CN102292463A - 改良的包含钒的铝-铜合金 - Google Patents

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Abstract

公开了包含钒的新型2xxx铝合金。在一个实施方案中，该铝合金包含3.3-4.1wt.％Cu、0.7-1.3wt.％Mg、0.01-0.16wt.％V、0.05-0.6wt.％Mn、0.01-0.4wt.％的至少一种晶粒结构控制元素，余量为铝、偶存元素和杂质。该新型合金可实现例如T39或T89状态的改良的性质组合。

Description

改良的包含钒的铝-铜合金
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年1月22日提交的名称为“ImprovedAluminum-Copper Alloys Containing Vanadium”的美国临时专利申请NO.61/146,585的优先权，并且本申请与2010年1月22日提交的名称为“Improved Aluminum-Copper Alloys Containing Vanadium”的美国专利申请NO.____相关，通过引用将两个申请均以其全部并入本文。
背景技术
铝合金用于很多应用中。然而，经常证明改良铝合金的一种性质而不降低另一种性质是难以捉摸的。例如，提高合金的强度而不降低合金的韧性是困难的。对于铝合金所关注的其它性质包括抗腐蚀性和抗疲劳裂纹扩展速率性等。
概要
概括地，本公开涉及新型和改良的包含钒和具有改良的性质组合的2xxx铝合金。在一个实施方案中，新型的2xxx铝合金基本上由以下组成：约3.3wt.％-约4.1wt.％的Cu、约0.7wt.％-约1.3wt.％的Mg、约0.01wt.％-约0.16wt.％的V、约0.05wt.％-约0.6wt.％的Mn、约0.01wt.％-约0.4wt.％的至少一种晶粒组织控制元素、余量为铝、偶存元素和杂质。在一个实施方案中，铜和镁的组合数量不超过5.1wt.％。在一个实施方案中，铜和镁的组合数量至少为4.0wt.％。在一个实施方案中，铜与镁的比例不大于5.0。在一个实施方案中，铜与镁的比例至少为2.75。
具有改良的性质组合的许多形变产品例如轧制产品、锻件和挤压件可由这些新型合金制得。如在下文进一步详细描述的，这些形变产品可实现改良的损伤容限和/或强度和韧性的改良组合。
这里描述的新型合金的这些和其它方面、优点和新颖特征在接下来的描述中得到部分描述，并且在考察接下来的描述和附图基础上，这将对本领域技术人员会变得清楚，或者可以通过实践本公开来获知。
附图说明
图1是说明不同合金的拉伸屈服强度和韧性性能的图。
图2是说明相对不同的合金添加Cu的效果的图。
图3是说明相对不同的合金添加Mg的效果的图。
图4是说明相对不同的合金添加Mn的效果的图。
图5是说明相对不同的合金添加V的效果的图。
图6是说明对于不同合金拉伸强度与KQ断裂韧性的关系图。
图7是说明对于不同合金拉伸强度与Kapp断裂韧性的关系图。
图8是说明不同合金的谱(spectrum)疲劳裂纹扩展抵抗性的图。
图9是说明不同合金的等幅疲劳裂纹扩展抵抗性的图。
图10是说明不同合金的拉伸屈服强度和平面应力断裂韧性性能的图。
图11是包含对于不同合金在L-T方向的R-曲线的图。
详细描述
概括地，本公开涉及具有改良的性质组合的新型铝-铜合金。该新型铝合金通常包含(并且在一些情况下基本上由以下组成)：铜、镁、锰和钒，余量为铝、晶粒组织控制元素、任选的偶存元素以及杂质。如在下文进一步详细描述的，该新型合金可实现强度、韧性、抗疲劳裂纹扩展、和/或抗腐蚀性等的改良组合。根据本教导有用的几种合金组成的限制公开于下面的表1中。所有的值均以重量百分比给出。
表1-新型合金组合物的例子
  合金   Cu   Mg   Mn   V
  A   3.1-4.1   0.7-1.3   0.01-0.7   0.01-0.16
  B   3.3-3.9   0.8-1.2   0.1-0.5   0.03-0.15
  C   3.4-3.7   0.9-1.1   0.2-0.4   0.05-0.14
铜(Cu)包含于该新型合金中，并且通常处于约3.1wt.％-约4.1wt.％Cu的范围内。如在下面的实施例中说明的，当铜低于约3.1wt.％或超过约4.1wt.％时，该合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当铜超过约4.1wt.％时，该合金的断裂韧性可降低。当铜少于约3.1wt.％时，合金的强度可降低。在一个实施方案中，该新型合金包含至少约3.1wt.％的Cu。在其它的实施方案中，新型合金可包含至少约3.2wt.％的Cu，或至少约3.3wt.％的Cu，或至少约3.4wt.％的Cu。在一个实施方案中，该新型合金包含不大于约4.1wt.％的Cu。在其它的实施方案中，该新型合金可包含不大于约4.0wt.％的Cu，或不大于约3.9wt.％的Cu，或不大于约3.8wt.％的Cu，或不大于约3.7wt.％的Cu。
镁(Mg)包含于该新型合金中，并且通常处于约0.7wt.％-约1.3wt.％Mg的范围内。如在下面的实施例中说明的，当镁低于约0.7wt.％或超过约1.3wt.％时，合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当镁超过约1.3wt.％时，合金的断裂韧性可降低。当镁少于约0.7wt.％时，合金的强度可降低。在一个实施方案中，该新型合金包含至少约0.7wt.％的Mg。在其它的实施方案中，新型合金可包含至少约0.8wt.％的Mg，或至少约0.9wt.％的Mg。在一个实施方案中，该新型合金包含不大于约1.3wt.％的Mg。在其它的实施方案中，该新型合金可包含不大于约1.2wt.％的Mg，或不大于约1.1wt.％的Mg。
锰(Mn)包含于该新型合金中，并且通常处于约0.01wt.％-约0.7wt.％Mn的范围内。如在下面的实施例中说明的，当锰低于约0.01wt.％或超过约0.7wt.％时，合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当锰超过约0.7wt.％时，合金的断裂韧性可降低。当锰少于约0.01wt.％时，合金的断裂韧性可降低。在一个实施方案中，该新型合金包含至少约0.05wt.％的Mn。在其它的实施方案中，该新型合金可包含至少约0.1wt.％的Mn，或至少约0.2wt.％的Mn，或至少约0.25wt.％的Mn。在一个实施方案中，该新型合金包含不大于约0.7wt.％的Mn。在其它的实施方案中，该新型合金可包含不大于约0.6wt.％的Mn，或不大于约0.5wt.％的Mn，或不大于约0.4wt.％的Mn。
