專利名稱：：含有兩種鋁基合金的半成品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新的用于制造含有至少兩種不同的合金的鋁基結(jié)構(gòu)元件的方法，即通過澆鑄含有至少兩種空間上分開的合金的坯板或坯塊，然后進行一個或多個熱變形步驟，即軋制、拉伸或鍛造，以及必要時進行一個或多個冷變形步驟，以及中間的和/或最終的熱處理步驟。本發(fā)明特別適用于制造用于航空工程的結(jié)構(gòu)元件。
背景技術(shù)：
：具有空間上變化的機械性能的部件非常適用于機械構(gòu)造中。通常，這些部件通過將兩個具有不同性能、但每個部件的內(nèi)部基本為均質(zhì)的部件裝配而獲得。這種裝配可以是機械方式(例如螺栓連接或鉚接)，也可以是粘合或合適的焊接技術(shù)。由此可獲得雙功能或多功能的結(jié)構(gòu)部件或元件。這種雙功能或多功能可依賴于裝配部件的形狀(這不是我們在本說明書中使用的這兩個術(shù)語的含義)，或者可能與它們的機械性能相關(guān)，尤其是當將由不同的合金制成的兩個部件裝配在一起時。作為一個實施例，在船舶制造中使用了過渡接頭(參見C.Vargel，CorrosiondeI'aluminium(鋁的腐蝕)，巴黎1998(Dunod)，第136頁)，它通常是由一個鋼部件和一個鋁部件通過爆炸焊接裝配而成的結(jié)構(gòu)元件。鋼側(cè)作為用于固定其它鋼部件的基體，而鋁側(cè)作為用于固定其它鋁部件的基體。因此，這些過渡接頭是避免電腐蝕的雙功能結(jié)構(gòu)元件，它們不可避免地在潮濕的環(huán)境中被安裝在以常規(guī)方式裝配的兩種不同金屬之間。在防腐蝕和焊接方面還存在其它主要由鋁制成的多功能部件的實例。事實上，長期以來使用鍍層板材，包括一個至少在一側(cè)由一種合金保護層保護的核心，該合金外殼能夠更好地抵御腐蝕和/或更易熔化，以保護核心不被腐蝕或使其便于焊接在另一部件上。鍍層板材這樣制造，即在第一組成合金(稱為核心合金)的、優(yōu)選修整過的軋制坯板上，放置第二組成合金(稱為鍍層合金)的、較薄的、優(yōu)選修整過的第二軋制坯板或一個板材。然后進行熱軋，以獲得鍍層板條，熱軋操作確保了兩種合金之間的牢固的冶金接合。根據(jù)以下給出的定義，鍍層板材是一體性部件。一體性部件可用于航空工程中，例如作為機身保護層，參見例如專矛JUS5213639(AluminiumCompanyofAmerica)或?qū)Ｃ琂EP1170118(PechineyRhenalu)。鍍層工藝可用于制造大部件，但其化學組成的變化發(fā)生在部件的厚度方向而非長度或?qū)挾确较颉Ｒ虼?，其功能的實現(xiàn)是非常有限的檢索到的鍍層的功能或為保護其免受腐蝕，或為可焊接性。在另一種制造一體性雙功能部件的方法中，在一個由單一鋁基合金制成的長產(chǎn)品的兩個末端的每一端進行一種不同的回火處理。專利EPO630986(PechineyRhenalu)描述了一種在產(chǎn)品的主方向(長度、寬度、厚度)上具有連續(xù)變化的使用性能的、結(jié)構(gòu)硬化的鋁合金板材的制造方法，其中最終的回火是在一個具有特殊結(jié)構(gòu)的熔爐中完成的，該熔爐包括由一個熱泵連接的一個熱室和一個冷室。曾使用該方法通過等時的回火處理獲得由7010合金制得的約一米長的小部件，該部件的一端為T651狀態(tài)，另一端為T7451狀態(tài)。該方法從未在工業(yè)上開發(fā)過，因為以與航空工程領(lǐng)域的質(zhì)量要求相容的方式對該方法進行控制非常困難，這些工業(yè)上的難點隨部件體積的增加而增加。此外，如果僅使用單一合金制成的部件，機械性能沿部件的長度的變化幅度也是很有限的。專利申請(FR2868084)中描述了該方法的一個重要的改進，但合金的化學組成仍然不能通過這種方法改變。如果使用兩種不同的鋁合金，就有希望實現(xiàn)機械性能的大的改變。在鑄造領(lǐng)域，含有多種合金的一體性部件的制造已有記栽。國際申請WO2005/063422公開了一種制造方法，其中具有完全不同的固化區(qū)間以避免混合的、由合金層化形成的澆鑄材料以半固體狀態(tài)被加入到一個冷鑄模中，以填滿該冷鑄模，并獲得固化的澆鑄產(chǎn)品。但是，本發(fā)明的發(fā)明人還未獲知任何工業(yè)上制造的、包括兩種空間上彼此分開的合金的、使用除熱軋鍍層以外的方法制造的一體性加工部件。以含有兩種空間上分開的合金的鑄態(tài)部件(即澆鑄件，如拉伸的坯塊、軋制的坯板)為原料的設(shè)想不是新的。多種方法之間存在差別。第一種方法使用一個或多個固定的或移動的分隔。專利US3353934(Reynolds)描述了垂直澆鑄具有一個垂直固定放置的分隔(即沿坯板的長度方向)的軋制板坯或坯塊。這種固定的分隔由硅酸鈣板(Marinite)、不銹鋼或石墨制成。