專利名稱：具有高韌性和高疲勞強(qiáng)度的鋁合金制成的產(chǎn)品的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高韌性和高疲勞強(qiáng)度的鋁合金(特別是Al-Zn-Cu-Mg型合金)制成的軋制、擠出或者鍛造產(chǎn)品的新生產(chǎn)方法，以及使用這種方法獲得的產(chǎn)品，尤其是由這種產(chǎn)品制成并且用于飛行器構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。它是以將鋇引入鋁基液體合金為基礎(chǔ)的。
背景技術(shù)：
已知在生產(chǎn)用于航空構(gòu)造的半成品或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，所需的各種性能并不能全部同時并且彼此獨(dú)立地被最優(yōu)化。當(dāng)改變合金的化學(xué)組成和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝參數(shù)時，幾種關(guān)鍵性能可能會出現(xiàn)對抗性的傾向。對于下述的性能來說有時情況即是如此首先是被統(tǒng)稱為“靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度”的性能(特別是極限拉伸應(yīng)力Rm和拉伸屈服應(yīng)力Rp0.2)，其次是被統(tǒng)稱為“損傷容限”的性能(特別是韌性和抗裂紋擴(kuò)展強(qiáng)度)。而且，一些工作性能(如疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性、可成形性和斷裂伸長率)以一種復(fù)雜并且常常不可預(yù)知的方式與這些機(jī)械性能(或“特性”)相關(guān)聯(lián)。因此，用于機(jī)械構(gòu)造(例如在航空領(lǐng)域中)的材料的所有性能的最優(yōu)化常常要求幾種關(guān)鍵參數(shù)之間的折衷。
例如，在大容量民用飛機(jī)中，通常使用7xxx型合金的機(jī)翼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這些構(gòu)件必須具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好的韌性和良好的疲勞強(qiáng)度。可以改進(jìn)這些組性能之一且不損害其它性能的任何新措施都將是非常有用的。
至于韌性，眾所周知，為了提高彌散硬化鋁合金的韌性，必須要降低鐵和硅的殘留含量；這在商業(yè)上被稱作“Staley第七黃金定律”(J.T.Staley，″Microstructure and Toughness of High-Strength AluminumAlloys″Properties Related to Fracture Toughness，ASTM STP 605，AmericanSociety for Testing and Materials，1976，p.71-103)。實際上，這種作用幾乎在所有的彌散硬化鋁合金中都可以觀察到，而不管它們的韌性程度。鐵和硅是鋁的天然雜質(zhì)。除了用于生產(chǎn)高純度鋁的特定純化方法(例如偏析法)之外，目前并沒有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)方法來減少液體鋁浴中的鐵和硅含量。而且，這些元素在鋁和這些合金被再循環(huán)利用時往往會累積。為了減少這些雜質(zhì)的含量，所有可以做的就是用更純的金屬來稀釋它們，這要么通過使用鐵+鋁含量通常為大約0.2-0.3％的電解金屬(稱作“原鋁”)來進(jìn)行，要么通過使用精煉金屬來進(jìn)行。該操作明顯地提高了這兩種情況下(尤其是第二種情況下)的成本。
鐵和硅雜質(zhì)還對疲勞強(qiáng)度具有不利影響。鐵和硅殘留含量的降低通常將提高疲勞強(qiáng)度，前提是在生產(chǎn)液體金屬的過程中和在鑄造過程中要采用通常的預(yù)防措施來防止形成夾雜物和在金屬中引入氫。
眾所周知，鐵和硅元素與鋁形成幾乎不溶的金屬間相，例如Al7Cu2Fe、Al6(FeXMn1-X)(其中0＜x＜1)、Al12Fe3Si、Al9Fe2Si2和Mg2Si。當(dāng)它們具有大尺寸時，這些相比它們具有小尺寸時更加有害。遺憾地是，在鑄造時通過改變物理參數(shù)(尤其是固化速率)來對它們的尺寸起作用的可能性相當(dāng)有限。
