由铝-铜-锂合金制成的改进薄板的制作方法

本发明涉及铝-铜-锂合金薄板，更具体而言，涉及所述产品及其制造方法和用途，特别是用于机身板应用的航空和航天构造。

背景技术：

1、为了开发能够同时减轻重量和提高高性能飞机结构功效的材料，正在进行持续的研究努力。铝-锂(alli)合金在这方面非常有利，因为每添加一个重量百分比的锂，可将铝的密度降低3％，弹性模量增加6％。

2、ep 1891 247公开了一种用于机身板应用的飞机结构的低密度铝基合金，具有高机械强度、高韧性和高耐腐蚀性，所述合金包含以重量百分比计2.7至3.4％的cu、0.8至1.4％的li、0.1至0.8％的ag、0.2至0.6％的mg以及zr、mn、cr、sc、hf、ti等元素或这些元素的组合，其量以重量百分比计为0.05至0.13％的zr、0.05至0.8％的mn、0.05至0.3％的cr和sc、0.05至0.5％的hf和0.05至0.15％的ti。cu和li的量按公式cu(重量％)+5/3li(重量％)<5.2确定。

3、专利us 5,455,003记载了一种制造al-cu-li合金的方法，所述al-cu-li合金特别是由于适当的加工和时效处理而在低温下具有改善的机械强度和韧性。该专利特别教导了以下组成：以重量百分比计，cu＝3.0-4.5，li＝0.7-1.1，ag＝0-0.6，mg＝0.3-0.6和zn＝0-0.75。us 5,455,003鼓励开发非再结晶产品，以在低温条件下获得预期的性能，并使用添加zr和ti。

4、机身薄板可以在几个方向上受力，各向同性薄板具有高性能，且在l和tl方向上机械强度平衡，在l-t和t-l方向上韧性平衡，受到高度追捧。此外，已经发现用特定合金制成的薄板在特定厚度(例如4mm)具有高性能，在某些情况下，在另一厚度(例如2.5mm)具有较低的高性能或各向异性性能。在工业上，使用不同厚度的不同合金往往是不利的，而无论厚度如何，使用一种能够实现高各向同性性能的合金是特别有利的。

5、专利ep 1 966 402记载了一种合金，该合金包含2.1至2.8重量％的cu、1.1至1.7重量％的li、0.1至0.8重量％的ag、0.2至0.6重量％的mg、0.2至0.6重量％的mn，fe和si的量各自小于或等于0.1重量％，以及不可避免的杂质，所述杂质按比例各自小于等于0.05重量％且总计0.15重量％，该合金基本上不含锆，特别适用于获得再结晶的薄板。

6、wo2016/051099记载了一种铝基合金板，其厚度为0.5至9mm，具有基本上再结晶的晶粒结构，所述合金包含2.8至3.2重量％的cu、0.5至0.8重量％的li、0.1至0.3重量％的ag、0.2至0.7重量％的mg、0.2至0.6重量％的mn、0.01至0.15重量％的ti、zn的量小于0.2重量％、fe和si的量各自小于或等于0.1重量％，以及不可避免杂质按比例各自小于或等于0.05重量％且总计0.15重量％，所述板通过包括铸造、均化、热轧和任选地冷轧、固溶热处理、淬火和时效的方法获得。

7、需要薄板具有高屈服强度(以承受屈曲)以及高平面应变韧性，特别是具有高表观断裂应力强度因子(kapp)和高δaeff_max值；δaeff_max表示曲线r最后一个点的裂纹扩展，根据astm e561-20有效。

8、wo2016/051099公开了图1和图2中曲线r的数据。这些曲线r并不仅仅局限于有效点。发明人发现，wo2016/051099的公开内容和实施例不能获得大于80mm的δaeff_max值。

