CN101426945B - 包括差异加工硬化的、用于航空工程的结构元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备铝合金制成的加工产品或者铝合金制成的整体多功能结构元件的方法，所述方法包括热加工步骤，其特征在于，在热加工之后还包括至少一个冷塑性变形的加工步骤，其中，对结构元件的至少两个区域施加相差至少2％的平均广义塑性变形，优选相差至少3％。本发明可制备特别是用于航空工程的结构元件，所述元件在空间上具有可变的使用性质，同时又与现有的元件具有相同的形状特征。本发明方法经济并具有可控性，它主要使未回火的部件的使用性质发生变化。

Description

包括差异加工硬化的、用于航空工程的结构元件的制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金制成的加工产品和结构元件，它们特别是用于航空工程。该加工产品可以为轧制产品(如薄板材、中等厚度板材、厚板材)、拉制产品(如条块、型材、管材或者丝线)和锻造产品。
背景技术
在空间上具有可变性质的整体金属结构元件在目前的航空工业条件下显示出极大的益处。实际上，该结构元件受到一组对立的应力的作用，这就要求对材料和变形条件进行特别选择，这可能导致令人不太满意的折衷。此外，将费时且昂贵的机械装配步骤替换为更加经济的整体元件的整体机械加工步骤受到在整体元件内部的每个几何区域内获得最优性能的能力的限制。因此，制备出在空间上具有可变性质的整体结构元件会非常有益处，这样便可获得每个区域内的性质的最佳折衷，同时又享有整体机械加工方法的经济优势。但是，因为遇到较多的成本及可靠性问题，所以至今没有一种制备在空间上具有可变性质的整体金属结构元件的方法在工业上实现。
因此，在现有技术中，已经提出了多种方法来实现在空间上具有可变性质的整体金属结构元件。
所提出的第一种方案是在回火时对结构元件的端部之间进行不同的热处理。
FR 2 707 092(Pechiney Rhenalu)记载了一种制备在至少一个方向上具有连续变化性质的结构硬化产品的方法，其中，在进行回火时，在一种特制的炉中使产品的一端经受温度T而另一端经受温度t，这种特制的炉包括一个热室和一个冷室，两者由热泵连接。
WO 2005/098072(Pechiney Rhenalu)记载了一种制备方法，其中至少一个回火处理步骤是在控温炉中进行的，所述控温炉包括具有初始温度T1和T2的至少两个区或区组Z1和Z2，其中这两个区的长度为至少一米。
这些方法中的性质变化局限于那些在回火过程中能够相容地改变的性质。在不经热处理的合金的情况下，这类方法不能使用。同样地，对于2XXX系合金，存在大量的以T3或T4状态(不回火)出售的部件，由该方法不可能获得具有可变性质的元件。
另外，专利申请US 2003/226935记载了一种型材，它在垂直于长度方向的同一个平面上、在肋条之间包括一个区，该区具有呈现出更多纤维织构的微结构，以便减小裂纹扩展速度。
在另一项研究中，已经提出将两个不同的合金部件焊接在一起，然后对所得部件进行机械加工。所获得的结构元件即使在空间上表现出材料的连续以及性质的变化，但由于焊接区的存在，也不能被认为是整体结构元件。
PCT申请WO 98/58759(British Aerospace)记载了一种从合金2000和合金7000通过摩擦搅拌焊接法(soudage par friction-malaxage)形成的杂合坯块，从该坯块可机械加工出翼梁。专利申请EP 1 54 7720 A1(Airbus UK)记载了一种通过将通常从不同合金获得的两个部件进行焊接的装配方法，以便在机械加工之后成为一个结构部件而用于航空用途，例如翼梁。
在航空工业中，该问题通过下述方式部分地解决：使空间上性质均匀的结构元件的厚度局部地变化，使其能够在局部范围内抵抗应力。厚度变化通常由装配或机械加工获得。
例如，CA 2317366(Airbus Deutschland)记载了例如通过焊接不同厚度的板材来制造飞机机身元件。还可想到通过层压直接得到不同厚度的板材，以避免装配步骤以及由此带来的技术和经济问题。厚度变化可考虑发生于纵向或者横向(参见例如R.Kopp，C.Wiedner和A.Meyer，International Sheet Metal Review，2005年7月/8月，第20-24页)。
另外，还可考虑多种方法来制造不同厚度的板材，以解决其他的技术问题。拼焊板(tailored blanks)在冶金领域已经公知，它在成形步骤中可节约材料。
JP 11-192502(Nippon Steel)记载了一种获得钢板的方法，所述钢板的厚度和静态机械特性在宽度方向上是变化的。
WO 00/21695(Thyssen Krupp)记载了可在金属板内层压方向上获得不同厚度的截面的方法，这些截面表现出不同的机械性质。
即使板材形状的变化被证实能够节约材料，它仍然在制造、检查、搬运等方面表现出缺点，并且它无法向飞机制造厂中已有的方法直接快速地转化。
