專利名稱：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
專利說明用于航空應(yīng)用的具有提高損傷容限性能的2000系列合金 發(fā)明領(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。
背景信息 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-Cu2XXX系列，典型為2X24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)2X24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“The significance offlight-simulation fatigue tests”(Delft UniversityReport(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(ΔK)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)例是最近開發(fā)的高損傷容限合金(這里命名為2X24HDT)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2X24-T3狀態(tài)產(chǎn)品相同或更高水平損傷容限的合金。
美國(guó)專利5,652,063公開了具有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0.1wt％硅和鐵含量?！?63專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)專利5,376,192也公開了Al-Cu-Mg-Ag鋁合金，Cu-Mg比例在約2.3-25之間，和高很多的Fe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)明概述 本發(fā)明通過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“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3.0-4.0wt％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。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3.0-4.0wt％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。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。
通過下面的附圖、詳細(xì)說明和附加的權(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。
附圖簡(jiǎn)述 通過下面的附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中

圖1是顯示2524-T3和樣品A-T8片材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線圖。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2524-T3和樣品A-T8片材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線圖。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2X24HDT-T39、2X24HDT-T89和樣品A板材的等幅FCG數(shù)據(jù)的曲線圖。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2X24HDT的作為屈服應(yīng)力(通過合金/狀態(tài))函數(shù)的譜壽命的比較數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖5是顯示樣品A和樣品B的板材和2X24HDT的作為屈服應(yīng)力(通過合金/狀態(tài))函數(shù)的斷裂韌性的比較的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述 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(wt％)。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3.0-4.0wt％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3.0-4.0wt％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。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“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0.1wt％、更優(yōu)選約0.01-0.05wt％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TiB2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^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0.6-1.1wt％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Al3Zr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)控制添加水平以優(yōu)化合金性能。