钒(V)包含于该新型合金中，并且通常处于约0.01wt.％-约0.16wt.％V的范围内。如在下面的实施例中说明的，当钒低于约0.01wt.％或超过约0.16wt.％时，该合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当钒超过约0.16wt.％时，该合金的强度和/或断裂韧性可降低。当钒少于约0.01wt.％时，该合金的强度可降低。在一个实施方案中，该新型合金包含至少约0.01wt.％的V。在其它的实施方案中，该新型合金可包含至少约0.03wt.％的V，或至少约0.07wt.％的V，或至少约0.09wt.％的V。在一个实施方案中，该新型合金包含不大于约0.16wt.％的V。在其它的实施方案中，该新型合金可包含不大于约0.15wt.％的V，或不大于约0.14wt.％的V，或不大于约0.13wt.％的V，或不大于约0.12wt.％的V。在一个实施方案中，该合金包含约0.05wt.％-约0.15wt.％的V。
锌(Zn)可任选地作为合金化组分包含于该新型合金中，并且通常处于约0.3wt.％-约1.0wt.％Zn的范围内。当锌不作为合金化组分包含于合金中时，其可作为杂质存在于该新型合金中，并且处于至多约0.25wt.％的数量。
银(Ag)可任选地作为合金化组分包含于该新型合金中，并且通常处于从约0.01wt.％或从约0.05wt.％或约0.1wt.％至约0.4wt.％或至约0.5wt.％或约0.6wt.％Ag的范围内。例如，可向合金中添加银来改良抗腐蚀性。在其它的实施方案中，新型合金基本上不合银(例如，银仅作为杂质(如果存在)存在于合金中，通常少于约0.01wt.％Ag，并且不实质性地影响新型合金的性质)。
如上所注意到的，该新型合金包含铜和镁。铜和镁(Cu+Mg)的总数量可与合金性质相关。例如，当合金包含少于约4.1wt.％或包含多于约5.1wt.％时，该合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当Cu+Mg超过约5.1wt.％时，该合金的断裂韧性可降低。当Cu+Mg少于约4.1wt.％时，合金的强度可降低。在一个实施方案中，该新型合金包含至少约4.1wt.％的Cu+Mg。在其它的实施方案中，该新型合金可包含至少约4.2wt.％的Cu+Mg，或至少4.3wt.％的Cu+Mg，或至少4.4wt.％的Cu+Mg。在一个实施方案中，该新型合金包含不大于约5.1wt.％的Cu+Mg。在其它的实施方案中，该新型合金可包含不大于约5.0wt.％的Cu+Mg，或不大于约4.9wt.％的Cu+Mg，或不大于约4.8wt.％的Cu+Mg。
类似地，铜与镁的比例(Cu/Mg比)可与合金性质相关。例如，当Cu/Mg比小于约2.6或大于约5.5时，合金可能不会实现改良的性质组合。例如，当Cu/Mg比超过约5.5或小于约2.6时，合金的强度与断裂韧性的关系可为低的。在一个实施方案中，该新型合金的Cu/Mg比为至少2.6。在其它的实施方案中，该新型合金的Cu/Mg比为至少约2.75，或至少约3.0，或至少约3.25，或至少约3.5。在一个实施方案中，该新型合金的Cu/Mg比不大于约5.5。在其它的实施方案中，该新型合金的Cu/Mg比不大于约5.0，或不大于约4.75，或不大于约4.5，或不大于约4.25，或不大于约4.0。
如上所注意到的，该新型合金通常包含所述的合金化组分，余量为铝、晶粒组织控制元素、任选的偶存元素和杂质。如这里使用的，“晶粒组织控制元素”意指特意的合金化添加的元素或化合物，其目的是通常以固态形成第二相颗粒从而来控制在热过程例如回复和再结晶期间的固态晶粒组织改变。出于本专利申请的目的，晶粒组织控制元素包含Zr、Sc、Cr和Hf等，但排除Mn和V。
在合金行业中，可考虑锰同时作为合金化组分和晶粒结构控制元素-保留在固溶体中的锰可提高合金的机械性质(例如强度)，而微粒形式的锰(例如，如Al6Mn、Al12Mn3Si2-有时被称为弥散相)可协助晶粒组织控制。用钒可验证类似的结果。然而，在本专利申请中由于Mn和V两者都分别用它们自己的组成来限定，出于本专利申请的目的，它们不在“晶粒组织控制元素”的定义内。
在合金中使用的晶粒组织控制材料的数量通常取决于用于晶粒组织控制而使用的材料类型和/或合金制备方法。在一个实施方案中，晶粒组织控制元素为Zr，并且该合金包含约0.01wt.％-约0.25wt.％的Zr。在一些实施方案中，Zr以从约0.05wt.％或从约0.08wt.％至约0.12wt.％或至约0.15wt.％或至约0.18wt.％或至约0.20wt.％Zr的范围包含于合金中。在一个实施方案中，Zr包含于合金中并且处于约0.01wt.％-约0.20wt.％Zr的范围。
钪(Sc)、铬(Cr)和/或铪(Hf)可作为Zr的替代物(全部或部分)包含于合金中，并且因而可以以与Zr相同或类似的量包含于合金中。在一个实施方案中，晶粒组织控制元素为Sc和Hf中的至少一种。
如这里使用的，“偶存元素”意指除了上述的合金化元素和晶粒组织控制元素以外的可任选地添加至合金以协助合金制备的那些元素或材料。偶存元素的例子包括铸造助剂，例如晶粒细化剂和脱氧剂。
晶粒细化剂是在合金凝固期间播种(seed)新晶粒的孕育剂或晶核。晶粒细化剂的一个例子是包含96％的铝、3％的钛(Ti)和1％的硼(B)的3/8英寸的杆，其中几乎所有的硼均以细分散的TiB2颗粒存在。在铸造期间，将晶粒细化杆在线供入熔融合金中，其在控制的速率下流入铸锭坑。包含于合金中的晶粒细化剂的量通常取决于用于细化晶粒所使用的材料类型和合金制备方法。尽管可使用其他的晶粒细化剂例如Al-Ti中间合金，但晶粒细化剂的例子包括结合有B(例如TiB2)或C(TiC)的Ti。通常，以约0.0003wt.％-约0.005wt.％的量添加晶粒细化剂，这取决于所需铸造状态的晶粒尺寸。此外，可将至多0.03wt.％数量的Ti单独添加至合金中以提高晶粒细化剂的效果。当Ti包含于合金中时，其通常以从约0.01wt.％或从约0.03wt.％至约0.10wt.％或至约0.15wt.％的量存在。在一个实施方案中，铝合金包含晶粒细化剂，并且该晶粒细化剂为TiB2和TiC中的至少一种，其中合金中Ti的重量百分含量(wt.％)为约0.01wt.％-约0.1wt.％。
