CN101815804A

CN101815804A - 制造在工程性质上具有梯度的锻造金属板产品的方法

Info

Publication number: CN101815804A
Application number: CN200880110143A
Authority: CN
Inventors: A·滕卡特; S·霍斯拉; A·博格; S·M·斯潘格勒
Original assignee: Aleris Aluminum Koblenz GmbH
Current assignee: Novelis Coblenz LLC; Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: EP2193214B1; EP2193214A1; CN101815804B; WO2009043426A1; US8152943B2; US20090090437A1

Abstract

本发明提供一种制造可热处理的锻造金属板产品的方法，所述产品具有长度、宽度和厚度的方向，并且沿板产品的长度或宽度的至少一个维度上具有工程性质上的梯度，该方法包括以下步骤：a)提供选自滚轧、挤压或铸造产品的锻造金属板产品，b)使所述板产品经受固溶热处理，和c)迅速冷却所述板产品；d)将冷却的产品老化，该老化包括热处理一段时间以在横穿板产品的长度或宽度方向的至少一个方向上达到不同的状态，所述热处理包括升高板的温度以将板加热到为环境温度或高于环境温度的温度T1，并且通过从板产品的一侧向其施加受控的热输入使其温度达到T2且从板产品的受控热输入的相对侧施加受控的冷却到T3，在横穿板的长度或宽度或厚度的至少一个方向上向加热的板施加T2-T3之间的温度梯度，其中T2＞T1且T2＞T3，其中T3为环境温度或高于环境温度，并且在施加T2-T3间的温度梯度的同时，老化板产品。

Description

制造在工程性质上具有梯度的锻造金属板产品的方法

发明领域

本发明涉及一种制造在工程性质上具有梯度的锻造金属板产品的方法，以及用于分级热处理锻造金属板产品的设备。本发明尤其应用于制造滚轧的薄板和尤其为加工、装甲板以及更特别地还用于航空结构部件如翼盒的板应用。

相关技术说明

如本文以下要理解的，除另外说明，铝合金牌号和状态标号是指于2007年由铝协会颁布的“铝标准和数据及登记备案”中的铝业协会号。

航空结构(例如翼盒)由许多不同的部件构成，对于所述部件要求具有不同的性质。例如，上翼蒙皮需要比下翼蒙皮高的抗压强度，并且因此通常由不同的铝合金制造而成。对于连接上翼蒙皮和下翼蒙皮的翼梁器件而言，通常选择在上翼蒙皮和下翼蒙皮之间的中等性质的铝合金。例如，一些商业飞机将AA7150用于上翼蒙皮，AA2024用于下翼蒙皮，而AA7050用于前翼梁器件。然而，这意味着前翼梁与其结合的下翼蒙皮之间的机械性能的差异是可观的。

因此，制造者已力争生产在其长度或宽度上具有分级性质的产品。例如，上述问题的充分解决办法会是在翼梁和翼肋的顶部和底部具有与上翼蒙皮和下翼蒙皮基本相同的性质。

飞机制造者所面对的另一个问题为关于翼长度的分级性质的要求，即从翼根到翼梢。在翼根处，所需的性质为疲劳容限和破坏容限，而在翼梢处需要静力强度。再一次地，该问题可以通过提供沿长度或宽度分别具有分级性质和可变性质的铝合金制成的结构器件来全部地或部分地解决。

如ASM专业手册，铝和铝合金，ASM国际，p.5(1993)中所解释的，可热处理的铝合金为对基于相溶解性的热处理有反应的合金。这些处理包括固溶热处理、淬火、和沉淀、或老化、硬化。对于铸造或锻造的合金而言，这样的金属被描述成可热处理的。可热处理的金属是可以通过受控的加热和冷却循环来硬化(强化)的那些。AA2xxx、AA6xxx、AA7xxx和AA8xxx系列中的一些合金是可固溶热处理的，使得它们可以通过加热和随后的淬火或迅速地冷却而被强化。它们可以通过在室温下由冷加工控制的变形来进一步强化。

