專(zhuān)利名稱(chēng)：用于航空應(yīng)用的具有提高損傷容限性能的2000系列合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于航空和其它要求用途的具有提高損傷容限的Al-Cu-Mg-Ag合金。 該合金具有非常低的鐵和硅含量，和低的銅與鎂的比值。
背景技術(shù)：
在商用噴氣式飛機(jī)應(yīng)用中，下機(jī)翼和機(jī)身應(yīng)用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要求是通過(guò)疲勞裂紋擴(kuò)展(FCG)和斷裂韌性測(cè)量的高水平的損傷容限。目前階段的材料選自Al-Cu 2XXX系列，典型為2XM型。這些合金通常以T3X狀態(tài)使用，并且固有地具有適中的強(qiáng)度和高的斷裂韌性和好的抗FCG性。典型地，當(dāng)2XM合金人工時(shí)效到強(qiáng)度增加的T8狀態(tài)時(shí)，韌性和/或FCG 性能劣化。損傷容限是斷裂韌性和抗FCG性的結(jié)合。當(dāng)強(qiáng)度增加時(shí)，斷裂韌性同時(shí)下降，而維持高韌性的同時(shí)具有增加的強(qiáng)度是任何新合金產(chǎn)品所希望的屬性。通常使用兩種常見(jiàn)載荷配置(configuration)測(cè)量FCG性能1)等幅(CA)和2、在譜載荷和可變載荷下。后者能更好地代表使用中所預(yù)期的載荷。J. Schijve 在“!"he significance of flight-simulation fatigue tests”(Delft University R印ort (LR-466)，1985 年 6 月)中描述了關(guān)于飛行模擬載荷FCG測(cè)試的細(xì)節(jié)。使用由R比例即最小/最大應(yīng)力定義的應(yīng)力范圍進(jìn)行等幅FCG測(cè)試。測(cè)量裂紋擴(kuò)展速率作為應(yīng)力強(qiáng)度范圍(ΔΚ)的函數(shù)。在譜載荷下，再次測(cè)量裂紋擴(kuò)展速率，但這次是在“飛行”次數(shù)上進(jìn)行記錄。載荷模擬每次飛行的典型起飛、飛行中、和著陸載荷，并且重復(fù)進(jìn)行以代表飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件指定部件可見(jiàn)到的典型的使用期內(nèi)載荷。譜FCG 測(cè)試是更具代表性的合金性能的量度，因?yàn)樗鼈兡M實(shí)際的飛機(jī)工作。存在許多普通的譜載荷配置，并且還存在取決于飛機(jī)設(shè)計(jì)原理以及飛機(jī)尺寸的飛機(jī)特殊譜載荷。期望較小的、 單過(guò)道飛機(jī)相比制造較少但飛行更久的大、寬體飛機(jī)具有更高的起飛/著陸循環(huán)次數(shù)。在譜載荷下，屈服強(qiáng)度的增加通常將減少塑性誘發(fā)的裂紋閉合(會(huì)延緩裂紋擴(kuò)展)的數(shù)量，并且將典型導(dǎo)致較短的壽命。一個(gè)實(shí)例是最近開(kāi)發(fā)的高損傷容限合金(這里命名為2XMHDT)的性能，該合金在較低的屈服強(qiáng)度T351狀態(tài)相比較高強(qiáng)度的T39狀態(tài)顯示出優(yōu)異的譜壽命性能。飛機(jī)設(shè)計(jì)者理想上愿意使用具有較高靜態(tài)性能(抗拉強(qiáng)度)同時(shí)具有與2XM-T3狀態(tài)產(chǎn)品相同或更高水平損傷容限的合金。美國(guó)專(zhuān)利5，652，063公開(kāi)了具有Al-Cu-Mg-Ag的鋁合金組成，其中Cu-Mg比例在約5-9范圍內(nèi)，具有分別最高約0. 硅和鐵含量。‘063專(zhuān)利的組成提供了足夠的強(qiáng)度， 但具有一般的斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴(kuò)展性。美國(guó)專(zhuān)利5，376，192也公開(kāi)了 Al-Cu-Mg-Ag鋁合金，Cu-Mg比例在約2. 3-25之間， 和高很多的狗和Si含量，分別在至多約0. 3和0. 25數(shù)量級(jí)。
