CN102459671A - 具有改进的机械强度和韧性的铝-铜-锂合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锻压产品，例如挤压、轧制和/或锻造产品，由基于铝的合金制成，其中含有(以重量％计)：Cu：3.0-3.9；Li：0.8-1.3；Mg：0.6-1.0；Zr：0.05-0.18；Ag：0.0-0.5；Mn：0.0-0.5；Fe+Si≤0.20；Zn≤0.15；至少一种选自以下的元素：Ti：0.01-0.15；Sc：0.05-0.3；Cr：0.05-0.3；Hf：0.05-0.5；其他元素各自≤0.05，并且总量≤0.15，剩余的是铝。本发明还涉及制备所述产品的方法。本发明的产品特别有益于制造用于制造航空工业中的结构元件的铝制的厚产品。

Description

具有改进的机械强度和韧性的铝-铜-锂合金

技术领域

本发明涉及铝-铜-锂合金产品，更具体地，涉及这类产品及其制造方法和用途，特别是在航空学和航空航天构造领域中。

背景技术

开发轧制、锻造或挤压的铝合金产品，特别是厚的产品，以通过切割、表面加工或机械加工，用大块体制造高强度部件，特别是用在航空工业、航空航天工业或机械构造中的高强度部件。

在这一方面，含锂铝合金极为有利，因为对于添加的每一重量百分比的锂来说，锂使铝的密度减少3％并且弹性模量增加6％。为了让这些合金被选用于飞机，这些合金的性能——就其他使用性质而言——必须和常用合金的一样好，特别是在静态机械强度性质(屈服强度、断裂强度)和损伤容限性质(韧性、抗疲劳裂纹扩张性)之间的折衷方面，这些性质通常是矛盾的。对于厚的产品，这些特性必须特别地在四分之一厚度和一半厚度处获得，因此这些产品必须具有低淬火敏感性。如果这些静态机械性质(例如屈服强度)在淬火速率减小时减小，则这个产品就是淬火敏感的。淬火速率是产品在淬火期间的平均冷却速率。

这些机械特性还必须优选地长时间稳定并且不会由于在使用温度下老化而明显改变。这样，在民用航空应用中延长使用这些产品需要机械特性具有良好的稳定性，这例如通过在85℃老化1000小时进行模拟。

这些合金还必须具有足够的耐腐蚀性，能够采用常用的方法成型并具有低的残余应力以便能够进行整体机械加工。

美国专利5,032,359描述了一大类铝-铜-锂合金，其中添加镁和银，特别是0.3至0.5重量％，能使机械强度增加。

美国专利5,234,662描述了具有下列组成的合金(以重量％计)：Cu：2.60-3.30、Mn：0.0-0.50、Li：1.30-1.65、Mg：0.0-1.8，以及选自Zr和Cr的控制晶粒结构的元素：0.0-1.5。

美国专利5,455,003描述了一种生产Al-Cu-Li合金的方法，该合金特别是由于合适的冷变形(écrouissage)和回火而在低温下具有改进的机械强度和韧性。此专利特别推荐以下组成(以重量％计)：Cu：3.0-4.5、Li：0.7-1.1、Ag：0-0.6、Mg：0.3-0.6、以及Zn：0-0.75。在所述文献中没有提及民用航空应用的产品老化问题，因为其想要的产品主要是火箭发射器或航天飞机的低温存储器。

美国专利7,438,772描述的合金包含(以重量％计)：Cu：3-5、Mg：0.5-2、Li：0.01-0.9，不允许使用更高含量的锂，因为韧性和机械强度之间的折衷会下降。

美国专利7,229,509描述了一类合金，包含(以重量％计)(2.5-5.5)Cu、(0.1-2.5)Li、(0.2-1.0)Mg、(0.2-0.8)Ag、(0.2-0.8)Mn、(最高达0.4)Zr或其他晶粒细化剂(例如Cr，Ti，Hf，Sc和V)，特别地对于R_p0.2(L)＞448.2MPa的屈服强度(厚度大于76.2mm的产品)具有K_1C(L)＞37.4MPa√m的韧性，并且特别地对于R_p0.2(L)＞489.5MPa的屈服强度(厚度小于76.2mm的产品)具有K_1C(L)＞38.5MPa√m的韧性。

