本發(fā)明涉及軋制鋁-銅-鋰合金產品，特別涉及這種產品及其制備方法以及尤其是用于航空和航天構造的用途。

背景技術：

軋制鋁合金產品被開發(fā)來制備特別是用于航空工業(yè)和航天工業(yè)的結構性部件。

鋁-銅-鋰合金對于這種產品的制備尤其具有前景。航空工業(yè)對于抗疲勞性的規(guī)格的要求很高。對于厚的產品，特別難以達到這些規(guī)格。由于鑄板坯的可接受厚度，通過熱加工的厚度減小非常低，因此在熱加工過程中，與澆鑄有關的疲勞裂縫出現位置不會變少。

由于鋰尤其容易受到氧化的影響，鋁-銅-鋰合金的澆鑄通常產生比無鋰的2XXX或7XXX型合金更多的疲勞裂縫出現位置。通常建立以用于得到由無鋰的2XXX或7XXX型合金制成的厚的軋制產品的解決辦法不能為鋁-鋰-銅合金提供足夠的疲勞性能。

由Al-Cu-Li合金制成的厚的產品特別地記載于申請US2005/0006008和US2009/0159159中。

在申請WO2012/110717中，為了改善含有特別是至少0.1％的Mg和/或0.1％的Li的鋁合金的性能尤其是疲勞性能，提出了在澆鑄過程中進行超聲處理。但是這種處理就制備厚板所必需的量而言是難以進行的。

美國申請2009/0142222記載了如下合金，該合金可以包含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％的調節(jié)晶粒結構的元素，其余為鋁、次要元素和雜質。

需要與已知產品的性能相比具有改善的性能(特別是在疲勞性能方面)，同時具有有利的斷裂韌性和靜態(tài)機械強度性能的厚的鋁-銅-鋰合金產品。此外，需要制得這些產品的簡單且經濟的方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的第一個目的是一種制備由鋁合金制成的厚度至少為80mm的板的方法，包括如下步驟，其中

(a)制備熔融合金金屬浴，該熔融合金金屬浴以重量百分比計，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和選自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一種元素，所述元素(如選擇)的量為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且總共≤0.15，

(b)通過立式半連續(xù)澆鑄來澆鑄所述合金，得到厚度為T且寬度為W的板坯，從而在固化時，

-所述熔融金屬浴(1)的氫含量為小于0.4ml/100g，

-在液體表面(14，15)上方測量的氧含量為小于0.5體積％，

-用于澆鑄的分配器裝置(7)由主要包含碳的織物制成；它包括底面(76)、對引入熔融金屬的開口進行限定的頂面(71)和基本上為矩形截面的壁，該壁包括兩個與寬度W平行的縱向部分(720，721)和兩個與厚度T平行的橫向部分(730，731)，所述橫向和縱向部分由至少兩種織物形成，第一種基本上密封且半剛性的織物(77)確保分配器裝置在澆鑄過程中保持其形狀，第二種非密封織物(78)允許液體通過和過濾，所述第一種和第二種織物無重疊地或有重疊地彼此結合且沒有間隙將其分開，所述第一種織物連續(xù)覆蓋所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置為使得液體表面與該第一種織物在整個截面上接觸，

(c)將所述板坯在任選地對其進行機械加工之前或之后均化，得到能夠被熱加工的軋制錠，

(d)將以這種方法均化的所述軋制錠熱軋并且任選地冷軋，得到厚度至少為約80mm的板，

(e)對所述板進行固溶熱處理和淬火，

(f)任選地通過形變?yōu)橹辽?％的塑性形變對已進行過固溶熱處理的所述板進行應力消除，以及

(g)對所述固溶熱處理的并且任選地消除應力的板進行時效。

本發(fā)明的另一個目的是一種可通過本發(fā)明的方法獲得的由鋁合金制成的厚度至少為80mm的板，該板以重量百分比％計，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和選自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一種元素，所述元素(如選擇)的量為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且總共≤0.15，其特征在于，在時效狀態(tài)下，所述板在242MPa的最大應力振幅、50Hz的頻率、R＝0.1的應力比下，對如圖1a所示的平滑試驗樣品以LT方向上的中間厚度測量的疲勞對數平均為至少250,000個循環(huán)。

