用于制造飞机机身的铝-铜-锂合金板材的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝-铜-锂合金乳制品，且更具体而言，涉及这样的产品、其制造方法 和用途，被特别设计用于航空和航天制造领域。
【背景技术】
[0002] 开发了由铝合金制成的乳制品以制造尤其旨在用于航空和航天工业的机身元件。
[0003] 铝-铜-锂合金用于制造这种类型的产品是特别有益的。
[0004] 美国专利5, 032, 359记载了一大类铝-铜-锂合金，其中镁和银的添加，特别是在 0. 3和0. 5重量％之间，能够提高机械强度。
[0005] 美国专利5, 455, 003记载了用于制造Al-Cu-Li合金的方法，特别由于适当的应变 硬化（6crouissage)和时效（revenu)，该合金具有低温下的提高的机械强度和断裂韧性。 该专利特别建议的组成为，以重量百分比表示，Cu = 3. 0-4. 5, Li = 0. 7-1. 1，Ag = 0-0. 6， Mg = 0? 3-0. 6 和 Zn = 0-0? 75。
[0006] 美国专利7, 438, 772记载了合金，其包含，以重量百分比表示，Cu:3-5, Mg:0. 5-2， Li:0. 01-0. 9,并且不建议使用较高的锂含量，因为降低了断裂韧性和机械强度之间的平 衡。
[0007] 美国专利7, 229, 509公开了一种合金，其包含（重量％ ) : (2. 5-5. 5) Cu， (0? 1-2. 5)Li，（0? 2-1. 0)Mg，（0? 2-0. 8)Ag，（0? 2-0. 8)Mn，最多 0? 4 的 Zr 或其他晶粒细化剂 如 Cr、Ti、Hf、Sc 和 V。
[0008] 美国专利申请2009/142222 Al记载了合金，其包含（重量％ )3.4%至4. 2%的 Cu，0? 9 % 至 L 4 % 的 Li，0? 3 % 至 0? 7 % 的 Ag，0? 1 % 至 0? 6 % 的 Mg，0? 2 % 至 0? 8 % 的 Zn， 0. 1 %至0.6%的Mn以及0.01 %至0.6%的至少一种用于控制晶粒结构的元素。此申请还 记载了用于制造挤出的产品的方法。
[0009] 美国专利申请2011/0247730记载了合金，其包含（重量％ )2.75至5.0%的Cu， 0? 1至L 1%的Li，0. 3至2. 0%的Ag，0. 2至0? 8%的Mg，0. 50至L 5%的Zn以及最高达 1. 0%的Mn，其中Cu/Mg比值在6. 1至17之间，该合金对加工硬化不敏感。
[0010] 专利申请CN101967588记载了合金，其组成（重量％ )为Cu 2. 8-4. 0, Li 0? 8_1. 9，Mn 0? 2_0. 6，Zn 0? 20_0. 80，Zr0? 04_0. 20，Mg0? 20_0. 80，Ag0? 1_0. 7， Si < 0? 10,Fe< 0? 10, Ti < 0? 12〇
[0011] 美国专利申请2011/209801涉及锻制品，如挤出、乳制和/或锻造铝合金基产品， 其包含，以重量百分比表示，Cu:3. 0-3. 9,Li:0? 8-1. 3,Mg:0? 6-1. 0,Zr:0? 05-0. 18,Ag: 0? 0-0? 5,Mn:0? 0-0? 5,Fe+Si〈 = 0? 20,至少一种选自Ti:0? 01-0. 15;Sc:0? 05-0. 3;Cr: 0. 05-0. 3;Hf:0. 05-0. 5的元素，其他元素各自均彡0. 05且总和彡0. 15,其余为铝，该产品 在旨在用于制造航空工业中的结构元件的厚的铝制品的制造中特别有用。
[0012] 旨在用于机身应用的铝板的所需性能被记载于例如专利EP 1 891 247中。尤其 期望的是，板材具有高的屈服应力（以抵抗屈曲），以及平面应变中的高断裂韧性，尤其是 表征为断裂处的表观应力强度因子（Kapp)的高的值和长的R曲线。