該專利描述了雙合金7075/6063、7075/5052和7075/5083的澆鑄。專利JP48541170(Sumitomo)描述了另一種應(yīng)用于澆鑄坯板的垂直的分區(qū)方法。專利申請DE4420697(InstitutFtirVerformungskundeund服ttenmaschinen)描述了另一個使用垂直分隔澆鑄的實施方案。專利US6705384(Alcoa，Inc.)提出了一種或多種分隔的用途，這種分隔的形式是保留在澆鑄坯板或坯塊中的薄的或厚的鋁板。使用分隔的澆鑄也已被用于板條之間的連續(xù)澆鑄。專利GB1174764和FR1505826(Glacier)中描述了一種應(yīng)用于板條之間的澆鑄中的移動分隔的用途，用于澆鑄Al+6。/。Sn/AS5G雙合金。第二種方法使用了內(nèi)板坯模(lingot化reinterne)的概念第一種合金在一個內(nèi)板坯模中固化，因此形成固體殼，作為第二合金的模。這種概念被描述于專利DE844806(WielandWerke)中。如專利FR1516456(KennecottCooperCorporation)中所描述的，僅僅一個金屬管或一個中空的坯塊也可被用作一個外部殼體，可在其中澆鑄液態(tài)合金。該原理也適用于美國專利US4567936(Kaiser)中所述的垂直連續(xù)澆鑄鍍層坯板。專利申請WO2004/112992(Alcan)描述了4吏用垂直分隔物通過半連續(xù)垂直澆鑄制造含有兩種合金的軋制坯板的多種方法。所有這些現(xiàn)有技術(shù)中的方法都可獲得含有被平行于澆鑄方向的分隔或界面分開的兩種不同合金的長的澆鑄產(chǎn)品。本發(fā)明要解決的問題是提供一種制造經(jīng)加工的一體性結(jié)構(gòu)元件的新方法，該元件在至少一個不是厚度的方向上具有可變的使用性能，特別是提供一種雙功能或多功能的經(jīng)加工的結(jié)構(gòu)元件，該元件能夠?qū)崿F(xiàn)通常由兩種不同的部件實現(xiàn)的至少兩種功能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是一種在澆鑄方向上具有最終高度HF的中間產(chǎn)品的垂直澆鑄方法，該方法包括以下步驟(a)制備至少兩種鋁基合金，特別是具有組成P的第一合金和具有組成T的第二合金，(b)將所述具有組成P的第一合金澆鑄至所需的高度Hp，(C)將所述第二合金再澆鑄另一所需高度HT,以獲得小于或等于Hf的澆鑄高度Hp+HT。步驟(a)中的合金制備不是必須同時進行的。制備步驟(a)以及澆鑄步驟(b和c)不是必須連續(xù)的，特別地，第二合金的制備或任何(a)步驟中其它的合金的制備可以與澆鑄步驟之一或其他澆鑄步驟同時進行。在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，步驟(b)和(c)的在不阻斷液態(tài)金屬流的情況下完成。該方法中，合金可以不同的方式制造。例如，(i)鋁基合金可獨立地制造，或者(ii)具有不同于P的組成的合金可在澆鑄時由第一合金制得，即通過向第一合金中加入必需量的元素，以達到具有不同于P的組成的合金所具有的組成，或者(iii)至少兩種鋁基合金可在澆鑄時由一種具有組成B的鋁基合金制得，即通過向所述具有組成B的合金中加入必需量的元素，以達到所述至少兩種鋁基合金P和T所具有的組成。本發(fā)明的另一個目的是用于軋制、拉伸或鍛造的固態(tài)的第一中間產(chǎn)品，其可使用上文所述的垂直澆鑄法獲得。對于至少一種合金元素，該產(chǎn)品在其澆鑄方向上(最常為高度方向，即較大尺寸的方向)顯示出至少一種濃度梯度。例如，這種中間產(chǎn)品可為一種坯板或坯塊。本發(fā)明的另一個目的是從根據(jù)上述的垂直澆鑄方法制造的坯板或坯塊，制造鍛造的板材、型材或部件的方法。本發(fā)明的再一個目的是一種固態(tài)的第二中間產(chǎn)品，例如可通過上文所述的制造方法制造的鍛造的板材、型材或部件。本發(fā)明的再一個目的是可由上文定義的第二中間產(chǎn)品制造的結(jié)構(gòu)元件。該結(jié)構(gòu)元件可以是雙功能的或多功能的。圖1示意性地示出了本發(fā)明的翼梁(longeron)。圖2示意性地示出了本發(fā)明的板材，由該板材可制造本發(fā)明的翼梁。圖3示意性地示出了本發(fā)明的軋制坯板，由該板坯可制造本發(fā)明的堅固的板材。圖4示意性地示出了在垂直于坯板的長度方向上的軋制道次(passedelaminage)。圖5示意性地示出了通過垂直于澆鑄方向軋制而獲得的本發(fā)明的飛機機身壁板。圖6示出了在本發(fā)明的澆鑄期間在高度方向上的Zn含量的變化。圖7示出了本發(fā)明的垂直于澆鑄方向軋制板材在中間厚度和寬度方向上的不同位置處的電導率測量。具體實施方式a)定義如無相反說明，則所有有關(guān)合金化學組成的信息都以質(zhì)量百分比表示。