本發(fā)明的又一個目的是根據本發(fā)明的板用于制備飛機結構性部件，優(yōu)選翼梁、加強筋或框架的用途。

附圖說明

圖1為用于平滑(圖1a)和開孔(圖1b)疲勞測試的試驗樣品的示意圖。尺寸以mm給出。

圖2為在本發(fā)明的一個實施方案中使用的固化裝置的總示意圖。

圖3為在根據本發(fā)明的方法中使用的分配器裝置的總示意圖。

圖4顯示了根據本發(fā)明一個實施方案的分配器裝置的底部和壁的側部以及縱向部分的圖像。

圖5顯示了平滑疲勞性能與固化過程中熔融金屬浴的氫含量(圖5a)或固化過程中在液體表面上方測量的氧含量(圖5b)之間的關系。

圖6示出了在L-T方向(圖6a)和T-L方向(圖6b)上以試驗3、7和8得到的曲線。

具體實施方式

除非另外說明，關于合金的化學組成的所有信息以基于合金總重量的重量百分比表示。表達式1.4Cu表示以重量百分比表示的銅含量乘以1.4。合金名稱根據本領域專業(yè)人員已知的The Aluminium Association的規(guī)則做出。除非另外說明，將實施歐洲標準EN 515中所列的冶金狀態(tài)的規(guī)定。

靜態(tài)拉伸機械性能，即極限拉伸強度R_m、在伸長0.2％下的常規(guī)屈服應力R_p0.2以及斷裂伸長A％，根據NF EN ISO 6892-1通過拉伸試驗測定，取樣和測試方向由EN 485-1限定。

應力強度因子(K_1C)根據標準ASTM E 399測定。

對于平滑試驗樣品的疲勞性能，在大氣中于242MPa的最大應力振幅、50Hz的頻率和R＝0.1的應力比下，對在LT方向上以板的中間寬度和中間厚度所取的如圖1a所示的試驗樣品進行測量。試驗條件符合標準ASTM E466。測定對至少四個樣品所得結果的對數平均。

對于開孔樣品的疲勞性能，在大氣中于不同應力水平、50Hz的頻率和R＝0.1的應力比下，對在L-T和T-L方向上以板的中心和中間厚度所取的K_t＝2.3的如圖1b所示的試驗樣品進行測量。使用Walker方程確定表示在100,000個循環(huán)下非斷裂樣品為50％的最大應力值。為此，使用下式對曲線的每個點計算疲勞質量指數(IQF)：

$IQF={\mathrm{\σ}}_{max}{\left(\frac{N_0}{N}\right)}^{1/n}$

其中σ_max為施加至給定樣品的最大應力，N為斷裂時的循環(huán)數，N₀為100,000，n＝-4.5。報告對應于中值即100,000個循環(huán)50％斷裂的IQF。

在本發(fā)明的情況下，厚板為厚度至少為80mm，并且優(yōu)選至少為100mm的產品。在本發(fā)明的一個實施方案中，板的厚度至少為120mm或優(yōu)選140mm。根據本發(fā)明的厚板的厚度典型地至多為240mm，通常至多為220mm，并且優(yōu)選至多為180mm。

除非另外說明，實施標準EN 12258的規(guī)定。特別地，根據本發(fā)明的板為矩形橫截面的軋制產品，其均勻厚度至少為6mm并且不大于寬度的1/10。

如本文中使用的，機械構造的“結構部件”或“結構性部件”是指這樣的機械零件，該機械零件的靜態(tài)和/或動態(tài)機械性能對于結構的性能特別重要，并且通常對該機械零件規(guī)定或進行結構計算。它們典型地為其故障可能會危及所述構造、其使用者或其他人的安全的部件。對于飛機，這些結構性部件包括組成機身的部件(例如機身蒙皮、桁條、隔板和圓周框)、組成機翼的部件(例如機翼蒙皮、桁條或增強板、加強筋和翼梁)和組成尾翼的部件，所述尾翼由水平和垂直安定面組成，以及地板梁、座椅導軌和艙門。

此處，“整個澆鑄設施”是指用于將任何形式的金屬經液相轉化成原生半加工產品的全部裝置。澆鑄設施可以包括許多裝置，例如一個或多個熔化金屬所需的加熱爐(“熔爐”)和/或保持在給定溫度所需的加熱爐(“保溫爐”)和/或制備液體金屬和調節(jié)組成的操作所需的加熱爐(“生產爐”)；一個或多個用于去除溶解和/或懸浮在熔融金屬中的雜質的容器(或“澆注包”)，該處理可以包括使液體金屬過濾通過“過濾袋”中的過濾介質或將“脫氣袋”內的“處理”氣體(其可以為惰性的或反應性的)引入浴中；通過半連續(xù)直冷立式澆鑄至澆鑄坑中的用于使液體金屬固化的裝置(或“澆鑄機”)，其可以包括例如鑄模(或“錠模”)的裝置；用于供給液體金屬的裝置(或“噴口”)；以及冷卻系統(tǒng)，這些熔爐、容器和固化裝置通過可運送液體金屬的轉移裝置或被稱為“槽溝”的通道而相互連接。