本发明要解决的问题是开发一种制备铝合金制成的加工产品及整体结构元件的方法，所述铝合金制成的加工产品及整体结构元件特别是用于航空工程，所述产品及元件在空间上具有可变的使用性质，同时又与现有的产品及元件具有相同的形状特征，所述方法足够经济并具有可控性，它可使制备过程中不需要回火的结构元件的使用性质在空间上变化，并可使结构元件的使用性质在纵向的不同位置上发生变化。
发明内容
本发明的第一目的是一种制备铝合金制成的多功能整体加工产品或结构元件的方法，所述方法包括热加工(transformation àchaud)步骤，其特征在于，在热加工之后还包括至少一个冷塑性变形的加工步骤，其中，对所述结构元件的至少两个区域施加相差至少2％——优选相差至少3％——的平均广义塑性变形(déformation plastique généralisée)。
本发明的第二目的是可由本发明方法获得的、由2XXX合金制成的T3X状态的加工产品或结构元件。
本发明的第三目的是可由本发明方法获得的、由含锂的2XXX合金制成的T8X状态的加工产品或结构元件。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的一个实施方案，其中，由于拉伸台的爪部的移动，位于方向L上的不同位置的三个区域经受由控制拉伸导致的不同的塑性变形。
图2示意性地示出了本发明的一个实施方案，其中，由于截面的不同，位于方向L上的不同位置的三个区域经受由控制拉伸导致的不同的塑性变形。
图3示意性地示出了本发明的一个实施方案，其中，由于轧制前厚度的不同，位于方向L上的不同位置的三个区域经受由冷轧导致的不同的塑性变形。
图4示意性地示出了本发明的一个实施方案，其中，由于轧制前厚度的不同，位于方向l上的不同位置的三个区域经受由冷轧导致的不同的塑性变形。
图5示意性地示出了本发明的一个实施方案，其中，位于不同位置的三个区域经受由压缩导致的不同的塑性变形。
具体实施方式
如无相反说明，则所有涉及合金化学组成的标示，均使用质量百分比表示。因此，数学表达式“0.4Zn”表示：以质量百分比表示的锌的含量为0.4倍；这在适当修改后可用于其他化学元素。合金的命名是根据本领域技术人员公知的铝业协会(The Aluminum Association)的规则。冶金状态和热处理由欧洲标准EN 515定义。标准化铝合金的化学组成由例如标准EN 573-3所定义。如无相反说明，则静态力学性能，即断裂强度Rm、弹性极限Rp0.2和断裂伸长A根据标准EN 10002-1由拉伸试验测定，试件的取样部位和取样方向由标准EN 485-1定义。韧度K1C根据标准ASTM E 399测定。
如无相反说明，则适用欧洲标准EN 12258-1的定义，特别地，非热处理合金是指基本上不可以通过热处理来硬化的合金，热处理合金是指可以通过适当的热处理来硬化的合金。
术语“板材”在这里用于指所有厚度的轧制产品。
冷塑性变形在这里指这样一种塑性变形，即在变形之前以及变形期间均不主动加热金属。存在多种类型的冷塑性变形，主要有冷轧、控制拉伸(整平)、拉丝、拉拔、模锻、冲压、弯曲、压缩和冷锻。热加工是指金属的初始温度至少为200℃的变形步骤。
在将厚度e0轧制为厚度e的情况下，加工硬化率定义为τ(％)＝(e0-e)/e，在将长度L0拉伸为长度L的情况下，加工硬化率定义为τ(％)＝(L-L0)/L0。
广义塑性变形为本领域技术人员所公知，它定义于例如手册《金属成型-可塑性的计算》(《Mise en forme des métaux-Calculs sur laplasticité》)，P.Baque、E.Felder、J.Hyafil和Y.D′Escatha，éditionsDunod，Paris(1973))或者书籍《金属及合金的成型》(《Mise en formedes métaux et alliages》，B.Baudelet编辑，les éditions du CNRS出版，1976，Paris)。通常，该广义变形为变形幅度的量度，根据下式，它可用作与简单拉伸试验相对应的变形值ε，
d ϵ ‾ = 2 3 [ ( dϵ 1 - dϵ 2 ) 2 + ( dϵ 2 - dϵ 3 ) 2 + ( dϵ 3 - dϵ 1 ) 2 ] 1 / 2
其中，dε1、dε2和dε3为基本主变形。
在塑性变形的情况下，体积变化为零，因而有dε1+dε2+dε3＝0。广义塑性变形为连续的不同塑性变形步骤的加和。
若将厚度e0轧制为厚度e，其中该变形为平面(dε3＝0，dε2＝-dε1)，则广义塑性变形等于ε(％)＝(2/√3)ln(e0/e)。
若将长度l0拉伸为长度l，则广义塑性变形等于ε(％)＝ln(l/l0)。
若将长度l0压缩为长度l，则广义塑性变形等于ε(％)＝ln(l0/l)。
平均广义塑性变形在这里指给定体积内广义塑性变形的平均值。
术语“机械加工”包括所有的对材料进行切削加工的方法，如车削、铣削、钻孔、扩孔、攻丝、电蚀、摩削、抛光、化学机械加工。
术语“拉拔产品”还包括在拉拔后进行了拉制的产品，例如通过拉丝模进行冷拉。它还包括拉制产品。
术语“加工产品”指用于进一步加工的半成品(即中间产品)，所述进一步加工主要有锯割、机械加工和/或形成结构元件。在某些情况下，加工产品能够直接作为结构元件使用。加工产品可以是轧制产品(如薄板材、中等厚度板材、厚板材)、拉拔产品(如条块、型材、管材或丝线)以及锻造产品。当加工产品的制造方法包括通过控制拉伸进行的应力释放步骤时，拉伸台的爪部把持的部件末端被切去，以使该部件适合于机械结构。