因此，在一個數(shù)學式中，"0.4Zn"是指以質(zhì)量百分比表示的0.4倍的鋅含量；加以必要的修改后，這也可用于其它化學元素。合金的標號參照本領(lǐng)域公知的鋁業(yè)協(xié)會(TheAluminiumAssociation)的規(guī)定。冶金狀態(tài)在歐洲標準EN515中定義。常規(guī)的鋁合金的化學組成例如在標準EN573-3中定義。如無相反說明，則根據(jù)標準EN-10002-1的拉伸試驗來測定靜態(tài)機械性能一一也就是斷裂強度Rm、彈性極限Rp(u、以及斷裂伸長A。在標準EN485-l(軋制產(chǎn)品)或EN755-1(拉伸產(chǎn)品)中定義了試件的取樣位置和方向。韌度Idc根據(jù)標準ASTME399測定。如無相反說明，歐洲標準EN12258-1的定義是適用的。本說明書中術(shù)語"板材"用于任何厚度的軋制產(chǎn)品。術(shù)語"機械加工"包括任何材料去除的方法，如車削、銑銷、鉆孔、鏜孔、攻螺紋、電蝕、磨削和拋光。在本說明書中，"澆鑄裝置"是指使得能夠?qū)⑷魏涡问降慕饘俳?jīng)由液態(tài)轉(zhuǎn)化成一種原始形態(tài)的半成品的設(shè)備。澆鑄裝置可包括一個或多個必需的用于熔化金屬或用于保持金屬在恒定溫度的熔爐、一個或多個用于進行制備液態(tài)金屬及調(diào)節(jié)組成操作的熔爐、一個或多個用于進行處理以除去溶解或懸浮于液態(tài)金屬中的雜質(zhì)的槽(cuve)(或澆包)，這種處理可能包括在過濾介質(zhì)上過濾液態(tài)金屬或者向池中加入可為惰性的或反應(yīng)性的所謂的"處理"氣、一種用于固化液態(tài)金屬的設(shè)備(或者"澆鑄機")，至少包括以下設(shè)備一個模(或者"錠模")、至少一個液態(tài)金屬進料設(shè)備(或"噴管")，以及一個冷卻系統(tǒng)，這些不同的設(shè)備通過被稱為"給料槽"的料槽連接在一起，液態(tài)金屬在給料槽中輸送。在本說明書中，機械構(gòu)造的"結(jié)構(gòu)元件"是這樣一種機械部件，所述機械部件的失效可能危及所述結(jié)構(gòu)、其使用者或其他人的安全。對于飛機而言，這些結(jié)構(gòu)元件特別包括組成飛機機身的元件(例如飛機機身蒙皮、銜條、艙壁、環(huán)形框架、機翼部件(例如機翼外殼、桁條、翼肋和翼梁)和特別地由水平的或垂直的穩(wěn)定器組成的尾翼，以及地楞橫梁、座椅軌道、門等。在本說明書中，術(shù)語"一體性結(jié)構(gòu)元件"或"一體性部件"是指一結(jié)構(gòu)元件或一部件，它們從軋制、拉伸、鍛造或澆鑄的單個半成品部件最常通過機械加工而獲得，而不與其它部件進行例如鉚接、焊接、粘合的裝配而獲得。在本說明書中，術(shù)語"雙功能或多功能的結(jié)構(gòu)元件"主要是指由產(chǎn)品的冶金學的和/或機械性能，而不是它的幾何形狀所賦予的功能。b)發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，上述問題通過軋制、拉伸或鍛造一個軋制坯板或一個坯塊解決，它們在澆鑄方向上組成有變化，并且有利地底部的組成與頂部不同。術(shù)語"底部"和"頂部"分別是指首先澆鑄的部分和最后澆鑄的部分，換言之，即分別是在垂直澆鑄時的低部和上部部分。根據(jù)本發(fā)明，最終高度為Hp的部件的垂直澆鑄法包括制造和澆鑄具有第一組成P的鋁基合金至所需高度Hp,將第二合金澆鑄另一所需高度HT，以達到小于或等于HF的澆鑄高度Hp+HT，以及任選地，澆鑄其它的鋁基合金或合金P直至最終高度Hp。在一個優(yōu)選的實施方案中，當從澆鑄具有第一組成P的合金轉(zhuǎn)入到澆鑄具有第二組成T的合金時，以及有利地當從澆鑄具有組成T的合金轉(zhuǎn)入到澆鑄其它合金時，液態(tài)金屬流未被中斷。這種垂直澆鑄方法生成固體的待軋制、拉伸或鍛造的中間產(chǎn)品，它包括至少兩種在澆鑄方向上空間上分開的合金。本發(fā)明的固體中間產(chǎn)品，對于至少一種合金元素在澆鑄方向上具有濃度梯度。這種垂直澆鑄方法通常在兩種連續(xù)澆鑄的合金之間產(chǎn)生一個具有中間組成的"過渡區(qū)"Z。將這種過渡區(qū)控制在合金之間是重要的。在一個優(yōu)選的變體中制造了盡可能短的過渡區(qū)，即盡可能快的過渡。但在某些應(yīng)用方面，也可設(shè)想更寬的區(qū)域，以控制濃度梯度以能夠保證從一次澆鑄到之后澆鑄的可重復(fù)性。為獲得合金之間的快速過渡，優(yōu)選的過渡應(yīng)能使連續(xù)合金之間的混合在體積小且接近澆鑄機的澆鑄裝置的一部分中完成。典型地，這種過渡可通過壩(barrage)在給料槽中完成。為獲得快速過渡，還可能由具有組成P的金屬通過向液態(tài)金屬處理澆包中加入必要的元素來制造具有組成T的金屬。