本發(fā)明的發(fā)明人出乎意料地發(fā)現，通過采用下面的方法來制備板，可以得到具有改善的疲勞性能的鋁銅鋰合金的厚板。

在第一個步驟中，制備熔融合金金屬浴，該熔融合金金屬浴以重量百分比計，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和選自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一種元素，所述元素(如選擇)的量為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且總共≤0.15，其余為鋁。

有利于根據本發(fā)明的方法的合金以重量百分比計，包含Cu：3.0-3.9；Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；選自Zr、Mn和Ti的至少一種元素，所述元素(如選擇)的量為Zr 0.06至0.15wt％，Mn 0.05至0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；Fe≤0.10；其他各≤0.05且總共≤0.15，其余為鋁。

有利地，銅含量為至少3.2重量％。在另一個方面中，銅含量在約3.2與3.6重量％之間。鋰含量優(yōu)選在0.85與1.15重量％之間，并且優(yōu)選在0.90與1.10重量％之間。鎂含量優(yōu)選在0.20與0.6重量％之間。同時加入錳和鋯通常是有利的。優(yōu)選地，錳含量在0.20與0.50重量％之間，并且鋯含量在0.06與0.14重量％之間。銀含量優(yōu)選在0.20與0.7重量％之間。銀含量至少為0.1重量％是有利的。在本發(fā)明的一個實施方案中，銀含量為至少0.20重量％。在另一個實施方案中，銀含量限制至0.15重量％且鋅含量為至少0.3重量％。在一個方面中，銀含量至多為0.5重量％。在本發(fā)明的一個實施方案中，銀含量限制至0.3重量％。優(yōu)選地，硅含量至多為0.05重量％，并且鐵含量至多為0.06重量％。有利地，鈦含量在0.01與0.08重量％之間。在本發(fā)明的一個實施方案中，鋅含量至多為0.15重量％。

優(yōu)選的鋁-銅-鋰合金為合金AA2050。

這種熔融金屬浴在澆鑄設施中的加熱爐中制備。例如由US 5,415,220(其全部內容通過引用而由此并入)已知，在將合金轉移至澆鑄設施時，可以在熔爐中使用含有鋰的熔鹽如KCl/LiCl混合物來鈍化該合金。然而，本發(fā)明的發(fā)明人在熔爐中不使用含有鋰的熔鹽，而是通過保持此熔爐中的低氧氣氛而獲得了優(yōu)異的厚板疲勞性能，并且本發(fā)明的發(fā)明人相信，在一些情況下，熔爐中鹽的存在可能會對厚鍛制件的疲勞性能具有有害影響。因此，在一個方面中，本公開內容提供不使用含有鋰的熔鹽的本文中所述的制備厚板合金的方法。本公開內容還提供通過此方法制備的具有改善性能的產品，以及本文中所述的改善厚板產品的疲勞性能的方法。在一個方面中，整個澆鑄設施始終不使用含有鋰的熔鹽。在有利的實施方案中，澆鑄設施始終不使用熔鹽。優(yōu)選地，在澆鑄設施的加熱爐中保持氧含量小于0.5體積％并且優(yōu)選小于0.3體積％。然而，可以允許澆鑄設施的加熱爐中至少0.05體積％，甚至至少0.1體積％的氧含量，這尤其有利于所述方法的經濟方面。有利地，所述澆鑄設施的加熱爐為感應電爐。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現，盡管通過感應加熱而引起混合，這種加熱爐是有利的。

然后，將此熔融金屬浴在脫氣袋和過濾袋中進行處理，特別是使得該熔融金屬浴的氫含量為小于0.4ml/100g，并且優(yōu)選為小于0.35ml/100g。熔融金屬的氫含量通過本領域的技術人員已知的市售儀器，例如以商標ALSCAN^TM出售的儀器來測量，其探針保持在氮氣吹掃下。優(yōu)選地，在熔爐中以及脫氣、過濾步驟過程中，與熔融金屬浴接觸的氣氛的氧含量為小于0.5體積％，并且優(yōu)選小于0.3體積％。優(yōu)選地，對于整個澆鑄設施，與熔融金屬浴接觸的氣氛的氧含量為小于0.5體積％，并優(yōu)選小于0.3體積％。然而，在整個澆鑄設施中，可以允許至少0.05體積％，甚至至少0.1體積％的氧含量，這尤其有利于所述方法的經濟方面。