美国专利申请2009/142222A1描述了一种合金，包含(以重量％计)：3.4至4.2％Cu、0.9至1.4％Li、0.3至0.7％Ag、0.1至0.6％Mg、0.2至0.8％Zn、0.1至0.6％Mn和0.01至0.6％的至少一种控制晶粒结构的元素。

还已知合金AA2050，其中包含(以重量％计)：(3.2-3.9)Cu、(0.7-1.3)Li、(0.20-0.6)Mg、(0.20-0.7)Ag、(最高0.25)Zn、(0.20-0.50)Mn、(0.06-0.14)Zr，以及合金AA2095：(3.7-4.3)Cu、(0.7-1.5)Li、(0.25-0.8)Mg、(0.25-0.6)Ag、(最高0.25)Zn、(最高0.25)Mn、(0.04-0.18)Zr。合金AA2050的产品因其静态机械强度和韧性的品质而著称。

对于由铝-铜-锂合金制成的产品，特别是厚的产品，需要其与已知产品相比具有改进的特性，特别是在静态机械强度性质和损伤容限性质之间的折衷、热稳定性、抗腐蚀性、机械加工性的方面，并且具有低密度。

发明内容

本发明的第一个目的是一种由基于铝的合金制成的锻压产品(produit corroyé)，例如挤压、轧制和/或锻造产品，其含有(以重量％计)：

Cu：3.0-3.9；

Li：0.8-1.3；

Mg：0.6-1.0；

Zr：0.05-0.18；

Ag：0.0-0.5；

Mn：0.0-0.5；

Fe+Si≤0.20；

Zn≤0.15；

至少一种选自以下的元素：

Ti：0.01-0.15；

Sc：0.05-0.3；

Cr：0.05-0.3；

Hf：0.05-0.5；

其他元素各自≤0.05，并且总量≤0.15，剩余的是铝。

本发明的第二个目的是一种制造基于铝合金的挤压、轧制和/或锻造产品的方法，其中：

a)制备一种基于铝的液体金属浴，包含3.0至3.9重量％的Cu、0.8至1.3重量％的Li、0.6至1.0重量％的Mg、0.05至0.18重量％的Zr、0.0至0.5重量％的Ag、0.0至0.5重量％的Mn、至多0.20重量％的Fe+Si、至多0.15重量％的Zn和至少一种选自Cr、Sc、Hf、Ti的元素，所述元素的量——如果被选择——为0.05至0.3重量％的Cr、Sc，0.05至0.5重量％的Hf和0.01至0.15重量％的Ti，其他元素各自至多为0.05重量％，总量至多为0.15重量％，剩余为铝；

b)由所述液体金属浴浇铸一种未加工的成形体；

c)将所述未加工的成形体在450至550℃之间、优选480℃至530℃之间的温度下均化5至60小时；

d)将所述未加工的成形体热变形和任选地冷变形成挤压、轧制和/或锻造的产品；

e)将所述产品在490℃至530℃之间进行固溶处理15分钟至8小时然后淬火；

f)将所述产品以受控方式、以1至6％、优选至少2％的永久变形拉伸；

g)将所述产品回火，包括在130℃至170℃之间的温度下加热5至100小时，优选10至40小时，以获得接近峰值的屈服强度。

本发明的又一目的为一种包含本发明产品的结构元件。

本发明的又一个目的为本发明的结构元件用于航空构造的用途。

附图说明

图1：回火曲线和切线斜率P_N的测量实例。

图2：实施例1的试样所得屈服强度和韧性的结果。

图3：实施例1和2的试样所得屈服强度和韧性的结果，其屈服强度接近峰值。

图4：实施例3的试样所得屈服强度和韧性的结果，其屈服强度接近峰值。

具体实施方式

除非另外说明，否则所有关于合金的化学组成的表示均用基于合金总重量计的重量百分数表达。表述1.4Cu指的是用重量％表示的铜的含量乘以1.4。合金命名根据铝业协会(The Aluminum Association)的规定，对于本领域的技术人员是已知的。密度取决于组成并通过计算而非通过重量测量方法来确定。数值的计算根据铝业协会的程序，描述于“Aluminum Standards and Data”的第2-12和2-13页。冶金状态(étatmétallurgique)的定义在欧洲标准EN 515中指出。

