改進的鋁-銅-鋰合金的制作方法
【專利說明】改進的鋁-銅-鋰合金
[0001] 本申請是申請日為2008年12月4日、申請?zhí)枮?00880119480. 6、發(fā)明名稱為"改 進的鋁-銅-鋰合金"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2007年12月4日提交的、題為"MPROVED ALUMINUM ALLOYS"的美 國臨時專利申請No. 60/992, 330的優(yōu)先權，并涉及2008年12月4日提交的美國專利申請 No._。將上述專利申請通過引用以全部并入本文。
【背景技術】
[0004] 鋁合金在多種應用場合都是有用的。然而，改進鋁合金的一種性能而不劣化另一 性能通常很難做到。例如，增加合金的強度而不降低合金的韌性是困難的。鋁合金令人關 注的其它性能包括耐腐蝕性、密度和疲勞性等。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 廣泛而言，本發(fā)明涉及一種鋁-銅-鋰合金，其具有改進的性能組合。
[0007] 在一方面，該鋁合金為形變鋁合金，其基本上由以下成分組成：3. 4-4. 2重量％ Cu，0. 9-1. 4 重量 ％ Li，0. 3-0. 7 重量 ％ Ag，0. 1-0. 6 重量 ％ Mg，0. 2-0. 8 重量 ％ Zn，0. 1-0. 6 重量％ Mn,和0. 01-0. 6重量％的至少一種晶粒組織控制元素，余量為錯和偶存元素以及雜 質。該形變產品可以為擠壓件、板材、片材或鍛造產品。在一個實施方案中，該形變產品為 擠壓產品。在一個實施方案中，該形變產品為板材產品。在一個實施方案中，該形變產品為 片材產品。在一個實施方案中，該形變產品為鍛造件。
[0008] 在一種方法中，該合金為擠壓鋁合金。在一個實施方案中，該合金具有不大于4% 張拉（stretch)當量的累積（accumulated)冷加工。在其它實施方案中，該合金具有不大 于3. 5%，或不大于3%，或甚至不大于2. 5%的張拉當量的累積冷加工。本文所用的累積冷 加工意指固溶熱處理之后，產品中累積的冷加工。
[0009] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約3. 6或3. 7重量％，或甚至至少約3. 8重 量％的&1。在一些實施方案中，鋁合金包含不大于約4.0或4.1重量％的&1。在一些實施 方案中，錯合金包含銅的范圍為約3. 6或3. 7重量％到約4. 0或4. 1重量％。在一些實施 方案中，錯合金包含銅的范圍為約3. 8重量％到約4. 0重量％。
[0010] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約1. 〇或1. 1重量％的Li。在一些實施方案 中，錯合金包含不大于約1. 3或1. 2重量％的Li。在一些實施方案中，錯合金包含鋰的范圍 為約1. 0或1. 1重量％到約1. 2或1. 3重量％。
[0011] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約0. 3或0. 35或0. 4或0. 45重量％的Zn。 在一些實施方案中，鋁合金包含不大于約0. 7或0. 65或0. 6或0. 55重量％的Zn。在一些 實施方案中，錯合金包含鋅的范圍為約〇. 3或0. 4重量％到約0. 6或0. 7重量％。
[0012] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約0. 35或0. 4或0. 45重量％的八8。在一些 實施方案中，鋁合金包含不大于約〇. 65或0. 6或0. 55重量％的Ag。在一些實施方案中，鋁 合金包含銀的范圍為約0. 35或0. 4或0. 45重量％到約0. 55或0. 6或0. 65重量％。
[0013] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約0. 2或0. 25重量％的Mg。在一些實施方案 中，鋁合金包含不大于約0. 5或0. 45重量％的Mg。在一些實施方案中，鋁合金包含鎂的范 圍為約0. 2或0. 25重量％到約0. 45或0. 5重量％。
[0014] 在一些實施方案中，鋁合金包含至少約0. 15或0. 2重量％的Mg。在一些實施方案 中，錯合金包含不大于約0. 5或0. 4重量％的Mg。在一些實施方案中，錯合金包含猛的范圍 為約0. 15或0. 2重量％到約0. 4或0. 5重量％。
[0015] 在一個實施方案中，晶粒組織控制元素為Zr。在這些實施方案中的一些中，鋁合金 包含0? 05-0. 15重量％的Zr。
[0016] 在一個實施方案中，雜質包含Fe和Si。在這些實施方案中的一些，合金包含不大 于約0. 06重量％的Si(例如，< 0. 03重量％的Si)和不大于約0. 08重量％的Fe(例如， < 0. 04重量^的卩一）。
[0017] 該鋁合金可以實現改進的機械性能和耐腐蝕性能的組合。在一個實施方案中，鋁 合金實現了最少約86ksi的縱向拉伸屈服強度。在一個實施方案中，該鋁合金實現了最 少約20ksiVin的L-T平面應變斷裂韌性。在一個實施方案中，該鋁合金實現了至少約 11.3X103ksi的典型拉伸模量，和至少約11.6X103ksi的典型壓縮模量。在一個實施方案 中，該鋁合金具有不大于約〇.〇971bs./in3的密度。在一個實施方案中，該鋁合金實現了至 少約8. 66X105in的比強度。在一個實施方案中，該鋁合金實現了至少約90ksi的壓縮屈 服強度。在一個實施方案中，該鋁合金耐應力腐蝕開裂。在一個實施方案中，該鋁合金實現 了等級至少為EA的MASTMAASIS。在一個實施方案中，該鋁合金耐電化腐蝕。在一些方面， 一種鋁合金可實現上述性能中的多種（甚至全部）。在一個實施方案中，該鋁合金至少實現 了最少約84ksi的縱向拉伸屈服強度，最少約20ksiVin的L-T平面應變斷裂韌性，并且 耐應力腐蝕開裂和耐電化腐蝕。
[0018] 所述新合金的這些和其它方面，優(yōu)點以及新特點將由接下來的說明性部分來進行 闡明，通過對以下說明和圖表進行分析將對本領域技術人員來說變得清楚，或通過生產或 使用該合金也可以對其進行了解。