仍然需要具有足夠強(qiáng)度同時(shí)結(jié)合提高的損傷容限(包括斷裂韌性)和提高的(特別是譜載荷下的)抗裂紋擴(kuò)展性的合金組成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供新的合金解決了上述的需要，新的合金在與現(xiàn)有技術(shù)組成和注冊(cè)的合金例如用于片材(機(jī)身)的2524-T3和用于板材(下機(jī)翼)的 2024-T351/2X24HDT-T351/2324-T39比較時(shí)，顯示出優(yōu)異的強(qiáng)度并且具有相同或更好的韌性和提高的(特別是譜載荷下)抗FCG性。這里使用的術(shù)語(yǔ)“提高的損傷容限”是指這些提高的性能。因此，本發(fā)明提供了具有提高損傷容限的鋁基合金，該合金基本上由以下成分組成約 3. 0-4. Owt %^ ；約 0. 4-1. Iwt%II ；至多約 0. 8wt%IB ；至多約 1. Owt % Zn ；至多約
0.25wt% Zr ；至多約0. 9wt% Mn ；至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。優(yōu)選地，該鋁基合金基本上不含釩。Cu Mg比例維持在約3. 6-5份銅比1份鎂，更優(yōu)選4. 0-4. 5份銅比1份鎂。雖然不希望受任何理論的限制，但認(rèn)為該比例賦予由本發(fā)明合金組成制成的產(chǎn)品期望的性能。在另外的方面，本發(fā)明提供了由鋁基合金制得的形變或鑄造產(chǎn)品，該合金基本上由以下成分組成約3. 0-4. 0襯％銅；約0. 4-1. 1襯％鎂；至多約0. 8襯％銀；至多約
1.Owt % Zn ；至多約 0. 25wt% Zr ；至多約 0. 9wt%Mn ；至多約 0. 5wt%Fe ；和至多約 0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。優(yōu)選地，Cu和Mg的存在比例是約4-4. 5份銅比約1份鎂。此外優(yōu)選地，由該鋁基合金制得的形變或鑄造產(chǎn)品基本上不含釩。因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有強(qiáng)度、斷裂韌性和抗疲勞性的改良組合的鋁合金組成。本發(fā)明的又一目的是提供具有強(qiáng)度、斷裂韌性和抗疲勞性的改良組合的形變或鑄造的鋁合金產(chǎn)品。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有強(qiáng)度、斷裂韌性和抗疲勞性的改良組合的鋁合金組成，該合金具有低的Cu Mg比。通過(guò)下面的附圖、詳細(xì)說(shuō)明和附加的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它目的將變得更為顯而易見(jiàn)。


通過(guò)下面的附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是顯示25M-T3和樣品A-T8片材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)圖。在T-L方向進(jìn)行測(cè)試，其中R比例等于0.1。圖2是顯示25M-T3和樣品A_T8片材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)圖。在L-T方向進(jìn)行測(cè)試，其中R比例等于0.1。圖3是顯示2XMHDT-T39、2XMHDT-T89和樣品A板材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)圖。 在L-T方向進(jìn)行測(cè)試，其中R比例等于0. 1。
圖4是顯示樣品A和樣品B的板材和2XMHDT的作為屈服應(yīng)力(通過(guò)合金/狀態(tài))函數(shù)的譜壽命的比較數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)圖。圖5是顯示樣品A和樣品B的板材和2XMHDT的作為屈服應(yīng)力(通過(guò)合金/狀態(tài))函數(shù)的斷裂韌性的比較的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式定義對(duì)于下面的合金組成的描述，如果不另外指出則所有提到的百分比是重量百分比)。當(dāng)提及最小值(例如對(duì)于強(qiáng)度或韌性)或最大值(例如對(duì)于疲勞裂紋擴(kuò)展速率)，這些是指能記錄的材料規(guī)格的水平或能確保材料具有的水平或設(shè)計(jì)中飛機(jī)構(gòu)架制造者(考慮安全因素)能依據(jù)的水平。在一些情況下，其可以具有例如99%產(chǎn)品相符的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，或使用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)方法期望符合95%的置信度。