相反地，大量其它的锻造组成替代地依赖于通过机械降低(mechanicalreduction)的硬加工，通常为了性质的改进而与各种退火工艺相组合。如ASM专业手册，铝和铝合金，ASM国际，p.5(1993)中所解释的，这些合金被称作不可热处理的或硬加工的合金。一些铸造的合金基本不可热处理且仅被用于与溶液或沉淀作用无关的铸造或热改性的条件中。因此，不可热处理的铝合金通过冷加工而不通过热处理来硬化。这些合金(通常为AA1xxx、AA3xxx、AA4xxx和AA5xxx系列)的初始强度通过其合金元素的硬化作用来提供。额外的强化可以通过诱导表示为H-状态的应变-硬化的冷加工变形来建立。

固溶热处理的热处理过程包括步骤：(a)在高于固溶温度(对于具体合金组成而言)且低于固线和液线温度(对于所述合金组成)和低共熔点(以避免金属的部分熔融)的第一温度来进行固溶热处理以在铝中溶解合金组分，和(b)在铝固溶体中，迅速冷却到低于固溶温度的第二温度以在铝固溶体中捕获组分。在步骤(a)中，将合金在第一温度下保持足以将至少基本上(如果不是全部)的可溶组分(例如金属间化合物)溶解进固溶体并且足以形成均匀的固溶体的时间。通过固溶化，至少基本上全部(例如，至少大约80％且更通常为至少大约95％)可溶第二相微粒被溶解进入到固溶体中。当合金为固溶体的形式时，形成合金的元素和化合物以与将盐溶解于一杯水的非常相同的方式被吸收，一种进入另一种(或为均匀的)。然后将固溶体淬火至较低的温度以产生过饱和状态或情况(对于经淬火的合金中的组分的形式)。换句话说，合金中组分的形式具有在固溶体中高于在特定温度和合金组成下那种形式的该组分的浓度平衡值的浓度。

在淀析热处理或老化处理中，将合金加热到高于第二温度并低于固溶温度的第三温度以控制组分扩散出溶液并组合以形成金属间沉淀的速率。这些沉淀将晶格扭曲并充当位错运动的阻碍的角色，从而使材料强化。随着时间的推移，这些沉淀的尺寸增大，从区(a)到铝原子和合金组分原子的小团簇(b)，到细致的共格粒子(coherent particles)(c)，再到粗糙的非共格粒子(d)。

US-2005/0217770-A1描述了一种制造用于翼蒙皮器件和桁条的铝合金部件的方法。其公开了可以通过在多区老化炉中受控的热处理来获得各种性质。该公开的方法提供包括至少三个具有至少约一米的单位长度的炉区的炉子。例如，为了制造具有大约34米长度的结构器件，使用36米总长度的具有30个大约等长炉区的炉子。优选地，这些炉区可彼此独立地调节。由此不同的状态可以在铝合金部件的长度上获得。然而，在公开的实施例中，铝合金部件需要被老化两次。

US 5,547,524描述了一种制造在至少一个方向上具有连续变化性能的结构硬化的铝合金板的方法，其中，最终的退火在具有特殊结构的炉中完成，所述炉包括通过热泵连接的热室和冷室。该方法已被用于得到由AA7010合金制成的大约1米长的小部件，其一端为T651状态，而另一端为T7451状态，其中该方法利用同步的退火处理。该方法还没有被工业化的发展，由于难于控制与在航空结构领域中所需要的质量要求的相容性。这些困难当部件的尺寸增大时甚至倾向于进一步增加，已知两个或多个功能集成于一个单独的结构器件对于很大块而言特别有意义。该方法导致的另一个问题是T651和T7451处理的最优持续时间是不同的。出现的又一个问题是T7451状态的AA7010产品通过具有两个平台的退火处理来获得，而T651状态则通过具有单个平台的退火处理来获得。

发明简述

本发明的一个目的在于提供一种制造可热处理的或可老化硬化的锻造金属板产品的方法，所述产品具有沿板产品的至少一个维度的工程性质上的梯度。

本发明的另一个目的在于提供一种通过沿产品的至少一个维度上施加分级的热处理、用于制造沿至少一个维度具有工程性质上的梯度的上述产品的设备。此外，提供了一种锻造的金属产品，该产品在产品的至少一个维度上，在所述锻造金属产品的一侧(即，位置)具有一个状态，而在所述锻造金属产品的另一侧具有另一个状态。