[0013] 专利EP 1 966 402公开了一种合金，其包含2. 1至2. 8重量％的&1，1. 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，各自 均小于或等于〇. 1重量％的量的Fe和Si，以及各自的含量均小于或等于0. 05重量％且总 量小于或等于〇. 15重量％的不可避免的杂质，该合金基本不含锆，特别适合用于获得再结 晶的薄板材。
[0014] 损伤容限测量在于确定可检测的缺陷的极限尺寸，由此可确保其在限定的时间间 隔内不会导致破裂。为了实现该测量，有必要知道在足够的尺寸的面板上经受代表性的负 载的裂纹的行为。此外，在评价大的损伤性能（其中假设加强件的未检测到的破裂）的情 况下，裂纹的宽度可以是大的并且对于非常长的裂纹而言具有准确的断裂韧性数据是有用 的。薄板材的断裂韧性表征通常通过在小于或等于760_宽的面板上的R曲线测试来进 行。R曲线测试是广泛认可的用于表征断裂韧性性能的方法。R曲线表示，对于裂纹生长而 言，在增加单调负载的条件下，有效应力强度因子作为有效裂纹扩展的函数的演变。R曲线 能够确定与开裂的飞机结构有关的任何构造（configuration)的不稳定断裂的临界负载。 应力强度因子和裂纹扩展的值为如标准ASTM E561中所定义的实际值。通常认为，面板的 宽度必定不改变R曲线的水平（即对于给定的有效裂纹生长的有效应力强度因子），而仅改 变曲线的有效长度。然而，在本发明的框架内已经变得显而易见的是，此设想并非总是正确 的，并且事实上在较宽的面板（如1220mm宽的面板）上进行的表征注意到了某些不能够从 在较窄的面板上进行的表征中推导出的特定的材料性能。因此，本领域知识的现状不能够 预测哪种合金以及哪种形变热处理（traitement thermom6canique)将能够获得对于宽的 宽度的面板的Kapp和R曲线的水平的最有利的性能，即那些影响损伤容限测量的性能。
[0015] 此外，对于某些机身应用，特别重要的是断裂韧性在L-T方向上高。的确，在某些 构造中，在机翼轴线周围的机身上的弯曲应力变得关键，尤其是对于机身的上部。板材上的 裂纹（对此，纵向方向也是机身的纵向方向）在L-T方向上是张紧的。
[0016] 需要0. 5至8mm厚的由铝-铜-锂合金制成的金属板材，其与已知的产品相比呈 现改进的性能，特别是在宽的宽度的面板上尤其是在L-T方向所测量的断裂韧性、静态机 械强度以和抗腐蚀性方面，同时具有低的密度。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是一种厚度为0. 5至8_的铝基合金板材，其包含
[0018] 2. 6 至 3. 0 重量 ％的Cu，
[0019] 0? 5 至 0? 8 重量 ％的Li，
[0020] 0? 1 至 0? 4 重量 ％ 的 Ag，
[0021] 0.2至0.7重量％的]\%，
[0022] 0? 06 至 0? 20 重量 ％ 的 Zr，
[0023] 0? 01 至 0? 15 重量％的Ti，
[0024] 任选的至少一种选自Mn、V、Cr、Sc和Hf的元素，如果已被选择，则该元素的量为 0. 01至0. 8重量％的Mn，0. 05至0. 2重量％的V，0. 05至0. 3重量％的Cr，0. 02至0. 3重 量％的Sc，0. 05至0. 5重量％的Hf，
[0025] 小于0. 2重量％的量的Zn，各自均小于或等于0. 1重量％的量的Fe和Si，以及各 自含量均小于或等于〇. 05重量％且总量小于或等于0. 15重量％的不可避免的杂质，
[0026] 所述板材通过以下方法得到，该方法包括铸造、均质化、热乳和任选的冷乳、固溶 热处理、淬火以及时效，组成和时效的结合方式为使在纵向方向上的屈服应力R pa2(L)在 395 和 435MPa 之间。
[0027] 本发明的另一个目的是根据本发明的厚度为0.5至8mm的由铝基合金制成的板材 的制造方法，其中依次地
[0028] a)制备熔融金属浴，其包含
[0029]2. 6 至 3. 0 重量 ％ 的 Cu，
[0030] 0? 5 至 0? 8 重量 ％的 Li，
[0031] 0? 1 至 0? 4 重量 ％的 Ag，
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