當(dāng)提及任何數(shù)值范圍時(shí)，應(yīng)理解為這種范圍包括所述范圍的最小值和最大值之間的每一數(shù)字和/或部分。例如，約3. 0-4. 銅的范圍應(yīng)明確包括所有中間值，如約3. 1、 3. 12,3. 2,3. 24,3. 5、一直向上并且包括3. 61,3. 62,3. 63和4wt% Cu。這同樣適用于下面提出的所有其它元素范圍，例如介于約3. 6-5之間的Cu Mg的比。本發(fā)明提供了具有提高損傷容限的鋁基合金，該合金基本組成為約3. 0-4. Owt% 銅；約0. 4-1. Iwt %II ；至多約0. 8wt%IB ；至多約1. Owt % Zn ；至多約0. 25wt% Zr ；至多約 0. 9wt% Mn ；至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁、附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。優(yōu)選地，Cu和Mg的存在比例是約 4-4. 5份銅比約1份鎂。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“基本上不含”意味著不存在有意加入組成中以便向該合金引入某些性能的明顯量的組分，其應(yīng)理解為痕量的附帶元素和/或雜質(zhì)有時(shí)可能存在于期望的最終產(chǎn)品中。例如，由于附帶添加劑或通過(guò)與某些處理和/或固定設(shè)備接觸導(dǎo)致的污染， 基本上不含釩的合金將含有少于約0. 1 %的V、或更優(yōu)選少于約0. 05%。本發(fā)明所有優(yōu)選的第一實(shí)施方案基本上不含釩。本發(fā)明的鋁基合金可選還包括晶粒細(xì)化劑。晶粒細(xì)化劑可以是鈦或鈦化合物，且當(dāng)其存在時(shí)，具有至多約0. 1襯％、更優(yōu)選約0.01-0.05襯(％的量。當(dāng)在這里使用時(shí)，鈦的所有重量百分比是指鈦的量或當(dāng)以鈦化合物的情況時(shí)包含鈦的量，這正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。在DC鑄造操作中使用鈦以調(diào)整和控制鑄造狀態(tài)的晶粒尺寸和形狀，并且可以將鈦直接添加到爐中或作為晶粒細(xì)化劑棒添加。在晶粒細(xì)化劑棒的情形中，可以使用鈦化合物， 包括但不限于TW2或TiC，或本領(lǐng)域中已知的其它鈦化合物。應(yīng)限制添加量，因?yàn)檫^(guò)量鈦的添加可能導(dǎo)致要避免的不溶第二相顆粒。上述合金組成的各種組成元素的更為優(yōu)選的量包括如下約0. 6-1. 鎂；以約0. 2-0. 7wt%的量存在的銀和以至多約0. 6wt%的量存在的鋅。作為替代方案，鋅能部分替換銀，且鋅和銀的總含量至多約0. 9wt%。可以在合金中添加分散體以便在熱加工操作例如熱軋、擠壓或鍛造中控制晶粒結(jié)構(gòu)的演變。一種分散體的添加可以是鋯，其形成抑制再結(jié)晶的AlJi 顆粒。也可以添加錳， 以替代鋯或在鋯之外添加以提供允許最終產(chǎn)品中具有改良晶粒結(jié)構(gòu)控制的兩種分散體形成元素的組合。已知錳可增加對(duì)斷裂韌性具有有害影響的最終產(chǎn)品中第二相含量；因此應(yīng)控制添加水平以?xún)?yōu)化合金性能。優(yōu)選地，鋯存在的量至多約0. ISwt% ；更優(yōu)選錳存在的量至多約0. 6wt%、最為優(yōu)選約0. 3-0. 6wt%。最終產(chǎn)品的形狀將影響選定分散體添加的優(yōu)選范圍?？蛇x地，本發(fā)明的鋁基合金還包括可作為分散體或晶粒細(xì)化劑元素添加以控制晶粒尺寸和晶粒結(jié)構(gòu)的鈧，當(dāng)存在時(shí)，鈧的添加量至多約0. 25wt%，更優(yōu)選至多約0. 18wt%?？梢栽阼T造操作中添加的其它元素包括但不限于鈹和鈣。使用這些元素控制或限制熔融鋁的氧化。將這些元素視為痕量元素，添加量典型小于約0.01wt%，更優(yōu)選小于約 IOOppm0本發(fā)明的合金優(yōu)選范圍的具有典型視為雜質(zhì)并維持在規(guī)定范圍內(nèi)的其它元素。這些雜質(zhì)元素最為常見(jiàn)的是鐵和硅，當(dāng)要求高水平的損傷容限時(shí)(如在航空產(chǎn)品中)，狗和Si 的含量?jī)?yōu)選保持相對(duì)低以限制對(duì)斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴(kuò)展性有害的組成相Al7Cufe和 Mg2Si的形成。這些相在Al合金中具有低的固溶度，并且一旦形成，不能通過(guò)熱處理消除。 