【附圖說明】
[0019] 圖la為說明斷裂韌性測試中使用的測試樣品的一種實施方案的示意圖。
[0020] 圖lb為與圖la相關的尺寸和公差的圖表。
[0021] 圖2為說明不同合金的典型拉伸屈服強度與拉伸模量值的坐標圖。
[0022] 圖3為說明不同合金的典型比拉伸屈服強度值的圖。
[0023] 圖4為說明缺口S/N疲勞測試使用的測試試樣的一種實施方案的示意圖。
[0024] 圖5為不同合金的電化腐蝕耐性的圖。
[0025] 詳細說明
[0026] 下面將詳細參照附圖，其至少有助于說明該新合金多種相關實施方案。
[0027] 廣泛而言，本公開涉及具有改進的性能組合的鋁-銅-鋰合金。該鋁合金通常包 含（在一些情形中基本上由以下成分組成）：銅、鋰、鋅、銀、鎂和錳、余量為鋁，任選的晶粒 組織控制元素，任選的偶存元素和雜質。下面的表1公開了依據本發(fā)明的教導一些有用的 合金的組成限定。下面的表2公開了一些現有技術的合金的組成限定。所有數值均為重量 百分比。
[0028] 表1-新合金組成
[0029]
[0030]
【主權項】
1. 一種形變鋁合金產品，由以下成分組成： 3. 4-4. 2 重量 ％ Cu ; L 0-L 3 重量％ Li ; 0. 3-0. 7 重量 ％ Ag ; 0? 1-0. 6 重量 ％ Mg ; 0? 3-0. 8 重量 ％ Zn ; 0. 1-0. 6 重量 ％ Mn ;和 0? 05-0. 15 重量 ％ Zr ; 余量為鋁和偶存元素以及雜質； 其中該形變鋁合金產品實現了至少86ksi的縱向拉伸屈服強度。
2. 權利要求1所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品由以下成分組成： 3. 6-4. 1 重量 ％ Cu ; L 0-L 3 重量％ Li ; 0? 3-0. 7 重量 ％ Zn ; 0? 4-0. 6 重量 ％ Ag ; 0? 2-0. 5 重量 ％ Mg ; 0. 1-0. 4 重量 ％ Mn ;和 0? 05-0. 15 重量 ％ Zr ; 余量為錯和偶存元素以及雜質。
3.權利要求1所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品由以下成分組成： 3. 7-4. 0 重量 ％ Cu ; 1. 1-1. 2 重量 ％ Li ; 0? 4-0. 6 重量 ％ Zn ; 0? 4-0. 6 重量 ％ Ag ; 0? 25-0. 45 重量 ％ Mg ; 0. 2-0. 4 重量 ％ Mn ;和 0? 05-0. 15 重量 ％ Zr ; 余量為錯和偶存元素以及雜質。
4. 權利要求1-3中任一項的形變鋁合金產品，其中雜質包括Fe和Si，且其中形變鋁合 金產品包含不大于〇. 06重量％ Si和不大于0. 08重量％ Fe。
5. 權利要求4所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至少88ksi的縱 向拉伸屈服強度。
6. 權利要求4所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至少90ksi的縱 向拉伸屈服強度。
7. 權利要求4所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至少90. 8ksi的 縱向拉伸屈服強度。
8. 權利要求4所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至少95. 8ksi的 縱向拉伸屈服強度。
9. 權利要求4-8中任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至少 20ksi V in的L-T平面應變斷裂韌性。
10. 權利要求4-8中任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品實現了至 少23ksi V in的L-T平面應變斷裂韌性。
11. 權利要求4-8中任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金實現了至少 27ksi V in的L-T平面應變斷裂韌性。
12. 權利要求4-8中任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金實現了至少 31ksi V in的L-T平面應變斷裂韌性。
13. 權利要求1-3中任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品耐電化腐 蝕。
14. 權利要求1-3任一項所述的形變鋁合金產品，其中該形變鋁合金產品為擠壓件形 式，并具有不大于4%張拉當量的累積冷加工。
15. -種飛機縱梁，其包括權利要求14所述的擠壓鋁合金產品。
16. -種飛機翼梁，其包括權利要求14所述的擠壓鋁合金產品。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進的鋁-銅-鋰合金。該合金可以包含3.4-4.2重量％Cu，0.9-1.4重量％Li，0.3-0.7重量％Ag，0.1-0.6重量％Mg，0.2-0.8重量％Zn，0.1-0.6重量％Mn，和0.01-0.6重量％的至少一種晶粒組織控制元素，余量為鋁和偶存元素以及雜質。該合金相對于現有技術的合金獲得了改進的性能組合。
【IPC分類】C22C21-18
【公開號】CN104674090
【申請?zhí)枴緾N201510073996
【發(fā)明人】E·L·克勒文, R·J·洛加, L·A·尤卡姆, D·K·丹澤, T·K·寇格斯威爾, G·H·布雷, R·R·紹特爾, A·L·威爾森
【申請人】美鋁公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2008年12月4日
【公告號】CA2707311A1, CN101889099A, EP2231888A1, EP2231888B1, EP2829623A1, US8118950, US20090142222, US20120132324, US20140212326, WO2009073794A1