根据本发明的一个方面，提供了一种制造可热处理的锻造金属板产品的方法，所述产品具有长度、宽度和厚度方向，优选地为铝合金板产品，沿板产品的至少一个维度(长度或宽度方向)上具有工程性质上的梯度，所述方法包括：

a)提供选自滚轧、挤压或铸造产品的锻造金属板产品，

b)使所述板产品经受固溶热处理，以及

c)迅速冷却所述板产品，和

d)将冷却的产品老化，所述老化包括通过将第一受控的热输入施加于板中以使基本上整个板的温度升高超过环境温度至为或高于环境温度的温度T1(通常从板的顶壁6和/或底壁5来施用)而热处理一段时间以在横穿板产品的至少一个维度上(长度或宽度方向)达到不同的状态，并且通过从板产品的一侧(宽度或厚度)向板中施加第二受控的热输入至温度T2，并且在板产品的第二受控热输入的相对侧(宽度或厚度，3、4)施加受控的冷却至温度T3，在横穿板的至少一个方向上(宽度或厚度方向)施用T2和T1之间的温度梯度，其中T2＞T1，并且在保持T2和T3之间的温度梯度一段时间的同时，至少部分地老化产品板。优选地，根据本发明的所述老化步骤在设备中进行，该设备在老化步骤持续期间，允许通过从至少一侧施加受控的热输入并且同时从与具有受控热输入的第一侧相对的第二侧施加受控的冷却，向板产品施加受控的温度分布。

通常，本发明的方法提供了沿第一侧的相对低的加热水平，沿另一侧的相对高的加热水平，以及沿具有相对高加热水平的侧的相对侧的冷却。

这些和其它目的以及进一步的优点被本发明满足或超过。

附图的简要说明

附图显示的是：

图1为板产品的透视图，以及绘图表示的板产品的长边(L)、横边(T)和短边(S)方向。

图2为允许对根据本发明实施方案的板产品进行分级热处理的设备的截面示意图。

图3A为当T1＝T3时，在图2所示设备中实现的铝合金产品的示意温度曲线。

图3B为当T1＞T3时，在图2所示设备中实现的铝合金产品的示意温度曲线。

图4为在由图2中实施例数字模拟所预测的温度随时间的图形表示。

图5A为沿着受到如图2所示的分级热处理的板的宽度上具有线性曲线的板的透视图。

图5B为沿着受到如图2所示的分级热处理的板的长度上具有线性曲线的板的透视图。

图6示意地显示了贯穿在侧壁加热到T2、在底壁加热到T1、在侧壁冷却到T3、沿顶壁绝热至T1来绝热的板的热梯度。

图7显示了被加热的大量的板的堆叠。

图8显示了在具有顶壁、相对的侧壁和底壁的挤压产品上操作本发明的实施方案。

图9显示了根据本发明加热的挤压产品的实施方案。

发明详述

根据本发明的一个方面，提供了一种制造具有长度、宽度和厚度方向的可热处理的锻造金属板产品，优选地为铝合金金属板产品，其具有沿板产品的至少一个维度(长度或宽度方向)的工程性质上的梯度，该方法包括：

a)提供选自滚轧、挤压或铸造产品的锻造金属板产品，

b)使所述板产品经受固溶热处理，和

c)迅速冷却所述板产品，以及

d)将冷却的产品老化，所述老化包括通过将第一受控热输入施加于板中以使整个板的温度上升超过环境温度至为或高于环境温度的温度T1(通常从板的顶壁6和/或底壁5来施用)而热处理一段时间以在横穿板产品的至少一个维度上(长度或宽度方向)达到不同的状态，并且通过从板产品的一侧(宽度或厚度)向板施加第二受控的热输入至温度T2和从板产品的第二受控的热输入的相对侧(宽度或厚度，3、4)施加受控的冷却至温度T3，在横穿板的至少一个方向上(宽度或厚度方向)施加T2和T1之间的温度梯度，其中T2＞T1，并且在保持T2和T3之间的温度梯度一段时间的同时，至少部分地老化产品板。优选地，根据本发明的所述老化步骤在设备中进行，该设备在老化步骤持续期间，允许通过从至少一侧施加受控的热输入并且同时从与具有受控的热输入的第一侧相对的第二侧施加受控的冷却，在板产品上施加受控的温度分布。