將的添加量分別維持在少于約0.5wt%。優(yōu)選將它們保持在少于約0.25wt%的總最大含量以下，對(duì)于航空產(chǎn)品更優(yōu)選總最大含量少于約0. 2wt%。其它附帶的元素/雜質(zhì)可以包括例如鈉、鉻或鎳。在另外方面，本發(fā)明提供了由鋁基合金制得的形變或鑄造產(chǎn)品，該合金的基本組成為約 3. 0-4. Owt%^ ；約 0. 4-1. Iwt%II ；至多約 0. 8wt%|g ；至多約 1. Owt % Zn ；至多約0. 25wt% Zr ；至多約0. 9wt% Mn ；至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% S i ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。優(yōu)選地， 銅和鎂的存在比例是約4-4. 5份銅比約1份鎂。此外優(yōu)選地，由該鋁基合金制得的形變或鑄造產(chǎn)品基本上不含釩。另外的優(yōu)選實(shí)施方案是上面對(duì)于合金組成所述的實(shí)施方案。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“形變產(chǎn)品，，是指本領(lǐng)域中所理解的任何形變產(chǎn)品，包括但不限于軋制產(chǎn)品例如鍛件、擠壓件(包括棒和桿)等。優(yōu)選類(lèi)別的形變產(chǎn)品是航空形變產(chǎn)品， 例如用于飛機(jī)機(jī)身或機(jī)翼制造的片材或板材，或適用于航空應(yīng)用的其它形變的形狀，因?yàn)樵撔g(shù)語(yǔ)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的。作為替代方案，本發(fā)明的合金能夠以任何上述形變的形狀用于其它產(chǎn)品中，例如包括汽車(chē)和其它運(yùn)輸應(yīng)用、娛樂(lè)/運(yùn)動(dòng)的其它工業(yè)的產(chǎn)品，以及其它用途。此外，本發(fā)明的合金也可用作鑄造合金，正如該術(shù)語(yǔ)在產(chǎn)生形狀的領(lǐng)域中所被理解的。在另外方面，本發(fā)明提供由上述合金制得的基體或金屬基體復(fù)合產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明，將優(yōu)選的合金制成適于熱加工或軋制的鑄錠派生產(chǎn)品。例如，可以半連續(xù)鑄造上述組成的大鑄錠，然后按照需要或要求去皮或機(jī)械加工以除去表面瑕疵以便提供良好的軋制表面。然后對(duì)該鑄錠進(jìn)行預(yù)熱以使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻化和固溶化。適合的預(yù)熱處理是加熱鑄錠到約900-980° F。優(yōu)選以約12-24小時(shí)數(shù)量級(jí)的累積持續(xù)時(shí)間進(jìn)行均勻化。然后熱軋鑄錠以獲得所需的產(chǎn)品尺寸。應(yīng)在當(dāng)鑄錠處于顯著高于約850° F、例如約900-950° F的溫度時(shí)開(kāi)始進(jìn)行熱軋。對(duì)于一些產(chǎn)品，優(yōu)選進(jìn)行這樣的熱軋而沒(méi)有再次加熱，即利用軋機(jī)的功率維持軋制溫度高于所需的最低溫度。然后繼續(xù)進(jìn)行熱軋，通常在可逆式熱軋機(jī)中，直到獲得最終板材產(chǎn)品的所需厚度。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于下機(jī)翼蒙皮應(yīng)用的熱軋板的期望厚度通常是約0. 35-2. 2英寸且優(yōu)選為約0. 9-2英寸。鋁業(yè)協(xié)會(huì)準(zhǔn)則定義片材產(chǎn)品厚度小于0. 25英寸，將大于0. 25英寸的產(chǎn)品定義為板材。除本發(fā)明用于下機(jī)翼蒙皮和翼梁腹板的優(yōu)選實(shí)施方案外，該合金的其它應(yīng)用可包括翼梁擠壓件。當(dāng)制造擠壓件時(shí)，首先將本發(fā)明的合金加熱到約650-800° F，優(yōu)選約 675-775° F，并包括至少約10 1的橫截面縮小(或擠壓比)。本發(fā)明的熱軋板材或其它形變產(chǎn)品形式優(yōu)選在約900-980° F之間的一個(gè)或多個(gè)溫度下進(jìn)行固溶熱處理(SHT)以使大部分、優(yōu)選所有或基本上所有的可溶鎂和銅形成溶體，此外應(yīng)理解的是，對(duì)于不一定理想的物理過(guò)程，這些主要的合金化組分的最后痕量在 SHT(或固溶)步驟期間很可能并不完全溶解。