然后，將所述熔融金屬浴固化為板坯。板坯為長度L、寬度W和厚度T的基本上為平行六面體形狀的鋁塊。在固化過程中，對液體表面上方的氣氛進行控制。用于在固化過程中控制液體表面上方氣氛的裝置的實例示于圖2。

在此合適裝置的實例中，來自槽溝(63)的熔融金屬被引入至由控制銷(8)控制的噴口(4)中，該控制銷(8)可以在置于底墊塊(21)上的錠模(31)中向上和向下移動(81)。鋁合金通過直接冷卻(5)而固化。鋁合金(1)具有至少一個固體表面(11，12，13)和至少一個液體表面(14，15)。升降器(2)保持液體表面(14，15)的液位基本不變。分配器裝置(7)用于分配熔融金屬。蓋(62)覆蓋液體表面。該蓋可以包括密封條(61)以確保與澆鑄平臺(32)的無泄漏密封。蓋(64)可以有利地保護槽溝(63)中的熔融金屬。惰性氣體(9)被引入至限定于蓋與澆鑄平臺之間的腔室(65)中。所述惰性氣體優(yōu)選選自稀有氣體、氮氣和二氧化碳或者這些氣體的混合物。優(yōu)選的惰性氣體為氬氣。對腔室(65)中液體表面上方的氧含量進行測量?？梢哉{節(jié)惰性氣體流量來實現所期望的氧含量。然而，通過泵(101)保持澆鑄坑(10)中的充分抽吸是有利的。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現，在錠模(31)與固化金屬(5)之間通常沒有足夠的密封，這導致大氣從澆鑄坑(10)向腔室(65)擴散。有利地，泵(101)的抽吸使得包圍區(qū)域(containment)(10)中的壓力小于腔室(65)中的壓力，這可以優(yōu)選通過使大氣以至少2m/s并且優(yōu)選至少2.5m/s的速率通過澆鑄坑的開口區(qū)來實現。典型地，腔室(65)中的壓力接近大氣壓，并且包圍區(qū)域(10)中的壓力低于大氣壓，通常為0.95倍大氣壓。使用根據本發(fā)明的方法，借助前述裝置，腔室(65)中保持了小于0.5體積％并且優(yōu)選小于0.3體積％的氧含量。

用于根據本發(fā)明的方法的分配器裝置(7)的實例示于圖3和圖4。根據本發(fā)明的分配器裝置由主要包含碳的織物制成，它包括底面(76)、對引入熔融金屬的開口進行限定的通常為空的頂面(71)，和基本上為矩形截面(通?；静蛔?且高度為h(通?；静蛔?的壁，該壁包括兩個與板坯的寬度W平行的縱向部分(720，721)和兩個與板坯的厚度T平行的橫向部分(730，731)，所述橫向和縱向部分由至少兩種織物形成，第一種基本上密封且半剛性的織物(77)確保分配器裝置在澆鑄過程中保持其形狀，第二種非密封織物(78)允許液體通過和過濾，所述第一種和第二種織物無重疊地或有重疊地彼此結合且沒有間隙將其分開，所述第一種織物連續(xù)覆蓋所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置為使得液體表面與該第一種織物在整個截面上接觸。在本發(fā)明的一個實施方案中，分配器裝置的壁的截面隨高度h而線性地漸變，典型地使得該分配器裝置的底面的表面積比該分配器裝置的頂面的表面積至多小或大10％；并且垂直向與側壁之間形成的角度可以最高為約5°。當第一種和第二種織物無重疊或有重疊地并且其間無間隙地彼此縫合，即接觸時，熔融金屬無法穿過第一種織物并被第二種織物轉向，正如例如申請WO 99/44719的圖2至圖5所記載的組合袋(combo-bag)中的情況。通過由第一種織物提供的支持，分配器裝置為半剛性并且在澆鑄過程中基本上不變形。在有利的實施方案中，當從壁(720，721，730，731)四周上的頂面測量時，第一種織物具有高度h1，使得h1≥0.3h并且優(yōu)選h1≥0.5h，其中h為分配器裝置的壁的總高度。

