由鋁、銅和鋰合金制備的機(jī)翼上蒙皮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁-銅-鋰合金制品，且更具體而言，涉及這些制品、其制造方法和特 別設(shè)計(jì)用于航空和航天工程的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 由鋁合金制備的制品被開(kāi)發(fā)用來(lái)生產(chǎn)特別設(shè)計(jì)用于航空和航天工業(yè)的高強(qiáng)度部 件。
[0003] 含鋰鋁合金在這方面?zhèn)涫荜P(guān)注，因?yàn)槊考尤胍恢亓堪俜直鹊匿嚲湍芙档弯X的密度 3%并增大彈性模量6%。對(duì)于被選擇用于航天的這些合金，其他普通性能必須維持常規(guī)使 用的合金的性能之外，特別需要在靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度性能（抗拉和抗壓屈服應(yīng)力、極限抗拉強(qiáng) 度）和損傷容限性能（斷裂韌性、抗疲勞裂紋擴(kuò)展）之間取得平衡，這些性能通常是互相對(duì) 立的。對(duì)于某些部件例如機(jī)翼的機(jī)翼上蒙皮（extrado)，抗壓屈服應(yīng)力由于其對(duì)屈曲特性的 決定性作用，因此是基本的性能。對(duì)于某些部件，該特性對(duì)于尺寸確定是必須的，并因此對(duì) 于部件的重量也是必須的。
[0004] 這些合金還必須具有足夠的耐蝕性，能按照常規(guī)方法成形，并具有低的殘余應(yīng)力 以使其能進(jìn)行整體加工。
[0005] 美國(guó)專利5, 032, 359記載了一大類的鋁-銅-鋰合金，其中鎂和銀的加入，特別是 0. 3至0. 5重量％的加入，可增大機(jī)械強(qiáng)度。
[0006] 美國(guó)專利5, 455, 003記載了一種制造 Al-Cu-Li合金的方法，特別由于適宜的加 工硬化和時(shí)效，該合金具有在超低溫下改善的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂韌性。該專利特別推薦的組 成按重量百分比計(jì)為：Cu = 3. 0-4. 5、Li = 0· 7-1. 1、Ag = 〇-〇· 6、Mg = 0· 3-0. 6 和 Zn = 0-0. 75〇
[0007] 美國(guó)專利7, 438, 772記載了合金，按重量百分比計(jì)包括：Cu: 3 - 5、Mg:0. 5 - 2、 Li:0. 01-0. 9,并且由于在斷裂韌性和機(jī)械強(qiáng)度之間的平衡的降低，不支持使用更高含量的 鋰。
[0008] 美國(guó)專利 7, 229, 509 記載了一種合金，包括（重量％ ) : (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 0· 4 的 Zr 或其他晶粒細(xì)化齊I」，例如 Cr、 Ti、Hf、Sc、和 V。
[0009] 美國(guó)專利申請(qǐng)2009/142222A1記載了合金，包括（按重量百分比計(jì)）：3.4%至 4. 2% 的 Cu、0. 9%至 1. 4% 的 Li、0. 3%至 0· 7% 的 Ag、0. 1%至 0· 6% 的 Mg、0. 2%至 0· 8% 的Ζη、0. 1 %至0.6%的Μη和0.01 %至0.6%的至少一種用于控制晶粒結(jié)構(gòu)的元素。該申 請(qǐng)還記載了 一種制造擠壓制品的方法。
[0010] 專利申請(qǐng)W02009/036953涉及一種由鋁合金制備的用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制品，其具有 的化學(xué)組成包括（重量％ ) :Cu 3. 4至5. 0、Li 0. 9至1. 7、Mg 0. 2至0. 8、Ag大約0. 1至 0. 8、Μη 0. 1至0. 9、Zn至多1. 5,以及一種或多種選自以下的元素：（Zr大約0. 05至0. 3、 Cr 0· 05 至 0· 3、Ti 大約 0· 03 至 0· 3、Sc 大約 0· 05 至 0· 4、Hf 大約 0· 05 至 0· 4)、Fe〈0. 15、 Si〈0. 5,通常的和不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 專利申請(qǐng)W0 2012/085359 A2涉及一種制造乳制品的方法，該乳制品由含鋁的合 金制備，該含鋁的合金包含：4. 2至4. 6重量％的Cu，0. 8至1. 30重量％的Li，0. 3至0. 8 重量％的Mg，0. 05至0. 18重量％的Zr，0. 05至0. 4重量％的Ag，0. 0至0. 5重量％的Mn， 最多0. 20重量％的Fe+Si，小于0. 20重量％的Zn，至少一種選自Cr、Se、Hf和Ti的元素， 如果被選擇的話所述元素的量為：〇. 05至0. 3重量％的Cr和Se、0. 05至0. 5重量％的Hf 和0. 01至0. 15重量％的Ti，其他元素各自最多為0. 05重量％且總量最多為0. 15重量％， 余量的鋁；該方法包括生產(chǎn)、鑄造、均化、在大于400°C下乳制、固溶熱處理、淬火、拉伸2至 3. 5%和人工時(shí)效的步驟。
[0012] 專利申請(qǐng)US2012/0225271A1涉及至少12. 7mm厚的鍛制品，含有：3· 00 至3. 80重量％的Cu，0. 05至0. 35重量％的Mg，0. 975至1. 385重量％的Li，其 中-0· 3*Mg-0. 15Cu+l. 65 =〈Li =〈-0· 3*Mg-0. 15Cu+l. 85,0· 05 至 0· 50 重量％的至少一 種控制晶粒結(jié)構(gòu)的元素，其中用于控制晶粒結(jié)構(gòu)的元素選自：Zr、Sc、Cr、V、Hf、其他稀土元 素及它們的組合，至多1.0重量％的211，至多1.0重量％的此，至多0. 12重量％的Si，至 多〇. 15重量％的？6,至多0. 15重量％的11，至多0. 10重量％的其他元素且總量不超過(guò) 0.35 重量％。1^.3 Kramer, C.E. Cross和 J.R. Pickens 的論文"The effect of composition on the Weldability of Al-Cu-Li-Ag-Mg Alloys in the High Cu:Li Regime" （Sixth International Aluminium-Lithium Conference ;Garmisch_Partenkirchen ;德國(guó)；1991 年10月7-11日）記載了合金，包含（重量％) :5至6.3%的Cu、l至1.9%的Li、0至0.4% 的Mg、0至0.4%的Ag和0至0· 1%的Ti。