在加熱到上述高溫后，本發(fā)明的板材產(chǎn)品應(yīng)快速冷卻或淬火以完成固溶熱處理。典型通過(guò)在適合尺寸的水槽中浸漬或通過(guò)使用噴水完成這種冷卻，然而可使用空氣激冷作為輔助或替代的冷卻方式。在淬火后，可以對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行冷加工和/或進(jìn)行伸展以發(fā)展足夠的強(qiáng)度，減少內(nèi)應(yīng)力和矯直產(chǎn)品。冷變形(例如冷軋、冷壓)水平可以至多約11%，優(yōu)選約8-10%。該冷加工產(chǎn)品的隨后伸展將至多為約2%的最大值。在不進(jìn)行冷軋時(shí)，可以將產(chǎn)品伸展至最高約 8%的最大值，優(yōu)選1-3%范圍的伸展水平。在快速淬火和(如果需要的)冷加工后，通過(guò)加熱到適合的溫度，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人工時(shí)效以提高強(qiáng)度和其它性能。在一個(gè)優(yōu)選的熱時(shí)效處理中，對(duì)可析出硬化的板材合金產(chǎn)品進(jìn)行一個(gè)時(shí)效步驟、階段和處理。通常已知的是升溫到指定或目標(biāo)處理溫度和/或從指定或目標(biāo)處理溫度降溫本身能產(chǎn)生析出(時(shí)效)效應(yīng)，這能夠并通常需要考慮在整個(gè)時(shí)效處理中結(jié)合這種升溫條件和它們析出硬化效應(yīng)。Ponchel在美國(guó)專(zhuān)利3，645，804中更為詳細(xì)的描述了這種結(jié)合。通過(guò)升溫和其相應(yīng)的結(jié)合，為方便起見(jiàn)可在單一、可程控爐中實(shí)現(xiàn)根據(jù)時(shí)效操作對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行處理的兩個(gè)和三個(gè)階段；然而，每個(gè)階段(步驟和時(shí)期)將作為不同的操作進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。人工時(shí)效處理能使用單一的主要時(shí)效階段例如至多375° F，優(yōu)選四0-330° F范圍的時(shí)效處理。時(shí)效時(shí)間可以是至多48小時(shí)優(yōu)選約16-36小時(shí)，取決于人工時(shí)效溫度。鋁業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)發(fā)展了狀態(tài)命名(designation)體系，并通常用于描述產(chǎn)生不同狀態(tài)所使用的基本步驟序列。在該體系中將T 3狀態(tài)描述為固溶熱處理、冷加工和自然時(shí)效到基本上穩(wěn)定的狀態(tài)，其中認(rèn)為所使用的冷加工可影響機(jī)械性能極限。T6命名包括進(jìn)行固溶熱處理和人工時(shí)效的產(chǎn)品，幾乎不或不進(jìn)行冷加工，使得認(rèn)為冷加工不影響機(jī)械性能極限，T8狀態(tài)表示進(jìn)行固溶熱處理、冷加工和人工時(shí)效的產(chǎn)品，其中認(rèn)為冷加工影響機(jī)械性能極限。優(yōu)選地，產(chǎn)品是T6或T8類(lèi)型的狀態(tài)，包括T6或T8系列的任一個(gè)。其它適合的狀態(tài)包括但不限于T3、T39、T351和T3X系列中的其它狀態(tài)。還可以將產(chǎn)品提供在Τ3Χ狀態(tài)并由飛機(jī)制造者進(jìn)行變形或成型處理以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)部件。在這種操作之后，可使用處于Τ3Χ狀態(tài)或時(shí)效到TOX狀態(tài)的產(chǎn)品。時(shí)效成型能提供較低的制造成本同時(shí)允許形成更為復(fù)雜的機(jī)翼形狀。在時(shí)效成型過(guò)程中，將零件約束在模具中在通常為約250° F-約400° F的升高的溫度下持續(xù)幾小時(shí)到幾十小時(shí)，通過(guò)應(yīng)力松弛獲得所需的輪廓(contour)。如果使用較高溫度的人工時(shí)效，例如高于觀0° F的處理，在人工時(shí)效處理過(guò)程中可以將金屬成型或變形為所需的形狀。通常，大多數(shù)預(yù)期的變形相對(duì)簡(jiǎn)單，例如跨板材構(gòu)件寬度和/或長(zhǎng)度的非常輕微的彎曲。通常，加熱板材到約300-400° F，例如約310° F，并將其放置在凸起形狀上，通過(guò)在板材相對(duì)邊上夾緊和施加載荷進(jìn)行加載。