如果過渡在大體積裝置——諸如一種用于氣體排放或過濾的液態(tài)金屬處理澆包——的一部分中或者在這種裝置的一部分的上游中完成，那么所獲得的過渡將會更寬，因為兩種連續(xù)的合金可以更大的比例混合。在本發(fā)明的一個以獲得短的過渡區(qū)為目標的優(yōu)選實施方案中，合金之間的過渡在一個給料槽或一個小體積的液態(tài)金屬處理槽中完成。本發(fā)明的澆鑄方法可根據(jù)多種不同的實施方案使用，這些實施方案的區(qū)別在于合金制備的方法和合金之間過渡的方法。圖3示出了一個根據(jù)本發(fā)明澆鑄的坯板的實例。澆鑄方向限定了坯板的高度H的方向。坯板的總高度為HF。通常是在澆鑄后鋸掉("截去")高度為HEP的底部和高度為HET的頂部，以除去不具有變形所需的質(zhì)量的、對應(yīng)于鑄型開始和結(jié)束的部分。因此，通常為坯板或坯塊的鑄型的有用長度Hu等于HF-(HEP+HET)。在最有利的實施方案中，高度Hp大于坯板或坯塊在底部截去的高度Hep。高度Hp取決于所期望的應(yīng)用領(lǐng)域，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，高度Hp通常大于Hep+Hu/4,且有時大于HEP+Hu/2。過渡區(qū)的高度為Hz。在圖3的實例中，澆鑄了兩種合金，因此所得的關(guān)系式為Hp^Hp+H丁。在第一個實施方案中，獨立地制造至少兩種合金(在本說明書被稱為"底部合金"或"合金P"，以及"頂部合金"或"合金T")，例如在至少兩個分開的熔爐中制造。第一步是通過從第一熔爐向給料槽中傾注液態(tài)金屬澆鑄底部合金。當澆鑄機中達到所需的金屬高度Hp時，第一熔爐中的金屬流被切斷，并用第二熔爐中的金屬流替代。這種從一個熔爐至另一個熔爐的轉(zhuǎn)變優(yōu)選在不中斷給料槽中流入澆鑄機中的液態(tài)金屬流的情況下完成。因此，澆鑄另一高度為Ht的具有組成T的合金，以達到洗鑄高度Hp+HT,該高度小于或等于Hr。在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，Hp+HT的總和等于HF。任選地，澆鑄其它的從第三熔爐或第四熔爐中流出的鋁基合金T'，T〃，或澆鑄從第一熔爐中流出的合金P至最終高度HF，使得能夠制造具有組成順序為，例如P/T/P、P/T/T'或P/T/T'/T〃的更復(fù)雜的坯板或坯塊。此實施方案適用于所有合金組合，既可澆鑄相同族的合金——例如7XXX族合金——又可澆鑄不同種類的合金，例如一種2XXX合金和一種7XXX合金。在第二個實施方案中，底部合金被澆鑄至所需高度Hp，并且在適當?shù)臅r候以金屬絲的形式或任何其它適當?shù)男问郊尤朐诤辖餞比在合金P中具有更高含量的一種或多種合金元素。因此，澆鑄另一高度為Ht的具有組成T的合金，以達到澆鑄高度Hp+Hr,該高度小于或等于H^。作為一個實施例，如果合金P是一種Al-Zn5.0-Cu1.5-Mg1.5型的合金，并且合金T是一種Al-Zn5.0-Cu1.5-Mg2.5型的合金，則制造一種具有對應(yīng)于合金P的組成的液態(tài)合金，在澆鑄的適當時機，在澆鑄裝置的適當部分一一如澆鑄熔爐、給料槽或處理澆包一_向液態(tài)金屬中加入鎂絲。在第三個實施方案中，澆鑄了以組成B為基體的合金，向其中通常以金屬絲的形式加入必需量的合金元素，以獲得組成P、然后是組成T、然后是其它可能的組成。在達到所需高度Hp時改變澆鑄金屬的每單位質(zhì)量中加入的合金元素的量，并且當達到所需的最終高度HF時停止?jié)茶T。作為一個實例，可使用鋅絲、鎂絲和銅絲，它們被加入純鋁或可能含有其它元素的鋁中，如果存在這些元素，它們的目標濃度近似地等于合金P、合金T和可能的其它合金中的濃度。也可使用母合金金屬絲，例如鋁基合金的金屬絲。這種金屬絲通常以線圏的形式提供，并通過退繞機在裝置的適當部分加入液態(tài)金屬中。在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，這種金屬絲在處理澆包的下游在給料槽中提供，以在改變每單位時間內(nèi)提供的金屬絲的量時獲得合金之間的快速過渡。在第三個實施方案的另一個實例中，具有組成P的合金通過在處理澆包中向具有組成B的合金中加入必需量的合金元素而獲得，并且具有組成T的合金具有與具有組成B的合金相同的組成。第一個實施方案的缺點在于需要至少兩個澆鑄熔爐。為便于實現(xiàn)合金之間的快速過渡，可有利地布置至少兩個獨立的液態(tài)金屬處理管線(澆包的過濾和排氣)?；诩尤虢饘俳z的實施方式的缺點在于，需要非常嚴格的過程控制。由于金屬絲的熔化消耗能量并因此冷卻液態(tài)金屬，因此一個關(guān)鍵的參數(shù)1是溫度控制。例如，已發(fā)現(xiàn)對于單位質(zhì)量流量為約2.8kg/s，向溫度為720。C的液態(tài)鋁池中加入未預(yù)熱的鋅絲會引起液態(tài)金屬的溫度降低約15°C。