具有改善的疲劳性能的由铝-铜-锂合金制成的产品制造技术

本发明专利技术涉及一种由铝合金制成的厚度至少为80mm的板，该板以重量百分比计，包含Cu：2.0‑6.0；Li：0.5‑2.0；Mg：0‑1.0；Ag：0‑0.7；Zn：0‑1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Se、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Se 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其特征在于，在时效状态下，所述金属板在242MPa的最大振幅、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对平滑试验件以TL方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环。根据本发明专利技术的产品通过特别是具有特定浇铸条件的方法获得。有利的是根据本发明专利技术的板用于制备飞机结构性部件，优选翼梁、加强筋或框架的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及轧制铝-铜-锂合金产品，特别涉及这种产品及其制备方法以及尤其是用于航空和航天构造的用途。
技术介绍
轧制铝合金产品被开发来制备特别是用于航空工业和航天工业的结构性部件。铝-铜-锂合金对于这种产品的制备尤其具有前景。航空工业对于抗疲劳性的规格的要求很高。对于厚的产品，特别难以达到这些规格。由于铸板坯的可接受厚度，通过热加工的厚度减小非常低，因此在热加工过程中，与浇铸有关的疲劳裂缝出现位置不会变少。由于锂尤其容易受到氧化的影响，铝-铜-锂合金的浇铸通常产生比无锂的2XXX或7XXX型合金更多的疲劳裂缝出现位置。通常建立以用于得到由无锂的2XXX或7XXX型合金制成的厚的轧制产品的解决办法不能为铝-锂-铜合金提供足够的疲劳性能。由Al-Cu-Li合金制成的厚的产品特别地记载于申请US2005/0006008和US2009/0159159中。在申请WO2012/110717中，为了改善含有特别是至少0.1％的Mg和/或0.1％的Li的铝合金的性能尤其是疲劳性能，提出了在浇铸过程中进行超声处理。但是这种处理就制备厚板所必需的量而言是难以进行的。美国申请2009/0142222记载了如下合金，该合金可以包含3.4-4.2重量％的Cu、0.9-1.4重量％的Li、0.3-0.7重量％的Ag、0.1-0.6重量％的Mg、0.2-0.8重量％的Zn、0.1-0.6重量％的Mn和至少0.01-0.6重量％的调节晶粒结构的元素，其余为铝、次要元素和杂质。需要与已知产品的性能相比具有改善的性能(特别是在疲劳性能方面)，同时具有有利的断裂韧性和静态机械强度性能的厚的铝-铜-锂合金产品。此外，需要制得这些产品的简单且经济的方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是一种制备由铝合金制成的厚度至少为80mm的板的方法，包括如下步骤，其中(a)制备熔融合金金属浴，该熔融合金金属浴以重量百分比计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，(b)通过立式半连续浇铸来浇铸所述合金，得到厚度为T且宽度为W的板坯，从而在固化时，-所述熔融金属浴(1)的氢含量为小于0.4ml/100g，-在液体表面(14，15)上方测量的氧含量为小于0.5体积％，-用于浇铸的分配器装置(7)由主要包含碳的织物制成；它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的顶面(71)和基本上为矩形截面的壁，该壁包括两个与宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种基本上密封且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触，(c)将所述板坯在任选地对其进行机械加工之前或之后均化，得到能够被热加工的轧制锭，(d)将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，得到厚度至少为约80mm的板，(e)对所述板进行固溶热处理和淬火，(f)任选地通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述板进行应力消除，以及(g)对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的板进行时效。本专利技术的另一个目的是一种可通过本专利技术的方法获得的由铝合金制成的厚度至少为80mm的板，该板以重量百分比％计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其特征在于，在时效状态下，所述板在242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率、R＝0.1的应力比下，对如图1a所示的平滑试验样品以LT方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环。本专利技术的又一个目的是根据本专利技术的板用于制备飞机结构性部件，优选翼梁、加强筋或框架的用途。附图说明图1为用于平滑(图1a)和开孔(图1b)疲劳测试的试验样品的示意图。尺寸以mm给出。图2为在本专利技术的一个实施方案中使用的固化装置的总示意图。图3为在根据本专利技术的方法中使用的分配器装置的总示意图。图4显示了根据本专利技术一个实施方案的分配器装置的底部和壁的侧部以及纵向部分的图像。图5显示了平滑疲劳性能与固化过程中熔融金属浴的氢含量(图5a)或固化过程中在液体表面上方测量的氧含量(图5b)之间的关系。图6示出了在L-T方向(图6a)和T-L方向(图6b)上以试验3、7和8得到的曲线。具体实施方式除非另外说明，关于合金的化学组成的所有信息以基于合金总重量的重量百分比表示。表达式1.4Cu表示以重量百分比表示的铜含量乘以1.4。合金名称根据本领域专业人员已知的The Aluminium Association的规则做出。除非另外说明，将实施欧洲标准EN 515中所列的冶金状态的规定。