優(yōu)選地，鋯存在的量至多約0.18wt％；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。
可選地，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％。
可以在鑄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100ppm。
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)，F(xiàn)e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Al7Cu2Fe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，不能通過熱處理消除。將Fe和Si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3.0-4.0wt％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。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“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，例如包括汽車和其它運(yùn)輸應(yīng)用、娛樂/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。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、例如約900-950的溫度時(shí)開始進(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，優(yōu)選約675-775，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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。典型通過在適合尺寸的水槽中浸漬或通過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。
在快速淬冷和(如果需要的)冷加工后，通過加熱到適合的溫度，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)專利3,645,804中更為詳細(xì)的描述了這種結(jié)合。通過升溫和其相應(yīng)的結(jié)合，為方便起見可在單一、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，優(yōu)選290-330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T3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T3X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T3X狀態(tài)或時(shí)效到T8X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)效成型過程中，將零件約束在模具中在通常為約250-約400的溫度下持續(xù)幾小時(shí)到幾十小時(shí)，通過應(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280的處理，在人工時(shí)效處理過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，例如約310，并將其放置在凸起形狀上，通過在板材相對(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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的時(shí)效前或后，在例如約250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。
可以在任何步驟之后對(duì)板材構(gòu)件進(jìn)行機(jī)械加工，例如通過使板材漸變(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2X24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類型狀態(tài)使用本發(fā)明的合金，并在時(shí)效成型過程中同時(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)效成成型過程中獲得所需輪廓的能力等于或者優(yōu)于目前使用的2X24合金。