9、测试曲线r是一种被广泛认可的表征韧性性能的方法。曲线r表示在提高单调应力的情况下，裂纹扩展的关键有效应力强度因子随有效裂纹扩展的变化。它使得确定任何与破裂的飞机结构相关的构造不稳定破裂的临界载荷成为可能。应力强度因子和裂纹扩展值是astm e561-20中定义的有效值。通常使用的常规分析方法是对有中心裂纹的面板进行试验，得出一个明显的断裂应力强度因子(kapp)。该值不一定随曲线r的长度而显著变化。然而，曲线r的长度——即曲线δaeff_max的最大裂纹扩展——本身就是机身设计的一个重要参数，特别是对于包括固定加强筋的面板。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是一种由铝基合金制成的薄板，其厚度小于12.7mm，具有基本上再结晶的晶粒结构，所述合金包含以重量百分比计2.5至3.5％的cu、0.7至0.9％的li、0.3至0.5％的mg、0.2至0.5％的mn、0.25至0.65％的zn、0.01至0.15％的ti、0至0.07％的ag、fe和si的量各自小于或等于0.1％，以及不可避免的杂质，杂质各自按比例小于或等于0.05％且总计0.15％，余量为铝。

2、本发明的第二个目的是一种由铝合金制造厚度小于12.7mm的薄板的方法，其中，依次地，

3、a)制备液态金属熔池，以获得铝合金，其包含以重量百分比计，

4、2.5至3.5％的cu，

5、0.7至0.9％的li，

6、0.3至0.5％的mg，

7、0.2至0.5％的mn，

8、0.25至0.65％的zn，

9、0.01至0.15％的ti，

10、0至0.07％的ag，

11、fe和si的量各自小于或等于0.1％，以及不可避免的杂质，杂质各自按比例小于或等于0.05％且总计0.15％，余量为铝。

12、b)由所述液态金属熔池浇铸板坯；

13、c)将所述板坯在480℃至535℃的温度下均质化；

14、d)将所述均质化的板坯通过热轧和任选的冷轧轧制成厚度小于12.7mm的板，优选厚度为0.5mm至9mm；

15、e)在450℃至535℃的温度下进行固溶热处理，并将所述板坯进行淬火；

16、f)将所述淬火板以可控的方式以0.5至5％的永久变形率进行拉伸；

17、g)进行时效处理，其包括在130℃至170℃，优选150℃至160℃的温度下加热5至100小时，优选10至60小时。

18、本发明的另一个目的是根据本发明或根据本发明的方法获得的薄板用于机身结构元件的用途。

技术特征：

1.由铝基合金制成的薄板，其厚度小于12.7mm，具有基本上再结晶的晶粒结构，所述合金包含以重量百分比计，

2.根据权利要求1所述的薄板，其中银ag含量小于或等于0.05重量％，优选小于或等于0.04重量％，甚至更优选小于或等于0.03重量％。

3.根据权利要求1或2所述的薄板，其中镁mg含量为0.30至0.45重量％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的薄板，其中锂li含量为0.7至0.8重量％，优选0.70至0.80重量％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的薄板，其中铜cu含量为2.8至3.1重量％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的薄板，其中锰mn含量为0.20至0.45重量％且优选0.25至0.45重量％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的薄板，其中锌zn含量为0.45至0.65重量％。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的薄板，处于t8回火

9.制造厚度小于12.7mm的薄板的方法，优选厚度为0.5mm至9mm，其中，依次地，

10.根据权利要求9所述的制造薄板的方法，使得在步骤g)进行的时效处理具有10小时至80小时的等效持续时间优选40小时至75小时，

11.根据权利要求1至8中任一项所述的薄板或根据权利要求9至10中任一项所述获得的薄板在机身结构元件中的用途。

技术总结本发明涉及一种由铝基合金制成的薄板，其厚度小于12.7mm，具有基本上再结晶的晶粒结构，所述合金包含2.5至3.5重量％的Cu、0.7至0.9重量％的Li、0.3至0.5重量％的Mg、0.2至0.5重量％的Mn、0.25至0.65重量％的Zn、0.01至0.15重量％的Ti、0至0.07重量％的Ag、Fe和Si的量各自小于或等于0.1重量％，以及不可避免的杂质，杂质各自含量小于或等于0.05重量％且总计0.15重量％，余量为铝。技术研发人员：J·舍维,P·洛伦齐诺,H·戈丁受保护的技术使用者：伊苏瓦尔肯联铝业技术研发日：技术公布日：2024/9/9