静态拉伸机械性能，即极限拉伸强度Rm、在伸长0.2％下的常规屈服应力Rp0.2以及断裂伸长A％，根据NF EN ISO 6892-1通过拉伸试验测定，取样和测试方向由EN 485-1限定。应力强度因子(K1C)根据标准ASTM E 399测定。对于平滑试验样品的疲劳性能，在大气中于242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对在LT方向上以板的中间宽度和中间厚度所取的如图1a所示的试验样品进行测量。试验条件符合标准ASTM E466。测定对至少四个样品所得结果的对数平均。对于开孔样品的疲劳性能，在大气中于不同应力水平、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对在L-T和T-L方向上以板的中心和中间厚度所取的Kt＝2.3的如图1b所示的试验样品进行测量。使用Walker方程确定表示在100,000个循环下非断裂样品为50％的最大应力值。为此，使用下式对曲线的每个点计算疲劳质量指数(IQF)： I Q F = σ m a x ( N 0 N ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备厚度至少为80mm的铝合金板的方法，包括如下步骤，其中(a)制备熔融合金金属浴，该熔融合金金属浴以重量百分比计，包含Cu：2.0‑6.0；Li：0.5‑2.0；Mg：0‑1.0；Ag：0‑0.7；Zn：0‑1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，(b)通过立式半连续浇铸来浇铸所述合金，得到厚度为T且宽度为W的板坯，从而在固化时，‑所述熔融金属浴(1)的氢含量为小于0.4ml/100g，‑在液体表面(14，15)上方测量的氧含量为小于0.5体积％，‑用于浇铸的分配器装置(7)由主要包含碳的织物制成；它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的顶面(71)和基本上为矩形截面的壁，该壁包括两个与宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种基本上密封且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触，(c)将所述板坯在任选地对其进行机械加工之前或之后均化，得到能够被热加工的轧制锭，(d)将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，得到厚度至少为80mm的板，(e)对所述板进行固溶热处理和淬火，(f)任选地通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述板进行应力消除，以及(g)对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的板进行时效。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.13 FR 13/029321.一种制备厚度至少为80mm的铝合金板的方法，包括如下步骤，其中(a)制备熔融合金金属浴，该熔融合金金属浴以重量百分比计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，(b)通过立式半连续浇铸来浇铸所述合金，得到厚度为T且宽度为W的板坯，从而在固化时，-所述熔融金属浴(1)的氢含量为小于0.4ml/100g，-在液体表面(14，15)上方测量的氧含量为小于0.5体积％，-用于浇铸的分配器装置(7)由主要包含碳的织物制成；它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的顶面(71)和基本上为矩形截面的壁，该壁包括两个与宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种基本上密封且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触，(c)将所述板坯在任选地对其进行机械加工之前或之后均化，得到能够被热加工的轧制锭，(d)将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，得到厚度至少为80mm的板，(e)对所述板进行固溶热处理和淬火，(f)任选地通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述板进行应力消除，以及(g)对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的板进行时效。2.根据权利要求1所述的方法，其中在脱气步骤、过滤过程中，与熔炉中的液体金属浴接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％，并且优选地，其中对于整个浇铸设施，与液体金属浴接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中在固化过程中，盖(62)覆盖液体表面(14，15)，所述盖优选包括密封条(61)以确保与浇铸平台(32)的无泄漏密封，并且其中惰性气体(9)被引入至限定于所述盖与所述浇铸平台之间的腔室(65)中，并且其中通过泵(101)保持浇铸坑(10)中的抽吸，任选地使得包围区域(10)中的压力小于腔室(65)中的压力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中整个浇铸设施始终不使用含有锂的熔盐。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述分配器装置(7)为如下的分配器装置：在从所述壁(720，721，730，731)四周上的顶面测量时，所述第一种织物具有高度h1，使得h1≥0.3h并且优选h1≥0.5h，其中h为该分配器装置的壁的总高度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的分配器装置(7)浸入液体金属中的壁(720，721，730，731)的高度至少为浸入的壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·丹尼路，S·布莱斯，P·扎瑞，O·里布德，B·瓦伦汀，
申请(专利权)人：伊苏瓦尔肯联铝业，
类型：发明
国别省市：法国;FR