术语“结构元件”指在机械结构中使用的元件，其静态和/或动态力学性能对该结构的性能及整体性有重要影响，并且通常对结构计算有规定或者进行结构计算。它通常是一种机械部件，若该部件出现故障，则可能危及到所述结构、使用者、乘客等的安全。对于飞机来说，这些结构元件主要包括这样一些元件，它们构成了飞机机身(如机身蒙皮(英文为fuselage skin))、飞机机身的加固件或桁条(stringer)、舱壁(bulkhead)、机身骨架(circumferential frames)、机翼(如机翼蒙皮(wing skin)、加固件(stringer或stiffener)、翼肋(rib)和翼梁(spar))和主要由水平和竖直稳定装置(horizontal or verticalstabilisers)构成的尾翼，以及地板梁(floor beams)、座椅调节导轨(seattracks)和舱门。
术语“整体结构元件”是指从一整块的轧制、拉拔、锻造或铸造半成品，不经过与其他部件的装配--如铆接、焊接、胶合--而获得的结构元件。
术语“多功能结构元件”在这里主要是指由产品的冶金学性能赋予的功能而非由其几何形状赋予的功能。
根据本发明，问题的解决是通过一种制备铝合金制成的加工产品或者铝合金制成的整体多功能结构元件的方法，所述方法在热加工之后还包括至少一个冷塑性变形的加工步骤，其中，对加工产品或结构元件的至少两个区域施加相差至少2％---优选相差至少3％，更优选相差至少4％甚至5％---的平均广义塑性变形。与结构元件的总体积相比，所考虑的区域具有较大的体积。有利地，所考虑区域的体积占加工产品或结构元件总体积的至少5％，优选至少10％，更优选至少15％。有利地，加工产品或结构元件的每个区域经受至少1％、优选至少1.5％的最小广义塑性变形。
有利地，本发明的方法在热加工之后包括至少两个冷塑性变形的加工步骤。
本发明的方法可制备出这样的加工产品和结构元件，它们在主方向或长度方向L上具有最终的主尺寸或长度Lf，在与该方向垂直的平面上具有最终截面Sf。优选地，在加工产品的每个点上截面Sf基本上不变。在加工产品为最终长度Lf、最终宽度lf、最终厚度ef的板材的情况下，优选地在每个点上厚度ef基本上不变。在长度为L、形状复杂的拉拔产品的情况下，优选地在长度上的每个点上，形状是相同的。
机械加工可以是本发明方法的最后一个步骤，用以获得在每个点上最终截面和/或最终厚度基本上不变的加工产品。
本发明的方法可用于制造任何加工铝合金制成的加工产品(优选板材和型材)和结构元件。特别地，本发明可使用非热处理合金，如1XXX、3XXX、5XXX合金和8XXX系的某些合金，特别优选使用含钪的5XXX合金，钪含量优选0.001至5重量％，更优选0.01至0.3重量％。由本发明方法的加工差异导致的力学性能的差异，使得从本发明的非热处理合金加工产品获得的结构元件具有多功能特点。
在本发明的一个有利的实施方案中，使用热处理铝合金，在热加工和第一次冷塑性变形加工之间进行一个固溶处理步骤(étape de mise ansolution)、一个淬火步骤，以及任选地，在冷塑性变形加工步骤之后包括一个回火步骤。特别地，本发明可用于制造由铝合金制成的加工产品或结构元件，所述铝合金为2XXX、4XXX、6XXX和7XXX系铝合金，以及含锂的8XXX系结构硬化合金。在本发明范围内，“含锂的合金”是指锂含量高于0.1重量％的合金。对于2XXX系合金，可进行回火以获得例如T8X状态，或者相反地，进行自然时效生成T3X状态。本发明特别有利地用于制造2XXX合金制成的T3X状态的加工产品或结构元件。
本发明可制造由2XXX合金制成的T3X状态的加工产品或结构元件，其特征在于，包括至少两个区域Z1和Z2，所述至少两个区域Z1和Z2具有选自下列的力学性能(在中间厚度处测量)：
(i)Z1：Rm(L)＞500MPa，优选Rm(L)＞520MPa
并且Z2：A(L)(％)＞16％，优选A(L)(％)＞18％
(ii)Z1：Rm(L)＞450MPa，优选Rm(L)＞470MPa
并且Z2：A(L)(％)＞18％，优选A(L)(％)＞20％
(iii)Z1：Rm(L)＞550MPa，优选Rm(L)＞590MPa
并且Z2：A(L)(％)＞10％，优选A(L)(％)＞14％
(iv)Z1：Rm(L)＞550MPa，优选Rm(L)＞590MPa
并且Z2：K1C(L-T)＞45Mpa√m，优选K1C(L-T)＞55Mpa√m。
还可获得由2XXX合金制成的T3X状态的加工产品或结构元件，其特征在于，包括至少两个区域Z1和Z2，所述至少两个区域Z1和Z2具有下述力学性能(在中间厚度处测量)：
(i)对于在L方向或者LT方向上测得的Rp0.2，差值Rp0.2(Z1)-Rp0.2(Z2)至少为50MPa，优选至少为70MPa，和/或
(ii)对于在L方向或者LT方向上测得的Rm，差值Rm(Z1)-Rm(Z2)至少为20MPa，优选至少为30MPa，和/或