當(dāng)除去作用力或載荷時(shí)，板材或多或少地在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出該形狀的輪廓并且在冷卻時(shí)發(fā)生少許回彈。相對(duì)于板材所需的成形， 將該形狀的曲線(xiàn)或輪廓輕微擴(kuò)大以補(bǔ)償回彈。如果需要，可以在時(shí)效成形之前和/或之后在約250° F下進(jìn)行低溫人工時(shí)效處理步驟。作為替代方案，可以在較高溫度例如約330° F 的時(shí)效前或后，在例如約250° F溫度下進(jìn)行時(shí)效成型。本領(lǐng)域技術(shù)人員能基于最終產(chǎn)品所需的性能和性質(zhì)決定各個(gè)步驟的適合順序和溫度?？梢栽谌魏尾襟E之后對(duì)板材構(gòu)件進(jìn)行機(jī)械加工，例如通過(guò)使板材漸變(tapering) 使得意圖與機(jī)身較接近的部分較厚并且與機(jī)翼尖端最接近的部分較薄。如果需要，在時(shí)效成型處理之前和之后，也可以進(jìn)行另外的機(jī)械加工和其它的成型操作。用于最近幾代現(xiàn)代商用噴氣式客機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)的下機(jī)翼蒙皮(cover)材料通常是由自然時(shí)效狀態(tài)例如T351和T39的2XM合金系列形成，并在時(shí)效成型中使熱暴露最小化以保留所需的材料自然時(shí)效狀態(tài)的性能。相比之下，優(yōu)選以人工時(shí)效狀態(tài)例如T6和T8 類(lèi)型狀態(tài)使用本發(fā)明的合金，并在時(shí)效成型過(guò)程中同時(shí)完成人工時(shí)效處理而不會(huì)引起其所需性能的下降。本發(fā)明合金在時(shí)效成成型過(guò)程中獲得所需輪廓的能力等于或者優(yōu)于目前使用的2XM合金。實(shí)施例在制備本發(fā)明合金組成以說(shuō)明機(jī)械性能的提高時(shí)，為表1和2中定義的樣品A-D 組成，直冷(Direct Chill) (D. C.)鑄造6X16英寸橫截面的鑄錠。鑄造后，對(duì)鑄錠進(jìn)行去皮至約5. 5英寸厚度以備均勻化和熱軋。采用多步操作并以在約955° F-965° F下均熱 M小時(shí)的最后步驟以對(duì)鑄錠進(jìn)行分批均勻化。初始熱軋鑄錠到中間板坯尺寸(slab gage), 然后在約940° F再次加熱以完成熱軋操作，當(dāng)熱軋溫度降到低于約700° F時(shí)，再次加熱。 熱軋樣品到用于板材的約0. 75英寸和用于片材的約0. 18英寸。在熱軋后，冷軋片材樣品約30%以獲得約0. 125英寸的尺寸。然后對(duì)制得的板材和片材的樣品進(jìn)行熱處理，在約955-965° F溫度下均熱時(shí)間至多60分鐘，然后冷水淬火。在淬火一小時(shí)以?xún)?nèi)伸展板材樣品到約2. 2%的標(biāo)稱(chēng)(nominal) 水平。在淬火一小時(shí)以?xún)?nèi)伸展片材樣品至約的標(biāo)稱(chēng)水平。允許對(duì)板材和片材的樣品在伸展之后、在進(jìn)行人工時(shí)效之前進(jìn)行自然時(shí)效約72小時(shí)。在約310° F下對(duì)樣品進(jìn)行人工時(shí)效M-32小時(shí)。然后表征板材和片材樣品的機(jī)械性能，包括伸展、斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴(kuò)展性。表1和2顯示了由本發(fā)明組成制得的片材和板材產(chǎn)品與現(xiàn)有技術(shù)組成的比較。表1板材的化學(xué)分析
權(quán)利要求
1.具有提高的損傷容限的2000系列鋁基合金，基本上由以下成分組成約 3. 0-4. Owt %銅；約 0. 4-1. Iwt %鎂；至多約0. 8wt%銀；至多約1. Owt% Zn ；至多約 0. 25wt% Zr ；至多約0. 9wt% Mn ；至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份
2.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述銅和鎂的存在比例是約4-4.5份銅比約1份鎂。
3.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述合金基本上不含釩。
4.權(quán)利要求1的鋁基合金，還包括晶粒細(xì)化劑。