在铸造期间可向合金添加一些偶存元素，以减少或限制(并且在有些情况下消除)由于例如氧化物折叠体(fold)、点蚀和氧化物斑点所致的坯锭开裂。这些类型的偶存元素通常在这里被称为脱氧剂。一些脱氧剂的例子包括Ca、Sr和Be。当钙(Ca)包含于合金中时，其通常以至多约0.05wt.％或至多约0.03wt.％的量存在。在一些实施方案中，Ca以约0.001-0.03wt.％或约0.05wt.％，例如0.001-0.008wt.％(或10-80ppm)的量包含于合金中。锶(Sr)可作为Ca的替代物(全部或部分)包含于合金中，并且因而以与Ca相同或类似的量包含于合金中。传统地，添加铍(Be)帮助减小坯锭开裂的趋势，尽管出于环境、健康和安全的原因，该合金的一些实施方案基本上不含Be。当Be包含于合金中时，其通常以至多约20ppm的数量存在。
偶存元素可以少量存在，或可以大量存在，并且可添加本身所需的或其它的特性而不与这里描述的合金背离，只要合金保留这里描述的所需的特性。然而，将理解通过仅仅添加对这里所需和所获得的性质组合没有其它影响的数量的一种元素或多种元素，不应该或不能避开本公开的范围。
如这里使用的，杂质是由于例如铝的固有性质或和/或来自与加工装置接触的浸出而可以少量存在于新型合金中的那些物质。铁(Fe)和硅(Si)是通常存在于铝合金中的杂质的例子。新型合金的Fe含量通常应该不超过约0.25wt.％。在一些实施方案中，合金的Fe含量不大于约0.15wt.％，或不大于约0.10wt.％，或不于大约0.08wt.％，或不大于约0.05或0.04wt.％。同样地，新型合金的Si含量通常应该不超过约0.25wt.％，并且通常少于Fe含量。在一些实施方案中，合金的Si含量不大于约0.12wt.％，或不大于约0.10wt.％，或不大于约0.06wt.％，或不大于约0.03或0.02wt.％。当Zn不作为合金化组分包含于新型合金中时，其可作为杂质存在于新型合金中，并且为至多约0.25wt.％的数量。当Ag不作为合金化组分包含于新型合金中时，其可作为杂质存在于新型合金中，并且为至多约0.01wt.％的量。
在一些实施方案中，合金基本上不含其它元素，这意指合金包含不大于约0.25wt.％的任何其它元素，除了如上所述的合金化元素、晶粒组织控制元素、任选的偶存元素和杂质。此外，合金中这些其它元素的总组合数量不超过约0.5wt.％。超过这些数量的其它元素的存在可影响合金的基本和新颖性质，例如其强度、韧性和/或抗疲劳性等。在一个实施方案中，合金中这些其它元素中的每一种不超过约0.10wt.％，并且合金中这些其它元素的总量不超过约0.35wt.％或约0.25wt.％。在另一个实施方案中，合金中这些其它元素中的每一种不超过约0.05wt.％，并且合金中这些其它元素的总量不超过约0.15wt.％。在另一个实施方案中，合金中这些其它元素中的每一种不超过约0.03wt.％，并且合金中这些其它元素的总量不超过约0.1wt.％。
当提及元素的量时，表述“至多”意指元素组成是任选的并且包括零数量的特定组成的组分，除非另外指出。所有成分百分比均为重量百分比(wt.％)，除非另外指出。
新型合金可用于形变产品中。形变产品是被加工来形成轧制产品(例如片材、板材)、挤压件或锻件中的一种的产品。可通过差不多常规的实践将新型合金制备成形变形式和合适的状态，包括熔化和直接冷硬(DC)铸造到坯锭形式。在常规的剥皮(scalping)、车削(lathing)或修整(如果需要)和均匀化之后，可通过例如轧制成片材或板材或者挤压或锻造成特别形状的部件，将这些坯锭进一步加工成形变产品。在固溶热处理(SHT)和淬火之后，例如通过伸展和/或压缩，可任选地将该产品进行机械应力释放。在一些实施方案中，例如当制备T8状态的形变产品时，可人工时效该合金。
通常对新型合金进行冷加工和自然时效(T3状态)或冷加工和人工时效(T8状态)。在一个实施方案中，将新型合金冷加工和自然时效到T39状态。在另一个实施方案中，将新型合金冷加工和人工时效到T89状态的峰值强度(例如通过在约310℉下时效约48小时)。在其它的实施方案中，将新型合金加工到T851、T86、T351或T36状态中的一种。其它的状态也可有用。
如这里使用的，“片材”意指这样的轧制产品：其中(i)该片材具有不大于0.249英寸(约6.325mm)的最终厚度，或(ii)在最终的热加工之后和在固溶热处理之前当被冷轧时，轧制状态的坯料的厚度小于或等于0.512英寸(约13mm)厚。在一个实施方案中，新型合金被结合成具有至少约0.05英寸(约1.27mm)的最小最终厚度的片材产品。这些片材产品的最大厚度可如上述(i)或(ii)所提供的。
如这里使用的，“板材”意指热轧的产品或在固溶热处理之后冷轧并且具有至少0.250英寸的最终厚度的热轧产品。在一个实施方案中，新型合金被结合成具有至少约0.5英寸的最终厚度的板材产品。期望通过新型合金实现的改良性质可在具有至多约2英寸厚度的板材产品中得到实现。在一个实施方案中，板材产品可被用作航空结构部件，例如机身蒙皮或面板，可用腐蚀保护外层、下翼蒙皮、水平稳定器、耐压舱壁和机身增强体等将其包覆。在其它的实施方案中，合金用于石油和天然气行业(例如用于钻孔管(drill piped)和/或钻井隔水管(drill risers))。
如以下实施例说明的，这里公开的新型合金获得与其它2xxx系合金相关的性质的改良组合。例如，该新型合金可获得两种或更多种以下性质的改良组合：极限拉伸强度(UTS)、拉伸屈服强度(TYS)、断裂韧性(FT)、谱疲劳裂纹扩展抵抗性(SFCGR)、等幅疲劳裂纹扩展抵抗性(CAFCGR)、和/或抗腐蚀性等。在一个实施方案中，新型合金在一种或多种的这些性质中获得至少约5％的改良，其与以同样状态类似制备的常规2624合金相比较测量，并且具有至少一种其它性质的至少相同的性能。在其它的实施方案中，新型合金在一种或多种这些性质中获得至少约6％的改良，或至少约7％的改良，或至少约8％的改良，或至少约9％的改良，或至少约10％的改良，或至少约11％的改良，或至少约12％的改良，或至少约13％的改良，或至少约14％的改良，或至少约15％的改良，或更多，其与以同样状态类似制备的常规2624合金相比较测量，并且具有至少一种其它性质的至少相同的性能。当在T89状态下制备时，这对新型合金尤为如此。
由新型合金制备的轧制产品可实现改良的强度。由新型合金制备的轧制产品可实现T89状态的至少约460MPa以及T39状态(MPa)的至少约430的纵向拉伸屈服强度(TYS-L-0.2％偏移)。在一个实施方案中，轧制产品实现了比上述最小的T89或T39 TYS-L值大至少约5MPa的TYS-L，视情况而定(例如，T89状态的至少约465MPa和T39状态的至少约435MPa)。在其它的实施方案中，轧制产品实现了比上述最小的T89或T39TYS-L值大至少约10MPa，或至少约15MPa，或至少约20MPa，或至少约25MPa，或至少约30MPa，或至少约35MPa，或至少约40MPa，或至少约45MPa以及可能更大的TYS-L，视情况而定。通过锻件可获得类似的纵向强度，并且对于挤压件可获得更高的强度。
