具有提高的抗撞击性能的铝铜锂合金.pdf

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1、10申请公布号CN104220616A43申请公布日20141217CN104220616A21申请号201380019554X22申请日2013041012/0106320120411FR61/622,77420120411USC22C21/12200601C22F1/057200601C22C21/16200601C22C23/00200601B21C29/0020060171申请人法国肯联铝业地址法国巴黎72发明人A达涅卢M马凯特J皮尼亚泰尔G普热T沃纳74专利代理机构北京北翔知识产权代理有限公司11285代理人王媛钟守期54发明名称具有提高的抗撞击性能的铝铜锂合金57摘要本发明涉及一种。

2、铝基合金制成的挤压产品，包含42WT到48WT的CU，09WT到11WT的LI，015WT到025WT的AG，02WT到06WT的MG，007WT到015WT的ZR，02WT到06WT的MN，001WT到015WT的TI，ZN的量低于02WT，FE和SI的量各自低于或等于01WT，不可避免的杂质各自的含量低于或等于005WT且总量低于或等于015WT。本发明的型材，由于与那些已知产品的性能相比改善的性能，尤其在撞击过程中的能量吸收、静态力学性能和抗腐蚀性方面的性能，及其低密度，特别适用于作为机身加劲肋或纵向加劲肋、环架、翼肋、地板梁或地板轮廓或座椅轨道。30优先权数据85PCT国际申请进入国家。

3、阶段日2014101186PCT国际申请的申请数据PCT/FR2013/0000962013041087PCT国际申请的公布数据WO2013/153292FR2013101751INTCL权利要求书2页说明书7页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图1页10申请公布号CN104220616ACN104220616A1/2页21一种铝基合金制成的挤压产品，包含42WT到48WT的CU，09WT到11WT的LI，015WT到025WT的AG，02WT到06WT的MG，007WT到015WT的ZR，02WT到06WT的MN，001WT到015WT的TI，。

4、ZN的量低于02WT，FE和SI的量各自低于或等于01WT，不可避免的杂质各自的含量低于或等于005WT且总量低于或等于015WT。2根据权利要求1所述的挤压产品，包含43WT到47WT的CU，优选地435WT到455WT的CU。3根据权利要求1或2所述的挤压产品，包含095WT到105WT的LI。4根据权利要求1到3中的任意一项所述的挤压产品，包含030WT到050WT的MG和/或010WT到013WT的ZR。5根据权利要求1到4中的任意一项所述的挤压产品，包含03WT到05WT的MN。6根据权利要求1到5中的任意一项所述的挤压产品，包含低于015WT的ZN，优选地低于01WT的ZN。7根据。

5、权利要求1到6中的任意一项所述的挤压产品，其特征在于，其是如下型材，其中基本矩形中的至少一个的厚度在1MM和30MM之间，优选地在2MM和20MM之间，更优选地在5MM和16MM之间。8根据权利要求1到7中的任意一项所述的挤压产品，其特征在于，基本矩形的1/4和1/2厚度之间的再结晶率低于30，优选地低于10。9根据权利要求1到8中的任意一项所述的挤压产品，于半厚度处对于5MM和16MM之间的厚度，具有至少630MPA且优选地至少635MPA的沿L方向的平均拉伸屈服应力RP02，和至少625MPA且优选地至少630MPA的沿LT方向的平均拉伸屈服应力RP02，及EA因子EARMLRP02L/2。

6、ALRMLTRP02LT/2ALT至少等于14000且优选地至少等于14500和/或对于17MM和30MM之间的厚度，具有至少655MPA且优选地至少660MPA的沿L方向的平均拉伸屈服应力RP02，和至少600MPA且优选地至少605MPA的沿LT方向的平均拉伸屈服应力RP02，及EA因子EARMLRP02L/2ALRMLTRP02LT/2ALT至少等于9500且优选地至少等于9800。10根据权利要求9所述的产品，权利要求书CN104220616A2/2页3对于5MM和16MM之间的厚度，具有至少且优选地具有至少的韧性K1CLT，以及对于17MM和30MM之间的厚度，具有至少且优选地具有至。

7、少的韧性K1CLT。11生产根据权利要求1到10中的任意一项所述的挤压产品的方法，其中A铸造由权利要求1到6之一的合金制成的粗糙形块，B将所述粗糙形块在490到520的温度下均匀化8到48小时，C通过在420到480的初始热加工温度下的挤压热加工所述粗糙形块以获得挤压产品，D使所述挤压产品经历500到520温度下的固溶热处理15分钟到8小时，E淬火，F使所述挤压产品经历2到4的永久变形的受控拉伸。G任选地，所述挤压产品被矫直。H通过在100到170的温度下加热5到100小时对所述挤压产品时效处理。12根据权利要求110中的任意一项所述的产品作为机身加劲肋或纵向加劲肋、环架、翼肋、地板轮廓或地板。