通常，T1为环境温度或高于环境温度。通常，T3为环境温度或高于环境温度。如果是期望的，T3小于或约等于T1。如果是期望的，T1＝T3。使一侧为环境温度导致该侧会自然老化。然而，在优选的实施方案中，所有温度(T1、T2、T3)均高于环境温度导致板在这些位置处被人工老化。

板产品的工程性质可以是与最终合金板产品使用相关的物理性质或机械性质，例如，机械性质、损坏容限性质或腐蚀性质。认为本领域所已知的是，在以工业规格生产的金属产品中，总是由于随后被滚轧、挤压、和/或铸造的浇铸铸锭中的宏观偏析(macro-segregation)而造成的规格变化(scale variation)和/或小的组成变化而存在小且不希望的性质变化。然而，本发明实现的工程性质的梯度是有目的性的且远远超过由于宏观偏析而导致的性质上的微小浮动，并且在板产品的很大一部分上实现。

本发明的方法还可以用于任何可热处理的锻造金属产品的处理，例如，铝合金、镁合金、铜合金或钢(例如，不锈钢)。在优选的实施方案中，使用铝合金。本发明使用的制造的板产品可以为滚轧产品(例如，片件、板件或厚板)或挤压产品(例如，棒或段)或铸造产品，或其中两种的组合。

本发明基于一种沿板产品的至少一个维度的不同的温度，即温度梯度，导致了穿过板产品的该维度的不同的受热历程的认识。由此，生产导致工程性质相应逐渐的或甚至线性的变化(即，梯度)的在板产品中不同产品位置的不同状态或情况成为可能。

在本发明的方法中，首先将板产品如铝合金板置入基本均匀的基准温度T1中，其中T1高于环境温度。当制造根据本发明的铝板产品时，基准温度T1为大约50℃-大约220℃，优选地为50℃-大约200℃。该基准温度T1通过经由产品第一侧的热输入来获得，在滚压产品的情况下通常为板产品的轧制平面。因此，热输入沿板产品的厚度方向进入。此后，该热输入在根据本发明的热处理期间基本保持恒定。此外，另外的受控的热输入从板产品的至少第二侧(宽度或长度)施加以在该位置将温度升高到温度T2。在受控热输入的相对侧上，施加受控的冷却以在该位置将温度降低至接近温度T1或为温度T1的T3，例如T1可在距T3大约5-40℃如大约10℃的范围内。然后，由于板产品的热导率，在非常短的时间内就在横穿板产品的至少一个方向上获得温度梯度。通过将T2＞T1(且T2＞T3)控制一段确定的时间t，板产品实现了不同的状态并且从而实现了相应不同的工程性质。

板产品的受控加热可以通过利用各自调节至特定温度或功率并且被置于板产品表面附近的各种热源来实现。典型的热源包括加热板、感应热装置、感应线圈阵列、或气体燃烧器或热流分布喷射的装置的阵列、电阻等中的一个或多个。

板产品的受控冷却可以通过使用适于金属产品的工业规模冷却的任何装置或方法来实现。因此，例如，冷却可以通过与冷却板接触、冷却散热片、射流撞击或用冷却流体喷洒或任何其它的允许从板产品中施加受控热抽取的热交换装置中的一个或多个而实现。

在实施方案中，铝合金板产品为滚轧产品，通常为薄板或板。理想地，这样的产品具有至少大约20mm的厚度的尺寸，例如大约80mm或更多，通常的宽度为大约200mm到高达约3.5米或甚至高达4米，而长度在实践中被限定为任何工业规格炉的尺寸，并且可以为几米至高达约40米或更多。