[0013] 存在一種對(duì)鋁-銅-鋰合金制備的鍛制品的需要，該制品與已知的那些制品相比 具有改善的性能，特別是在靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度性能（特別是具有非常高的抗壓屈服應(yīng)力）和損 傷容限性能（特別是斷裂韌性、熱穩(wěn)定性和足夠的耐蝕性和機(jī)械加工性）之間的平衡，并具 有低的密度。
[0014] 另外，還存在一種對(duì)這些制品可靠而經(jīng)濟(jì)的制造方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的第一目的是一種制造基于鋁合金的擠壓制品、乳制品和/或鍛制品的方 法，其中：
[0016] a)制備熔融金屬浴，其包含
[0017] 4. 2 至 5. 2 重量 ％的 Cu，
[0018] 0· 9 至 1. 2 重量 ％的 Li，
[0019] 0· 1 至 0· 3 重量 ％的 Ag，
[0020] 0· 1 至 0· 25 重量 ％ 的 Mg，
[0021] 0· 08 至 0· 18 重量 ％的 Zr，
[0022] 0· 01 至 0· 15 重量％的 Ti，
[0023] 任選的至多0· 2重量％的Zn，
[0024] 任選的至多0· 6重量％的Mn，
[0025] 含量各自小于或等于0. 1重量％的Fe和Si，含量各自小于或等于0. 05重量％且 總量小于或等于0. 15重量％的其他元素，和余量的鋁；
[0026] b)由所述熔融金屬浴鑄造粗制成形體；
[0027] c)將所述粗制成形體通過(guò)熱處理均化，其中在粗制成形體的中間厚度處的溫度達(dá) 到至少510°C至少10小時(shí)；
[0028] d)將所述均化的粗制成形體進(jìn)行熱加工和任選地冷加工，成為擠壓制品、乳制品 和/或鍛制品；
[0029] e)在溫度至少515°C下將所述制品進(jìn)行固溶熱處理并淬火；
[0030] f)將所述制品進(jìn)行受控拉伸并具有永久形變0. 5至5% ;
[0031] g)將所述制品通過(guò)加熱至溫度140至170°C 5至70小時(shí)進(jìn)行時(shí)效。
[0032] 本發(fā)明的另一目的是一種由本發(fā)明的方法可獲得的鋁合金擠壓制品、乳制品和/ 或鍛制品，其厚度至少12mm、在縱向方向上的抗壓屈服應(yīng)力至少645MPa且在縱向方向上的 伸長(zhǎng)率至少7%。
[0033] 本發(fā)明的再一目的是一種機(jī)翼上蒙皮結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其包含至少一種本發(fā)明的制品或 由所述制品制造。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1 :實(shí)施例1的板材在抗壓屈服應(yīng)力和斷裂韌性之間的性能平衡。
[0035] 圖2:用于開(kāi)孔疲勞測(cè)試的試樣的示意圖。尺寸以mm給出。
[0036] 圖3 :合金2、4和5在L-T方向上獲得的維勒曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 除非另有說(shuō)明，所有關(guān)于合金的化學(xué)組成的標(biāo)示均以基于合金總重的重量百分比 表示。表述1. 4Cu意指以重量百分比表示的銅含量乘以1. 4。合金的命名符合本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的錯(cuò)業(yè)協(xié)會(huì)（The Aluminum Association)的規(guī)定。密度取決于組成并且是通過(guò) 計(jì)算而非通過(guò)稱重的方法來(lái)確定。該值的計(jì)算符合錯(cuò)業(yè)協(xié)會(huì)在"錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)（Aluminum Standards and Data)"的第2-12以及2-13頁(yè)記載的規(guī)則。冶金狀態(tài)的定義在歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 515中有標(biāo)示。
[0038] 在拉伸下的靜態(tài)機(jī)械性能，也就是極限抗拉強(qiáng)度R"、在0. 2%伸長(zhǎng)率時(shí)的常規(guī)屈服 應(yīng)力Rpa2和在A%斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NF EN ISO 6892-1的拉伸測(cè)試確定，采樣和 測(cè)試方向由標(biāo)準(zhǔn)EN 485-1定義。抗壓屈服應(yīng)力按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM E9在0.2%壓縮下測(cè)得。
[0039] 應(yīng)力強(qiáng)化因子〇g根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 399確定。標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 399給出可確定是 否為K ie的有效值的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于給定試樣的幾何形狀，只要材料的屈服應(yīng)