當液體表面與所述第一種密封織物接觸時，液體金屬僅在液體表面下以壁各部分的特定方向穿過分配器裝置。優(yōu)選地，由第一種織物覆蓋的分配器裝置(7)浸入液體金屬中的壁(720，721，730，731)的高度至少為浸入的壁總高度的20％，優(yōu)選40％，并且理想地60％。

圖4顯示了所述底部和所述壁的縱向部分。底部(76)典型地由第一種和/或第二種織物覆蓋。有利地，第一種織物至少以長度L1位于底部(76)的中央部分，并且/或者以整個高度h和長度L2位于縱向部分(720)和(721)的中央部分。

有利地，由第一種織物覆蓋的表面部分對于縱向部分(720)和(721)而言在30％與90％之間并優(yōu)選在50％與80％之間，并且/或者對于側向部分(730，731)而言在30％與70％之間并優(yōu)選在40％與60％之間，并且/或者對于底部(76)而言在30％與100％之間并優(yōu)選在50％與80％之間。

位于底部(76)中的第一種織物的長度L1大于與該底部接觸的縱向壁(720)和(721)部分中的第一種織物的長度L2是有利的。

本發(fā)明的發(fā)明人相信，所述分配器裝置的幾何結構使得可以改善液體金屬流動特性、減少湍流并改善溫度分布。

第一種織物和第二種織物優(yōu)選通過編織主要包含碳的線來獲得。編織的石墨線尤其有利。所述織物典型地彼此縫合。作為第一種和第二種織物的替代，也可以使用具有至少兩個或密或疏的編織區(qū)域的單一織物分配器裝置。

為便于編織，將含碳的線用有助于滑動的層進行涂布是有利的。這種層可以例如含有氟化聚合物如聚四氟乙烯或聚酰胺如木纖維。

第一種織物基本上是密封的。典型地，這是一種孔眼小于0.5mm，優(yōu)選小于0.2mm的織物。第二種織物不密封并且允許熔融金屬穿過。典型地，這是一種孔眼在1與5mm之間，優(yōu)選在2與4mm之間的織物。在本發(fā)明的一個實施方案中，第一種織物局部地覆蓋第二種織物，同時緊密接觸以便在兩種織物之間不留間隙。

然后，將以這種方法得到的板坯在任選地進行機械加工之前或之后均化，以獲得能夠被熱加工的形狀。將所述板坯機械加工為軋制錠，以便隨后通過軋制來進行熱加工。優(yōu)選地，在470與540℃之間的溫度下進行均化2與30小時之間的時間。

將以這種方法均化的所述軋制錠熱軋并且任選地冷軋，以獲得厚度至少為80mm的鍛制件。熱軋溫度優(yōu)選為至少350℃并且優(yōu)選至少400℃。熱加工和任選地冷加工的比率，即(1)加工前但任何機械加工后的初始厚度與最終厚度之差與(2)所述初始厚度之間的比率小于85％，并且優(yōu)選小于80％。在實施方案中，加工過程中的形變比率為低于75％，并且優(yōu)選低于70％。

然后，對這樣得到的鍛制件進行固溶熱處理和淬火。固溶熱處理的溫度有利地在470與540℃之間并優(yōu)選在在490與530℃之間，并且時間取決于產品的厚度。

任選地，通過形變?yōu)橹辽?％的塑性形變對已進行過固溶熱處理的所述鍛制件進行應力消除。通過持久伸長為至少1％且優(yōu)選在2與5％之間的受控拉伸來對已進行過固溶熱處理的所述鍛制件進行應力消除是有利的。

最后，對所述固溶熱處理的并且任選地消除應力的產品進行時效。時效在優(yōu)選130與160℃之間的溫度下以一個或多個階段進行5至60小時的時間。優(yōu)選地，時效后得到T8例如T851、T83、T84或T85的冶金狀態(tài)。

通過根據本發(fā)明的方法獲得的厚度至少為80mm的板具有有利的性能。

通過根據本發(fā)明的方法獲得的厚度至少為80mm的板在242MPa的最大應力振幅、50Hz的頻率和應力比R＝0.1下，對根據圖1a的平滑試驗樣品以LT方向上的中間厚度測量的疲勞對數平均為至少250,000個循環(huán)；有利地，對通過根據本發(fā)明的方法獲得的厚度至少為100mm或優(yōu)選至少120mm或甚至至少140mm的鍛制件測得該疲勞性能。

根據本發(fā)明的至少80mm厚的板對于開孔試驗樣品也具有有利的疲勞性能，并且在大氣中于50Hz的頻率和數值R＝0.1下，對根據圖1b的K_t＝2.3的開孔試驗樣品在T-L方向上測得的疲勞質量指數IQF為至少180MPa，并且優(yōu)選為至少190MPa。