除非另外说明，否则静态机械性质，即断裂强度R_m、伸长0.2％时的常规屈服强度R_p0.2(“屈服强度”)和断裂延长率A％，通过拉伸试验根据EN 10002-1标准测量，试验的取样和方向用标准EN 485-1定义。

应力强度因子(K_Q)根据标准ASTM E 399测量。标准ASTM E 399给出能够确定K_Q是否是K_1C的有效值的标准。对于给定的试样形状，不同材料获得的K_Q值可以互相比较，在试样的屈服强度在同一数量级内的范围内。

除非另外说明，否则标准EN 12258的定义均适用。型材厚度根据标准EN 2066：2001定义：横切面分成具有尺寸A和B的基本矩形；A总是基本矩形的较大尺寸且B可被认为是基本矩形的厚度。模具托(semelle)是具有最大尺寸A的基本矩形。

MASTMAASIS(修改的ASTM乙酸盐间断喷雾)试验根据标准ASTM G85实施。

在本文中，术语机械构造的“结构元件”指对其而言静态和/或动态机械性质对于结构的性能特别重要、并且对其而言结构计算通常是有规定的或实施的机械部件。这通常涉及这样一些元件，即，其失败很可能会危及所述构造、其操作者或他人的安全。对于飞机，所述结构元件包括，特别是：构成机身的元件(例如机身蒙皮)、机身桁条、舱壁、环向边框、机翼(例如机翼蒙皮、桁条、肋条和翼梁)和特别是由水平或竖直稳定器构成的尾部，以及地板梁、座椅轨道和舱门。

根据本发明，已经发现选择的一类铝合金——其含有特定和严格量的锂、铜、镁和锆——能使制造的锻压产品具有改进的韧度和机械强度之间的折衷，以及良好的抗腐蚀性。并且，当这些产品经受为获得接近峰值屈服强度R_p0.2的屈服强度R_p0.2而选择的回火方法时，它们具有优秀的热稳定性。

本发明人惊奇地观察到，可通过增加镁含量来改进特别是厚的铝-铜-锂合金产品——例如特别是合金AA2050——的静态机械抗性与损伤容限性质之间的折衷。特别地，对于经受了接近峰值的回火的厚产品，选择铜、镁和锂含量，能够获得性质的有利折衷，并能够获得令人满意的产品热稳定性。

本发明的产品的铜含量为3.0至3.9重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，铜含量为3.2至3.7重量％。当铜含量过高，其韧性特别是对于接近峰值的回火不足；此外，合金的密度不好。当铜含量过低，达不到其最小静态机械特性。

本发明的产品的锂含量为0.8至1.3重量％。有利地，锂含量为0.9至1.2重量％。优选地，锂含量至少为0.93重量％或至少为0.94重量％。当锂含量过低，与锂的加入相关的密度降低程度不足。

本发明的产品的镁含量为0.6至1.0重量％，优选为0.65或0.67至1.0重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，镁含量至多为0.9重量％，优选至多为0.8重量％。对于某些应用，镁含量至少为0.7％是有利的。

锆含量为0.05至0.18重量％，优选为0.08至0.14重量％，以优选地获得纤维性或者轻度重结晶的晶粒结构。

锰含量为0.0至0.5重量％。特别是在厚板的制造中，0.2至0.4重量％之间的锰含量能使韧性增加而不危害机械强度。

银含量为0.0-0.5重量％。本发明人注意到，虽然银的存在是有利的，在镁以本发明用量存在的情况下，为了获得在机械强度和损伤容限之间折衷的需要的改进，不需要大量银。对银的用量限制，是经济上非常有利的。在本发明的一个有利的实施方案中，银含量为0.15至0.35重量％。在本发明的一个具有最小化密度的优点的实施方案中，银含量至多为0.25重量％。