(iii)对于在L-T方向测得的K1c，差值K1c(Z1)-K1c(Z2)至少为5MPa√m，优选至少为15MPa√m。
本发明还可获得由含锂的2XXX合金制成的T8X状态的加工产品或结构元件，其特征在于，包括至少两个区域Z1和Z2，所述至少两个区域Z1和Z2具有选自下列的力学性能：
(i)Z1：Rm(L)＞630MPa，优选Rm(L)＞640MPa
并且Z2：A(L)(％)＞8％，优选A(L)(％)＞9％
(ii)Z1：Rm(L)＞640MPa，优选Rm(L)＞650MPa
并且Z2：A(L)(％)＞7％，优选A(L)(％)＞8％
(iii)Z1：Rm(L)＞630MPa，优选Rm(L)＞640MPa
并且Z2：K1C(L-T)＞25Mpa√m，优选K1C(L-T)＞30Mpa√m。
对于人工时效的合金，特别是7XXX系合金，以及2XXX系中的某些合金，在固溶处理和淬火步骤之后进行的冷塑性变形可改变回火的动力学特征。因此，经过不同的平均广义塑性变形的区域在回火时成为不同的冶金学状态，这为结构元件提供了多功能特点。在本发明的一个适用于所有经受回火的热处理合金的有利的实施方案中，回火在一个具有温度梯度的炉中进行，以使结构元件的末端的性能差异进一步扩大。
在本发明的第一个变化形式中，经受相差至少2％的平均广义塑性变形的加工产品或结构元件的至少两个区域，位于主方向或长度L上的不同位置。此时，有利地，所考虑的区域在垂直于方向L的平面上的截面SZ等于加工产品在该平面上的截面。特别地，当加工产品的截面Sf基本上不变时，截面SZ有利地基本上等于Sf。在该第一个变化形式中，所述区域在方向L上的长度优选至少1m，优选地至少为5m。
有利地，本发明的方法在第一个变化形式中包括至少一个通过控制拉伸进行的冷塑性变形步骤。控制拉伸通常用于实现整平或矫直，并用于释放残余应力。在本发明的一个实施方案中，在进行控制拉伸步骤时，使进行控制拉伸的中间产品的末端显著超出拉伸台的爪部，这样也可用于在加工产品的两个区域之间产生不同的平均广义塑性变形。
图1显示本发明的一个实施方案，其中连续进行3个控制拉伸步骤。中间产品(2)的有效初始长度(即位于爪部之间的长度)为L0，在第一步A中，该中间产品作为整体被拉伸，以进行整平和/或矫直。从而它的第一有效中间长度成为Li1，对于部件(2)的爪部(21)之间的部分来说，平均广义塑性变形等于ε1(％)＝ln(Li1/L0)。拉伸台的至少一个爪部(1)如图1所示进行移动，以使该部件的一端显著超出爪部，该部件在爪部之间的长度成为L1。对部件位于爪部之间的区域进行第二步控制拉伸B，以获得该元件的第二有效中间长度Li2，从而使爪部之间的区域(22)从长度L1变为长度Li2-Li1+L1。因此，在第二步过程中，该区域的平均广义变形等于ε2(％)＝ln((Li2-Li1+L1)/L1)。任选地，至少一个爪部可重新移动，以在长度L2部分上进行至少第三步拉伸。在如图1所示的情况下，该第三步C可获得最终有效长度Lf，位于爪部之间的区域(23)的长度增加Lf-Li2，因而在该第三步期间，平均广义变形等于ε3(％)＝ln((Lf-Li2+L2)/L2)。在第四步D中，进行步骤A时由拉伸台的爪部把持的部件末端被切去。在图1的情况下，四步获得包括三个区域Z11、Z12和Z13的加工产品，其平均广义塑性变形分别为ε11＝ε1，ε12＝ε1+ε2，ε13＝ε1+ε2+ε3。该操作可重复进行所需次数，以在位于主方向L上的不同位置的至少两个区域之间获得相差至少2％的平均广义塑性变形。
图1所示的连续拉伸方法可应用于拉拔产品之类的板材。
图2显示本发明的第一变化形式的另一个实施方案。在该实施方案中，通过剪切、修整、机械加工或者其他任何合适的方法制造出在长度方向L上具有变化截面的中间产品。在图2中，如此获得的中间产品的初始长度为L0，具有截面不同的三个区域S1、S2和S3。在对该截面变化的中间产品进行拉伸步骤时，这些区域的变形是不同的。
在本发明的优选用于制造板材的另一个实施方案中，通过压缩进行至少一个冷塑性变形步骤。该实施方案示于图5中。
在本发明的第一个变化形式的另一个只应用于制造板材的实施方案中，本发明方法包括一个冷轧步骤，其中，板材厚度在轧机的入口处是变化的，在轧机的出口处是基本不变的。图3显示出一个实施方案，其中，板材具有厚度分别为e1、e2和e3的三个区域Z31、Z32和Z33，初始长度为L0，将该板材在两个轧辊(5)之间进行冷轧步骤，使最终厚度为ef。各个区域Z31、Z32和Z33的平均广义塑性变形分别为ε31(％)＝(2/√3)ln(e1/ef)，ε32(％)＝(2/√3)ln(e2/ef)，ε33(％)＝(2/√3)ln(e3/ef)。
在如图3所示的实施方案中所需的在方向L上厚度变化的板材可由例如在热轧时对目标厚度进行变更而获得。在另一个实施方案中，该厚度变化的板材可由对热轧步骤结束时的厚度不变的板材进行机械加工而获得。图3显示了一个实施方案，其中，厚度变化只发生在单面上，另一面保持平整。还可使两面的厚度均发生变化，而没有平整的面。
在本发明的第一个变化形式的另一个只应用于制造板材的实施方案中，本发明方法包括一个冷轧步骤，其中，板材厚度在轧机的入口处基本不变，在轧机的出口处在方向L上是变化的；还包括一个随后的机械加工步骤，以在所有点均获得基本上相同的厚度。