面對通過物理處理的方法減少鐵和硅的金屬間相并改變它們的尺寸和形態(tài)的困難，已經(jīng)想到通過添加某些化學(xué)元素來改變它們的尺寸和形態(tài)。這種效果如果能夠觀察到的話也只有在不會對成品的其它性能產(chǎn)生不利影響的條件下才是工業(yè)可用的。因此，Na和/或Sr被添加到某些Al-Si型鑄造合金中，以獲得精細(xì)形成的纖維狀Si相而不是粗糙形成的棱柱形相。專利FR1507664(MetallgesellschaftAktiengesellschaft)提到通過添加0.001-2％的鍶和/或鋇(Ba)到Si含量為5-14％的Al-Si鑄造型合金中產(chǎn)生了細(xì)的共晶結(jié)構(gòu)；這種效果通過同時添加鈹(Be)而得到增強(qiáng)。專利EP1230409B1(RUAG Components)公開了通過添加鋇(0.1-0.8％)到硅含量為至少5％的鋁合金中來提高它們的觸變可成形性。對于彌散硬化的變形合金(alliages de corroyage)來說，專利US4,711,762(Aluminum Company of America)提出了添加鍶(Sr)、銻(Sb)和/或鈣(Ca)到Al-Zn-Cu-Mg型合金中以減小Al7Cu2Fe、Al2CuMg和Mg2Si相的尺寸。
在其它現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了含鋇的鋁基合金。在大多數(shù)情況下，其作用是使溶渣更為流動；另一方面，其對產(chǎn)品性能的影響并未被描述。因而，專利GB505728(L′Eléctrique)描述了一種鋁基合金，該合金用于生產(chǎn)冷拉絲并且包含Zn 5-6.5％，Mg 2-3.5％，Si 0.15-0.5％，Mn 0.25-1％，Mo 0.20-0.60％，Co 0.20-0.60％，K 0-0.12％，Ba 0-0.25％，Sb 0-0,1％，W 0-0.50％，Ni 0-1％，Ti 0-0.40％，其中鋇以氯化物的形式添加，以使溶渣更為流動；在金屬產(chǎn)品中的這個鋇含量還應(yīng)當(dāng)具有硬化作用。
專利GB 596,178(Tennyson Fraser Bradbury)描述了將最大總含量為0.15％的Na、K、Ba和/或P元素添加到鋁基合金中，該合金包含Cu 5.00-9.50％，Zr，Ni，Ce總計0.05-1.00，Si 0.02-0.40％，F(xiàn)e 0.02-0.50％，Zn 0.00-0.25％。它是用于活塞的鑄造合金。鋇的作用和添加方式均未提及。
專利US 4,631,172(Nadagawa Corrosion Protection Co.)描述了一種用作犧牲陽極的鋁基合金，其包含3.2％Zn，1.5％鎂，0.02％銦，0.01％錫和/或鈣和鋇，鋇含量在0.002％至1.0％之間變化。另一種組成包含Zn 2.5％，Mg2.5％，In 0.02％，Ca和/或Ba 0.005-1.0％，Si 0.004-1.0％。通過添加鈣和/或鋇提高了電流密度并保證犧牲陽極均勻的損耗。專利申請JP 61 096052 A描述了一種鋁基合金犧牲陽極，其組成為Zn 1-10％，Mg 0.1-6％，In 0.01-0.04％，Sn 0.005-0.15％，Si 0.09-1％，Ca和/或Ba 0.005-0.45％。
專利CH 328 148(Wilhelm Neu)描述了將氫化鋇引入到含有不小于40％鋅的鋅鋁型合金中。
專利US 3,310,389(High Duty Alloys Ltd)提到在鋁基合金中存在總含量最高達(dá)0.2％的鋇、鈣和/或鍶，該鋁基合金包含Cu 2.2-2.7％，Mg 1.3-1.7％，Si 0.12-0.25％，F(xiàn)e 0.9-1.2％，Ni 0.9-1.4％，Ti 0.02-0.15％。
專利RU 2 184 167(發(fā)明人I.N.Fridljander等)描述了一種在航空構(gòu)造中用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鋁基合金，其包含Cu 3.0-3.8％，Li 1.4-1.7％，Zr0.0001-0.04％，Sc 0.16-0.35％，F(xiàn)e 0.01-0.5％，Mg 0.01-0.7，Mn 0.05-0.5％，Ba 0.001-0.2％，Ga 0.001-0.08％，Sb 0.00001-0.001％。
