7xxx號合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述合金包括5.5至11％(重量)的鋅(最好至少為8％)、1.5至3％的鎂和1.0至3.0％的銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，型面由一個或多個平行于軋制方向的凹槽構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，型面在其長度上基本上是恒定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，加工速度至少為5000轉(zhuǎn)每分鐘，最好大于10000轉(zhuǎn)每分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，獲得的構(gòu)件在淬火之后或者在有控制的拉伸之后進(jìn)行一種或多種新的加工作業(yè)或鉆孔作業(yè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，有控制的拉伸導(dǎo)致0.5％至5％的永久延伸率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，切割是通過剪切或鋸的機械方法、通過激光束或者通過液體噴射進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，熔煉床由至少5％最好至少15％的加工切屑構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，長度為50毫米至1000毫米最好為50毫米至500毫米的板材在起始部和結(jié)束部不具有型面，并具有一基本上恒定的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述板材在不配有加工凹槽的端部和具有加工凹槽的中央?yún)^(qū)域之間具有一過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域的厚度從不配有加工凹槽的端部朝具有加工凹槽的中央?yún)^(qū)域減小。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，所述板材的寬度大于60厘米，最好大于120厘米。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于，所述板材的長度大于200厘米，最好大于500厘米。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述板材加工前的厚度大于15毫米，最好大于30毫米。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法，其特征在于，非加工端部和過渡區(qū)域在有控制的拉伸之后截去。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的方法，其特征在于，在兩個鉗口之間進(jìn)行有控制的拉伸，直至有控制的永久延伸率達(dá)到0.5％以上最好達(dá)到1％以上，在至少一部分拉伸持續(xù)時間里，在所述板材的至少一個面上保持一橫向支承。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，永久延伸率大于1.5％。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20中任一項所述的方法，其特征在于，在板材面上的支承由一個或多個經(jīng)受施加在板材上的作用力的滾柱實施。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述滾柱在板材面上進(jìn)行縱向活動。
23.加工的金屬構(gòu)件，其特征在于，這種加工的金屬構(gòu)件可以根據(jù)權(quán)利要求1至22中之一所述的方法獲得。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的加工的金屬構(gòu)件，其特征在于，所述板材是7449號合金的，在加工凹槽底部-Kapp(L-T)的數(shù)值為90MPa√m，甚至最好為90MPa√m(CT類型的試樣，W＝75毫米，根據(jù)美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)E561-98)，以及-拉伸測得的Rm(L)的數(shù)值大于550MPa。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法獲得的金屬構(gòu)件用作航空制造的結(jié)構(gòu)件。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法獲得的鋁合金金屬構(gòu)件用作機翼翼板、機身構(gòu)件、縱梁、加強筋或翼板的中央外殼。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法獲得的用于航空制造的鋁合金結(jié)構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造金屬加工構(gòu)件的方法，所述方法包括制造金屬板材、在一個或兩個面上預(yù)加工所述板材以獲得預(yù)加工坯件、進(jìn)行所述預(yù)加工坯件的溶液處理、淬火處理、可選地進(jìn)行后續(xù)的有控制的拉伸處理。這種構(gòu)件可以用作航空制造的結(jié)構(gòu)件。
文檔編號C22F1/057GK1729308SQ200380106740
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者F·埃姆, D·戈達(dá)爾, T·沃納, J·博塞利, R·米佐里尼, S·范德維昂 申請人:皮奇尼何納呂公司