铁含量和硅含量的总量至多为0.2重量％。优选地，铁和硅的含量各自至多为0.08重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，铁和硅的含量分别至多为0.06和0.04重量％。受控且有限的铁和硅含量促进了机械强度和损伤容限之间折衷的改进。

合金还包含至少一种能够有助于控制晶粒大小并选自Cr、Sc、Hf、Ti的元素，元素的量——如果选择——为0.05至0.3重量％的Cr、Sc，0.05至0.5重量％的Hf和0.01至0.15重量％的Ti。优选地，选择0.02至0.10重量％的钛。

锌是一种不期望的杂质。锌含量为Zn≤0.15重量％，优选地Zn≤0.05重量％。锌含量有利地低于0.04重量％。

本发明产品的密度低于2.72g/cm³。为降低产品的密度，可有利地选择组成以获得低于2.71g/cm³、优选地低于2.70g/cm³的密度。

本发明的合金特别地意欲用于制造厚的挤压、轧制和/或锻造的产品。在本发明的范围中，厚的产品指的是厚度至少为30mm、优选至少50mm的产品。事实上，本发明的合金具有低的淬火敏感度，这对厚的产品是特别有利的。

本发明的轧制产品的厚度优选地在30至200mm之间，更优选在50至170mm之间。

本发明的厚的产品具有特别有利的机械强度和韧性之间的折衷。

本发明的一种产品，在经轧制、固溶处理、淬火和回火以达到接近峰值的屈服强度的状态下，对于30至100mm的厚度，在一半厚度处具有下列成对特性中的至少一种：

(i)对于30至60mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥525MPa，优选地R_p0.2(L)≥545MPa，韧性K_1C(L-T)≥38MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥43MPa√m，

(ii)对于60至100mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥515MPa，优选地R_p0.2(L)≥535MPa，韧性K_1C(L-T)≥35MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥40MPa√m，

(iii)对于100至130mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥505MPa，优选地R_p0.2(L)≥525MPa，韧性K_1C(L-T)≥32MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥37MPa√m，

(iv)对于30至100mm的厚度，在一半厚度时，以MPa表示屈服强度R_p0.2(L)并以MPa√m表示韧性K_1C(L-T)，使得K_1C(L-T)≥-0.217R_p0.2(L)+157，优选地K_1C(L-T)≥-0.217R_p0.2(L)+163并且大于35MPa√m。

(v)在85℃老化1000小时后，屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)与老化之前的屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)的区别小于10％，优选小于5％。

在另一个实施方案中，较薄的产品——其厚度在10至30mm之间，通常在20mm左右——却是优选的，因为机械强度和韧性之间的折衷在这种条件下特别有利。

本发明的一种产品，在经轧制、固溶处理，淬火和回火以达到接近峰值的屈服强度的状态下，对于10至30mm的厚度，在一半厚度处具有下列成对特性中的至少一种：

(i)屈服强度R_p0.2(L)≥525MPa，优选地R_p0.2(L)≥545MPa，韧性K_1C(L-T)≥40MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥45MPa√m，

(ii)以MPa表示屈服强度R_p0.2(L)和以MPa√m表示韧性K_1C(L-T)使得K_1C(L-T)≥-0.4R_p0.2(L)+265，优选地K_1C(L-T)≥-0.4R_p0.2(L)+270并且大于45MPa√m。

(iii)在85℃老化1000小时后，屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)与老化之前的屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)的区别小于10％，优选小于5％。