5.權(quán)利要求4的鋁基合金，其中所述晶粒細(xì)化劑是鈦或鈦化合物，且所述鈦或鈦化合物存在的量至多約0. lwt%。
6.權(quán)利要求5的鋁基合金，其中所述鈦或鈦化合物存在的量是約0.01-0. 05wt%。
7.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鎂存在的量約0.6-1. lwt%。
8.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述銀存在的量約0.2-0. 7wt%。
9.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鋅存在的量至多約0.6wt%。
10.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鋅部分替代銀，且鋅和銀的總量至多約0.9wt%。
11.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鋯存在的量至多約0.18wt%。
12.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述錳存在的量至多約0.6wt%。
13.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述錳存在的量是約0.3-0. 6wt%。
14.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鐵和所述硅的總量至多約0.25wt%。
15.權(quán)利要求1的鋁基合金，其中所述鐵和所述硅的總量至多約0.2wt%。
16.權(quán)利要求1的鋁基合金，還包括鈧。
17.權(quán)利要求16的鋁基合金，其中所述鈧存在的量至多約0.25wt%。
18.權(quán)利要求16的鋁基合金，其中所述鈧存在的量至多約0.18wt%。
19.權(quán)利要求1的鋁基合金，還包括氧化控制元素。
20.權(quán)利要求19的鋁基合金，其中所述氧化控制元素是鈹或鈣。
21.由鋁基合金制造的形變或鑄造產(chǎn)品，所述鋁基合金具有提高的損傷容限并基本上由以下成分組成約 3. 0-4. Owt %銅； 約 0. 4-1. Iwt %鎂； 至多約0. 8wt%銀； 至多約1. Owt% Zn ； 至多約 0. 25wt% Zr ； 至多約0. 9wt% Mn ；至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。
22.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述銅和鎂的存在比例是約4-4.5份銅比約 1份鎂。
23.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述合金基本上不含釩。
24.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，還包括晶粒細(xì)化劑。
25.權(quán)利要求對(duì)的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述晶粒細(xì)化劑是鈦或鈦化合物，且所述鈦或鈦化合物存在的量至多約0. lwt%。
26.權(quán)利要求25的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鈦或鈦化合物存在的量至多約 0. 01-0. 05wt%。
27.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鎂存在的量約0.6-1. lwt%。
28.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述銀存在的量約0.2-0. 7wt%。
29.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鋅存在的量至多約0.6wt%。
30.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鋅部分替代銀，且鋅和銀的總量至多約 0. 9wt%。
31.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鋯存在的量至多約0.18wt%。
32.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述錳存在的量至多約0.6wt%。
33.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述錳存在的量是約0.3-0. 6wt%。