本发明的第二个变化形式专用于制造板材，所述板材在方向L上具有主尺寸或者长度，在方向l上具有横向尺寸或者宽度，在方向e上具有厚度尺寸，结构元件进行相差至少2％的平均广义塑性变形的区域位于横向方向l的不同位置。此时，所考虑的区域在厚度方向e上的厚度eZ有利地等于加工产品的厚度。特别地，当加工产品的厚度ef基本上不变时，厚度eZ有利地基本上等于ef。
在该第二个变化形式中，所述区域的宽度优选至少为0.2m，优选地至少为0.4m。
在该第二个变化形式的一个实施方案中，本发明的方法包括一个冷轧步骤，其中，板材厚度在轧机的入口处在横向方向l上是变化的，在轧机的出口处是基本不变的。板材的厚度变化可主要由热轧、热轧结束时的机械加工或者锻造来获得。该实施方案示于图4中，其中，板材在方向l上位于元件的端部的区域的厚度为e1，在方向l上位于中部的区域的厚度为e2，将该板材在方向L上轧制，直到获得基本上均一的厚度ef。各个区域Z41、Z42和Z43的平均广义塑性变形分别为ε41(％)＝(2/√3)ln(e1/ef)，ε42(％)＝(2/√3)ln(e2/ef)，ε43(％)＝ε41(％)＝(2/√3)ln(e1/ef)。区域Z41和Z43具有相同的初始厚度的实施方案是有利的，但厚度不同的实施方案也是可以的。
在本发明的第二个变化形式的另一个只应用于制造板材的实施方案中，本发明方法包括一个冷轧步骤，其中，板材厚度在轧机的入口处基本不变，在轧机的出口处在方向l上是变化的；还包括一个随后的机械加工步骤，以在所有点均获得基本上相同的厚度。
图5显示另一个实施方案，其中，使用放置于箭头所示方向的工具(6)进行压缩。在结构元件的一部分，在第一步中，厚度从e0减小至e1，随后在第二步中，厚度从e1减小至e2，最后在第三步中，厚度从e2减小至e3，形成三个区域Z51、Z52和Z53。最后的机械加工步骤使得可在所有点均获得基本上相等的最终厚度ef。还可以先对不同厚度的板材进行机械加工，然后再压缩，以获得在所有点都不变的厚度。
实施例1
在本实施例中，获得了合金AA2023制成的厚度为25mm的在空间上具有可变性能的板材。
通过对轧制坯板进行热轧，制造了长30米、宽2.5米、厚28.2mm的板材。
所用合金的组成如下表1所示：
表1：合金AA2023轧制坯板的组成(质量％)
  Si   Fe   Cu   Mg   Ti   Zr   Sc
  0,06   0,07   3,81   1,36   0,024   0,11   0,03
该轧制坯板在500℃匀化12小时。热轧进口温度为460℃。
热轧后，将板材如图3所示进行机械加工，以获得三个区域Z31、Z32和Z33，长度等于10米，厚度如下：
区域Z31：28.1mm
区域Z32：26.3mm
区域Z33：25.5mm
然后将该板材在500℃进行固溶处理并淬火。
然后将该板材进行冷轧，以在整个板材上获得25.5mm的基本上不变的厚度，然后进行控制拉伸，使之永久伸长约2％，控制拉伸结束时，拉伸台的爪部把持的部件的末端被切去。
轧制步骤使区域Z31的长度达到约11米。
在各个区域进行的变形总结于下表2中：
表2：区域Z31、Z32和Z33中的加工硬化率和广义变形。
  区域   轧制加工硬化率   拉伸加工硬化率   总加工硬化率   轧制广义变形   拉伸广义变形   总广义变形
  Z31   10.2％   2.0％   12.4％   11.2％   2.0％   13.2％
  Z32   3.1％   2.0％   5.2％   3.6％   2.0％   5.6％
  Z33   0.0％   2.0％   2.0％   0.0％   2.0％   2.0％
在区域Z31、Z32和Z33中采集样本，以对获得的板材进行表征。力学试验结果示于下表3中：
表3：在区域Z31、Z32和Z33中进行力学试验的结果。
本发明的方法可以在区域Z31、Z32和Z33中获得不同性能的折衷。从而，区域Z31的特征是机械强度提高，但损害了极限伸长，而区域Z33的特点是大幅度伸长，但静态机械强度较弱。
实施例2
在本实施例中，获得了合金AA2024A制成的厚度为15mm的在空间上具有可变性能的板材。
通过对轧制坯板进行热轧，制造了长30米、宽2.5米、厚16.8mm的板材。
所用合金的组成如下表4所示：
表4：合金AA2024A轧制坯板的组成(质量％)
  Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Ti
  0,04   0,07   3,96   0,38   1,29   0,013
该轧制坯板进行匀化，然后热轧。
热轧后，将板材如图3所示进行机械加工，以获得三个区域Z31、Z32和Z33，长度等于10米，厚度如下：
区域Z31：16.7mm
区域Z32：15.9mm
区域Z33：15.3mm
然后将该板材在500℃进行固溶处理并淬火。
然后将该板材进行冷轧，以在整个板材上获得15.3mm的基本上不变的厚度，然后进行控制拉伸，使之永久伸长约2％，控制拉伸结束时，拉伸台的爪部把持的部件的末端被切去。