本发明的产品就裂纹发生(S/N)和扩张速度(da/dN)而言在疲劳性能的方面也具有有利的特性。

本发明产品的抗腐蚀性通常很高；这样，MASTMAASIS测试结果(标准ASTMG85&G34)对本发明产品来说至少为EA，优选为P。

制造本发明产品的方法包括以下步骤：制备、浇铸、锻压、固溶处理、淬火和回火。

在第一个步骤中，制备一种液体金属浴，以获得具有本发明组成的铝合金。

之后将液体金属浴浇铸成未加工的成形体，例如坯料、轧制板或者锻造毛坯。

之后将所述未加工的成形体在450至550℃之间、优选在480℃至530℃之间的温度下均化5至60小时；

均化之后，通常将未加工的成形体冷却至室温，之后再将其预热以进行热变形。预热意欲达到优选在400至500℃之间、更优选约450℃的温度，使得未加工成形体变形。

热变形和任选的冷变形通常通过挤压、轧制和/或锻造进行，以获得挤压、轧制和/或锻造的产品，其厚度优选至少为30mm。这样制得的产品之后通过在490至530℃之间的热处理进行固溶处理15分钟至8小时，然后通常用环境温度下的水或优选用冷水进行淬火。然后以1至6％、优选至少2％的永久变形使产品经受受控拉伸。优选地以大于3％的永久变形使轧制产品经受受控拉伸。在本发明的一个有利的实施方案中，以在3至5％之间的永久变形进行受控拉伸。一种优选的冶金状态为T84状态。已知步骤例如轧制、整平、矫直成型可任选地在固溶处理和淬火之后、在受控拉伸之前或之后进行。在本发明的一个实施方案中，以1至3％的永久变形进行受控拉伸之前进行至少7％，优选至少9％的冷轧步骤。

通过在130至170℃之间、优选150至160℃之间的温度下加热5至100小时、优选10至40小时来进行回火，以获得接近峰值屈服强度R_p0.2的屈服强度R_p0.2。

已知对于结构硬化的合金例如Al-Cu-Li合金，其屈服强度随着在给定温度下的回火的时间而增加，直至达到被称为硬化峰值或“峰值”的最大值，之后随着回火时间降低。在本发明中，术语回火曲线是指屈服强度随155℃下的等效回火时间的变化。回火曲线的一个实例在图1中给出。在本发明中，一个在回火曲线上的点N——155℃等效时间为t_N，屈服强度为R_p0.2(N)——通过测量在回火曲线上点N的切线斜率P_N，来确定是否接近峰值。在本发明中，如果斜率P_N的绝对值至多为3MPa/h，则认为回火曲线上点N的屈服强度是接近峰值屈服强度。如图1所示，欠回火状态是指P_N为正值的状态，过回火状态是指P_N为负值的状态。

为获得P_N的近似值，对于在欠回火状态中的曲线上的点N，可以测量经过点N和经过之前的点N-1的线——其在t_N-1＜t_N的时间段内获得并具有屈服强度R_p0.2(N-1)——的斜率；这样得到P_N≈(R_p0.2(N)-R_p0.2(N-1))/(t_N-t_N-1)。理论上，当t_N-1趋近于t_N时可以获得P_N的精确值。然而，如果t_N-t_N-1的差值很小，屈服强度的变化有可能不明显，并且数值不精确。本发明人发现当t_N-t_N-1的差值为2至15小时优选约3小时时，通常获得令人满意的P_N近似值。

在155℃下等效时间t_i用下式定义：

$t_i=\frac{\exp (-16400/T)\mathrm{dt}}{\exp (-16400/T_{\mathrm{ref}})}$

其中T(开尔文)是瞬时金属处理温度，随时间t(小时)变化，并且T_ref是设为428K的参照温度。t_i以小时表示。常数Q/R＝16400K源自Cu的扩散活化能，为此已使用数值Q＝136100J/mol。

接近峰值屈服强度的屈服强度通常至少等于90％的峰值屈服强度R_p0.2、一般甚至至少等于95％、经常至少97％。峰值屈服强度和最大屈服强度可通过改变回火的时间和温度参数而获得。当拉伸3.5％之后，于155℃的温度下回火时间在10至70小时之间变化，则峰值屈服强度通常被认为是令人满意的。