專利RU 1 678 080(Institut khimii im.V.I.Nikitina)描述了一種鋁基合金，其組成為Cu 5.0-5.5％，Cr 0.i-0.4％，Mn 0.2-0.6％，Zr 0.1-0.4％，Ti 0.1-0.4％，Cd 0.05-0.25％，Sr或Ba 0.01-0.1％。
已發(fā)現(xiàn)，這些合金中大部分包含不常見的元素如銦、鎳、鋰、鎘、鉬或鎢，因而與在航空構(gòu)造中通常使用的合金相比它們是特殊合金，并且這不考慮可能添加鋇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新方法，用以改變Al-Cu-Mg或Al-Zn-Cu-Mg型的彌散硬化變形鋁合金中的不溶鐵和硅相的形態(tài)，并且由此獲得具有高機(jī)械強(qiáng)度(其還表示為優(yōu)異的韌性和疲勞強(qiáng)度)的新產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的在于具有高韌性和疲勞強(qiáng)度的Al-Cu、Al-Cu-Mg或Al-Zn-Cu-Mg型鋁合金制成的變形產(chǎn)品(produits corroyés)的生產(chǎn)方法，包括鑄造粗成形件(forme brute)(例如擠出坯件、鍛造坯件或者軋制板)并且使所述粗成形件熱變形，所述方法的特征在于將0.005-0.1％的鋇添加到所述合金中。
本發(fā)明的另一個目的是用于航空構(gòu)造中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它由包含0.005-0.1％鋇的Al-Cu、Al-Cu-Mg或Al-Zn-Cu-Mg型合金制成的軋制、擠出或者鍛造產(chǎn)品生產(chǎn)?？赏ㄟ^本發(fā)明方法獲得的這種產(chǎn)品或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件可有利地用在需要高韌性和/或疲勞強(qiáng)度的應(yīng)用中，以作為例如機(jī)翼上表面或下表面的構(gòu)件(機(jī)翼蒙皮)、加強(qiáng)件、桁條或者翼肋，或者用于密封隔板的構(gòu)件(隔框)。


圖1所示為在基質(zhì)選擇性溶解在7449合金中之后的粗鑄件狀態(tài)下的Al-Fe-Cu類相的形態(tài)(通過場效應(yīng)槍掃描電子顯微鏡(FEG-SEM)獲得的顯微照片)現(xiàn)有技術(shù)的合金7449(放大倍率參見圖注左下部的3μm條)。樣品P4068#66。
圖2所示為Al-Fe-Cu類相的形態(tài)根據(jù)本發(fā)明添加了鋇的合金7449(放大倍率參見圖注左下部的10μm條)。樣品P4078-1#37。
圖3所示為同時具有兩種形態(tài)的樣品中的Al-Fe-Cu類相的形態(tài)合金7449(添加了鋇)，在同一個結(jié)構(gòu)中同時共存AlFeCu相(Si)的未變化的形式(“無Ba”，左邊)和變化的形式(“具有Ba”，右邊)(放大倍率參見圖注左下部的10μm條)。
圖4和5所示為在添加了鋇的7449型合金中的Al-Fe-Cu類相的形態(tài)。注意到共晶化合物的“海膽形”的形態(tài)(圖4)和“椰菜形”的形態(tài)(圖5)。
本發(fā)明的合金7449(添加了鋇)(放大倍率參見圖4左下部表示1μm的條)。樣品P4078-1#37。
圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)的7449合金中的小板形式的Al-Fe-Cu類相的形態(tài)。樣品P4013-1-#66。
圖7示出了隨7449合金R0.2(L)變化的在406mm寬和6.35mm厚CCT型試件上測量的韌性Kapp的對比。注意到，本發(fā)明的產(chǎn)品(“Ba”)與現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品(“ref”)相比具有更好的韌性。
具體實施例方式