由新型合金制备的轧制产品可实现T89状态的至少约480MPa以及T39状态(MPa)的至少约450MPa的纵向极限拉伸强度(UTS-L)。在一个实施方案中，轧制产品实现了比上述最小的T89或T39UTS-L值大至少约5MPa的UTS-L，视情况而定(例如，T89状态的至少约485MPa和T39状态的至少约450MPa)。在其它的实施方案中，轧制产品实现了比上述最小的T89或T39TYS-L值大至少约10MPa，或至少约15MPa，或至少约20MPa，或至少约25MPa，或至少约30MPa，或至少约35MPa，以及可能更大的UTS-L，视情况而定。
由新型合金制备的轧制产品可实现改良的韧性。在上述的纵向拉伸屈服强度下，轧制产品可实现强度与韧性的组合，该组合匹配或超过通过单位扩展能(UPE)测试测量的关于韧性的图1的性能线Z-Z。在一个实施方案中，轧制产品实现了强度与韧性的组合，该组合匹配或超过通过UPE测量的关于韧性的图1的性能线Y-Y。在一个实施方案中，轧制产品实现了强度与韧性的组合，该组合匹配或超过通过平面应力测试(Kapp)测量的关于韧性的图10的性能线A-A。在一个实施方案中，轧制产品实现了强度与韧性的组合，该组合匹配或超过通过平面应力测试测量的图10的性能线B-B。在一个实施方案中，轧制产品实现了强度与韧性的组合，该组合匹配或超过通过平面应力测试测量的图10的性能线C-C。对于平面应变韧性，轧制产品可实现至少约53MPa√m、或至少约54MPa√m、或至少约55MPa√m、或至少约56MPa√m、或至少约57MPa√m、或至少约58MPa√m、或至少约59MPa√m、或至少约60MPa√m或更大的L-T韧性(KIc)，其与优异的纵向强度(UTS和/或TYS)相结合，如上所述，这取决于状态。通过锻件可获得类似的L-T韧性，并且对于挤压件可获得更高的韧性。
关于抗腐蚀性，由新型合金制备的形变产品可以是抗腐蚀的，并且处在对于上面提供的状态。在一个实施方案中，当根据ASTM G34测试并且在96小时暴露之后，于T/10平面处，新型合金产品获得ED或更好的(例如EC，EB，EA或P)EXCO等级。在一个实施方案中，当根据ASTM G110测试在6小时暴露之后，于T/10平面处，新型合金产品具有小于约150微米的点蚀深度。在一个实施方案中，新型合金产品通过根据ASTM G44和G47的在长横(LT)方向的抗应力腐蚀开裂(SCC)测试，该测试在约250MPa的应力水平下用1/8”直径、2”长的具有双肩部(double shoulder)的拉伸棒进行。对于这些SCC测试，合金产品在30天的暴露后通常不断裂。
实施例
实施例1-T89状态的新型合金的性能
合金制备
对于如下表2(所有数值以wt.％计)所提供的不同组成的新型合金，铸造了尺寸为2.25”x3.75”的矩形坯锭。
表2-不同新型合金的组成
所有表2的合金包含锆，并且处于约0.10-约0.18wt.％Zr的范围内。所有表2的合金包含不大于约0.15wt.％的Fe和不大于约0.10wt.％的Si。
出于对比的目的，也可铸造具有在新型合金组成范围之外的组成的合金，包括三种现有技术中的铝协会合金，其组成提供于下表3中。
表3-对比合金的组成
Figure BDA0000077620250000131
所有表3的合金，除了合金12、15和AA2139，都包含锆并且处于约0.10-约0.13wt.％Zr的范围内。合金12、15和AA2139包含不大于约0.001wt.％的Zr。AA2139包含约0.34wt.％的Ag。所有表3的合金包含不大于约0.15wt.％的Fe和不大于约0.10wt.％的Si。
随后采用如下作业均匀化所有坯锭：
·在4小时内加热到910℉
·在910℉均热4小时，
·在1小时内升温(ramp)到940℉，
·在940℉均热4小时，
·在2小时内升温到970℉，
·在970℉均热24小时，
·空冷
随后将均匀化的坯锭表面进行剥皮(～0.1”厚度)，在这之后将坯锭加热到940℉，然后将其在～900℉下热轧。在轧制期间，如果温度降到低于750℉，将板坯重新加热到940℉。采用每道次0.3”的压下量将坯锭直接轧制到0.2”规格。随后在970℉下固溶热处理该热轧的产品1小时并且用冷水将其淬火。然后在淬火后2小时内将该产品冷轧到0.18英寸(约10％压下量)。随后将冷轧的产品伸展约2％以释放应力。
新型合金(1-11))和对比合金(12-25)在室温下自然时效至少96小时，并且随后在约310℉下人工时效约48小时，以达到峰值强度和T89状态(即，固溶热处理、冷加工以及随后人工时效)。类似地制备了AA2027、AA2027+V和AA2139以在T89状态达到峰值强度。
强度和韧性测试
在时效后，使所有合金经受拉伸测试，包括根据ASTM E8和B557的拉伸屈服强度(TYS)测试。纵向(L)方向测量的TYS值提供于下面的表4和表5中。还使所有的合金经受根据ASTM B871在L-T取向的撕裂实验。撕裂实验提供了断裂韧性的测量。样品尺寸为0.25”(厚度)×1.438”(宽度)×2.25”(长度)-按照ASTM B871的图2，样品类型5。来自这些测试的单位扩展能(UPE)结果提供于下面的表4和5中。所有报道的TYS和UPE值均是三个样品测试的平均值。
表4-新型合金的组成和性质
  新型合金   Cu   Mg   V   Mn   TYS(L)   UPE(L-T)
  1   3.52   0.98   0.14   0.28   475   247.8
  2   3.42   0.99   0.11   0.29   465   232.5
  3   3.38   1.22   0.11   0.28   477   203.6
  4   3.5   0.98   0.11   0.29   472   205.0
  5   3.46   0.97   0.068   0.29   467   202.5
  6   3.41   0.96   0.03   0.29   466   202.5
  7   4.04   0.82   0.11   0.28   500   184.7
  8   3.84   0.99   0.11   0.29   495   166.3