實(shí)施例 在制備本發(fā)明合金組成以說明機(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6×16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-965下均熱24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(slabgage)，然后在約940再次加熱以完成熱軋操作，當(dāng)熱軋溫度降到低于約700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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)以內(nèi)伸展板材樣品到約2.2％的標(biāo)稱(nominal)水平。在淬火一小時(shí)以內(nèi)伸展片材樣品至約1％的標(biāo)稱水平。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下對(duì)樣品進(jìn)行人工時(shí)效24-32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 表2片材的化學(xué)分析 抗疲勞裂紋擴(kuò)展性 對(duì)于飛機(jī)構(gòu)架設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要性能是抗疲勞引起的開裂。作為反復(fù)的加載和卸載循環(huán)、或在高和低載荷之間的循環(huán)例如當(dāng)機(jī)翼上下移動(dòng)或者機(jī)身由于增壓而膨脹和由于減壓而收縮的結(jié)果，會(huì)發(fā)生疲勞開裂。在疲勞期間載荷低于伸展試驗(yàn)中測(cè)量的材料的靜態(tài)極限或抗拉強(qiáng)度，且它們典型低于材料的屈服強(qiáng)度。如果結(jié)構(gòu)中存在裂紋和裂紋狀缺陷，反復(fù)的循環(huán)或疲勞載荷能引起裂紋擴(kuò)展。這被稱為疲勞裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋尺寸和載荷的結(jié)合足以超出材料斷裂韌性時(shí)，由疲勞引起的裂紋擴(kuò)展可導(dǎo)致足夠大的裂紋以致發(fā)生災(zāi)難性的擴(kuò)展。因此，材料對(duì)由疲勞引起的裂紋擴(kuò)展的抵抗性的提高對(duì)于航空結(jié)構(gòu)壽命具有巨大的益處。裂紋擴(kuò)展越慢越好。飛機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中快速擴(kuò)展的裂紋可能在沒有足夠時(shí)間檢測(cè)的情況下導(dǎo)致災(zāi)難性的故障，而緩慢擴(kuò)展的裂紋允許檢測(cè)并校正或進(jìn)行修復(fù)的時(shí)間。
在循環(huán)載荷期間裂紋的長(zhǎng)度影響裂紋在材料中擴(kuò)展的速率。另一個(gè)重要因素是結(jié)構(gòu)在其間進(jìn)行循環(huán)的最大和最小載荷之間的差值。將裂紋長(zhǎng)度以及最大和最小載荷之間的差值都考慮在內(nèi)的一種量度稱為循環(huán)應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍或ΔK，單位為ksWin，與用于測(cè)量斷裂韌性的應(yīng)力強(qiáng)度因子相似。該應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍(ΔK)是最大和最小載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的差值。疲勞裂紋擴(kuò)展的另一量度是循環(huán)過程中最大和最小載荷之間的比率，稱為應(yīng)力比并表示為R，其中比率為0.1意味著最大載荷是最小載荷的10倍。
通過裂紋長(zhǎng)度的變化(稱為Δa)除以引起該量裂紋擴(kuò)展的載荷循環(huán)次數(shù)(ΔN)可以計(jì)算出給定裂紋擴(kuò)展增量時(shí)的裂紋擴(kuò)展速率。裂紋擴(kuò)展速率表示為Δa/ΔN或’da/dN’，單位為英寸/循環(huán)?？梢杂芍行拈_裂的拉力板確定材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。
在譜載荷條件下，有時(shí)將結(jié)果記錄為引起試樣最終失效的模擬飛行的次數(shù)，但更多記錄為在給定的裂紋擴(kuò)展增量上生長(zhǎng)裂紋所必需的飛行次數(shù)，后者有時(shí)表示為結(jié)構(gòu)上重要的長(zhǎng)度例如初始可檢裂紋長(zhǎng)度。
片材的等幅FCG性能測(cè)試的試樣尺寸是4.0英寸寬12英寸長(zhǎng)和完整的片材厚度。利用典型的機(jī)身譜使用相同尺寸的試樣進(jìn)行譜測(cè)試，并在表3中顯示出飛行的次數(shù)和結(jié)果。從表3中可以看出，在8-35cm的裂紋長(zhǎng)度間隔上，新合金的譜壽命能提高多于50％。在L-T方向進(jìn)行譜FCG測(cè)試。
表3在L-T方向測(cè)試的片材的典型譜FCG數(shù)據(jù) 此外在L-T和T-L方向上當(dāng)R＝0.1時(shí)在等幅FCG條件對(duì)新合金進(jìn)行測(cè)試(圖1和2)。T-L方向通常對(duì)于機(jī)身應(yīng)用最為關(guān)鍵，但是在一些區(qū)域中例如機(jī)翼之上的機(jī)身冠部(頂部)，L-T方向變得最為關(guān)鍵。
通過具有給定ΔK值下的較低的裂紋擴(kuò)展速率測(cè)量提高的性能。對(duì)于所有的測(cè)試值，新合金顯示出相對(duì)于2524-T3提高的性能。典型在對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)標(biāo)度上繪制FCG數(shù)據(jù)的曲線圖，這傾向于將合金之間的差異程度最小化。然而，對(duì)于給定的ΔK值，合金樣品A的提高能如表4所示(圖1)進(jìn)行量化。