a)定義除非另有說明，否則關(guān)于合金化學(xué)組成的所有標(biāo)示都表示為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。因此，數(shù)學(xué)表達(dá)式“0.4Zn”是指以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的鋅含量的0.4倍；這已做必要修正地應(yīng)用于其他化學(xué)元素。合金標(biāo)號按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的Aluminum Association規(guī)則。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN515中限定了冶金狀態(tài)。例如，正火鋁合金的化學(xué)組成在標(biāo)準(zhǔn)EN573-3中限定。除非另有說明，否則靜態(tài)機(jī)械性能，換句話說，極限拉伸強(qiáng)度Rm，拉伸屈服應(yīng)力Rp02和斷裂伸長率A由根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN10002-1的拉伸試驗確定，獲取試樣的位置和方向由標(biāo)準(zhǔn)EN485-1限定。疲勞強(qiáng)度由按照ASTM E 466的試驗確定，疲勞裂紋擴(kuò)展速率(也稱作da/dn試驗)依照ASTM E 647，并且臨界應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)Kc、Kco或Kapp依照ASTME561。術(shù)語“擠出產(chǎn)品”包括所謂的“拉伸”產(chǎn)品，即通過擠出然后拉伸的產(chǎn)品。
除非另有說明，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12258-1的定義是適用的。
在本說明中，“變形產(chǎn)品(produit corroyé)”是指在其固化之后已經(jīng)對其進(jìn)行了變形操作的產(chǎn)品，這種變形操作可以是軋制、鍛造、擠出、拉伸或者沖壓，不過這種羅列并不是限制性的。
在本說明中，機(jī)械構(gòu)造的“結(jié)構(gòu)構(gòu)件”是指這樣的一種機(jī)械部件，如果該部件出現(xiàn)問題則會危及所述構(gòu)造、其用戶，其乘客及其他人的安全。對于飛行器來說，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其包括構(gòu)成機(jī)身的構(gòu)件(諸如機(jī)身蒙皮)，桁條，隔框，周圍構(gòu)架，機(jī)翼(諸如機(jī)翼蒙皮)，桁條或加強(qiáng)件，翼肋和翼梁以及尤其是由水平或豎直的穩(wěn)定器構(gòu)成的尾翼，以及地板梁，座椅軌和門。
在本說明中，“整體式結(jié)構(gòu)”是指飛行器的一部分的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被設(shè)計為在盡可能大的尺寸上使材料的連續(xù)性最大化，以減少機(jī)械裝配點(diǎn)的數(shù)目。整體式結(jié)構(gòu)可以通過在本體中進(jìn)行機(jī)械加工來制造，或者通過使用例如由擠出、鍛造或鑄造獲得的成形件來制造，或者通過焊接由可焊接合金制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件來制造。因此，可以獲得由單一部件制成的較大的構(gòu)件，其無需裝配或者具有較少的裝配點(diǎn)數(shù)目，這是相比于其中薄或厚板(取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目的，例如機(jī)身構(gòu)件或機(jī)翼構(gòu)件)通常通過鉚接被固定在加強(qiáng)件和/或構(gòu)架(它可由擠出或軋制產(chǎn)品通過機(jī)械加工制造)上的結(jié)構(gòu)的。