8、梁或座椅轨道应用于航空工程的用途。权利要求书CN104220616A1/7页4具有提高的抗撞击性能的铝铜锂合金技术领域0001本发明涉及铝铜锂合金制成的挤压产品PRODUITL，更具体地涉及这种产品、它们的生产方法和应用，特别是设计用于航空和航天工程。背景技术0002由铝合金制成的挤压产品被特别开发用于生产为航空和航天工业设计的高强度零件。0003由铝合金制成的挤压产品被用于航空工业的许多应用，如机身加劲肋RAIDISSEUR和纵向加劲肋LISSE、环架CADRE、翼肋RAIDISSEURDEVOILURE、地板梁POUTREDEPLANCHER或地板轮廓PROLDEPLANCHER和座椅轨道。

9、RAILDESIGE。0004更多复合材料越来越多地引入航空结构中，提高了对用于飞机的挤压产品的要求，尤其对于如地板梁的结构元件。已发现撞击过程中或尤其在坠毁时的能量吸收是现在选择此产品的主要标准。其他重要性能是尽可能高的机械性能，以降低结构重量，以及抗腐蚀性。0005可采用如比能量吸收能力CAPACITSPCIQUEDABSORPTION的一个数值表征撞击过程中的能量吸收。0006可在撞碎测试方法中测量撞击过程中的比能量吸收能力，其中，根据撞碎过程中产生的位移测量所提供的力。这是在稳定撞碎阶段撞碎单位质量的材料所消耗的能量的量。特别地，由于其塑性变形，延性铝合金具有较高的吸收撞击时的能量的能。

10、力。作为初始近似值，在铝合金制成的型材的撞击过程中的比能量吸收能力与相关材料的拉伸测试方法中得到的曲线有关，尤其是与在力形变曲线以下的区域有关。因此通过L方向和LT方向的乘积RMXA或RP02XA能够进行评价。0007已知ALCULI合金。0008美国专利5，032，359描述了一大类的铝铜锂合金，其中，镁和银的添加，尤其是在03和05重量之间，能够提高其机械强度。0009美国专利5，455，003描述了生产具有低温下的提高的机械强度和韧性的ALCULI合金的方法，特别归因于适宜的加工硬化CROUISSAGE和时效REVENU。此专利特别提出以重量表示的组成，CU3045、LI0711、AG0。

11、06、MG0306和ZN0075。0010美国专利7，438，772描述了合金包括以重量表示的CU35、MG052、LI00109，并由于韧性和机械强度之间的平衡的降低而不鼓励采用高锂含量。0011美国专利7，229，509描述了一种合金包括WT2555CU、0125LI、0210MG、0208AG、0208MN、最高04的ZR或其他晶粒细化剂，如CR、TI、HF、SC和V。0012美国专利申请2009/142222A1描述了合金包括以重量表示34WT到42WT的CU、09WT到14WT的LI、03WT到07WT的AG、01WT到06WT的MG、说明书CN104220616A2/7页502WT。

12、到08WT的ZN、01WT到06WT的MN和001WT到06WT的至少一种用于控制晶粒结构的元素。此申请还描述了生产挤压产品的方法。0013专利申请WO2009/036953公开了一种结构元件用合金，包括以重量表示3460的CU、0917的LI、约0208的MG、约0108的AG、约0108的MN、最高15的ZN和一种或多种选自ZR、CR、TI、SC和HF的元素，以及FE015、SI015。0014此外还已知AA2195合金包括以重量表示3743的CU、0812的LI、02508的MG、02506的AG、低于025的MN、低于025的ZN、008016的ZR、低于010的TI、低于015的FE。

13、和低于012的SI。2195合金型材例如记载于文献FRICTIONSTIRWELDINGDISSIMALRALLOYSFORTAILORINGPROPERTIESOFAEROSPACEPART,IEBERL,CHANTRAIS,JCEHRSTROMETCNARDIN,SCIENCEANDTECHNOLOGYOFWELDINGANDJOINING,2010,VOL15,NO8,PP699705中。0015存在对于铝铜锂合金制成的具有与已知产品的性能相比的提高的性能的挤压产品的需求，尤其是在撞击过程中的能量吸收、静态机械强度和抗腐蚀性能方面，同时该产品应具有低密度。同时，必须保持这些产品的符合要求。