通常，对于Al-Cu-Li合金，明显的欠回火状态对应于静态机械强度(Rp_0.2，R_m)和损伤容限(韧性、抗疲劳裂纹扩张性)之间的折衷好于峰值时的情况，特别是超过峰值的折衷。然而，本发明人注意到接近峰值的欠回火状态使得同时获得有益的静态机械强度和损伤容限之间的折衷，同时还提高耐腐蚀性和热稳定性方面的性能。

并且，使用接近峰值的欠回火状态能使工业方法的稳固性增强：回火条件的改变使得所获得的性能变化很少。

因此进行接近峰值的欠回火是有利的，即，时间和温度条件等同于下述155℃回火曲线上点N的条件的欠回火，即，使得在回火曲线这一点上的切线的斜率P_N，以MPa/h表示，为0＜P_N≤3，优选地0.2＜P_N≤2.5。

本发明的产品可以有利地用于结构元件，特别是用于飞机中。使用包含至少一种本发明的产品或者由这种产品制成的结构元件是有利的，特别对于航空构造。本发明的产品特别有利于制备由大块体机械加工而成的产品，例如特别是机翼下表面元件(élément intrados)和机翼上表面元件(élément extrados)(其蒙皮和桁条由相同的起始材料获得)、翼梁和肋条，以及这些特性对其有利的其他用途。

这些方面，与本发明的其他方面一起，将更详细地借助于下列示例性的非限制性实施例来解释。

实施例

实施例1

在这个实施例中，浇铸尺寸为2000 x 380 x 120mm的多个板，其组成在表1中给出。

表1.浇铸成板形式的Al-Cu-Li合金的组成(以重量％计)和密度。(Ref：参照；Inv：发明)

Ti：对于合金1至6，目标为0.02重量％

将这些板在约500℃下均化约12小时，然后进行切割并修整，得到尺寸为400 x 335 x 90mm的坯件。将这些坯件热轧，得到厚度为20mm的薄板。将这些薄板在505+/-2℃固溶处理1h，以75℃的水进行淬火，从而使冷却速率为约18℃/s，这样模拟厚度为80mm的薄板的一半厚度所具有的特性。之后以3.5％的永久延长率拉伸这些薄板。

使薄板于155℃经受回火10h至50h。获取一半厚度处的试样以测量静态机械拉伸性质和韧性K_Q。用于测量韧性的试样具有宽度W＝25mm，厚度B＝12.5mm。通常，由这类试样获得的K_Q的数值小于由具有更大厚度和宽度的试样获得的数值。用两次测量——由宽度W＝40mm，厚度B＝20mm的试样获得——证实了这个倾向。可以相信，用更宽的试样(能获得K_1C的有效测量)获得的测量值会高于用宽度W＝25mm，厚度B＝12.5mm的试样获得的测量值。

得到的结果列在表2中。

表2.不同薄板得到的机械特性

^＊宽度W＝40mm，厚度B＝20mm的试样。

图2展示了斜率P_N为0至3的试样获得的特性的折衷，以及对宽度W＝25mm，厚度B＝12.5mm的试样的韧性的测量。与参照产品相比，本发明的产品具有明显改进的特性折衷。

实施例2(参照)

在这个实施例中，浇铸厚度为406mm的多个板，其组成在表3中给出。

表3.浇铸成板形式的Al-Cu-Li合金的组成(以重量％计)和密度。

将这些板均化，然后修整。在均化后，将板热轧以获得厚度为50mm的薄板。将这些薄板进行固溶处理，以冷水淬火，然后以3.5％至4.5％的永久延长率进行拉伸。

使薄板于155℃经受回火10h至50h。获取一半厚度处的试样以测量静态机械拉伸性质和韧性K_Q。用于测量韧度的试样具有宽度W＝80mm，厚度B＝40mm。K_1C的有效性标准对于某些试样来说是满足的。所获得的结果列在表4中。