根据本发明一个优选的实施方案，向铝合金板产品施加热输入和热抽取以实现并维持为或高于环境温度的金属板产品的基准温度T1，其优选地为大约35℃-大约250℃，更典型地为80℃-大约200℃，以及从板产品的一端到另一端的约20℃-150℃的温度差(T2-T1以及T2-T3)，其中，T2大于T1且T2大于T3。施加的基准温度T1和温度差(T2-T1以及T2-T3)是铝合金特有的。对于AA7xxx-系列合金和AA2xxx-系列合金而言，通常的基准温度T1将为大约120℃-大约175℃。对于含锂的铝合金而言，通常的基准温度T1将为大约150℃-大约200℃。在该基准温度之上，通常的温度差(T2-T1)对于AA7xxx-系列合金而言将为大约30℃-大约50℃，而对于AA2xxx-系列合金和含Li的铝合金而言，将为高至大约80℃，例如，大约20℃或30℃-大约80℃。该温度梯度可以在相对短的距离内实现，如大约0.5-1米。建立的温度曲线在任何给定的尺寸上是基本连续的，且通常大约是线性的。

本发明的方法可以被用于热处理或任何可热处理的金属。例如，本发明的方法可以被用于铝合金产品的热处理。具体地，本发明可以被用于AA2xxx系列、AA6xxx系列和AA7xxx系列合金和基于Al-Li或基于Al-Cu-Li的铝合金产品的热处理中。这些铝合金系列中的一般代表性合金为在AA6013、AA6056、AA6011、AA6016、AA2024、AA2524、AA2219、AA2026、AA2027、AA2090、AA7075、AA7040、AA7136、AA7050、AA7055、AA7081、AA7085及其改性产品的组成范围内的合金。

此外，利用本发明方法所制造的铝合金产品为单块(monolithic)合金产品。因此，所述单块合金产品基本具有在正规测量和控制精确性中的一个化学组成。然而，该产品还可以通过至少两种或更多种合金的组合来形成。优选地，该产品为至少两种或更多种铝合金的混合物，其中所述两种或更多种铝合金的组合可以从例如焊接两个不同的板产品而获得或通过如WO-2007/080265国际申请(在此将其全部内容引入作为参考)所公开的方法所得到的铸造产品来获得。

进行根据本发明的热处理以使板产品获得其希望的状态。对于铝合金产品而言，希望的状态通常将为低老化状态、峰值老化状态或过老化状态，如T6、T7和T8状态。这样的板产品通常的T7状态将为选自T73、T74和T76的状态并且将包括T7x51和T7x52的变形。

在本发明的一个实施方案中，制造具有在一个板位置代表T73或T74状态和在另一端为T76的状态的铝合金板产品，其中具有梯度性质的合金板产品将应用于肋器件和翼蒙皮器件。

本发明制造的铝产品优选地为航空应用的结构部件，尤其是选自上翼蒙皮、下翼蒙皮、肋器件、网器件、翼板、机身框架、翼肋、翼梁、桁条和支肋。

在根据本发明方法的步骤c)中，板产品被迅速地冷却或淬火，优选地通过喷液淬火或在水中或其他淬火介质中的浸渍淬火中的一种。

在本发明的又一方面，提供了一种用于板产品分级热处理的设备，该设备包括：i)基底和/或顶支撑加热器，和ii)板产品至少一侧的一个或多个热源。优选地，该设备还包括：iii)板产品至少一侧的一个或多个吸热器。

在实施方案中，本发明的设备具有基底支撑加热器和/或顶支撑加热器，第一侧壁的一个热源和第二侧壁的一个吸热器，其中这些第一和第二侧壁优选地位于锻造金属产品的相对侧。板产品由基底或顶支撑加热器从下或从上来加热，例如通过利用加热板。还可能从底部和从顶部同时加热锻造金属产品。在板产品仅从底部或顶部加热的实施方案中，板产品的另一侧通过例如热绝缘纤维(例如，玻璃纤维、玻璃棉、矿棉或聚合纤维)来进行热绝缘。通过分别来自在例如板产品的底部或顶部上的基底/顶部支撑加热器的受控热输入和热供应，将实现板产品中基本恒定的温度。在基底温度之上，通过上述的可控制热源和吸热器将实现热梯度。此外，受控热源和吸热器设置的变化使得在整个板产品上的二维形式的热处理程序得到精确的控制。可以生产铝合金产品，其理想地被用于例如制造飞机的肋或飞机的翼蒙皮器件，并且其中翼根具有与小翼不同的状态且具有相应的工程性质上的差异。