14、的韧性。发明内容0016本发明的第一个主题是一种铝基合金制成的挤压产品，所述合金包含001742WT到48WT的CU，001809WT到11WT的LI，0019015WT到025WT的AG，002002WT到06WT的MG，0021007WT到015WT的ZR，002202WT到06WT的MN，0023001WT到015WT的TI，0024ZN的量低于02WT，FE和SI的量各自低于或等于01WT，不可避免的杂质各自的含量低于或等于005WT且总量低于或等于015WT。0025本发明的另一个主题是生产本发明的挤压产品的方法，其特征在于0026A铸造由本发明的合金制成的粗糙形块，0027B将所述。

15、粗糙形块在490到520的温度下均匀化8到48小时，0028C通过在420到480的初始热加工温度下挤压热加工所述粗糙形块以获得挤压产品，0029D使所述挤压产品经历500到520温度下的固溶热处理15分钟到8小时，0030E淬火，0031F使所述挤压产品经历2到4的永久变形的受控拉伸。0032G任选地，所述挤压产品被矫直。0033H通过在100到170的温度下加热5到100小时对所述挤压产品时效处理。0034本发明的另一个主题是本发明的产品作为机身加劲肋或纵向加劲肋、环架、翼肋、地板轮廓或地板梁或座椅轨道用于航空工程的用途。说明书CN104220616A3/7页6附图说明0035图1实施例1。

16、的挤压产品的截面图。0036图2实施例1的挤压产品的拉伸屈服应力和EA参数之间的平衡。具体实施方式0037除非另有说明，将涉及合金的化学组成的全部标示表示为基于该合金的总重量的重量百分数。表述14CU意指将表示为重量的铜含量乘以14。合金的命名遵照本领域技术人员所熟知的铝业协会THEALUMINIUMASSOCIATION的规则。密度取决于组成，并通过计算而非通过重量测量的方法确定密度。0038依照“ALUMINUMSTANDARDSANDDATA”的212和213页所描述的铝业协会的步骤计算数值。冶金状态的定义在欧洲标准EN515中指出。0039通过根据标准NFENISO68921的拉伸测试。

17、确定了拉伸下的静态力学性能，也就是极限抗拉强度RM、02伸长率下的传统拉伸屈服应力RP02和断裂伸长率A，取样和测试方向如标准EN4851定义。0040根据标准ASTME399确定应力强度因子KQ。标准ASTME399给出用于确定KQ是否为K1C的有效值的判断标准。对于给定的试样几何形状，只要材料的拉伸屈服应力具有相同的数量级，所得到的各种材料的KQ值彼此之间是可比较的。0041除非另有规定，否则适用标准EN12258的定义。0042根据标准EN20662001定义挤压产品的厚度横截面分为具有尺寸A和B的基本矩形；A总是基本矩形的最大尺寸，B作为基本矩形的厚度。底部是具有最大尺寸A的基本矩形。。

18、0043根据本发明，所选的一类铝铜锂合金能够生产具有与已知产品相比的提高的性能的挤压产品，尤其是在撞击过程中的能量吸收、静态机械强度和抗腐蚀性能方面，并具有低密度。0044同时添加锰、钛、锆、镁和银能够使所选择的铜和锂的含量获得在撞击过程中的能量吸收的代表参数与特别优越的拉伸屈服应力之间的平衡。0045铜含量为至少42WT，优选地为至少43WT，更优选地为至少435WT。在本发明的一个实施方案中，铜含量为至少450WT。铜含量为最高48WT，优选地为最高47WT，更优选地为最高455WT。所选择的铜含量显著提高静态力学性能。然而，高铜含量尤其对于合金的密度是无益的。0046锂含量为至少09WT。

19、，优选地为至少095WT。锂含量为最高11WT，优选地为最高105WT。在本发明的一个实施方案中，锂含量为最高104WT。所选择的锂含量尤其能提高撞击过程中的能量吸收。然而，太低的锂含量尤其对于合金的密度是无益的。0047锰的添加是本发明的一个重要方面。锰含量为至少02WT，优选地为至少03WT。锰含量为最高06WT，优选地为最高05WT。在本发明的一个实施方案中，锰含量为最高040WT。在这些量之内添加锰尤其改善所寻求的性能之间的平衡。0048镁含量为至少02WT，优选地为至少030WT。镁含量为最高06WT，优选地为最高050WT。在本发明的一个实施方案中，镁含量为最高040WT。银含量为。