34.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鐵和所述硅的總量至多約0.25wt%。
35.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鐵和所述硅的總量至多約0.2wt%。
36.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，還包括鈧。
37.權(quán)利要求36的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鈧存在的量至多約0.25wt%。
38.權(quán)利要求36的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述鈧存在的量至多約0.18wt%。
39.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，還包括氧化控制元素。
40.權(quán)利要求39的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述氧化控制元素是鈹或鈣。
41.權(quán)利要求21的形變或鑄造產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是航空產(chǎn)品。
42.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是片材產(chǎn)品。
43.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是板材產(chǎn)品。
44.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是鍛造產(chǎn)品。
45.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是擠壓產(chǎn)品。
46.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品具有選自T3、T39、T351、T6*T8的狀態(tài)。
47.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品具有Τ3Χ系列中的狀態(tài)。
48.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品具有Τ6系列中的狀態(tài)。
49.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品具有Τ8系列中的狀態(tài)。
50.權(quán)利要求41的航空產(chǎn)品，其中所述鐵和所述硅的總量至多約0.2wt%。
51.由鋁基合金制得的金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品，所述鋁基合金具有提高的損傷容限且基本上由以下成分組成約 3. 0-4. Owt %銅； 約 0. 4-1. Iwt %鎂； 至多約0. 8wt%銀； 至多約1. Owt% Zn ； 至多約 0. 25wt% Zr ； 至多約0. 9wt% Mn ； 至多約0. 5wt% Fe ；和至多約0. 5wt% Si ；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3. 6-5份銅比約1份鎂。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于航空應(yīng)用的具有提高損傷容限性能的2000系列合金。本發(fā)明提供了具有提高損傷容限的2000系列鋁合金，該合金的基本組成為約3.0-4.0wt％銅；約0.4-1.1wt％鎂；至多約0.8wt％銀；至多約1.0wt％Zn；至多約0.25wt％Zr；至多約0.9wt％Mn；至多約0.5wt％Fe；和至多約0.5wt％Si；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3.6-5份銅比約1份鎂。該合金適用于形變或鑄造產(chǎn)品，包括航空應(yīng)用中使用的產(chǎn)品，特別是片材或板材結(jié)構(gòu)構(gòu)件、擠出件和鍛件，并且本發(fā)明提供了強(qiáng)度和損傷容限的改良結(jié)合。
文檔編號(hào)C22F1/057GK102251159SQ20111019832
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者G·H·布雷, J·C·林, J·M·紐曼, P·E·麥格紐森 申請(qǐng)人:美鋁公司