[发明专利]具有改进的机械强度和韧性的铝-铜-锂合金

说明书

技术领域

本发明涉及铝-铜-锂合金产品，更具体地，涉及这类产品及其制造方法和用途，特别是在航空学和航空航天构造领域中。

背景技术

开发轧制、锻造或挤压的铝合金产品，特别是厚的产品，以通过切割、表面加工或机械加工，用大块体制造高强度部件，特别是用在航空工业、航空航天工业或机械构造中的高强度部件。

在这一方面，含锂铝合金极为有利，因为对于添加的每一重量百分比的锂来说，锂使铝的密度减少3％并且弹性模量增加6％。为了让这些合金被选用于飞机，这些合金的性能——就其他使用性质而言——必须和常用合金的一样好，特别是在静态机械强度性质(屈服强度、断裂强度)和损伤容限性质(韧性、抗疲劳裂纹扩张性)之间的折衷方面，这些性质通常是矛盾的。对于厚的产品，这些特性必须特别地在四分之一厚度和一半厚度处获得，因此这些产品必须具有低淬火敏感性。如果这些静态机械性质(例如屈服强度)在淬火速率减小时减小，则这个产品就是淬火敏感的。淬火速率是产品在淬火期间的平均冷却速率。

这些机械特性还必须优选地长时间稳定并且不会由于在使用温度下老化而明显改变。这样，在民用航空应用中延长使用这些产品需要机械特性具有良好的稳定性，这例如通过在85℃老化1000小时进行模拟。

这些合金还必须具有足够的耐腐蚀性，能够采用常用的方法成型并具有低的残余应力以便能够进行整体机械加工。

美国专利5,032,359描述了一大类铝-铜-锂合金，其中添加镁和银，特别是0.3至0.5重量％，能使机械强度增加。

美国专利5,234,662描述了具有下列组成的合金(以重量％计)：Cu：2.60-3.30、Mn：0.0-0.50、Li：1.30-1.65、Mg：0.0-1.8，以及选自Zr和Cr的控制晶粒结构的元素：0.0-1.5。

美国专利5,455,003描述了一种生产Al-Cu-Li合金的方法，该合金特别是由于合适的冷变形(écrouissage)和回火而在低温下具有改进的机械强度和韧性。此专利特别推荐以下组成(以重量％计)：Cu：3.0-4.5、Li：0.7-1.1、Ag：0-0.6、Mg：0.3-0.6、以及Zn：0-0.75。在所述文献中没有提及民用航空应用的产品老化问题，因为其想要的产品主要是火箭发射器或航天飞机的低温存储器。

美国专利7,438,772描述的合金包含(以重量％计)：Cu：3-5、Mg：0.5-2、Li：0.01-0.9，不允许使用更高含量的锂，因为韧性和机械强度之间的折衷会下降。

美国专利7,229,509描述了一类合金，包含(以重量％计)(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、(最高达0.4)Zr或其他晶粒细化剂(例如Cr，Ti，Hf，Sc和V)，特别地对于R_p0.2(L)＞448.2MPa的屈服强度(厚度大于76.2mm的产品)具有K_1C(L)＞37.4MPa√m的韧性，并且特别地对于R_p0.2(L)＞489.5MPa的屈服强度(厚度小于76.2mm的产品)具有K_1C(L)＞38.5MPa√m的韧性。

美国专利申请2009/142222A1描述了一种合金，包含(以重量％计)：3.4至4.2％Cu、0.9至1.4％Li、0.3至0.7％Ag、0.1至0.6％Mg、0.2至0.8％Zn、0.1至0.6％Mn和0.01至0.6％的至少一种控制晶粒结构的元素。

还已知合金AA2050，其中包含(以重量％计)：(3.2-3.9)Cu、(0.7-1.3)Li、(0.20-0.6)Mg、(0.20-0.7)Ag、(最高0.25)Zn、(0.20-0.50)Mn、(0.06-0.14)Zr，以及合金AA2095：(3.7-4.3)Cu、(0.7-1.5)Li、(0.25-0.8)Mg、(0.25-0.6)Ag、(最高0.25)Zn、(最高0.25)Mn、(0.04-0.18)Zr。合金AA2050的产品因其静态机械强度和韧性的品质而著称。

对于由铝-铜-锂合金制成的产品，特别是厚的产品，需要其与已知产品相比具有改进的特性，特别是在静态机械强度性质和损伤容限性质之间的折衷、热稳定性、抗腐蚀性、机械加工性的方面，并且具有低密度。

发明内容

本发明的第一个目的是一种由基于铝的合金制成的锻压产品(produit corroyé)，例如挤压、轧制和/或锻造产品，其含有(以重量％计)：