轧制步骤使区域Z31的长度达到约10.9米。
在各个区域进行的变形总结于下表5中：
表5：区域Z31、Z32和Z33中的加工硬化率和广义变形。
  区域   轧制加工硬化率   拉伸加工硬化率   总加工硬化率   轧制广义变形   拉伸广义变形   总广义变形
  Z31   9.2％   2％   11.3％   10.1％   2.0％   12.1％
  Z32   3.9％   2％   6.0％   4.4％   2.0％   6.4％
  Z33   0.0％   2％   2.0％   0.0％   2.0％   2.0％
在区域Z31、Z32和Z33中采集样本，以对获得的板材进行表征。力学试验结果示于下表6中：
表6：在区域Z31、Z32和Z33中进行力学试验的结果。
本发明的方法可以在区域Z31、Z32和Z33中获得不同性能的折衷。从而，区域Z31的特征是机械强度提高，但损害了极限伸长，而区域Z33的特点是大幅度伸长，但静态机械强度较弱。
实施例3
在本实施例中，获得了合金AA2027制成的截面为170×45mm的在空间上具有可变性能的型材。
通过对拉拔坯块进行热挤压，制造了长15米、截面170×45mm的型材。
所用合金的组成如下表7所示：
表7：合金AA2027轧制坯板的组成(质量％)
  Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Zn   Ti   Zr
  0,05   0,11   4,2   0,6   1,3   0,06   0,02   0,11
该拉拔坯块在490℃进行匀化，然后热挤压。
拉拔后，将该型材在500℃进行固溶处理并淬火。
然后进行第一步控制拉伸，使之永久伸长2.8％。然后使拉伸台的一个爪部如图1所示移动，以使型材的一端超出爪部。然后在爪部之间的型材的三分之二(区域Z11和Z12)上进行第二步拉伸，使之永久伸长5.6％。然后使在第二步中移动的爪部再次移动，以使型材的三分之一(区域Z11)位于爪部之间。进行第三步拉伸，使之永久伸长2.4％。在第一步拉伸时拉伸台的爪部把持的部件末端被切去。这样获得的型材具有长度基本上相等的三个区域Z11、Z12和Z13，并具有不同的拉伸变形。
在各个区域进行的变形总结于下表8中：
表8：区域Z11、Z12和Z13中的加工硬化率和广义变形。
在区域Z11、Z12和Z13中采集样本，以对获得的型材进行表征。力学试验结果示于下表9中：
表9：在区域Z11、Z12和Z13中进行力学试验的结果。
本发明的方法可以在区域Z11、Z12和Z13中获得不同性能的折衷。从而，区域Z11的特征是机械强度提高，但损害了极限伸长和极限韧度，而区域Z13的特点是大幅度伸长及韧度高，但静态机械强度较弱。
实施例4
在本实施例中，获得了合金AA2195制成的厚度为30mm的在空间上具有可变性能的板材。
通过对轧制坯板进行热轧，制造了长30米、宽2.5米、厚33mm的板材。
所用合金的组成如下表10所示：
表10：合金AA2195轧制坯板的组成(质量％)
  Si   Fe   Cu   Li   Mg   Zr   Ag
  0,03   0,06   4,3   1,17   0,39   0,12   0,35
该轧制坯板进行匀化，然后热轧。然后将该板材在510℃进行固溶处理并淬火。
然后将板材的一半(区域G)进行冷轧，直到厚度为30mm，另一半进行控制拉伸，爪部移动2.5％(区域H)。
然后将该板材进行机械加工，以在整个板材上获得30mm的基本上不变的厚度，然后进行控制拉伸，使之永久伸长约1.5％，控制拉伸结束时，拉伸台的爪部把持的部件的末端被切去。
在各个区域进行的变形总结于下表11中：
表11：区域G和H的加工硬化率和广义变形。
  区域   轧制加工硬化率   拉伸加工硬化率   总加工硬化率   轧制广义变形   拉伸广义变形   总广义变形
  G   10％   1.5％   11.3％   11％   1.5％   11.5％
  H   0％   2.5+1.5％   4.0％   0％   2.5+1.5％   4.0％
在区域G和H中采集样本，以对获得的板材进行表征。力学试验结果示于下表12中：
表12：在区域G和H中进行力学试验的结果。
本发明的方法可以在区域G和H中获得不同性能的折衷。从而，区域G的特征是机械强度提高，但损害了极限伸长和极限韧度，而区域H的特点是大幅度伸长及韧度更高，但静态机械强度较弱。

Claims (56)

1.一种制备铝合金制成的加工产品的方法，包括一个热加工步骤，其特征在于，在热加工之后还包括至少一个冷塑性变形的加工步骤，其中，对所述加工产品的至少两个区域施加相差至少2％的平均广义塑性变形，
其中所述加工产品在方向L上具有主尺寸或者长度，并且所述的至少两个区域位于所述主方向L上的不同位置，并且
其中所述加工产品在垂直于方向L的平面上具有最终截面Sf，并且所述截面Sf在所述加工产品的所有点基本上是相同的。
2.根据权利要求1的方法，其中，对所述加工产品的至少两个区域施加相差至少3％的平均广义塑性变形。
