抗损伤的铝合金产品及其制备方法技术

本发明专利技术涉及包含一种铝基合金的产品，所述铝基合金的组成为（以重量％计）：Ｃｕ３．８－４．９，Ｍｇ１．２－１．８，Ｍｎ０．１－０．９，Ｆｅ最多０．１２，Ｓｉ最多０．１０，Ｔｉ最多０．１５，Ｚｎ最多０．２０，Ｃｒ最多０．１０，杂质每种最多０．０５，总量最多０．１５，余者为铝。所述产品具有３００ＭＰａ或更高的最小Ｌ－０．２％屈服强度，２７０ＭＰａ的最小ＬＴ－０．２％屈服强度，对于７００ｍｍ宽的ＣＣＴ试验板，具有１００ＭＰａ.＊或更高的最小Ｔ－Ｌ断裂韧性Ｋ↓［ｃ（ａｏ）］，并且在Ｌ／ＳＴ和ＬＴ／ＳＴ截面具有根据ＡＳＴＭＥ－１１２的至少６级的平均晶粒尺寸。另外，本发明专利技术还涉及所述产品的制备方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适合在航空领域使用的改进的铝合金产品，而且，更具体地，它涉及一种具有改善的疲劳裂纹生长抗力和断裂韧性并且适合用作飞机蒙皮的改进的铝合金及其制备方法。对于本专利技术而言，薄板材可理解为是厚度不小于1.3mm(0.05英寸)且不大于6.3mm(0.25英寸)的轧制产品，中厚板材可理解为是厚度大于6.3mm的轧制产品。参见铝业协会1997年出版的Aluminumstandards and Data中的第五章术语部分。铸锭或板坯是一种根据定义具有一定长度(通常是(半)连铸时的铸造方向)，一定宽度和一定厚度的三维物体，其中，宽度等于或大于厚度。商用飞机的设计要求不同结构类型的飞机具有不同的性能指标组合。对于许多部件，高的断裂韧性或低的疲劳裂纹生长形式的裂纹扩展抗力是必需的。因此，改善断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能能够带来许多重大好处。具有例如改善的韧性的新材料将会展现出更高的抗损伤性能。商用飞机在起飞/着陆期间会受到循环加载，而同时飞机内部处于加压状态。典型地，在正常的服役寿命期间，飞机可能会经受超过100,000次的加压循环。因此，将会注意到改善均与循环加载有关的断裂韧性和疲劳裂纹生长抗力能够带来很大益处。在航空工业，铝业协会的合金AA2024及其改良合金已被广泛用作抗损伤性能高的铝合金，大部分处于T3状态或其修正状态。这些合金的产品具有相对高的强度/重量比，并展示出良好的断裂韧性、良好的疲劳性能以及充分的耐腐蚀性。由欧洲专利EP-B-0 473 122(Alcoa)可知一种制备抗损伤的铝合金薄板产品的方法，包括(a)提供一种铝基合金坯体，所述合金含有(以重量％计)Cu3.8-4.5Mg1.2-1.85Mn0.3-0.78Fe最多0.5，优选最多0.12Si最多0.5，优选最多0.10余者为铝，任选地，最多0.2的Zn，最多0.2的Zr，最多0.5的Cr，以及杂质；(b)将所述坯体热轧成板坯；(c)将所述板坯加热至488℃以上，以使可溶组元溶解；(d)在315-482℃的温度范围，将所述板坯热轧至薄板产品；(e)固溶热处理；(f)冷却；以及(g)时效处理，以获得具有高的强度以及改善的断裂韧性和疲劳裂纹生长抗力的薄板产品。由该已知方法获得的抗损伤的薄板产品在T3状态下提供并且市场有售。本专利技术的一个目的是提供一种与根据EP-B-0 473 122的方法获得的处于T3状态的铝薄板产品相比，具有改善的抗损伤性能的铝合金产品。本专利技术的另一个目的是进一步改善铝薄板产品的机械性能。本专利技术的又一个目的是提供一种制备改善的铝合金产品的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种包含铝基合金的产品，所述铝基合金含有(以重量％计)3.8-4.9％Cu，1.2-1.8％Mg，0.1-0.9％Mn，最多0.12％Fe，最多0.10％Si，最多0.15％Ti，最多0.20％Zn，最多0.10％Cr，每种含量最多0.05％、总量最多0.15％的杂质，余者为铝，并且，所述产品具有300MPa或更高的最小L-0.2％屈服强度，270MPa或更高的最小LT-0.2％屈服强度，对于700mm宽的CCT板具有 或更高的最小T-L断裂韧性Kc(ao)，并且在L/ST截面和LT/ST截面均具有根据ASTM E-112至少6级的平均晶粒尺寸。根据本专利技术的该产品与由所述已知方法获得的铝薄板相比具有改善的强度和疲劳性能。该产品可以作为薄板材和中厚板材提供。据认为，优异的性能是特定的化学组成范围与产品的细小晶粒组织(6级或更高的ASTM E-112晶粒尺寸)以及在至少L/ST和LT/ST方向上相对较小的晶粒组织纵横比的组合的结果。