表4.不同薄板得到的机械特性

在图3中，点8、9和10被添加到图2(斜率P_N在0至3之间)——尽管它们涉及测量K_Q(K_1C)用的不同形状的试样——以协助对本发明和现有技术进行比较。从而证实了本发明的产品与现有技术相比具有明显改进的性能折衷。

实施例3

在这个实施例中，浇铸尺寸为2000 x 380 x 120mm的多个板，其组成在表5中给出。

表5.浇铸成板形式的Al-Cu-Li合金的组成(以重量％计)和密度。(Ref：参照；Inv：发明)

将这些板在约500℃下均化约12小时，然后进行切割并修整，得到尺寸为400 x 335 x 90mm的坯件。将这些坯件热轧，得到厚度为20mm的薄板。将这些薄板在505+/-2℃固溶处理1h，以冷水进行淬火。之后以3.5％的永久延长率对这些薄板进行拉伸。

使薄板在155℃经受回火18h至72h。获取一半厚度处的试样以测量静态机械拉伸性质和韧性K_Q。用于测量韧性的试样具有宽度W＝25mm，厚度B＝12.5mm。

所获得的结果列在表6中。

表6.不同薄板得到的机械特性

图4展示了斜率P_N为0至3的试样获得的特性的折衷，以及对宽度W＝25mm，厚度B＝12.5mm的试样的韧性的测量。与参照试样相比，本发明的产品具有明显改进的特性折衷。

实施例4

在这个实施例中，比较由合金12制得的产品根据使用的不同回火条件的热稳定性。

使根据实施例3中所述的方法(直至排除的回火步骤)制得的合金12的薄板在155℃或143℃经受回火以如表7中所示的增加持续时间。在143℃回火34h或在155℃回火40h的薄板随后在85℃进行老化1000小时。获取一半厚度处的试样以测量老化之前和之后的静态机械拉伸性质。

结果列在表7中。143℃的回火34h，对应的斜率P_N估算为7.1，未展现出令人满意的热稳定性。因此在老化后屈服强度增加了15％，延长率减少了13％。相比之下，在155℃回火40h，对应的斜率P_N估算为1.9，展现出了令人满意的热稳定性，这些特性的变化小于5％。

表7.合金12的薄板于85℃老化1000h之前和之后的机械特性

Claims (18)

1.由基于铝的合金制成的锻压产品，例如挤压、轧制和/或锻造产品，包含，以重量％计：

Cu：3.0-3.9；

Li：0.8-1.3；

Mg：0.6-1.0；

Zr：0.05-0.18；

Ag：0.0-0.5；

Mn：0.0-0.5；

Fe+Si≤0.20；

Zn≤0.15；

至少一种选自以下的元素：

Ti：0.01-0.15；

Sc：0.05-0.3；

Cr：0.05-0.3；

Hf：0.05-0.5；

其他元素，各自≤0.05，并且总量≤0.15，剩余的是铝。

2.权利要求1的产品，其中铜含量在3.2至3.7重量％之间。

3.权利要求1或2的产品，其中锂含量在0.9至1.2重量％之间。

4.权利要求1至3中任一项的产品，其中镁含量在0.65至1.0重量％之间，优选在0.7至0.9重量％之间。

5.权利要求1至4中任一项的产品，其中锰含量在0.2至0.4重量％之间。

6.权利要求1至5中任一项的产品，其中银含量在0.15至0.35重量％之间。

7.权利要求1至6中任一项的产品，其中铁和硅含量各自至多为0.08重量％，优选分别至多为0.06和0.04重量％，并且/或者其中锌含量≤0.05重量％，优选≤0.04重量％。

8.权利要求1至7中任一项的产品，其中组成选择为能获得低于2.71g/cm³，优选低于2.70g/cm³的密度。

9.权利要求1至8中任一项的产品，其厚度为至少30mm，优选至少50mm。

10.权利要求9的产品，在经轧制、固溶处理、淬火和回火以达到接近峰值的屈服强度的状态下，对于30至100mm之间的厚度，其在一半厚度处具有下列成对特性中的至少一种：

