[发明专利]高强度、高成形性、低成本铝-锂合金

说明书

揭示了一种高强度、高成形性和低成本2xxx铝‑锂合金。该铝‑锂合金能成形为厚度约为0.01”‑0.249”的锻造产品。本发明的铝‑锂合金一般包含约3.5‑4.5重量％Cu，0.8‑1.6重量％Li，0.6‑1.5重量％Mg，0.03‑0.6重量％的至少一种选自下组的晶粒结构控制元素：Zr,Sc,Cr,V,Hf和其它稀土元素，最高达1.0重量％Zn，最高达1.0重量％Mn，最高达0.12重量％Si，最高达0.15重量％Fe，最高达0.15重量％Ti，最高达0.05重量％的任何其它元素，这些其它元素的总量不超过0.15重量％，其余为铝。Ag不应超过0.5重量％，优选不特意添加Ag。在本发明的合金中，以重量百分比计的Mg的含量至少等于或高于Zn。还提供制备包含本发明的铝‑锂合金的锻造产品的方法。

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及铝-铜-锂-镁基合金产品。

2.相关技术的描述

为了积极降低飞行器重量以获得更好的燃料效率，机身制造者和铝材料制造者正执意寻求低密度铝-锂合金。

当考虑飞行器应用中使用的薄片产品时，飞行器设计者通常使用“中等强度–高损伤容限”合金如AA2024合金及其最近衍生物如2524(参见例如美国专利第5,213,639号)，或“高强度–中等损伤容限”合金如AA7075合金。

对于这两种合金(即AA2024型合金或AA7075型合金)，需要满足其它要求以用于飞行器工业。例如，为了生产飞行器需要的复合部件，需要更佳的成形性，以及较低的飞行器维护和运行成本所需的与现有合金相比更好的耐腐蚀性。

如果关于替代AA2024型合金的低密度、Al-Li基合金(即中等强度-高损伤容限)已经进行了大量的工作，为飞行器设计者提供更佳的代替目前使用的高强度7075片的替代品所开发的Al-Li基产品有限。

Al-Li片的强度对航空应用非常关键。为了更佳的燃料效率，强度较高允许较低的总重量部件设计。作为参考，根据铝协会(The Aluminum Association)出版的“铝标准和数据2013(Aluminum Standards and Data 2013)”，对于约0.05”厚度的片的形式，通常使用的7075-T6铝合金的屈服强度为68ksi。大部分现有的Al-Li片合金与7xxx片相比具有极低的强度。

还众所周知的是，生产铝-锂(Al-Li)产品，特别是极薄的片产品在冶金学和技术上都极富挑战性，其中同时对材料强度、成形性、破裂韧性、耐疲劳性和耐腐蚀性有要求。

冶金学上，对于片材，特别是薄片Al-Li产品，强烈影响最终产品性质的所需微结构和织构更难以控制。微结构和织构受合金的化学组成和大多数制备步骤(例如均化、热轧和冷轧、退火、固溶热处理和伸延)的影响很大。与常规合金相比，Al-Li片，特别是薄片明显更难制备：薄Al-Li片对轧制裂纹、表面氧化和变形更敏感。由于这些限制，只有较小的加工窗口可用于优化所需的微结构和织构。因此，设计实现所需的性质(强度、成形性、成本，以及良好的损伤容限和耐腐蚀性)组合的铝-锂片合金具有很大的挑战性。这些制造上的技术难题很大程度上限制了高强度薄片Al-Li产品的生产。

因此，基于最近(2011)铝协会(Aluminum Association)出版的“登记记录序列-铝和铝合金生产的回火(Registration Record Series–Tempers for Aluminum andAluminum Alloys Production)”，仅有一种Al-Li合金即AA2090,登记为厚度小于0.063”的片材产品，仅有另一种合金即AA2198，登记为厚度小于0.125”的片材产品，以及仅有两种其它合金即AA2195和AA2199，登记为厚度小于0.5”的片材/板材产品。