根據(jù)發(fā)明人的觀察，不過這種溫度下降可由當熔爐中合金T的液相線溫度小于合金P的液相線溫度時，保持熔爐的溫度的快速增加來補償?；诩尤虢饘俳z的實施方案的另一個缺點在于合金P、合金T和可能的其它合金之間化學組成的變化幅度受限于金屬絲在液態(tài)金屬中的溶解速度。這個問題可至少部分地通過在將金屬絲加入液態(tài)金屬之前先預(yù)熱而解決。這種預(yù)熱可通過一種浸入液態(tài)金屬中的惰性加熱管道來完成，這可保證退繞金屬絲并將其分散進液態(tài)金屬中。專利申請EP819772Al(Alusuisse)中描述了一種這樣的裝置。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可使用該裝置以當其進入液體金屬時金屬絲實際上為液態(tài)。當基體合金的組成與具有組成P、T或其它組成的合金的組成大有不同時，基于加入金屬絲的實施方式的另一個缺點就顯現(xiàn)出來需要以很高的退繞速度來退繞長度很長的金屬絲，或者需要設(shè)置多個退繞金屬絲的設(shè)備，這不總是很容易的?；诩尤虢饘俳z的實施方案的一個優(yōu)點是它使得在兩種合金之間的過渡具有良好的靈活性，即可以獲得快速過渡，但特別地這種過渡可在坯板或坯塊的長度方向上更容易地延伸，以獲得漸進的過渡。這就可以設(shè)想改變一種或多種金屬絲(如果使用多根組成相同或不同的金屬絲)的前進速率和/或所加入的金屬絲的數(shù)量。在所有這三種實施方式中，有利地可以使用一種已知類型的液態(tài)金屬處理澆包(例如含有Ar-Cl2混合物)和/或一種沙礫過濾型過濾澆包、一種扁石過濾型過濾澆包或任何其它合適過濾方式的過濾澆包，以使液態(tài)金屬中的氫含量最小，并獲得滿意的內(nèi)含物質(zhì)量。有利地，在需要獲得快速的過渡的情況下，合金之間的過渡在處理澆包的下游進行。在第四個實施方案中使用大的液態(tài)金屬處理澆包，作為合金P的容器，以制造合金T。該實施方案的優(yōu)點在于相對于通常使用的澆鑄方式中它不需要的附加的熔爐。另一方面，可用于澆鑄合金T的金屬的量受限于澆包的體積。這四個可容易地互相結(jié)合的實施方案，能夠制造待軋制、拉伸或鍛造的第一固體中間產(chǎn)品，并且特別是具有在澆鑄方向上組成有變化的坯板或坯塊。優(yōu)選地，第一固體中間產(chǎn)品的橫截面在其至少95%的長度上是恒定的。然后，由此獲得的第一中間產(chǎn)品一一例如坯板或坯塊一一通常進行一個或多個熱鍛加工步驟，有可能的話再進行一個或多個冷鍛加工步驟，以獲得第二中間產(chǎn)品，如板材、型材、拉伸條或鍛造件。坯塊可用于拉伸成沿它們的長度具有可變的組成的型材或條塊，或用作鍛造毛坯。坯板可用作鍛造毛坯或軋制坯板。制造在空間中具有可變機械性能的軋制產(chǎn)品的問題可通過使用本發(fā)明的軋制板并進行軋制以獲得板材而解決。沿長度方向(即沿澆鑄方向H)軋制會導致延伸過渡區(qū)Z，這對于某些應(yīng)用方面是有利的。在本發(fā)明的一個實施方案中，使板坯在澆鑄方向上經(jīng)受至少一個軋制道次。但是，通常優(yōu)選在寬度方向上(即垂直于澆鑄方向H)軋制，因為這能夠不延伸過渡區(qū)。這在選擇坯板的尺寸中會引起一些限制以獲得所需的板材尺寸。圖4示出了沿寬度的方向軋制本發(fā)明的坯板。軋制方向L垂直于澆鑄方向H。因此可制造可用于制造具有可變組成的翼梁的厚板材，其中符合上表面功能的一側(cè)朝向翼的上部，并具有特別壓縮的尺寸，而符合下表面功能的另一端朝向翼的下端，并被專門設(shè)計成具有剛性。對于這種應(yīng)用，優(yōu)選在澆鑄軋制坯板的兩種合金之間具有盡可能短的過渡。這樣一種產(chǎn)品可用作航空工程中的結(jié)構(gòu)元件。更具體地，這種產(chǎn)品可被用作翼梁、翼肋或機翼外殼。使用本發(fā)明制備這樣的機身壁板也是有利的，所述的壁板具有可變性能并且能適應(yīng)于機身的頂部和底部部件的應(yīng)力。對于這種應(yīng)用，可有利地選擇它用以在垂直于澆鑄方向的方向上一一即沿著初始坯板的寬度方向(圖5)—一對其進行部分地或整體的軋制。本發(fā)明可應(yīng)用于所有鋁合金，并有利地使用來自2XXX、6XXX、7XXX或8XXX族結(jié)構(gòu)硬化的合金。在一個優(yōu)選的實施方案中，所使用的合金全部來自7XXX族。在另一個有利的實施方案中，所使用的合金全部來自2XXX族和/或全部為鋁-鋰型合金(即含有至少0.1重量。/。Li、優(yōu)選至少0.5重量％Li的合金)。作為一個實例，一對合金P和T(或相反)為7040和7449,或者為2024A和2027，或者為2050和2195。對于組成的順序P/T/T，，有利地，P使用合金7475，T使用合金7040，以及TM吏用合金7449。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，含有4.1-5.ly。