(i)对于30至60mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥530MPa，优选地R_p0.2(L)≥550MPa，韧性K_1C(L-T)≥38MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥43MPa√m，

(ii)对于60至100mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥520MPa，优选地R_p0.2(L)≥540MPa，韧性K_1C(L-T)≥35MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥40MPa√m，

(iii)对于100至130mm的厚度，在一半厚度时，屈服强度R_p0.2(L)≥510MPa，优选地R_p0.2(L)≥530MPa，韧性K_1C(L-T)≥32MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥37MPa√m，

(iv)对于30至100mm的厚度，在一半厚度时，以MPa表示屈服强度R_p0.2(L)并以MPa√m表示韧性K_1C(L-T)，使得K_1C(L-T)≥-0.217R_p0.2(L)+157，优选地K_1C(L-T)≥-0.217R_p0.2(L)+163，并且大于35MPa√m，

(v)85℃下老化1000小时后，屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)与老化之前的屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)的区别小于10％，优选小于5％。

11.权利要求1至8中任一项的产品，在经轧制、固溶处理、淬火和回火以达到接近峰值的屈服强度的状态下，对于10至30mm之间的厚度，其在一半厚度处具有下列成对特性的至少一种：

(i)屈服强度R_p0.2(L)≥525MPa，优选地R_p0.2(L)≥545MPa，韧性K_1C(L-T)≥40MPa√m，优选地K_1C(L-T)≥45MPa√m，

(ii)以MPa表示屈服强度R_p0.2(L)并以MPa√m表示韧性K_1C(L-T)，使得K_1C(L-T)≥-0.4R_p0.2(L)+265，优选地K_1C(L-T)≥-0.4R_p0.2(L)+270，并且大于45MPa√m，

(iii)85℃下老化1000小时后，屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)与老化之前的屈服强度R_p0.2(L)和断裂延长率A％(L)的区别小于10％，优选小于5％。

12.一种制备基于铝合金的挤压、轧制和/或锻造产品的方法，其中：

a)制备一种基于铝的液体金属浴，其包含3.0至3.9重量％的Cu、0.8至1.3重量％的Li、0.6至1.0重量％的Mg、0.05至0.18重量％的Zr、0.0至0.5重量％的Ag、0.0至0.5重量％的Mn、至多0.20重量％的Fe+Si、至多0.15重量％的Zn和至少一种选自Cr、Sc、Hf和Ti的元素，所述元素的量——如果被选择——为0.05至0.3重量％的Cr、Sc，0.05至0.5重量％的Hf和0.01至0.15重量％的Ti，其他元素各自至多为0.05重量％，总量至多为0.15重量％，剩余为铝；

b)由所述液体金属浴浇铸一种未加工的成形体；

c)将所述未加工的成形体在450至550℃之间、优选480℃至530℃之间的温度下均化5至60小时；

d)将所述未加工的成形体热变形和任选地冷变形成挤压、轧制和/或锻造的产品；

e)将所述产品在490℃至530℃之间进行固溶处理15分钟至8小时然后淬火；

f)将所述产品以受控方式、以1至6％、优选至少2％的永久变形拉伸；

g)将所述产品回火，包括在130℃至170℃之间的温度下加热5至100小时，优选10至40小时，以获得接近峰值的屈服强度。

13.权利要求12的方法，其中热变形和任选地冷变形进行至获得至少30mm的厚度。

14.权利要求12或13的方法，其中受控拉伸以3至5％之间的永久变形进行。

15.权利要求12至14中任一项的方法，其中回火的时间和温度条件等于下述155℃回火曲线上的点N的条件，即，使回火曲线在这一点上的切线斜率P_N——以MPa/h表示——为0＜P_N≤3，优选地0.2＜P_N≤2.5。

16.一种结构元件，包含权利要求1至11中任一项的产品。

17.权利要求16的结构元件用于航空构造的用途。

18.权利要求17的用途，其中所述结构元件为其中蒙皮和桁条由相同的起始产品获得的机翼下表面元件或机翼上表面元件，翼梁或者肋条。

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