b)本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明可適用于Al-Cu、Al-Cu-Mg或者Al-Zn-Cu-Mg型的所有彌散硬化變形鋁基合金。更具體地，可應(yīng)用于本發(fā)明的Al-Cu型合金是包含1-7％的Cu，更特別地含3-5.5％Cu的合金。本發(fā)明可應(yīng)用于Al-Cu-Mg型合金，該合金包含1-7％的Cu和0.2-2％的Mg，并且更特別地是3.5-5.5％的Cu和1-2％的Mg，可以理解，鐵和硅的含量各自必須不超過0.30％。這些合金可以包含總計最高達(dá)約3％的其它合金元素和雜質(zhì)。這些元素包括錳、鋰和鋅。而且，并且仍然作為示例，該合金還可以包含常規(guī)添加的鋯、鈦或鉻。本發(fā)明的方法可以有利地應(yīng)用于Al-Mg-Cu型合金或者2xxx系列中的合金，特別是通常在航空構(gòu)造中使用的合金，即2024，2024A，2056，2022，2023，2139，2124，2224，2324，2424，2524和它們的變體。另一方面，本發(fā)明排除所謂的非機(jī)添加工合金如2004、2005和2030，它們包括添加Pb、Bi或者Sb以便獲得不連續(xù)的屑。
可應(yīng)用于本發(fā)明的Al-Zn-Cu-Mg型合金是包含4-14％的鋅，更特別地7-10.5％的鋅，1-3％的Cu，更特別地1.4-2.5％的Cu，1-3％的Mg，更特別地1.7-2.8％的Mg的合金，可以理解，鐵和硅的含量各自必須不超過0.30％。這些合金可以包含總計最高達(dá)2％的其它合金元素和雜質(zhì)。這些元素包括錳。而且，仍然作為示例，該合金還可以包含常規(guī)添加的鋯、鈦和鉻。本發(fā)明的方法可以有利地應(yīng)用于7xxx系列中的合金，特別是通常在航空構(gòu)造中使用的合金，即7010，7050，7055，7056，7150，7040，7075，7175，7475，7049，7149，7249，7349和7449，以及它們的變體。
本發(fā)明的方法包括使用任何已知方法鑄造粗成形件，例如軋制板、擠出坯件或者鍛造坯件。這種粗成形件隨后被熱加工，例如通過軋制、擠出或者鍛造來進(jìn)行。本發(fā)明并不適用于通過快速固化制造的產(chǎn)品，即固化速率通常大于600℃/min，這將導(dǎo)致明顯不同的微觀組織。該方法還可以包括其它熱處理或者機(jī)械處理步驟，通常是均勻化、冷加工、固溶處理、人工或者自然時效，中間或者最終退火。
申請人出人意料地發(fā)現(xiàn)，非常少量鋇的存在部分地中和了鐵和硅對某些性能的有害影響，這將在下文中進(jìn)行解釋。這導(dǎo)致金屬間相，特別是(Al-Cu-Fe型)鐵金屬間相的形態(tài)改變。共晶金屬間相是分裂的(“海膽”或者“椰菜”形態(tài)，參見圖2)，而它們不含鋇時的形狀則較寬大(“花瓣”、“小板”或者“卷心菜葉”的形態(tài)，參見圖1)。這些共晶相可以是(在添加鋇的合金中)Al-Fe-Cu型或者(在未添加鋇的合金中)Al-Fe-Si-Cu型的?？梢钥吹?，在存在鋇的情況下，硅通過析出而明顯消失。
由本發(fā)明方法改進(jìn)的產(chǎn)品的主要性能尤其是韌性、疲勞強(qiáng)度和具有高應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)ΔK的抗裂紋擴(kuò)展強(qiáng)度da/dn。這種效果在未再結(jié)晶的組織中特別明顯。
在第一實施方案中，添加鋇與硅的合金。Si(70％)-Ba(30％)型合金是合適的；這種產(chǎn)品可以在市場上獲得。該合金的硅含量可以在50％-90％之間變化。本發(fā)明也可以使用包含高達(dá)20％鐵的同一類型的其它合金，該合金的硅含量因而可以在30％-90％之間變化，而鋇含量則可以在10％-40％之間變化。
在第二實施方案中，以金屬形式，優(yōu)選以與目標(biāo)鋁合金的一種或多種組分的金屬間化合物或者合金的形式添加鋇。例如，Al-Ba或者Zn-Ba型合金是合適的。這些金屬間化合物或者合金可以直接通過下述方式獲得按照已知方法，使用鋁或者鋅還原氧化鋇BaO。
在這兩種實施方案中，鋇的用量是非常低的，優(yōu)選小于0.1％，甚至更優(yōu)選小于0.05％。0.005％-0.03％之間的值可能是合適的。當(dāng)添加Ba-Si合金時，應(yīng)當(dāng)考慮到這種合金在液體鋁中相對低的溶解度。第二種實施方案在應(yīng)用于具有相對高的硅含量(例如約0.10％)的鋁合金時是特別有益的。另一方面，金屬鋇是昂貴的。第一實施方案使用不太貴的鋇合金但提高了鋁合金中的硅含量和可能的鐵含量。但是，令人驚奇地是，硅和可能的鐵的含量的提高并沒有損害韌性或者疲勞強(qiáng)度。這是與硅和可能的鐵并不是以相同的方式引入的事實相關(guān)聯(lián)的；相形態(tài)明顯改變。