的Zn,1.5-2.5重量％的Cu和1.2-1.8重量％的Mg的7XXX合金顯得特別有利。與如7040的合金相比，通過將靜態(tài)機械性能的損失降到最低這種合金能夠達到非常高的韌度。在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，合金P因此是一種含有4.1-5.1%的Zn，1.5-2.5重量％的Cu和1.2-1.8重量％的Mg的合金，而合金T是一種含有7-10%的Zn，1.0-3.0重量％的Cu和1.0-3.0重量％的Mg的合金。合金7040與7449之間的組合特別適用于翼梁型的應(yīng)用，而合金7475和7449之間的組合特別適用于機翼外殼型的應(yīng)用。本發(fā)明的方法能夠制造一體性的雙功能或多功能結(jié)構(gòu)元件。具體而言，本發(fā)明的方法使得能夠特別地制造適于在航空工程中使用的結(jié)構(gòu)元件，包括用于大容量飛機的機翼的翼梁或翼肋。圖l示意性地示出了本發(fā)明的雙功能翼梁。在這種翼梁中，高度Ht可達到1000mm或更大，長度L可達到十米或更多，其厚度E通常是大約100mm，但可以更大。翼梁是通過機械加工由堅固的板材制造的。它們可包括一個下翼緣(4)(semelle)、一個上翼緣(l)、一個腹板(2)(ame)和多個整體加工的加強件(3)。根據(jù)尺寸加工的需要，過渡區(qū)Z可設(shè)置在與翼緣相等的距離處，或者離一個或另一個更近。圖2示意性地示出了由其加工得到翼梁的堅固板材。在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，堅固板材通過沿本發(fā)明的坯板的寬度方向軋制而獲得，以使高度H^稍微小于Hu。圖4示出了在橫向上的軋制。本發(fā)明的方法還能夠制造適于在航空工程中使用的結(jié)構(gòu)元件，包括機身元件。圖5示意性地示出了使用本發(fā)明的板材用于制造機身壁板(6)，該壁板通過鉚接、粘接或焊接的加強件(5)增強。在每一幅圖中，都示意性地顯示了所使用的兩種合金。還可制造由本發(fā)明的中間產(chǎn)品獲得的、適于在航空工程中使用的其它結(jié)構(gòu)元件，包括例如適于在航空工程中使用的機翼加強件或機翼壁板。對于一個坯板，所使用的包括勻化、熱軋，冷軋、溶液加熱處理、淬火、冷處理(如拉伸)和回火步驟的轉(zhuǎn)變方法必須與包含在本發(fā)明的坯板中的合金相容。該條件可在合金的選擇方面是限制性的，因為對于不同的合金最佳溫度有時會差別很大，并且折衷溫度可能導致不能獲得所需的性能。本領(lǐng)域技術(shù)人員試圖使轉(zhuǎn)變方法適應(yīng)于坯板中存在的合金。技術(shù)人員在拉伸坯塊或鍛造坯料的轉(zhuǎn)變方法中也遇到相似的問題。在本發(fā)明的另一個實施方案中，坯板主要或只沿其長度方向一一即，在澆鑄方向上一一軋制。因此獲得很長的板材，它的一個幾何末端由含有P組成的合金制得，而另一個幾何末端由含有T組成的合金制成。這些板材在它們的長度方向上具有機械性能的梯度。該實施方案特別適用于機翼板材的制造。本發(fā)明的其它實施方案在從屬權(quán)利要求中描述。以下非限制性的實施例僅作為說明描述了本發(fā)明的有利的實施方案。實施例實施例1在此實施例中，澆鑄了軋制坯板(標記A)，其底部(標記P)由Al-Zn5%-Cu1.8%-Mg1.5%合金制成，而頂部(標記T)由Al-Zn8%誦Cu1.8。/。-Mgl.9。/。合金制成。兩種合金在兩個分離的熔爐中生產(chǎn)。表l顯示了兩種合金的組成，該組成是通過在兩個熔爐的每一個中取出的液態(tài)金屬固化獲得的樣品(pion)上測得的。表l.測得的組成(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>兩種液態(tài)合金用Ar-Ch混合物在一個IRMA⑧型處理澆包中處理卯分鐘。兩種合金之間的過渡在給料槽中完成。在組成過渡的之前、其間和之后每隔約50mm落差從給料槽中取出液態(tài)金屬用于制造光語測定樣品。因此已發(fā)現(xiàn)組成過渡發(fā)生在約200mm的落差的高度上。高度Hp為2100mm,高度HT約為1600mm,坯板的總高度HF約為3700mm。截去底部的長度HEP為750mm,頂部的長度HET為300mm,余下的可使用長度Hu約為2600mm。實施例2如在實施例l中所示，澆鑄板坯。合金組成如表2中所示。表2.測得的組成(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>兩種液態(tài)合金用Ar-Cl2混合物在一個ALPUR⑧型處理澆包中處理。為了獲得快速過渡，具有組成T的金屬在一個ALPUR⑧型處理澆包中由具有組成P的金屬制造，然后將來自第二熔爐的液態(tài)金屬進料給處理澆包。