3.根据权利要求1的方法，其中，在热加工之后包括至少两个冷塑性变形的加工步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述铝合金为热处理合金，所述方法在热加工和第一次冷塑性变形加工之间包括一个固溶处理步骤和一个淬火步骤。
5.根据权利要求4的方法，在所述的冷塑性变形加工步骤之后包括回火步骤。
6.根据权利要求1的方法，其中所述区域在垂直于方向L的平面上具有与Sf基本相同的截面SZ。
7.根据权利要求1的方法，其中至少一个冷塑性变形步骤为控制拉伸。
8.根据权利要求7的方法，其中，进行所述控制拉伸的中间产品的主方向上的一端在进行所述控制拉伸步骤时明显超出拉伸台的爪部。
9.根据权利要求1的方法，其中，至少一个冷塑性变形步骤为压缩。
10.根据权利要求1的方法，其中，所述加工产品为型材。
11.根据权利要求1的方法，其中，所述加工产品为板材。
12.根据权利要求7的方法，其中，所述控制拉伸步骤在一种中间产品上进行，所述中间产品在垂直于方向L的平面上具有变化的截面。
13.根据权利要求1的方法，其中，所述加工产品为一种板材，所述板材在方向L上具有主尺寸或者长度，在方向l上具有横向尺寸或者宽度，在方向e上具有厚度尺寸，
并且其中，至少一个冷塑性变形加工步骤通过冷轧进行，以使所述板材的厚度在轧机的入口处是变化的，在轧机的出口处是基本不变的。
14.根据权利要求13的方法，其中，所述板材的厚度变化是在热轧步骤中获得的。
15.根据权利要求13的方法，其中，所述板材的厚度变化是对在热轧步骤结束时厚度不变的板材进行机械加工而获得的。
16.根据权利要求1的方法，其中，所述加工产品为一种板材，所述板材在方向L上具有主尺寸或者长度，在方向l上具有横向尺寸或者宽度，在方向e上具有厚度尺寸，
并且其中，至少一个冷塑性变形加工步骤通过冷轧进行，以使所述板材的厚度在轧机的入口处基本不变，在轧机的出口处是变化的，
并且其中，随后的机械加工步骤可获得在所有点均基本不变的最终厚度。
17.根据权利要求1的方法，其中，所述加工产品为一种板材，所述板材在方向L上具有主尺寸或者长度，在方向l上具有横向尺寸或者宽度，在方向e上具有厚度尺寸，并且其中，所述至少两个区域位于所述横向方向l的不同位置。
18.根据权利要求17的方法，其中，在所有的加工步骤结束后，所述板材具有基本不变的最终厚度ef。
19.根据权利要求18的方法，其中，所述区域在方向e上的厚度eZ基本上等于所述板材的厚度ef。
20.根据权利要求18和19中任一项的方法，其中，至少一个冷塑性变形加工步骤通过冷轧进行，以使所述板材的厚度在轧机的入口处是变化的，在轧机的出口处基本不变。
21.根据权利要求20的方法，其中，所述板材的厚度变化是在热轧步骤中获得的。
22.根据权利要求20的方法，其中，所述板材的厚度变化是在热轧步骤结束时通过机械加工获得的。
23.根据权利要求17-19中任一项的方法，其中，至少一个冷塑性变形加工步骤通过冷轧进行，以使所述板材的厚度在轧机的入口处基本不变，在轧机的出口处是变化的，
并且其中，随后的机械加工步骤可获得在所有点均基本不变的最终厚度。
24.一种制备铝合金制成的整体多功能结构元件的方法，所述方法包括热加工步骤，其特征在于，在热加工之后还包括至少一个冷塑性变形的加工步骤，其中，对所述结构元件的至少两个区域施加相差至少2％的平均广义塑性变形；
其中所述结构元件在方向L上具有主尺寸或者长度，并且所述的至少两个区域位于所述主方向L上的不同位置，并且
其中所述结构元件在垂直于方向L的平面上具有最终截面Sf，并且所述截面Sf在所述结构元件的所有点基本上是相同的。
25.根据权利要求24的方法，其中，对所述结构元件的至少两个区域施加相差至少3％的平均广义塑性变形。
26.根据权利要求24的方法，其中，在热加工之后包括至少两个冷塑性变形的加工步骤。
27.根据权利要求24至26中任一项的方法，其中，所述铝合金为热处理合金，所述方法在热加工和第一次冷塑性变形加工之间包括一个固溶处理步骤和一个淬火步骤。
28.根据权利要求27的方法，在所述的冷塑性变形加工步骤之后包括回火步骤。
29.根据权利要求24的方法，其中所述元件在方向L上具有主尺寸或者长度，并且其中所述的至少两个区域位于所述主方向L上的不同位置。
30.根据权利要求24的方法，包括：
a)由权利要求1-23中任一项的方法制备加工产品，
b)任选地，对所获得的加工产品进行锯割、机械加工和/或成型。
31.由权利要求1-23中任一项的方法获得的、由2XXX合金制成的T3X状态的加工产品，其特征在于，所述至少两个区域Z1和Z2具有选自下列的力学性能：
(i)Z1:Rm(L)>500MPa
并且Z2:A(L)(％)>16％
(ii)Z1:Rm(L)>450 MPa
并且Z2:A(L)(％)>18％
(iii)Z1:Rm(L)>550MPa
并且Z2:A(L)(％)>10％
(iv)Z1:Rm(L)>550 MPa
并且Z2:K1C(L-T)>45Mpa√m。
32.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(i)中，Rm(L)>520MPa。