表4在T-L方向測(cè)試的片材的等幅FCG數(shù)據(jù) 注FCG速率的較低值表示提高的性能 此外以板材形式在等幅(CA)(對(duì)樣品A)和譜載荷(樣品A和B)下對(duì)本發(fā)明的合金進(jìn)行測(cè)試。CA測(cè)試的樣品尺寸與片材相同，不同的是通過板材兩表面相同的金屬除去將試樣機(jī)械加工為從中間厚度(T/2)位置0.25英寸厚度。對(duì)于譜測(cè)試，試樣尺寸是7.9英寸寬從中間厚度(T/2)位置的0.47英寸厚度。在L-T方向上進(jìn)行所有測(cè)試，因?yàn)樵摲较驅(qū)?yīng)于在飛行期間張力載荷的主要方向。
從圖3中可以看出，在CA載荷下，本發(fā)明合金比T39狀態(tài)的高損傷容限合金組成2X24HDT具有更快的FCG速率，特別是在較低ΔK條件下。當(dāng)2X24HDT合金人工時(shí)效到T89狀態(tài)時(shí)，它顯示出2X24合金典型的CA疲勞裂紋擴(kuò)展性能的下降。這是T39和較低強(qiáng)度T351狀態(tài)幾乎專用于下機(jī)翼應(yīng)用的主要原因，盡管人工時(shí)效狀態(tài)例如T89、T851或T87提供許多優(yōu)點(diǎn)例如時(shí)效成型為最終狀態(tài)的能力和較好的抗腐蝕性。本發(fā)明合金即使在人工時(shí)效條件下，在所有ΔK值下也具有比2X24HDT-T89優(yōu)異的抗FCG性能，同時(shí)在較高ΔK下在高損傷容限T39狀態(tài)中的2X24HDT性能。
疲勞裂紋擴(kuò)展中的較低ΔK狀態(tài)是重要的，因?yàn)檫@是在大部分結(jié)構(gòu)壽命中將出現(xiàn)的。基于T39狀態(tài)的2X24HDT的優(yōu)異CA性能和相似屈服強(qiáng)度，據(jù)期望其在譜載荷下是優(yōu)于樣品A的。然而意想不到的是，當(dāng)在典型的下機(jī)翼譜下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，樣品A的性能顯著優(yōu)于2X24HDT-T39，顯示出36％更長(zhǎng)的壽命(圖4和表5)。該結(jié)果不能被本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所預(yù)見。更意想不到的是，樣品A的譜性能優(yōu)于T351狀態(tài)的2X24HDT的譜性能，T351狀態(tài)的該2X24HDT具有與2X24HDT-T39相似的等幅抗FCG性能但具有比2X24HDT-T39或樣品A低很多的屈服強(qiáng)度。通過樣品B的數(shù)據(jù)(表5和圖4)也顯示出本發(fā)明合金優(yōu)異的譜性能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為較低的屈服強(qiáng)度對(duì)于譜性能是有利的，這通過圖4中處理到具有一定范圍的強(qiáng)度水平的T3X狀態(tài)的2X24HDT的趨勢(shì)線進(jìn)一步得到證明。樣品A和B的譜壽命明顯高于2X24HDT的這個(gè)趨勢(shì)線并且也明顯優(yōu)于位于2X24HDT趨勢(shì)線之下的Cassada組成。
表5在L-T方向測(cè)試的板材的典型譜載FCG數(shù)據(jù) 斷裂韌性 合金斷裂韌性是當(dāng)具有預(yù)先存在的裂紋或裂紋狀瑕疵時(shí)其抗快速斷裂性能的量度。斷裂韌性對(duì)于飛機(jī)構(gòu)架設(shè)計(jì)者是一個(gè)重要性能，特別是如果能結(jié)合良好的韌性和良好的強(qiáng)度。為了比較，可以將拉力載荷作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度或承受載荷而不斷裂的能力定義為所述載荷除以與拉力載荷垂直的構(gòu)件最小截面的面積(凈截面應(yīng)力)。對(duì)于簡(jiǎn)單的直邊結(jié)構(gòu)，截面的強(qiáng)度可與光滑伸展試樣的斷裂或抗拉強(qiáng)度相關(guān)。這是確定拉力測(cè)試的原因。然而，對(duì)于含有裂紋或裂紋狀缺陷的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度取決于裂紋的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形狀和被稱為斷裂韌性的材料性能。斷裂韌性可被認(rèn)為是材料抵抗裂紋在伸展載荷下發(fā)生有害或甚至災(zāi)難性擴(kuò)展的能力。
可以通過幾種方式測(cè)量斷裂韌性。其中一種方法是對(duì)含有裂紋的試樣施加伸展載荷。將試樣斷裂所要求的載荷除以其凈截面積(小于含裂紋面積的橫截面積)的結(jié)果稱為殘余強(qiáng)度，其單位為千磅力/單位面積(ksi)。當(dāng)材料和試樣的強(qiáng)度恒定時(shí)，殘余強(qiáng)度是材料斷裂韌性的量度。因?yàn)闅堄鄰?qiáng)度取決于強(qiáng)度和幾何形狀，所以當(dāng)由于一些限制性因素如可得材料的尺寸或形狀使得其它方法不能應(yīng)用時(shí)，殘余強(qiáng)度通常用作斷裂韌性的量度。
當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形狀在施加伸展載荷時(shí)不能在厚度方向上進(jìn)行塑性變形(平面應(yīng)變變形)時(shí)，通常以平面應(yīng)變斷裂韌性Kic測(cè)量斷裂韌性。這通常適用于相對(duì)厚的產(chǎn)品或部件，例如0.6或0.75或1英寸或更厚。ASTME-399已經(jīng)建立了使用疲勞預(yù)先開裂的小型伸展試樣測(cè)量Ki0的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，其中Ki0的單位是ksWin。通常使用該試驗(yàn)測(cè)量厚材料的斷裂韌性，因?yàn)橹灰獫M足寬度、裂紋長(zhǎng)度和厚度的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)，就可認(rèn)為該試驗(yàn)與試樣的幾何形狀無關(guān)。在Ki0中使用的符號(hào)K指的是應(yīng)力強(qiáng)度因子。