20、至少说明书CN104220616A4/7页7015WT。银含量为最高025WT。发明者意外发现添加高于025重量的银对撞击过程中的能量吸收具有相反的作用。重要的是将015到025重量的银含量与在固溶热处理和淬火之后具有2到4的永久变形的受控拉伸相结合，特别地，这是因为低于2的受控拉伸不能获得所需的机械强度。镁和银的添加对于达到静态力学强度、能量吸收、密度和韧性之间的有益平衡是必要的。0049锆含量为至少007WT，优选地为至少010WT。锆含量为最高015WT，优选地为最高013WT。锆的添加尤其是对于维持本发明的挤压产品所需的基本上非再结晶的结构是必要的。0050钛含量在001WT和015W。

21、T之间，优选地在002WT和005WT之间。钛的添加尤其使铸造后得到的粗糙形块能够获得受控制的晶粒结构。0051FE和SI的量各自为低于或等于01WT。优选地，FE和SI的含量分别低于008WT。0052ZN含量低于02WT，优选地低于015WT，更优选地低于01WT。ZN的存在对于静态机械强度、能量吸收、密度和韧性之间的平衡具有不利作用，尤其是此元素反作用于合金的密度，同时对静态机械强度、能量吸收和韧性无有利作用。0053不可避免的杂质各自维持在低于或等于005WT，且总量低于或等于015WT。0054本发明的挤压产品采用如下方法制备，其中首先铸造由本发明合金制成的粗糙形块。优选地，该粗糙形。

22、块为挤压坯。随后在490到520下将该粗糙形块进行8到48小时的均匀化。以一个或多个阶段实施均匀化。均匀化之后可将该粗糙形块冷却至室温或直接置于热加工温度下。通过在420到480的初始热加工温度下挤压来热加工该均匀化的粗糙形块以获得挤压产品。所采用的挤压温度尤其使其能够获得所需的基本上非再结晶的结构。0055本发明的挤压产品优选为下述型材，其中，基本矩形中的至少一个的厚度在1MM和30MM之间，优选地在2MM和20MM之间，更优选地在5MM和16MM之间。用于航空工程的挤压产品通常包含几部分或不同厚度的基本矩形。这些产品遇到的一个困难是于不同部分中达到符合要求的性能。本发明的合金尤其使不同厚度。

23、的基本矩形能够获得静态机械强度、能量吸收、密度和韧性之间的有益平衡。0056所得到的挤压产品随后在500到520的温度下进行15分钟到8小时的固溶热处理，然后在室温下水淬。优选地，通过喷射或浸没在水中实施淬火。0057固溶热处理并淬火后的挤压产品随后以2到4的永久变形进行拉伸。不充分拉伸引起的永久变形，如15的拉伸变形，不能达到所需性能之间的平衡。过度拉伸下的永久变形，如6的变形，尤其不能保证挤压产品的尺寸特点，尤其是关于多个基本矩形之间的角度。0058为获得所需的尺寸特点，实施挤压产品的矫直操作可能是必要的。0059最后通过在100到170的温度下加热5到100小时将挤压产品时效处理。可以一。

24、个或多个阶段实施时效处理。优选地，在130和170之间，更优选地在150和160之间，以一个阶段实施时效处理20到40小时。0060所得到的挤压产品优选地为基本上非再结晶的晶粒结构。在本发明范围内，基本上非再结晶的晶粒结构指的是基本矩形的1/4和1/2厚度之间的再结晶率低于30并优选说明书CN104220616A5/7页8地低于10。0061本发明的挤压产品具有特别优异的力学性能。0062例如，本发明的挤压产品在半厚度处优选地具有以下性能0063对于5MM和16MM之间的厚度0064至少630MPA且优选地至少635MPA的沿L方向的平均拉伸屈服应力RP02，和0065至少625MPA且优选地。

25、至少630MPA的沿LT方向的平均拉伸屈服应力RP02，及0066EA因子0067EARMLRP02L/2ALRMLTRP02LT/2ALT0068至少等于14000且优选地至少等于14500，0069和/或0070对于17MM和30MM之间的厚度，0071至少655MPA且优选地至少660MPA的沿L方向的平均拉伸屈服应力RP02，和0072至少600MPA且优选地至少605MPA的沿L方向的平均拉伸屈服应力RP02，及0073EA因子0074EARMLRP02L/2ALRMLTRP02LT/2ALT0075至少等于9500且优选地至少等于9800。0076另外，本发明的产品具有优异的韧性。。