现在将参考附图来描述本发明一些优选的实施方案。

图1显示了板产品15如铝合金板，其具有4个侧壁(侧面)1、2、3、4，底壁(底面)5和顶壁(顶面)6。此外，图1显示了纵向L、横向T和短向S方向，即板产品的长度、宽度和厚度。如所示的板产品基本上为矩形，但是为了实施本发明的方法，还可能是板产品的一个或多个壁(1、2、3、4)具有弯曲的形状。底壁5和顶壁6理想地基本上是平的。

在锻造的金属产品为板产品15的情况中，优选地从第一壁5、6中的一个或两个以S方向来对部分或全部表面加热，因此热量从轧制平面沿厚度方向S施加于板15中，并且沿T-方向从第二壁1、2、3、4来对部分或全部表面加热。优选地，板产品同时沿T-方向从至少另一侧壁1、2、3、4积极的冷却，这可以整体或部分地发生在T-方向上的加热表面的相对侧上。因此，从板产品的S-方向和T-方向两者(即，S-侧面和T-侧面)的热输入和热抽取造成了能够产生具有不同状态且具有在工程性质上逐渐且优选为线性的变化的产品的暂时的热梯度。

对于沿S-方向加热而言，重要的是实现自锻造金属产品15至少第一壁5、6(即，S-侧壁)的恒定的热输入以实现在板产品中基本恒定的基底温度T1，在其之上实现了热梯度。

在一个布置中，热输入可以来自第一壁5或第一壁6，同时相对的S-侧壁用隔离器8来绝热(例如，参见图2)。

在第二个布置中，加热可以被同时施用于第一壁5和第一壁6上，即被施用于产品的两个S-侧壁。

作为第三种选择，可以实现上述两个布置的组合，其中一系列的板彼此堆叠，同时自至少第一侧5、6的热输入，即至S-侧壁的加热器，被置于所述板之间且支撑加热器或热隔离器被置于板堆叠的外表。从工业的角度优选板堆的布置。参考图7，该布置的实施方案更为详细的描述于下文。

图2显示的是用于板产品如铝合金板15的分级热处理的装置的实施方案。该装置允许自板产品15的三个壁4、2、5的受控的热输入和温度控制。例如，板可以具有大约80mm×1m×10m的厚度b(S-方向)、宽度 a(T-方向)和长度(L-方向)上的一般尺寸。在所示的实施方案中，板产品通过隔离器8从上(即从顶壁6)绝热。通过加热板7实施自铝合金板产品15的底壁5(沿S-方向)的热输入。通过例如感应加热装置9实施自板产品15的一侧壁4(沿T-方向)的受控热输入。通过例如冷却板10以受控的方式对板产品的相对侧壁2进行冷却。因此，控制在板的三壁4、2、5处的温度是可能的。可以将剩余的侧壁1、3(图1)暴露或绝热(未示出)。

通过自铝合金板15的底壁5的恒定的热供应，将实现板内的恒定温度(假设在暴露壁1、3或顶壁6的热损失可忽略)。一旦板产品15处于基本均匀的温度T1时，将自感应加热装置9的额外的受控热输入施加于板的侧壁4以在加热的侧壁4处保持温度T2，并且将冷却施加于板的侧壁2以在冷却的侧壁2处保持温度T3，其中T3小于T2，一般是T3约等于T1。

通过充分地控制，可以实现并保持沿a和b方向的温度梯度。例如，可以实现并保持沿方向“a”的自一个侧壁2的120℃(T3)至另一个侧壁4的165℃(T2)的温度梯度。这给出了在相对短的距离上如大约1m的在不同板位置处的不同的受热历程以及工程性质上相应的变化。

图3A显示的是温度的曲线，即图2所示的处理的板的温度梯度，其中板在0米位置具有165℃的T2温度，而在1m位置处具有120℃的T3温度。0m为热供应装置9的位置，而1m为冷却装置10的位置。在图3A中，T1还被设定为大约120℃。

如图3B所示的，当T1＞T3时，在图2所示的设备中实现的铝合金产品的温度示意曲线，当基准温度T1被设定在T3以上时，例如T1被设定为大约135℃，T2被设定为大约165℃，而T3保持在大约120℃，可以获得相同的效果(虽然是不同的时间标度)。这可以导致相同的期望温度梯度和在被处理的产品中相对的加热部分和冷却部分处所产生的状态差异。