如上所述，通過平面應(yīng)變變形的結(jié)構(gòu)構(gòu)件相對(duì)厚。較薄結(jié)構(gòu)構(gòu)件(厚度小于0.6-0.75英寸)通常在平面應(yīng)力或更通常在混合模式條件下變形。在該條件下測(cè)量斷裂韌性可以引入另外的變量，因?yàn)闇y(cè)試獲得的數(shù)值在一定程度上依賴于試樣的幾何形狀。一種測(cè)試方法是對(duì)含有裂紋的矩形試樣施加連續(xù)增加的載荷。通過這種方式，能夠獲得被稱為R曲線(抗裂紋曲線)的應(yīng)力強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展的關(guān)系曲線。在ASTME561中描述了R曲線的確定。
當(dāng)合金產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形狀在施加伸展載荷下允許通過其厚度發(fā)生塑性變形時(shí)，通常以平面應(yīng)力斷裂韌性測(cè)量斷裂韌性。斷裂韌性測(cè)量使用在相對(duì)薄、寬的預(yù)先開裂試樣上產(chǎn)生的最大載荷。當(dāng)使用此最大載荷下的裂紋長(zhǎng)度計(jì)算該載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，該應(yīng)力強(qiáng)度因子被稱為平面應(yīng)力斷裂韌性K0。然而，當(dāng)使用施加載荷前的裂紋長(zhǎng)度計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，計(jì)算結(jié)果被稱為材料的表觀斷裂韌性Kapp。因?yàn)镵0計(jì)算中的裂紋長(zhǎng)度通常更長(zhǎng)，因此對(duì)于給定的材料，K0值通常高于Kapp。斷裂韌性的這兩種量度值均以單位ksh/in表示。對(duì)于韌性材料，通過這種測(cè)試獲得的數(shù)值通常隨著試樣寬度增加或其厚度減小而增加。
可以理解的是，韌性測(cè)試中使用的測(cè)試板的寬度能夠?qū)y(cè)試中測(cè)量的應(yīng)力強(qiáng)度因子產(chǎn)生大的影響。當(dāng)使用6英寸寬的測(cè)試試樣時(shí)，給定材料可顯示60ksiVin的Kapp，而對(duì)于更寬的試樣，測(cè)量的Kapp將隨著試樣寬度而增加。例如，對(duì)于6英寸板具有60ksWin Kapp韌性的相同材料可以表現(xiàn)出更高的Kapp值，例如16英寸板約90ksVin，48英寸板約150ksWin和60英寸板約180ksiVin。測(cè)量的Kapp值在較小程度上受測(cè)試前初始裂紋長(zhǎng)度的影響(即，試樣裂紋長(zhǎng)度)。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為不能進(jìn)行K值的直接比較，除非使用相似的測(cè)試方法，同時(shí)考慮測(cè)試板的尺寸、初始裂紋的長(zhǎng)度和位置以及影響測(cè)試值的其它變量。
使用16英寸M(T)試樣獲得斷裂韌性數(shù)據(jù)。下表中所有的韌性K值都是由使用16英寸寬的板和4.0英寸的標(biāo)稱初始裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試獲得的。根據(jù)ASTM E561和ASTM B646進(jìn)行所有的測(cè)試。
從表6和圖5中可以看出，當(dāng)與T3狀態(tài)的具有相當(dāng)強(qiáng)度的合金相比時(shí)該新合金(試樣A和B具有高很多的韌性(由Kapp度量)。因此，本發(fā)明的合金與相當(dāng)合金例如2324-T39相比在厚和薄截面中都能承受更大的裂紋而不會(huì)發(fā)生快速斷裂的失效。
合金2X24HDT-T39具有-66ksi的典型屈服強(qiáng)度(TYS)和105ksi/in的Kapp值，而新合金具有-64ksi的略低TYS(低3.5％)但具有120ksWin的韌性Kapp值(高12.5％)。當(dāng)時(shí)效到T8狀態(tài)時(shí)還能看到，2X24HDT產(chǎn)品顯示出TYS約為70ksi強(qiáng)度增加同時(shí)具有103ksWin的Kapp。以片材形式，本發(fā)明合金與標(biāo)準(zhǔn)2x24-T3標(biāo)準(zhǔn)片材產(chǎn)品比較時(shí)還顯示出更高的強(qiáng)度，同時(shí)具有高的斷裂韌性。
在表6、7、8和9中顯示本發(fā)明合金和現(xiàn)有技術(shù)合金的性能的完整比較。
表6板材的典型拉伸和斷裂韌性數(shù)據(jù) 表7片材的典型拉伸性能數(shù)據(jù) 表8板材的典型等幅和譜FCG結(jié)果 表9片材的典型等幅和譜FCG結(jié)果 本發(fā)明合金相對(duì)于2324-T39在低AK下顯示出抗疲勞起始性能和抗疲勞裂紋擴(kuò)展性能，這允許增加閾值檢查間隔。這種提高對(duì)飛機(jī)制造者提供了益處，增加了到第一檢查的時(shí)間，因此減少操作成本和飛機(jī)停修時(shí)間。本發(fā)明合金相對(duì)于2324-T39也顯示出抗疲勞裂紋擴(kuò)展性和斷裂韌性、以及反復(fù)檢測(cè)循環(huán)相關(guān)性能的提高，反復(fù)檢查循環(huán)主要依靠合金由中間(medium)到高AK時(shí)的抗疲勞裂紋擴(kuò)展性和由斷裂韌性決定的臨界裂紋長(zhǎng)度。這些提高將允許增加檢查之間的飛行循環(huán)次數(shù)。由于本發(fā)明提供的益處，飛機(jī)制造者也能在維持相同檢查間隔的同時(shí)增加操作應(yīng)力和減少飛機(jī)重量。減少的重量可導(dǎo)致更大的燃料效率、更大的貨物和乘客容量和/或更大的飛機(jī)航程。
