[发明专利]适于航空应用的Al-Cu-Li合金产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于结构元件的铝合金，特别是一种Al-Cu-Li型的合金产品，更特别地是一种Al-Cu-Li-Mg-Ag-Mn合金产品，所述铝合金产品组合了高强度和高韧性。由该铝合金产品制成的产品非常适合于航空应用，但不限于此。可以将该合金加工成各种产品形式，例如，片件、薄板、厚板、挤压产品或铸造产品。

发明背景

如本文以下要理解的，除另外说明，合金牌号和状态标号(temperdesignations)是指于2007年由铝协会颁布的“铝标准和数据及登记备案”中的铝业协会标号。

关于任何对合金组分或优选合金组分的说明，提到百分比时都是指重量百分比，除非另作说明。

本文所使用的术语“大约”，当用于描述组分范围或添加的合金元素的量的时候，意思是所述添加的合金元素实际的量可以由于如本领域技术人员所理解的标准工艺的变化的因素，偏离标称预期量而变化。

术语“基本上不含”意思是不具有故意地加入到合金组合物的该组分的显著量，应理解的是，痕量的附加元素和/或杂质可能存在于所期望的终端产品中。

在航空工业一般所熟知的是，减小飞机重量的最有效的方法之一是降低用于飞机制造的铝合金的密度。该期待导致了向铝合金中加入锂，密度最小的金属元素。铝协会合金如AA2090和AA2091含有大约2.0重量％的锂，其比不含锂的合金轻了大约7％的重量。铝合金AA2094和AA095含有大约1.2重量％的铝。另一种铝合金，AA8090含有大约2.5重量％的锂，其比不含锂的合金轻了几乎10％的重量。

然而，铸造这样含有相对大量的锂的常规合金是困难的。此外，这样合金所结合的强度和断裂韧性不是最优化的。折衷存在于传统的铝-锂合金中，其中断裂韧性随强度的增大而减小。航空铝合金的另一个重要的性质是疲劳裂缝生长抗性。例如，在飞机的耐损坏应用中，增加的疲劳裂缝生长抗性是期望的。较好的疲劳裂缝生长抗性意味着裂缝将较缓慢地生长，因此使得飞机更安全，因为小裂缝可以在它们达到灾难性传播的临界尺寸之前被探测到。此外，较慢的裂缝生长由于可以实施较长的检查间隔而具有经济利益。

一些其它的现有技术文献为：

US-2004/0071586公开了一种宽范围的铝合金，其以重量％计包括：3-5％的Cu、0.5-2％的Mg、和0.01-0.9％的Li。其公开了Li含量应当保持在低水平与已控制量的Cu和Mg组合以提供希望水平的断裂韧性和强度。优选地，Cu和Mg在合金中以低于合金溶解限度的总量而存在。

WO-2004/106570公开了用作结构元件的另一种Al-Cu-Li-Mg-Ag-Mn-Zr合金。该合金以重量计％包括：2.5-5.5％的Cu、0.1-2.5％的Li、0.2-1％的Mg、0.2-0.8％的Ag、0.2-0.8％的Mn、以及高达0.3％的Zr、余量的铝。

US-2007/0181229公开了一种铝合金，其以重量％计包括：2.1-2.8％的Cu、1.1-1.7％的Li、0.1-0.8％的Ag、0.2-0.6％的Mg、0.2-0.6％的Mn、Fe和Si的含量分别小于或等于0.1％、余量的杂质和铝，并且其中所述合金基本上不含锆。报道称低的Zr含量是为了增强韧性。

因此，存在用于飞机应用的铝合金的需要，该铝合金具有高断裂韧性、高强度和出色的疲劳裂缝生长抗性。

发明描述

本发明的一个目的在于提供AlCuLi型的合金产品，其理想地被用于结构元件并具有高强度与高韧性的平衡。

本发明的另一个目的在于提供一种制造这样的铝合金产品的方法。

这些目的和其它目的以及进一步的优点被本发明满足或超越，本发明提供用于结构元件的铝合金产品，其具有的化学组成以重量％计包括：3.4-5.0的Cu、0.9-1.7的Li、大约0.2-0.8的Mg、大约0.1-0.8的Ag、大约0.1-0.9的Mn、最大为1.5的Zn、选自：(大约0.05-0.3的Zr、大约0.05-0.3的Cr、大约0.03-0.3的Ti、大约0.05-0.4的Sc、大约0.05-0.4的Hf)的一种或多种元素、Fe＜0.15、Si＜0.5、普通且不可避免的杂质和余量的铝。

所述合金产品可以含有普通和/或不可避免的元素和杂质，通常每种＜0.05％且总量＜0.2％，并且余量由铝制成。

任选地，所述合金产品可以含有0-1％，且优选为0-0.1％的晶粒细化剂元素，该元素选自：B、TiB₂、Ce、Nb、Er和V。