图4显示的是铝合金板产品中的不同位置的温度的时间演变。该暂时的热梯度可以被用于形成具有在板的一个端位置代表T74状态而在板的另一端位置代表T76状态的板，同时性质上有逐渐的相应变化。因此，本应用的装置能够实现例如在板产品的宽度上、在1m上(即，相对短的距离)约45℃的温差，由此该热处理的概念对于现有技术是重大的改进。

图5A示意地显示了在进行了如图2所示的热处理之后具有沿板宽度“a”的线性曲线(即，线性温度曲线)的板15(具有宽度“a”和长度“c”)。应当意识到的是，从板的“热”部分到板的“冷部分”存在平滑的转变，即温度梯度。于是可实现整个板宽度上的温度梯度。在该构型中，板产品可以被用于例如通过加工操作或其它方法来制造在一端具有第一状态而在另一端具有第二状态的飞机的肋器件。

图5B示意地显示了在进行了如图2所示的热处理之后，沿板15长度“c”的线性曲线，即线性温度曲线，其中T2和T3的位置被移到侧壁1和3。应当意识到，自板的“热”部分到板的“冷”部分存在平滑转变，即温度梯度。于是可以实现在整个板长度上的温度梯度。在该构型中，铝合金产品可以被用于例如通过加工操作和其它方法来制造飞机的机翼蒙皮器件，其中例如翼根为T74状态而小翼为T76状态。

本领域技术人员将立即明白的是，图5A和图5B中所示的实施方案还可以被组合以获得在多个方向上具有梯度的工程性质的板产品。

图6示意地显示了贯穿在侧壁4处被加热到T2、在底壁5处被加热到T1、在侧壁2处被冷却到T3、且沿顶壁6通过隔离器8绝热或在一个变体中通过加热器(未示出)加热至T4的板15的温度梯度G(用虚线表示)。在该实施方案中，T2大于T1，T2大于T3，T2大于T4，而T3和T4小于或约等于T1。在板15中，形成相对较暖的区域20和相对较冷的区域30。这导致了区域20、30不同的受热历程。通常各个区域20、30大于板15的大约20重量％或30重量％，使得在较暖区域20的板15的第一部分具有第一状态，而在较冷区域30的板15的第二部分具有第二状态，其中所述第一部分和第二部分的每个大于板15的20％或30％。

另一个实施方案中，如图7所示，处理大量的板15的堆叠。各个板15的顶壁6和底壁5通过多个加热器7被加热到温度T1。侧壁4通过加热器40被加热到温度T2。侧壁2(与侧壁4相对)通过冷却器(吸热器)42被冷却到温度T3。在该实施方案中，侧壁4处的温度T2大于顶壁6处和底壁5处的温度T1，T2大于T3，且T3小于或约等于T1。通常，T2高于T1约20℃-80℃，且T2高于T320℃-80℃，并且T1在距T320℃的范围内。

其它实施方案也有可能。

图8显示的是在其上翼片6的分别的部分具有两个不同温度T1′、T1″和在其下翼片5的分别的部分具有两个不同温度T1′、T1″的实施方案。在又一个实施方案中，在壁上可以施用多于两个的不同温度。这通过在上翼片6上运行的两个加热器7A、7B和在下翼片5上运行的两个加热器7A、7B来完成。T1″大于T1′。在如上述的实施方案中，由于加热翼片4而冷却相对的翼片2，因此T2大于T3。在板15中，相对较暖的区域25和相对较冷的区域35用梯度G来形成。通常区域25、35的每个大于板的20重量％。

图9显示的是本发明在例如具有顶壁56、相对的侧壁52、54和底壁55的挤压产品上操作的实施方案。该实施方案具有为顶壁56提供的隔离器8以实现顶壁56的温度T4并且加热器7被提供至底壁55以实现底壁55的温度T1。而且，加热器7被提供至底壁55以实现在底壁55的温度T1。还有，冷却器(未示出)被提供至侧壁52以实现温度T3。T2大于T1。T2大于T3。T3小于或约等于T1。T4大于或约等于T1。在挤压板50中，相对较暖的区域25和相对较冷的区域35用梯度G来形成。通常，区域25、35的每个高于板的20wt％，使得在较暖区域25的板15的第一部分具有第一状态，而在较冷区域35的板15的第二部分具有第二状态，其中所述第一部分和第二部分的每个高于挤出板50的20％或30％。