根據(jù)本發(fā)明的方法可用于生產(chǎn)由Al-Zn-Mg-Cu型合金制成的半成品或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該合金包含7-10.5％鋅，1.4-2.5％銅和1.7-2.8％的鎂，例如7049、7149、7249、7349或者7449合金，該合金具有按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM E561在中間厚度獲取的具有W＝406mm和B＝6.35mm的CCT型試件上測量的韌性Kapp(L-T)為大于86MPa√m。這種半成品或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服應(yīng)力Rp0.2(L)大于600MPa。
申請人還觀察到，與相應(yīng)的不含鋇的產(chǎn)品相比，本發(fā)明的產(chǎn)品具有更好的耐剝離腐蝕性(EXCO試驗)，其是在中間厚度獲取的試件上測定的。耐應(yīng)力腐蝕性也略有提高。
由于其顯著的機(jī)械性能，本發(fā)明的產(chǎn)品可以具有許多可能的應(yīng)用，并且特別有利地使用所述產(chǎn)品作為航空構(gòu)造中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且尤其是作為機(jī)翼上表面構(gòu)件或者機(jī)翼下表面構(gòu)件，機(jī)翼蒙皮構(gòu)件、加強(qiáng)件、桁條、翼肋或者用于隔框的構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的方法具有幾個優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明添加鋇的方法可以防止使用氫化物，該氫化物會提高殘留氫含量，該殘留氫含量會在固化的金屬中形成孔。鋇中和了彌散硬化鋁基合金中殘留硅的不利影響，這導(dǎo)致了更好的韌性，尤其是KIC和Kapp。鋇還提高了耐腐蝕性，尤其是耐剝離腐蝕性。
下面的實施例將描述本發(fā)明的有利實施方案，該實施例是示例性而非限制性的。
實施例1這個試驗研究了通過添加Si-Ba型合金將鋇引入到液體鋁基合金中并且以工業(yè)尺寸軋制板的形式鑄造Al-Zn-Cu-Mg型合金的可能性。在相似的條件下鑄造兩種由Al-Zn-Cu-Mg型鋁制成的軋制板，一種以含大約28％Ba和72％Si的母合金的形式添加鋇(在大約750℃的液體金屬溫度下添加)，而另一種則不添加任何鋇。該液體金屬利用Ar+Cl2混合物進(jìn)行處理。鑄造溫度為665℃，并且鑄造速率為大約65mm/min。用0.8kg的AT5B精煉該金屬。板的截面積是大約2150×450mm。表1示出了化學(xué)組成，該化學(xué)組成是在由澆道中提取的液體金屬所獲得的固體塊上測量的。
表1化學(xué)組成

在爐渣中發(fā)現(xiàn)了一部分添加的鋇(使用量的百分之幾十)。
實施例2利用添加含大約52％硅和30％鋇和18％鐵的合金生產(chǎn)7449型鋁合金(標(biāo)號P4078-1#37)。表2示出了其化學(xué)組成，該化學(xué)組成是在由澆道中提取的液體金屬所獲得的固體塊上測量的。
該合金用0.8kg/t的AT5B精煉并且在685℃以65mm/min的速率鑄造成軋制板。在冷卻和粗篩之后，該板在463℃進(jìn)行均勻化并且在420-410℃下熱軋。在下述條件下對所獲得的片材進(jìn)行固溶處理120℃下6小時然后在150℃下17小時。因此，最終的產(chǎn)品處于T351冶金狀態(tài)。
由于添加了Si-Ba合金，7449型鋁合金的硅含量從0.04％提高至0.09％，F(xiàn)e含量從0.03％提高至0.06％。
類似地還生產(chǎn)沒有任何鋇的標(biāo)準(zhǔn)7449合金。表2示出了其化學(xué)組成，該化學(xué)組成是在由澆道中提取的液體金屬所獲得的固體塊上測量的。
表2化學(xué)組成

添加了鋇的樣品的微觀組織顯示出“海膽形”的共晶化合物(圖4)或者“椰菜形”的共晶化合物(見圖5)。沒有添加任何鋇的樣品的微觀組織包括小板形式的共晶化合物(圖6)。
在T79狀態(tài)下在40mm厚的片上測量靜態(tài)機(jī)械特性。在W406和B＝6.35mm的CCT型試件上測量韌度Kapp(L-T)。
表3機(jī)械特性

在中間厚度獲取的試件上測量的耐剝離腐蝕性結(jié)果(EXCO)顯示出含鋇的7449合金(EXCO性能EA)與不含鋇的參考產(chǎn)品(EXCO性能，EB)相比具有更好的耐剝離腐蝕性。耐應(yīng)力腐蝕性也略有提高。