此外，通過根據本發(fā)明的方法獲得的板具有有利的靜態(tài)機械性能。對于厚度至少為80mm的鍛制件，所述鍛制件以重量百分比計，包含Cu：3.0-3.9；Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；選自Zr、Mn和Ti的至少一種元素，所述元素(如選擇)的量為Zr 0.06至0.15wt％，Mn 0.05至0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；Fe≤0.10；其他各≤0.05且總共≤0.15；其余為鋁，其在L方向上以四分之一厚度測量的屈服應力為至少450MPa且優(yōu)選至少470MPa，并且/或者測量的極限拉伸強度為至少480MPa且優(yōu)選至少500MPa，并且/或者伸長為至少5％且優(yōu)選至少6％。優(yōu)選地，根據本發(fā)明的厚度至少為80mm的鍛制件以四分之一厚度測量的斷裂韌性如下：K_1C(L-T)為至少25MPa√m且優(yōu)選至少27MPa√m，K_1C(T-L)為至少23MPa√m且優(yōu)選至少25MPa√m，K_1C(S-L)為至少19MPa√m且優(yōu)選至少21MPa√m。

根據本發(fā)明的板可以有利地用于制備結構性部件，優(yōu)選飛機結構性部件。優(yōu)選的飛機結構性部件為翼梁、加強筋或機身框架。本發(fā)明尤其有利于通過整體機械加工而獲得的復雜形狀元件(其特別是用于飛機機翼的制造)，以及其他任何根據本發(fā)明的產品的性能有利的用途。

實施例

在本實施例中，制備厚的AA2050合金板。通過半連續(xù)立式直冷澆鑄來澆鑄AA2050合金板坯。

在熔爐中制備合金。對于實施例1至7，在熔爐中于液體金屬的表面上使用KCl/LiCl混合物。對于實施例8至9，在熔爐中不使用鹽。對于實施例8至9，整個澆鑄設施的與液體金屬接觸的氣氛的氧含量為小于0.3體積％。所述澆鑄設施包括設置于澆鑄坑上方以限制氧含量的蓋。對于試驗8和9，另外地使用抽吸系統(tǒng)(101)，使得包圍區(qū)域(10)中的壓力低于腔室(65)中的壓力，并且使得大氣通過澆鑄坑的開口面的速率為至少2m/s。在澆鑄過程中使用氧分析儀測量氧含量。此外，使用具有氮掃的Alscan^TM型探針測量鋁液中的氫含量。使用兩種熔融金屬分配器裝置。第一種分配器裝置為如例如國際申請WO99/44719(其全部內容通過引用而由此并入)的圖2至圖6所記載的“Combo Bag”型，但由包含碳的織物制成，下文稱作“分配器裝置A”，并且第二種分配器裝置(例如下圖3所述)由石墨線織物制成，稱作“分配器裝置B”。

各種試驗的澆鑄條件在表1中給出。

表1-各種試驗的澆鑄條件

將所述板坯在505℃下均化12小時，機械加工至約365mm的厚度，熱軋以得到最終厚度在154與158mm之間的板，在504℃下固溶熱處理，淬火并通過持久伸長為3.5％的受控拉伸進行應力消除。將以這種方法獲得的板在155℃下進行時效18小時。

以四分之一厚度表征靜態(tài)機械性能和斷裂韌性。靜態(tài)機械性能和斷裂韌性在表2中給出。

表2機械性能

對平滑試驗樣品和開孔試驗樣品就一些以中間厚度所取的樣品的疲勞性能進行表征。

對于平滑的疲勞表征，對四個如圖1a的示意圖所示的試驗樣品以LT方向上的中間厚度和中間寬度進行測試，試驗條件為σ＝242MPa，R＝0.1。一些試驗在200,000個循環(huán)后停止，而其他試驗在300,000個循環(huán)后停止。

對于開孔的疲勞表征，使用K_t值為2.3的圖1b所示的試驗件。在大氣中于50Hz的頻率以及R＝0.1下對試驗樣品進行測試。相應的曲線示于圖6a和圖6b。計算疲勞質量指數IQF。

表3-疲勞試驗結果

氫含量小于0.4ml/100g、在液體表面上方測量的氧含量小于0.3體積％，以及分配器裝置B的組合產生了高的疲勞性能水平。這些結果示于圖5。位于某些點上方的箭頭表示這是最小值，因為試驗并未持續(xù)至斷裂。