33.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(i)中，A(L)(％)>18％。
34.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(ii)中，Rm(L)>470MPa。
35.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(ii)中，A(L)(％)>20％。
36.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(iii)中，Rm(L)>590MPa。
37.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(iii)中，A(L)(％)>14％。
38.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(iv)中，Rm(L)>590MPa。
39.权利要求31的加工产品，其中在力学性能(iv)中，K1C(L-T)>55MPa√m。
40.由权利要求1-23中任一项的方法获得的、由2XXX合金制成的T3X状态的加工产品，其特征在于，所述至少两个区域Z1和Z2具有下述力学性能：
(i)对于在L方向或者LT方向上测得的Rp0.2，差值Rp0.2(Z1)-Rp0.2(Z2)至少为50MPa，和/或
(ii)对于在L方向或者LT方向上测得的Rm，差值Rm(Z1)-Rm(Z2)至少为20MPa，
(iii)对于在L-T方向测得的K1c，差值K1c(Z1)-K1c(Z2)至少为5MPa√m。
41.权利要求40的加工产品，其中(i)对于在L方向或者LT方向上测得的Rp0.2，差值Rp0.2(Z1)-Rp0.2(Z2)至少为70MPa。
42.权利要求40的加工产品，其中(ii)对于在L方向或者LT方向上测得的Rm，差值Rm(Z1)-Rm(Z2)至少为30MPa。
43.权利要求40的加工产品，其中对于在L-T方向测得的K1c，差值K1c(Z1)-K1c(Z2)至少为15MPa√m。
44.由权利要求24-30中任一项的方法获得的、由2XXX合金制成的T3X状态的结构元件，其特征在于，所述至少两个区域Z1和Z2具有选自下列的力学性能：
(i)Z1:Rm(L)>500MPa
并且Z2:A(L)(％)>16％
(ii)Z1:Rm(L)>450MPa
并且Z2:A(L)(％)>18％
(iii)Z1:Rm(L)>550MPa
并且Z2:A(L)(％)>10％
(iv)Z1:Rm(L)>550MPa
并且Z2:K1C(L-T)>45MPa√m。
45.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(i)中，Rm(L)>520MPa。
46.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(i)中，A(L)(％)>18％。
47.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(ii)中，Rm(L)>470MPa。
48.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(ii)中，A(L)(％)>20％。
49.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(iii)中，Rm(L)>590MPa。
50.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(iii)中，A(L)(％)>14％。
51.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(iv)中，Rm(L)>590MPa。
52.权利要求44的结构元件，其中在力学性能(iv)中，K1C(L-T)>55MPa√m。
53.由权利要求24-30中任一项的方法获得的、由2XXX合金制成的T3X状态的结构元件，其特征在于，所述至少两个区域Z1和Z2具有下述力学性能：
(i)对于在L方向或者LT方向上测得的Rp0.2，差值Rp0.2(Z1)-Rp0.2(Z2)至少为50MPa，和/或
(ii)对于在L方向或者LT方向上测得的Rm，差值Rm(Z1)-Rm(Z2)至少为20MPa，
(iii)对于在L-T方向测得的K1c，差值K1c(Z1)-K1c(Z2)至少为5MPa√m。
54.权利要求53的结构元件，其中(i)对于在L方向或者LT方向上测得的Rp0.2，差值Rp0.2(Z1)-Rp0.2(Z2)至少为70MPa。
55.权利要求53的结构元件，其中(ii)对于在L方向或者LT方向上测得的Rm，差值Rm(Z1)-Rm(Z2)至少为30MPa。
56.权利要求53的结构元件，其中对于在L-T方向测得的K1c，差值K1c(Z1)-K1c(Z2)至少为15MPa√m。
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