根据本专利技术的产品的又一个优点是性能，尤其是疲劳性能更具备各向同性。更具各向同性的结构尤其会使产品在T-L方向的机械性能，特别是疲劳性能得到改善，这种改善会促进产品的应用。根据本专利技术的产品包含一种铝基合金，所述铝基合金基本组成为(以重量％计)3.8-4.9％Cu，1.2-1.8％Mg，0.1-0.9％Mn，余者为铝以及微量和杂质元素。对于产品中存的微量和杂质元素锌、钛和铬而言，最大容许量分别是锌为0.20％，钛为0.15％，铬为0.10％。对于杂质元素铁和硅而言，最大容许量分别是铁为0.12％，硅为0.10％。对于任何其它残留微量元素而言，每种元素的最大含量为0.05，残留微量元素总含量的最大值为0.15％。在根据本专利技术的产品的更优选的实施方案中，Cu含量被限定为3.8-4.7％，更优选为3.8-4.6％，并且最优选为3.9-4.6％，以同时保持良好的强度及改善的疲劳性能。在根据本专利技术的产品的更优选的实施方案中，Mg含量被限定为1.2-1.7％，更优选为1.2-1.6％，以便同时保持良好的强度和改善的疲劳性能。必须将Cu和Mg的含量控制在指定范围，以便在改善韧性和疲劳性能的同时保持良好的强度。在根据本专利技术的产品的更优选的实施方案中，Mn含量被限定为0.1-0.8％，并且更优选为0.2-0.8％。将Fe和Si含量限定在极低水平，以便防止对断裂韧性和疲劳裂纹生长抗力有害的含铁和硅的粒子的大量形成。在根据本专利技术的产品的另一个优选实施方案中，所述产品具有的最小纵向(L)-0.2％屈服强度为320MPa或更高，更优选为340MPa或更高，并且还更优选为360MPa或更高，最优选为370MPa或更高。TL方向(横向)的优选最小0.2％屈服强度为270MPa或更高，优选为280MPa或更高，更优选为300MPa或更高，还更优选为310MPa或更高，并且最优选至少为320MPa或更高。在根据本专利技术的产品的另一个优选实施方案中，所述产品是一种薄板产品并且具有的最小横向(TL)-抗拉强度为440MPa或更高，优选为450MPa或更高，并且更优选为4670MPa或更高。另外，所述薄板产品具有的最小纵向(L)-抗拉强度为475MPa或更高，优选为485MPa或更高，并且更优选为490MPa或更高，最优选为495MPa或更高。在根据本专利技术的产品的又一个优选实施方案中，所述产品，对于2000mm宽的CCT板，具有的最小T-L断裂韧性Kc(ao)为 或更高，优选为 ，更优选为 或更高，还更优选为 或更高。对于2000mm宽的CCT板，优选的最小L-T断裂韧性Kc(ao)为 或更高，优选为 或更高，更优选为 或更高，并且最优选为 或更高。对于700mm宽的CCT板，优选的最小L-T断裂韧性Kc(ao)为 ，优选110MPa或更高，更优选为 或更高，还更优选为 或更高，并且最优选为 或更高。根据本专利技术的产品可以用作薄板材的中厚板材。然而，所述产品理想地是应用于飞机结构部件的薄板产品。所述薄板产品在至少L/ST截面和LT/ST截面的平均晶粒尺寸优选为ASTM E-112的6级或更高，更优选为ASTM E-112的7-8级。L/ST截面可理解为是在下述两方向具有带棱边的表面L方向(纵向，通常是轧制方向)和ST方向(短横向，通常是产品的厚度)。LT/ST截面可理解为是在下述两方向具有带棱边的表面LT方向(长横向，通常是产品的宽度)和ST方向(短横向)。所述薄板产品在至少L/ST和LT/ST各截面的晶粒结构的纵横比优选为1∶≤4，更优选为1∶≤3，并且还更本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含一种铝基合金的产品，所述合金的组成为（以重量％计）： Ｃｕ ３．８－４．９ Ｍｇ １．２－１．８ Ｍｎ ０．１－０．９ Ｆｅ 最多０．１２ Ｓｉ 最多０．１０ Ｔｉ 最多０．１５ Ｚｎ 最多０．２０ Ｃｒ 最多０．１０ 杂质 每种最多０．０５ 总量最多０．１５ 余者为铝， 所述产品具有３００ＭＰａ或更高的最低Ｌ－０．２％屈服强度，２７０ＭＰａ的最低ＬＴ－０．２％屈服强度，对于７００ｍｍ宽的ＣＣＴ试验板，具有１００ＭＰａ＊或更高的最小Ｔ－Ｌ断裂韧性Ｋ↓［ｃ（ａｏ）］，并且在Ｌ／ＳＴ截面和ＬＴ／ＳＴ截面上具有根据ＡＳＴＭ Ｅ－１１２至少６级的平均晶粒尺寸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJP海兹勒，AL汉兹，
申请(专利权)人：克里斯铝轧制品有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]