现已完整地描述了本发明，对本领域普通技术人员而言将明显的是，在不脱离本文所描述的本发明的精神和范围内可以做出许多变化和修改。

Claims

1.一种制造可热处理的锻造金属板产品的方法，该产品具有长度、宽度和厚度方向，并且在沿板产品长度或宽度方向的至少一个维度上具有工程性质上的梯度，所述方法包括以下步骤：

a)提供选自滚轧、挤压或铸造产品的锻造金属板产品，

b)使所述板产品经受固溶热处理，和

c)迅速冷却所述板产品，

d)将冷却的产品老化，该老化包括热处理一段时间以在横穿板产品的长度或宽度方向的至少一个维度上达到不同的状态，所述热处理包括加热板以升高板的温度到为环境温度或高于环境温度的温度T1，并且通过从板产品的一侧向板施加受控的热输入至温度T2并且从板产品的所述受控热输入的相对侧向板施加受控的冷却至温度T3，在横穿板的至少一个长度或宽度或厚度方向上向加热的板施加在温度T2和T3之间的温度梯度，其中T2＞T1且T2＞T3，其中T3为环境温度或高于环境温度，并且在施加在T2和T3间的温度梯度的同时老化板产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括沿板的长度方向将板加热以使板的温度上升超过环境温度至温度T1。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将板的第一壁加热以使板温度上升超过环境温度至温度T1，并且在将所述第一壁保持在大约T1的温度时，将板的第二壁加热到温度T2并将与第二壁相对的板的第三壁冷却到温度T3。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将板的第一壁加热以使板温度上升超过环境温度至温度T1，并且在将所述第一壁保持在大约T1的温度时，将板的第二壁加热到温度T2，将与第二壁相对的板的第三壁冷却到温度T3，并且将与第一壁相对的第四壁保持在温度T4，T4＜T2。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将板的第一壁加热使板温度上升超过环境温度至温度T1，并且，在将所述第一壁保持在大约T1的温度时，将板的第二壁加热到温度T2，将与第二壁相对的板的第三壁冷却到温度T3，并且将对第一壁相对的第四壁保持在温度T4，T4＜T1。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将板的第一壁加热以使板温度上升超过环境温度至温度T1，并且，在将所述第一壁的温度保持在大约温度T1时，将板的第二壁加热到温度T2，将与第二壁相对的板的第三壁冷却到温度T3，并且将与第一壁相对的第四壁保持在约等于T3的温度T4。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将板的第一壁加热以使板温度上升超过环境温度至温度T1，并且，在将所述第一壁的温度保持在大约温度T1时，将板的第二壁加热到温度T2，将与第二壁相对的板的第三壁冷却到温度T3，并且将与第一壁相对的第四壁保持在约等于T1的温度T4。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在横穿宽度的方向上，进行来自至少一个方向的受控的热输入。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在横穿长度的方向上，进行来自至少一个方向上的热输入。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述老化包括人工老化，其中T1和T3高于环境温度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，T1高于环境温度，而T3大约为环境温度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，温度T1为50℃-220℃。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，温度T1为50℃-200℃。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，施加20℃-150℃的温度梯度(T2-T1)。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，20℃-80℃的温度梯度(T2-T1)。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锻造金属产品具有沿至少两个维度的工程性质上的梯度。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锻造金属产品为铝合金。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锻造金属产品为航空结构的铝合金结构器件，尤其为上翼蒙皮、下翼蒙皮、翼肋、翼梁或桁条。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述T2和T3间的温度梯度施加于加热的板为横穿所述板的至少一个宽度方向或厚度方向。

20.一种用于金属产品分级热处理的设备，所述设备包括：

i)用于加热所述产品第一壁的第一加热器，

ii)用于加热所述产品第二壁的第二加热器，和

iii)用于将与第一壁相对的第三壁冷却的冷却器。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述冷却器包括在与受控的热输入方向相对的锻造金属产品的至少一个方向上的一个或多个吸热器。