在組成過渡的之前、其間和之后每隔約50mm落差從給料槽中取出液態(tài)金屬用于制造光諳測定樣品。圖6示出了所獲得的結(jié)果。組成過渡發(fā)生在小于100mm的落差的高度上。高度Hp為2100mm，堪板的最終高度Hp約為3850mm。截去底部的長度HEP為800mm，頂部的長度HET為300mm,余下的可使用長度Hu約為2750mm。實施例3在此實施例中，制造可用于制造飛機翼梁的堅固板材。使用來自實施例2的坯板。此板坯的高度Hu約為2750mm，足夠用于高度約為2000mm的翼梁。坯板在470。C下勻化48小時。在橫向(即垂直于坯板的澆鑄方向H)上熱軋該坯板至最終厚度為80mm。熱軋溫度為400°C-460°C。由此獲得的板材在473。C下溶液處理12小時。淬火后，板材經(jīng)受永久變形約為2%的控制拉伸。然后，通過電導率測量來表征所獲得的板材。圖7示出了在澆鑄方向H上的中間厚度處獲得的電導率曲線。合金之間的過渡區(qū)在約為400mm的高度上延伸。該高度大于在澆鑄過程中取樣所測得的100mm的過渡高度，因為該高度包括固/液界面("marais")的形狀，它不是垂直于澆鑄方向的一個平面，而是一個其形狀取決于固化時冷卻條件的表面。然后，板材經(jīng)受兩步法回火處理120。C下6小時，然后155。C下20小時。以下表3示出了在中間厚度和四分之一厚度處取樣所獲得的靜態(tài)機械性能、韌度和抗腐蝕能力。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>由此獲得的板材的T端的Rp().2的數(shù)值大于510MPa，KIC的數(shù)值大于32MPa《m，而P端的Rp)).2的數(shù)值大于410MPa，IQc的數(shù)值大于54MPa%/m?？捎纱税宀募庸び糜诤娇展こ痰碾p功能結(jié)構(gòu)元件，即翼梁，以使上表面為具有組成T的合金，而下表面為具有組成P的合金。圖l示意性地示出了這種翼梁。實施例4在此實施例中，澆鑄由鋁基合金制得的軋制坯板，所述板坯的頂部組成T(AA7449型合金)包括8o/o鋅，1.9%鎂和1.8%銅，底部組成P(AA7040型合金)包括5%鋅，1.5%鎂和1.8%銅。鋯含量為0.11%。為免鑄這種坯板，制備具有組成P的合金，在處理澆包中用氣體(Ar+Cl2)處理該金屬，用具有組成P的合金澆鑄坯板至所需的高度Hp，Hp等于設(shè)計坯板的最終高度HF的一半，然后繼續(xù)澆鑄直至最終高度Hp,澆鑄時，在澆包處理之后，向合金中加入所需量的富含鋅和鎂的固態(tài)金屬，以便將合金的組成由P變?yōu)門。這種固體金屬的加入是通過使用一個退繞器退繞的兩種以線圏方式提供的具有適當?shù)匿\和鎂含量的金屬絲。實施例5在此實施例中，澆鑄由鋁基合金制成的軋制坯板，所述坯板的底部組成P包括1.8%Mg、7.8%Zn和1.8%Cu，頂部組成T包括1.3%Mg、7.8%Zn和1.8%Cu。鋯含量為0.10%。為免鑄這種坯板，制備具有組成T的合金，在處理澆包中加入所需量的Mg以達到所需的組成P，接著進行澆鑄。兩種組成之間的過渡是漸進的，組成T在800mm澆鑄高度上達到。然后將該坯板進行勻化加工，熱軋至100mm厚度，用溶液處理，淬火并回火。在表4中給出了對于4種不同的回火條件的底部和頂部所獲得的結(jié)果。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>權(quán)利要求1.一種在澆鑄方向上最終高度為HF的中間產(chǎn)品的垂直澆鑄方法，包括以下步驟(a)制備至少兩種鋁基合金，特別是具有組成P的第一合金和具有組成T的第二合金，(b)將所述具有組成P的第一合金澆鑄至所需的高度Hp，(c)將所述第二合金再澆鑄另一所需高度HT，以獲得小于或等于HF的澆鑄高度HP+HT，并且其中，(i)所述鋁基合金的制備獨立地進行，或者其中(ii)具有不同于P的組成的鋁合金的制備可在澆鑄時由所述第一合金制得，即通過向所述第一合金中加入必需量的元素，以達到所述的具有不同于P的組成的合金所具有的組成，或者其中，(iii)所述的至少兩種鋁基合金可在澆鑄時由一種具有組成B的鋁基合金制得，即通過向所述具有組成B的合金中加入必需量的元素，以達到所述至少兩種鋁基合金P和T所具有的組成。2.權(quán)利要求1的方法，其中合金P和T之間的過渡在不中斷液態(tài)金屬流的情況下完成。3.權(quán)利要求1或2的方法，其中Hp+Ht之和等于Hf。4.權(quán)利要求1或2的方法，其中Hp+Ht之和小于Hf,并且其中實施以下附加的步驟(d)澆鑄合金P,使高度從Hp+Ht至高度Hf。5.權(quán)利要求1或2的方法，其中Hp+Ht之和小于Hf，其中步驟(a)包括制備合金T'，并且其中實施以下附加的步驟(d)澆鑄合金T、使高度從Hp+Ht至高度Hf。6.權(quán)利要求1至5之一的方法，其中高度Hp大于或等于底部截去的長度HEP。7.權(quán)利要求6的方法，其中高度Hp大于或等于Hep+Hu/4，其中Hu為鑄型的有用長度。