  9   3.47   0.97   0.11   0.051   472   171.6
  10   3.53   0.98   0.11   0.6   489   164.8
  11   4.06   0.95   0.11   0.3   506   158
表5-对比合金的组成和性质
  合金   Cu   Mg   V   Mn   TYS(L)   UPE(L-T)
  12   3.41   0.95   0.11   0.29   451   189.9
  13   3.54   0.5   0.11   0.28   423   224.8
  14   3.83   1.07   0   0.33   498   115.7
  15   3.48   0.98   0.18   0.3   463   151.7
  16   2.92   0.82   0.11   0.28   391   284.8
  17   3.86   0.6   0.11   0.28   450   201.6
  18   4.24   0.96   0.11   0.3   505   120
  19   3.48   1.4   0.1   0.3   491   139
  20   3.55   1.62   0.1   0.3   488   102
  21   3.5   0.95   0.12   0.82   469   109
  22   3.57   0.96   0.1   1.02   449   146
  23   3.49   0.96   0.18   0.3   473   104
  24   3.58   0.98   0.22   0.31   450   163
  25   3.43   0.93   0.001   0.3   451   162
  AA2027   4.43   1.26   0   0.87   539   106
  AA2027+V   4.24   1.23   0.11   0.84   531   61
  AA2139   4.74   0.44   0.002   0.26   481   147
图1说明了合金的拉伸屈服强度(TYS)与单位扩展能(UPE)结果的关系。如所说明的，新型合金与对比合金和现有技术合金相比，达到了强度和韧性的改良组合。如由线Z-Z说明的，所有新型合金具有强度与韧性的组合，该组合满足在460MPa最小拉伸屈服强度下的表达式FT≥456-0.611*TYS，其中FT是根据如上提供的ASTM B871测量的合金以KJ/m2计的单位扩展能，并且其中TYS是根据ASTM E8和B557测量的以MPa计的合金的纵向拉伸屈服强度。T89状态的新型合金的典型性能水平可位于或高于线Y-Y，其具有与线Z-Z相同的等式，但不同的是，该线表达式的截距具有约485的值，而不是约456。
新型合金达到了这些改良的性质，至少部分是由于它们独特和协同的元素组合。例如，当合金中铜的量低于约3.1wt.％或超过约4.1wt.％时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含约3.1wt.％-约4.1wt.％范围内的铜。对比合金16和18突出了采用具有该范围之外的Cu的合金的效果。对比合金16和18包含全部处于新型合金组成内的Mg、Mn和V。然而，对比合金16仅包含2.92wt.％的Cu，而对比合金18包含4.24wt.％的Cu。如图2中说明的，相比具有至少约3.1wt.％的Cu的合金，合金16在强度上经历了显著的降低。相比具有不大于约4.1wt.％的Cu的合金，合金18在韧性上经历了显著的降低。
关于镁，当合金中镁的量低于约0.7wt.％或超过约1.3wt.％Mg时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含约0.7wt.％-约1.3wt.％范围内的镁。对比合金13、17、19和20突出了采用具有该范围之外的Mg的合金的效果。对比合金13、17、19和20包含全部处于新型合金组成内的Cu、Mn和V。然而，对比合金13和17包含少量的Mg，对比合金13具有0.5wt.％的Mg并且对比合金17具有0.6wt.％的Mg。对比合金19和20包含大量的Mg，对比合金19具有1.4wt.％的Mg并且对比合金20具有1.62wt.％的Mg。如图3中说明的，相比具有至少约0.7wt.％的Mg的合金，合金13和17在强度上经历了显著的降低。相比具有不大于约1.3wt.％的Mg的合金，合金19和20在韧性上经历了显著的降低。
关于锰，当合金中锰的量低于约0.01wt.％或超过约0.7wt.％Mn时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含0.01wt.％-约0.6wt.％范围内的Mn。对比合金21和22突出了采用具有大量Mn的合金的效果。对比合金21和22包含全部处于新型合金组成内的Cu、Mg和V。然而，对比合金21包含0.82wt.％的Mn，并且对比合金22包含1.02wt.％的Mn。如图4中说明的，相比具有不大于约0.7wt.％的Mn的合金，合金21和22在韧性上经历了显著的降低。类似地，可期望，基于与具有约0.3wt.％Mn的新型合金和具有约0.05wt.％Mn的新型合金相关的性能趋势，包含少于约0.01wt.％的Mn的合金不会实现改良的性质组合。例如，新型合金9包含0.05wt.％的Mn并且获得了强度和韧性的改良组合，但是所述改良比包含约0.29wt.％Mn的合金小。因此，包含少于约0.01wt.％Mn的合金可能不会实现改良的性质组合。
关于钒，当合金中钒的量低于约0.01wt.％或超过约0.16wt.％V时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含0.01wt.％-约0.16wt.％V范围内的钒。对比合金14、15、23、24和25突出了采用具有该范围之外的V的合金的效果。对比合金14、15、23、24和25包含全部处于新型合金组成内的Cu、Mg和Mn。然而，对比合金14和25基本上不包含V，这些合金具有不大于约0.001wt.％的V。如图5中说明的，相比具有至少约0.01wt.％的V的合金，合金14和25在韧性上经历了显著的降低。对比合金15、23和24包含大量的V，对比合金15和23具有0.18wt.％的V，并且对比合金24具有0.22wt.％的V。相比具有不大于约0.16wt.％的V的合金，合金15、23和24在强度和/或韧性上经历了显著的降低。