另外的測(cè)試 如下制備另外的樣品將樣品鑄入橫截面為約1.25×2.75英寸的鉸接式鑄型。鑄造后，將鑄錠去皮到約1.1英寸厚度以備均勻化和熱軋。通過使用多步操作并且最后步驟為在約955-965均熱24小時(shí)對(duì)鑄錠進(jìn)行分批均勻化。然后，對(duì)去皮后的鑄錠在約825下進(jìn)行加熱至軋制(heat-to-roll)操作，并熱軋到約0.1英寸厚度。在約955-965范圍的溫度下使用至多60分鐘的均熱時(shí)間對(duì)樣品進(jìn)行熱處理，然后冷水淬火。樣品在淬火的一小時(shí)內(nèi)伸展到約2％的標(biāo)稱水平，在伸展后使其自然時(shí)效的96小時(shí)，然后在約310下人工時(shí)效約24-48小時(shí)。然后表征樣品的機(jī)械性能，包括伸展和Kahn撕裂(韌性指標(biāo))測(cè)試。在表10中記錄結(jié)果。
從表10中可以看出，在制備合金時(shí)另外添加或部分替代銀的鋅的添加對(duì)于相同的強(qiáng)度能導(dǎo)致更高的韌性。表10說明了通過ASTM B871準(zhǔn)則下的亞尺度(sub-scale)韌性指標(biāo)測(cè)試(Kahn斷撕測(cè)試)測(cè)量的合金韌性。該測(cè)試結(jié)果表示為單位擴(kuò)展能(UPE)，其單位為英寸-磅/平方英寸，較高的數(shù)值表示較高的韌性。與單獨(dú)添加銀的相同強(qiáng)度的樣品1相比，存在鋅部分取代銀的表10中的樣品3顯示出較高的韌性。鋅和銀的添加在相同的強(qiáng)度能導(dǎo)致相同或較低的韌性(與樣品4和5比較的樣品2)。沒有任何銀的鋅添加能導(dǎo)致當(dāng)銀單獨(dú)添加時(shí)獲得的韌性水平，然而，在低得多的強(qiáng)度水平下獲得這些韌性指標(biāo)水平(同樣品6-9比較的樣品1)。通過銅、鎂、銀和鋅的優(yōu)選組合能獲得強(qiáng)度和韌性的最佳組合。
表10化學(xué)分析(wt％)和典型的拉伸和韌性指標(biāo)性能 在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，具有許多安裝的機(jī)械緊固件，其允許將制造的材料組裝為構(gòu)件。緊固的接頭通常是疲勞起始源，并且在具有緊固件的典型試樣中的材料的性能是合金性能的定量量度。一種這樣測(cè)試是表示機(jī)翼蒙皮結(jié)構(gòu)中chord-wise接頭的高載荷轉(zhuǎn)移(HLT)測(cè)試。在這種測(cè)試中，測(cè)試本發(fā)明合金與2X24HDT產(chǎn)品(表11)對(duì)比。本發(fā)明合金(樣品A)具有比基準(zhǔn)材料提高100％的平均疲勞壽命。
表11典型的高載荷轉(zhuǎn)換(HLT)接頭疲勞壽命 盡管上文出于說明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但顯然領(lǐng)域技術(shù)人員可在不背離附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)作出多種變化。
權(quán)利要求
1.具有提高損傷容限的2000系列鋁基合金，基本上由以下成分組成
約3.0-4.0wt％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。
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0.1wt％。
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0.6-1.1wt％。
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3.0-4.0wt％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。
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24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0.1wt％。
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0.6-1.1wt％。
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和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T3X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T6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T8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3.0-4.0wt％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。
全文摘要
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)C22C21/16GK101124346SQ200580026934
公開日2008年2月13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J·C·林, J·M·紐曼, P·E·麥格紐森, G·H·布雷 申請(qǐng)人:美鋁公司