8.權(quán)利要求1至7之一的方法，其中所述鋁合金是選自合金2XXX、6XXX、7XXX和8XXX的、具有結(jié)構(gòu)硬化的合金。9.權(quán)利要求1至7之一的方法，其中所述鋁合金由鋁合金7XXX制得。10.權(quán)利要求1至7之一的方法，其中所述鋁合金由鋁合金2XXX制得。11.權(quán)利要求1至7之一的方法，其中所述鋁合金由鋁-鋰型合金制得。12.權(quán)利要求3或4的方法，其中合金P是合金7040，合金T是合金7449。13.權(quán)利要求3或4的方法，其中合金P是包括4.1-5.1重量％的Zn，1.5-2.5重量％的01和1.2-1.8重量。/o的Mg的合金，合金T是包括7-10重量％的Zn，1.0-3.0重量％的Cu和1.0-3.0重量％的Mg的合金。14.權(quán)利要求5的方法，其中合金P是合金7475,合金T是合金7040且合金T是合金7449。15.—種用于軋制、拉伸或鍛造的固體中間產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以通過權(quán)利要求1至14之一的方法獲得。16.權(quán)利要求15的中間產(chǎn)品，其特征在于，它在兩種連續(xù)澆鑄的合金之間包括至少一個具有中間組成的"過渡區(qū)"Z。17.權(quán)利要求15或16的中間產(chǎn)品，其特征在于，所述中間產(chǎn)品是在其至少95%的長度上截面恒定的坯板或坯塊。18.—種由權(quán)利要求17的坯板制造板材的方法，其中(a)提供權(quán)利要求16的坯板，(b)軋制所述坯板以獲得第二中間產(chǎn)品。19.權(quán)利要求18的制造板材的方法，其中所述軋制是在垂直于澆鑄方向的方向上進4亍的。20.權(quán)利要求18的制造板材的方法，其中使所述坯板在澆鑄方向上經(jīng)受至少一個軋制道次。21.—種可通過權(quán)利要求18至20之一的方法制造的板材。22.—種由權(quán)利要求17的坯塊制造型材或條塊的方法，其中(a)提供權(quán)利要求1"7的坯塊，(b)拉伸所述坯塊，以獲得第二中間產(chǎn)品。23.—種可通過權(quán)利要求22的方法制造的型材或條塊。24.—種由權(quán)利要求17的坯板或坯塊制造鍛造的部件的方法，其中(a)提供權(quán)利要求17的一個坯板或坯塊，(b)鍛造所述坯塊或所述坯板以獲得第二中間產(chǎn)品。25.—種可使用權(quán)利要求24的方法制造的鍛造的部件。26.—種由權(quán)利要求21、23或25所述的中間產(chǎn)品制造的一體性雙功能或多功能結(jié)構(gòu)元件。27.權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)元件，其中所述結(jié)構(gòu)元件包括一個適于在航空工程中使用的翼梁。28.權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)元件，其中所述結(jié)構(gòu)元件包括一個適于在航空工程中使用的翼肋。29.權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)元件，其中所述結(jié)構(gòu)元件包括一個適于在航空工程中使用的機身壁板。30.權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)元件，其中所述結(jié)構(gòu)元件包括一個適于在航空工程中使用的機翼加強件。31.權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)元件，其中所述結(jié)構(gòu)元件包括一個適于在航空工程中使用的機翼壁板。全文摘要本發(fā)明涉及一種中間產(chǎn)品的垂直澆鑄方法，包括以下步驟(a)制備至少兩種鋁基合金，具體地為具有組成P的第一合金和具有組成T的第二合金；(b)將所述具有組成P的第一合金澆鑄至所需的高度H_p，(c)將所述第二合金再澆鑄另一所需高度H_T。本發(fā)明使得能夠制造在至少一個方向上具有可變的加工性能的一體性結(jié)構(gòu)元件，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)通常由兩個不同部件實現(xiàn)的至少兩種功能的雙功能或多功能結(jié)構(gòu)元件。文檔編號B22D11/00GK101330995SQ200680047517公開日2008年12月24日申請日期2006年12月14日優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日發(fā)明者A·丹尼路,B·康麥特,D·杜蒙特,O·里布德,P·勒奎尤申請人:愛爾康何納呂公司