晶粒组织控制元素也可对获得改良的性质起作用。例如，如表2和4以及图1中说明的，包含表1的上述范围内的Cu、Mg、Mn和V并且还包含至少0.05wt.％Zr的合金获得了强度和韧性的改良组合。然而，包含不大于约0.001wt.％Zr但是包含表1的上述范围内的Cu、Mg、Mn和V的对比合金12，没有实现改良的性质组合。因此，包含少于约0.01wt.％的晶粒组织控制元素的合金可能不会实现改良的性质组合。
合金中铜和镁(Cu+Mg)的总量也可与合金性能相关。例如，在一些实施方案中，当Cu+Mg的总量低于约4.1wt.％或超过约5.1wt.％时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含约4.1wt.％-约5.1wt.％范围内的Cu+Mg。对比合金16、18和20突出了采用具有该范围之外的Cu+Mg的合金的效果。如上说明的，对比合金15具有3.74wt.％的低Cu+Mg并且实现了低强度。对比合金18和20分别具有5.2wt.％和5.18wt.％的高Cu+Mg。对比合金18和20都具有低的断裂韧性。
合金中铜和镁的比例(Cu/Mg比)也可与合金性能相关。例如，在一些实施方案中，当Cu/Mg比低于约2.6或超过约5.5时，合金可能不会实现改良的性质组合。如上提供的，所有新型合金包含约2.6-约5.5范围内的Cu/Mg比。对比合金13、17和19突出了采用具有该范围之外的Cu/Mg比的合金的效果。如上说明的，对比合金19具有2.5的低Cu/Mg比并且实现了低的断裂韧性。对比合金13和17分别具有7.1和6.4的高Cu/Mg比。对比合金13和17都具有低强度。
实施例2-T89状态的新型合金的附加测试
合金制备
铸造尺寸为6”x16”的矩形坯锭，一种为新型合金而三种为对比合金，如下表6(所有值以wt.％计)所提供的。
表6-新型合金(26)和对比合金(27-29)的组成
Figure BDA0000077620250000191
合金26是新型合金，并且合金27-29是具有至少一种元素在新型合金组成之外的对比合金。例如，对比合金27不包含钒。对比合金28不包含钒，但是包含银。对比合金29包含大量的铜和少量的镁。
随后采用如下作业均匀化所有坯锭：
·在16小时内加热到910℉
·在910℉均热4小时，
·在1小时内升温到940℉，
·在940℉均热8小时，
·在2小时内升温到970℉，
·在970℉均热24小时，
·空冷
随后将均匀化的坯锭表面进行剥皮(从每个表面～0.25-0.5”)，在这之后将坯锭加热到940℉，然后将其在～900℉下热轧。将坯锭增宽到约23”，然后直接轧制到0.75”规格。在热轧期间，如果温度降到低于750℉，将板坯重新加热到940℉。随后在970℉下固溶热处理该热轧的产品1小时并且用冷水将其淬火。然后在淬火后2小时内将该产品冷轧到0.675”(约10％压下量)。随后，合金在室温下自然时效至少96小时，并且随后在约310℉下人工时效约48小时，以达到峰值强度和T89状态。
强度和韧性测试
在时效后，使所有合金经受拉伸测试，包括根据ASTM E8和B557在纵向(L)和长纵(LT)取向的拉伸屈服强度(TYS)测试。L-T取向的断裂韧性KQ根据ASTM E399和ASTM B645来确定。样品宽度(W)为3英寸，并且厚度(B)为全板材厚度(0.675英寸)。L-T取向的平面应力断裂韧性Kapp根据ASTM E561和ASTM B646来确定。样品宽度(W)为16英寸，并且厚度(B)为0.25英寸并且初始裂纹长度(2ao)为4英寸。这些测试的结果提供于下面的表7中。
表7-T89状态的新型合金(26)和对比合金(27-29)的强度和韧性
所有报道的拉伸值均是三个样品测量的平均值，KQ值是两个样品的平均值，并且Kapp值来自单一样品。本领域技术人员将会理解样品宽度、厚度、初始裂纹长度和测试样品几何形状影响KQ和Kapp的数值。因而，只有由相同的几何形状、宽度、厚度和初始裂纹长度的测试样品，才能可靠地对比KQ和Kapp。
图6说明了拉伸屈服强度(TYS)与KQ断裂韧性的关系，并且图7说明了TYS与Kapp断裂韧性的函数关系。包含0.12wt.％V的新型合金26展现了最高的KQ和Kapp。与不含钒的对比合金27相比，KQ和Kapp的改良分别为KQ约13％和Kapp约19％。
对比合金28也不含钒，但是包含0.48wt.％的Ag并且实现了比对比合金27更高的KQ、Kapp和TYS，这说明有益的效果可用添加Ag来实现。然而，与新型合金26相比，对比合金28具有比新型合金26分别小9％和2％的KQ和Kapp，并且其强度和韧性的组合次于新型合金26。
对比合金29包含0.11wt.％的V，但是包含大量的铜(5.01wt.％)和少量的镁(0.49wt.％)。对比合金29展现了最低的KQ和第二低的Kapp值-分别比新型合金26低22％和低13％。
这些结果说明铜、镁和钒的量对获得高断裂韧性起作用。这些结果还说明添加Ag可对断裂韧性具有有益的效果，也说明为了获得韧性改良所需的钒的百分比添加量比需要的银的百分比添加量少得多。这是一个重要的发现，因为Ag的成本显著地高于V的成本。然而，除了添加V，出于其它原因例如抗腐蚀性，添加Ag可仍是需要的。
谱疲劳裂纹扩展抵抗性
根据飞机制造规范测量了新型合金26和对比合金27-29的谱疲劳裂纹扩展抵抗性。样品是L-T取向的中心开裂M(T)的样品，该样品具有200mm(7.87英寸)的宽度和12mm(0.47英寸)的厚度。在向M(T)样品施加谱之前，在等幅载荷条件下，对样品进行疲劳预开裂到约20mm的半裂纹长度(a)。在谱载荷下裂纹扩展数据的收集从25mm的半裂纹长度开始，以减少由于从等幅到谱载荷条件的改变所致的瞬时影响。在25-65mm的裂纹长度间隔上收集谱裂纹扩展数据，并且获得裂纹长度与模拟飞行次数的关系以及达到65mm的飞行次数。测试频率为约10Hz，并且在具有大于约90％的相对湿度的潮湿空气环境下进行测试。图8显示了裂纹长度与模拟次数的关系图，并且表8显示了达到65mm的飞行次数。
表8-T89状态的新型合金(26)和对比合金(27-29)的谱FCG寿命
  合金   飞行次数
  26   6951
  27   5431
  28   6381
  29   4144
新型合金26具有最长的谱寿命。与不具有V的对比合金27相比，寿命改良为28％。对比合金28的性能类似于新型合金26，这说明Ag可具有有益的效果，但是仍然比新型合金26低8％。对比合金29具有最短的谱寿命，比新型合金26低约40％。这些结果说明新型合金组成对谱疲劳裂纹扩展抵抗性的有益效果。