權(quán)利要求
1.具有高韌性和疲勞強(qiáng)度的Al-Cu、Al-Cu-Mg或Al-Zn-Cu-Mg型鋁基合金制成的變形產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，包括(a)生產(chǎn)包含0.005-0.1％鋇的液體鋁合金，所述鋇(aa)以金屬形式，或者(ab)以與目標(biāo)鋁合金的一種或多種組分或與硅和/或鐵的金屬間化合物或者合金的形式添加；(b)以粗成形件(例如擠出坯件、鍛造坯件或者軋制板)的形式鑄造所述液體合金，(c)對所述粗成形件進(jìn)行熱變形。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述變形產(chǎn)品的鋇含量為0.005-0.03％。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中以與鋁或鋅的金屬間化合物或者合金的形式添加鋇。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其中以Si(70％)-Ba(30％)型合金的形式添加鋇。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中所述鋁基液體合金包含4-14％的鋅，1-3％的銅和1-3％的鎂。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述鋁基液體合金包含7-10.5％的鋅，1.4-2.5％的銅和1.7-2.8％的鎂。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其中向其中添加鋇的鋁基液體合金選自7010，7050，7055，7056，7150，7040，7075，7175，7475，7049，7149，7249，7349和7449合金。
8.權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中所述鋁基液體合金包含1-7％的銅。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述鋁基液體合金另外包含0.2-2％的鎂。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其中所述鋁基液體合金包含3.5-5.5％的銅和1-2％的鎂。
11.權(quán)利要求8的方法，其中向其中添加鋇的鋁基液體合金選自2024，2024A，2056，2022，2023，2139，2124，2224，2324，2424和2524合金。
12.可通過權(quán)利要求1-11中任一項的方法獲得的變形產(chǎn)品。
13.可通過權(quán)利要求5或6的方法獲得的變形產(chǎn)品，其中按照標(biāo)準(zhǔn)ASTME561在中間厚度獲取的具有W＝406mm和B＝6.35mm的CCT型試件上測量的韌性Kapp(L-T)為大于86MPam。
14.可通過權(quán)利要求6、7或13中任一項的方法獲得的變形產(chǎn)品，其中拉伸屈服應(yīng)力Rp0.2(L)大于600MPa。
15.權(quán)利要求12-14中任一項的變形產(chǎn)品作為航空構(gòu)造中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的用途，尤其是作為機(jī)翼上表面或下表面的構(gòu)件，作為機(jī)翼蒙皮的構(gòu)件，作為加強(qiáng)件，作為桁條，作為翼肋或者作為用于隔框的構(gòu)件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高韌性和疲勞強(qiáng)度的Al－Cu、Al－Cu－Mg或Al－Zn－Cu－Mg型鋁合金制成的變形產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，該合金包含0.005－0.1％的鋇。與不含鋇的類似產(chǎn)品相比，這種合金呈現(xiàn)出更好的韌性。
文檔編號C22C21/10GK1977063SQ200580021275
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者E·薩拉茲, P·扎瑞 申請人:愛爾康何納呂公司