26、0077例如，本发明的产品优选地在5MM和16MM之间的厚度下具有至少24MPA且优选地至少25MPA的韧性K1CLT，及在17MM和30MM之间的厚度下具有至少21MPA且优选地至少22MPA的韧性K1CLT。0078最后，本发明的产品具有优异的抗腐蚀性。例如，在根据标准ASTMG44和ASTMG49的于采样试样的LT方向上的450MPA压力下的应力腐蚀测试中，本发明的挤压产品具有至少30天的抗腐蚀性。0079本发明的挤压产品尤其有益于航空工业。例如，本发明的产品作为机身加劲肋或纵向加劲肋、环架、翼肋、地板梁或地板轮廓、或座椅轨道用于航空工程。在一个优选实施方案中，本发明的产品用作地板梁，尤。

27、其是作为飞机的下层地板或称货物层地板的梁，该层在撞击过程中尤为重要。实施例0080实施例10081在此实施例中，制备并以粗糙形块铸造了5种合金，表1给出了它们的组成。0082表1以重量表示的合金的组成0083CULIMNMGZRAGTISIFEAINV452102037035011021003005005BREF436113001035013033005003001说明书CN104220616A6/7页9CREF430117031039012035002006003DREF410098000035012035002004003EREF416102000036014029003005003008。

28、4INV发明REF参照0085在根据组成调整的490到520的一个温度下将粗糙形块均匀化，以图1所述的挤压产品的形状挤压该粗糙形块，其中，基本矩形的厚度在17MM和22MM之间，采用约460的初始热加工温度。在500到520之间的一个适用于该合金的温度下固溶热处理所得到的挤压产品，淬火，拉伸约3并于155下时效30小时。0086表2示出了于18MM厚度的挤压产品的底部中于半厚度处和四分之一宽度处取样的直径10MM的圆柱形试样所获得的力学性能。为了评价撞击中的能量吸收，计算了以下参数0087EARMLRP02L/2ALRMLTRP02LT/2ALT0088所获得的挤压产品的结构基本上为非再结晶的。

29、。1/4和1/2厚度之间的再结晶晶粒结构率低于10。0089表2各种合金所获得的力学性能。0090合金ABCDERMLMPA679667668648664RP02LMPA663650653629645EL811048093101RMLTMPA641635619601622RP02LTMPA608599590569596ELT7262515359K1CLTMPAM1/2225228214286239K1CTLMPAM1/2188183195227190EA9,89610,6358,3319,03310,20400910092图2示出拉伸屈服应力和EA参数之间的平衡。本发明的合金能够达到特别优异的。

30、平衡。0093由本发明的合金A制成的挤压产品经历了根据标准ASTMG44和ASTMG49的于LT方向取样的试样在450MPA压力下的应力腐蚀测试。在30天的测试之后未观察到失效试样。说明书CN104220616A7/7页100094实施例20095在此实施例中，实施例1中示出的合金A和B以不同形状的和具有5MM和12MM之间的较薄的基本矩形厚度的挤压产品的形式被挤压。粗糙形块在500下均匀化15小时，随后在510下均匀化20到25小时，采用约460的初始热加工温度以I形的挤压产品的形式挤压该粗糙形块。在约510下固溶热处理获得的挤压产品，淬火，拉伸约35并在155下时效处理30小时。0096在。

31、“全厚度”试样上测量了长度方向的力学性能，所述试样对于所获得的各种轮廓取自挤压产品的各基本矩形5、7和12MM厚度并平均。由于表面附近的不同微观结构的影响，“全厚度”测量低估了机加工的试样的半厚度处测量的实际值。0097引入校正因子以修正此影响，然而，选择该因子以致机加工的试样的实际值将必然大于所显示的矫正值。横向的力学性能于取自最薄的厚度处的机加工试样测得，由于本测量所要求的试样的长度，此处为可进行这种测量的唯一区域。韧性于取自最大厚度区域的试样测得。0098所获得的挤压产品的结构基本上为非再结晶。1/4和1/2厚度之间的再结晶晶粒结构率低于10。0099表3示出了所获得的力学性能。0100表3各种合金所获得的力学性能。0101合金ABRML661651RP02L639627EL10898RMLT664663RP02LT633622ELT116118K1CLT253229K1CTL237194EA14,54013,84001020103校正因子1033应用于全厚度试样所得到的结果0104同样，本发明的挤压产品达到比参照的挤压产品更理想的机械强度与参数EA之间的平衡。说明书CN104220616A101/1页11图1图2说明书附图CN104220616A11。