等幅疲劳裂纹扩展抵抗性
根据ASTM E647在L-T取向测试了新型合金26和对比合金27-29的样品的等幅疲劳裂纹扩展抵抗性。测试样品是具有4”宽度(W)和0.25”厚度(B)的M(T)样品。测试是采用标准化K-梯度C＝0.69/mm、5mm的初始裂纹长度(2ao)和4.9MPa√m的初始ΔK的K增长测试。应力比(P最小/P最大)为0.1。在25Hz频率下于具有至少约90％的相对湿度的潮湿空气环境中进行测试。根据ASTM E647中的增量多项式方法分析测试数据，以获得作为应力强度因子范围(ΔK)的函数的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)。
图9说明了来自每一种表6的合金的测试数据的da/dN与ΔK的关系。与不含钒的对比合金27相比，新型合金26在大部分ΔK范围内展现了较慢的裂纹扩展速率。对比合金28的性能类似于新型合金26，这再次说明Ag可具有有益的效果。对比合金29展现了优异的疲劳裂纹扩展性能，但是考虑到所有的机械性质，其是表6中所有合金中表现最差的。
新型合金的抗腐蚀性能
如上所述，在T89状态下制备具有处于表1范围内的组成的合金，并且测试其抗剥离腐蚀性。用ASTM G110来评价合金的整体抗腐蚀性。对在3.5％的NaCl+H2O2溶液中浸渍6小时后在T/10平面处合金的光学显微照片的观察，说明合金的腐蚀侵蚀模式为点蚀(P)和晶间(IG)腐蚀。根据ASTM G34还在T/10平面处测试了合金抗剥离腐蚀性(EXCO)。在暴露96小时后，合金实现了EC的EXCO等级。根据ASTM G44和G47在长横(LT)方向还测试了合金抗应力腐蚀开裂性。采用具有双肩部的1/8”直径和2”长的拉伸棒用于测试。测试的应力水平为250MPa。合金通过了对于LT取向的标准40天暴露周期，并且甚至超过120天而不失效。
实施例3-自然时效状态(T39)的新型合金的性能
如在实施例2中的那样制备表6的合金，但不同的是，它们是自然时效到T39状态，而不经过任何的人工时效步骤。在L和LT方向测量拉伸强度，并且在L-T取向测量断裂韧性KQ。测试样品的几何形状和尺寸与实施例2中的相同。这些测试的结果提供于下面的表9中。所有报道的拉伸值均是三个样品测量的平均值，并且KQ值是两个样品的平均值。
表9-T39状态的新型合金(26)和对比合金(27-29)的强度和韧性
具有钒(0.12wt.％)的新型合金26和没有钒的对比合金27的强度是相似的，但是新型合金的KQ(韧性)改良了6％。包含钒(0.11wt.％)但是高铜(5.01wt.％)和低镁(0.49wt.％)的对比合金29展现了较低的强度和较低的断裂韧性。不包含钒但包含0.48wt.％Ag的对比合金28展现了与新型合金26相似的拉伸屈服强度(TYS)，但是更高的极限拉伸强度(UTS)和KQ(韧性)，这再次说明了Ag在改良机械性质上的功效。然而，导致上述改良(即，0.48wt.％)的昂贵的银添加的水平显著地高于获得类似结果所需要的钒的水平。
实施例4-评价不同状态的≈1”的板材
通过均匀化、热轧、固溶热处理、淬火、冷加工、伸展和自然时效(对于T3状态)或人工时效(对于T89状态)，制备了不同状态的包含钒的新型2xxx合金(30)，以及对比2xxx合金(31)。显微组织为部分再结晶的显微组织。产品最终的规格为约1英寸(约25.4mm)。表10提供了新型合金(30)和对比合金的组成以及类似的现有技术合金2027和2624的组成。
表10-合金的组成
Figure BDA0000077620250000241
根据ASTM B557测量合金30和31的拉伸性质，并且根据ASTME561和ASTM B646测量合金30和31的平面应力断裂韧性。对于韧性测试，样品宽度为16英寸，厚度为0.25英寸，并且初始裂纹长度(2ao)为4英寸。如下表11中说明的，T39和T89条件下的合金30比合金31获得了改良的性质组合。
表11-合金的机械性质
Figure BDA0000077620250000242
如图10和11中说明的，T39和T89状态的新型合金(30)获得了比对比合金(31)更好的强度和韧性结合，以及对于类似的现有技术合金2027和2624所估计的典型性质。T39和T89状态的合金30实现了强度和韧性的结合，该结合满足如由线A-A所说明的在300MPa最小拉伸屈服强度下的表达式FT≥146.1-0.062*TYS，其中FT是采用如上所描述的样品尺寸和初始裂纹长度根据ASTM E561和ASTM B646测试的以Kapp计的平面应力断裂韧性，并且其中TYS是根据ASTM E8和B557测量的以MPa计的合金的纵向拉伸屈服强度。T39状态的新型合金的典型性能水平可位于或高于线B-B，其具有与线A-A相同的等式，但不同的是该线表达式的截距具有约149.5的值而不是约146.1。T89状态的新型合金的典型性能水平可位于或高于线C-C，其具有与线A-A相同的等式，但不同的是该线表达式的截距具有约161的值而不是约146.1。
在一些实施方案中，这里公开的新型合金组成可在薄板材(例如，从约0.25或0.5”至约1.5”或约2”的厚度)中提供高的损伤容限，该高的损伤容限由其提高的组合断裂韧性、屈服强度和/或抗疲劳裂纹扩展性质所致。对因疲劳引起的开裂的抵抗性是所需的性质。由于重复的加载和卸载循环或例如当机翼上下移动时在高和低的载荷之间的循环，发生了所提及的疲劳开裂。这种载荷的循环可发生在飞行期间，这是由于一阵风或空气压力的其它突然变化，或者在地面上当飞机在负重时。疲劳失效在飞机部件失效中占据了大的百分比。这些失效是隐伏的(insidious)，因为它们可以在不超载和没有警告的正常操作条件下发生。
如果裂纹或类似裂纹的缺陷存在于组织中，重复的循环或疲劳加载可导致该裂纹增长。这意指疲劳裂纹扩展。当裂纹尺寸和载荷的结合足以超过材料的断裂韧性时，由疲劳所致的裂纹扩展可导致足以灾难性地扩展的大裂纹。因而，材料对由疲劳的所致裂纹扩展的抵抗性对航空结构的寿命提供了大量的好处。裂纹扩展越慢越好。飞机结构部件中的快速扩展的裂纹可导致灾难性的失效，而没有充足的时间来监测，然而缓慢扩展的裂纹允许时间来监测和腐蚀性行动或修补。因此，低的疲劳裂纹扩展速率是需要的性质。
当结构部件的几何形状满足当施加拉伸载荷时(平面-应变变形)其贯穿厚度不塑性变形时，经常以平面-应变断裂韧性KIc来测量断裂韧性。这通常适用于相对较薄的产品或部件，例如0.6或0.75或1英寸以上。ASTM采用疲劳预开裂的紧凑拉伸样品确定了测量KIc(ASTM E399)的标准测试，KIc具有单位ksi√in或MPa√m。当材料为厚的时，通常用该测试测量断裂韧性，因为只要满足对于宽度、裂纹长度和厚度的合适标准，其被认为是独立于样品几何形状的。如KIc中使用的符号K，意指应力强度因子。关于这里报道的一些性质值，由于材料的尺寸限制获得了KQ值，而不是KIc值。为了获得有效的平面-应变KIc结果，可需要较厚和较宽的样品。然而，因为通常采用来自相同尺寸和在相似测试条件下的样品的结果获得不同合金组成之间的数据，所以它们仍然是新型合金的较高韧性的指示。通常考虑有效的KIc为相对独立于样品尺寸和几何形状的材料性质。另一方面，KQ在最严格的学术意识中可能不是真正的材料性质，因为它可随着样品尺寸和几何形状而变化。然而，小于所需的、来自样品的典型KQ值相对于KIc是保守的。换句话说，当满足与试样尺寸相关的ASTM标准E399有效性标准时，报道的断裂韧性(KQ)通常低于获得的标准KIc值。
当合金产品或结构部件的几何形状满足当施加拉伸载荷时其贯穿厚度允许塑性变形时，经常以平面-应力断裂韧性来测量断裂韧性。该断裂韧性测量采用在相对薄的、宽的预开裂样品上产生的最大载荷。当使用在最大载荷下的裂纹长度来计算在该载荷下的应力-强度因子时，应力-强度因子意指平面-应力断裂韧性Kc。然而，当采用施加载荷前的裂纹长度计算应力-强度因子时，计算结果称作材料的表观断裂韧性Kapp。因为Kc计算中的裂纹长度通常较长，所以对于给定的材料，Kc的值通常高于Kapp。断裂韧性的这些测量都以单位ksi√in或MPa√m表达。对于韧性材料，由这些测试产生的数值通常随着样品宽度的增加或其厚度的减小而增加。将理解，在韧性测试中使用的测试面板的宽度可对测试中测量的应力强度有重要的影响。采用6-英寸宽的测试样品，给定的材料可展现60ksi√in的Kapp韧性，然而测量的Kapp将会随着更宽的样品而增长。例如，用6-英寸的面板实现60ksi√in(Kapp)的平面应力韧性的相同材料，采用16-英寸宽的面板作为样品可展现更高的Kapp(例如约90ksi√in)，采用48-英寸宽的面板还可更高(例如约150ksi√in)，并且采用60-英寸宽的面板还可更高(例如约180ksi√in)。因此，这里提到对于平面应力韧性测试的K值，除非有其它说明，否则，其意指采用16-英寸宽的面板来测试。然而，本领域技术人员理解，取决于测试面板宽度，测试结果可变化，并且其意在包括所有这些关于韧性的测试。因此，在表征新型合金产品时，韧性基本上等同于或基本上对应于Kc或Kapp的最小值，然而很大程度上当提到用16-英寸面板来测试时，其旨在包括在使用如本领域技术人员将会理解的不同宽度面板中遇到的Kc或Kapp的变化。平面-应力断裂韧性(Kapp)测试适用于所有厚度的产品，但是可在一些应用中发现其在较薄的产品(例如1英寸或3/4英寸或更少的厚度，例如5/8英寸或1/2英寸或更少的厚度)中有更多的用途。
虽然，本公开的大部分以轧制产品即片材和板材形式存在，但期望本公开的合金以其它形变产品形式例如挤压件或锻件将实现类似的改良。此外，虽然本公开的特定实施方案得到详细的描述，但本领域技术人员将会理解在考虑本公开的总教导下可发展对这些细节的不同修改和替代。因此，公开的特定布置意指仅是说明性的并且不作为本公开的范围的限制，本公开的范围由附属的权利要求及其任何和所有的等同物所给出。

Claims (20)

1.一种铝合金，基本上由以下组成：
3.3-4.1wt.％Cu；
0.7-1.3wt.％Mg；
0.01-0.16wt.％V；
0.05-0.6wt.％Mn；以及
0.01-0.4wt.％的至少一种晶粒组织控制元素；
余量为铝、偶存元素和杂质。
2.根据权利要求2的铝合金，其中晶粒组织控制元素为Zr。
3.根据权利要求1的铝合金，其中该合金包含0.01-0.2wt.％的Zr。
4.根据权利要求1的铝合金，其中晶粒组织控制元素为Sc和Hf中的至少一种。
5.根据权利要求1的铝合金，其中偶存元素包含晶粒细化剂和脱氧剂中的至少一种。
6.根据权利要求5的铝合金，其中该铝合金包含晶粒细化剂并且其中晶粒细化剂为TiB2和TiC中的至少一种。
7.根据权利要求1的铝合金，包含0.05-0.15wt.％的V。
8.根据权利要求1的铝合金，其中铜和镁的组合数量不超过5.1wt.％。
9.根据权利要求8的铝合金，其中铜和镁的组合数量至少为4.0wt.％。
10.根据权利要求1的铝合金，其中铜与镁的比例不大于5.0。
11.根据权利要求1的铝合金，其中铜与镁的比例至少为2.75。
12.根据权利要求1的铝合金，其中杂质包含Fe和Si，并且其中该合金包含不大于0.15wt.％的Fe和不大于0.10wt.％的Si。
13.根据权利要求1的铝合金，其中杂质包含Zn，并且其中该合金包含不大于0.25wt.％的Zn。
14.根据权利要求1的铝合金，其中该合金基本上不含Ag。
15.一种形变产品，由权利要求1的铝合金制得。
16.根据权利要求15的形变产品，其中该形变产品是板材产品。
17.一种铝合金，基本上由以下组成：
3.3-4.1wt.％Cu；
0.7-1.3wt.％Mg；
0.01-0.16wt.％V；
0.05-0.6wt.％Mn；
0.05-0.15wt.％Zr；
余量为铝、偶存元素和杂质；
其中铜和镁的组合数量处于约4.0wt.％-约5.1wt.％的范围内；
以及其中铜与镁的比例处于约2.75-约5.0的范围内。
18.一种由权利要求17的铝合金制备的形变产品，其中该形变产品实现了强度与韧性的组合，该组合满足表达式FT≥146.1-0.062*TYS，其中FT是采用16英寸宽的具有0.25英寸厚度和4英寸初始裂纹长度(2ao)的面板根据ASTM E561和ASTMB646测量的以Kapp计的平面应力断裂韧性，并且其中TYS是根据ASTM E8和B557测量的以MPa计的合金的纵向拉伸屈服强度。
19.一种由权利要求17的铝合金制备的形变产品，其中如上提供的该形变产品实现了强度与韧性的组合，该组合满足在460MPa最小拉伸屈服强度下的表达式FT≥456-0.611*TYS，其中FT是根据ASTMB871测量的以KJ/m2计的合金的单位扩展能，并且其中TYS是根据ASTM E8和B557测量的以MPa计的合金的纵向拉伸屈服强度。
20.一种由权利要求17的铝合金制备的T89状态的板材，其中该板材与由AA2624合金制备的T89状态的对比板材产品相比，在断裂韧性方面实现了至少5％的改良，并且其中该板材产品与由AA2624合金制备的T89状态的对比板材产品相比，实现了至少相等的拉伸屈服强度。
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