CN110546288A - 低密度铝-铜-锂合金产品 - Google Patents

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CN110546288A CN201880024418.2A CN201880024418A CN110546288A CN 110546288 A CN110546288 A CN 110546288A CN 201880024418 A CN201880024418 A CN 201880024418A CN 110546288 A CN110546288 A CN 110546288A
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S·布莱斯
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Abstract

本发明涉及一种由基于铝的合金制成的产品，所述产品以重量％计包含Cu：2.4‑3.2；Li：1.6‑2.3；Mg：0.3‑0.9；Mn：0.2‑0.6；Zr：0.12‑0.18；使得Zr≥‑0.06*Li+0.242；Zn：<1.0；Ag：<0.15；Fe+Si≤0.20；任选地至少一种选自Ti、Sc、Cr、Hf和V的元素，所述元素(如果选择)的含量为：Ti：0.01‑0.1；Sc：0.01‑0.15；Cr：0.01‑0.3；Hf：0.01‑0.5；V：0.01‑0.3；其他元素各自≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。本发明还涉及一种制造本发明的未锻造的铸态铝合金产品的方法，该方法包括以下步骤：制备液体金属熔池；由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品；并将未锻造的产品固化为坯料、轧制板坯或锻造毛坯；其特征在于，所述浇铸在不添加任何晶粒细化剂的情况下进行；或通过添加包含(i)Ti和(ii)B或C的细化剂进行，使得来自细化剂的B的含量小于45ppm，并且C的含量小于6ppm，和/或其特征在于，对于厚度E或直径D大于150mm的未锻造的产品，以大于以下的浇铸速度v(单位为mm/min)进行浇铸：对于板坯型的未锻造的铸件产品，30；对于坯料型的未锻造的铸件产品，9000/D。

Description

低密度铝-铜-锂合金产品
发明领域
本发明总体上涉及由铝-铜-锂合金制成的加工产品，更特别是涉及用于制备航空构造中的加强件(raidisseur)的型材形式的这类产品。
现有技术
为了开发能够同时减轻高性能飞机的重量并提高其结构有效性的材料，进行了持续的研究工作。在这方面，含锂的铝合金引起极大的兴趣，因为锂可以使铝的密度降低3％，并且每添加1重量％锂，其弹性模量提高6％。为了使这些合金被选择用于飞机上，它们的性能必须达到常规使用的合金的性能，特别是在静态机械强度性能(弹性极限、断裂强度)和损伤容限性能(韧性、耐疲劳裂纹扩展的能力)——这些性能通常是相对的——之间的折衷方面。此外，这些合金必须具有足够的耐腐蚀性，能够根据常规方法制备，并且具有能够整体加工的低残余应力。
已知添加银的多种Al-Cu-Li合金。
专利US 5 032 359记载了大的铝-铜-锂合金家族，其中添加特别是0.3至0.5重量％的镁和银使机械强度提高。这些合金通常以商品名WeldaliteTM为人所知。
专利US 5 198 045记载了WeldaliteTM合金家族，其包含(以重量％计)(2.4-3.5)Cu、(1.35-1.8)Li、(0.25-0.65)Mg、(0.25-0.65)Ag、(0.08-0.25)Zr。用这些合金制造的加工产品的密度小于2.64g/cm3，并且机械强度和韧性之间有引人注意的折衷。
专利US 7 229 509记载了WeldaliteTM合金家族，其包含(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或其他元素(如Cr、Ti、Hf、Sc和V)。所示出的实例在机械强度和韧性之间取得了改进的折衷，但其密度大于2.7g/cm3。
专利申请WO2007/080267记载了一种用于机身板材的不包含锆的WeldaliteTM合金，所述合金包含(以重量％计)(2.1-2.8)Cu、(1.1-1.7)Li、(0.2-0.6)Mg、(0.1-0.8)Ag、(0.2-0.6)Mn。
此外，已知合金AA2196，其包含(以重量％计)(2.5-3.3)Cu、(1.4-2.1)Li、(0.25-0.8)Mg、(0.25-0.6)Ag、(0.04-0.18)Zr和至多0.35Mn。
限制银的量在经济上是非常有利的。但是，应注意，由基本上不含任何银的合金(例如AA2099)制成的现有技术的产品不能获得与由含银的合金(如AA2196)制成的产品一样有利的性能。特别是，不能在以及保持令人满意的耐腐蚀性的同时，实现机械强度和韧性之间的有利折衷。
需要这样的由铝-铜-锂合金制成的产品，其相对于基本上不含任何银的已知产品具有特别低的密度和改进的性能，特别是在静态机械强度性能和损伤容限性能之间的折衷以及耐腐蚀性方面。这些由铝-铜-锂合金制成的产品还必须能够使用可靠且经济上有利的方法来制造，也就是说，几乎不产生特别是与热裂纹问题有关的废品，并且允许使用大量的回收合金。
发明目的
本发明的第一个目的是一种由基于铝的合金制成的产品，所述产品包含以下元素，以重量％计：
Cu：2.4-3.2；优选2.5-3.0；
Li：1.6-2.3；优选1.7-2.2；
Mg：0.3-0.9；优选0.5-0.7；
Mn：0.2-0.6；优选0.3-0.6；
Zr：0.12-0.18；优选0.13-0.15；并且
使得Zr≥-0.06*Li+0.242；
Zn：<1.0，优选<0.9；
Ag：<0.15；优选<0.1；
Fe+Si≤0.20；
任选地至少一种选自Ti、Sc、Cr、Hf和V的元素，所述元素(如果选择)的含量为：
Ti：0.01-0.15；优选0.01-0.05；
Sc：0.01-0.15，优选0.02-0.1；
Cr：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
Hf：0.01-0.5；
V：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
其他元素各自≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
本发明的第二个目的是由一种基于铝的合金制成的产品，所述产品包含以下元素，以重量％计：
Cu：2.4-3.2；优选2.5-3.0；
Li：1.6-2.3；优选1.7-2.2；
Mg：0.3-0.9；优选0.5-0.7；
Mn：0.2-0.6；优选0.3-0.6；
Zr：0.12-0.18；优选0.13-0.15；并且
使得Zr*Li≥0.235，优选Zr*Li≥0.275；
Zn：<1.0，优选<0.9；
Ag：<0.15；优选<0.1；
Fe+Si≤0.20；
任选地至少一种选自Ti、Sc、Cr、Hf和V的元素，所述元素(如果选择)的含量为：
Ti：0.01-0.15；优选0.01-0.05；
Sc：0.01-0.15，优选0.02-0.1；
Cr：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
Hf：0.01-0.5；
V：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
其他元素各自≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
本发明的另一个目的是一种制造由本发明的铝合金制成的未锻造的铸件产品的方法，该方法包括以下步骤：
a)制备液体金属熔池；
b)由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品；
c)将未锻造的产品固化为坯料(billette)、轧制板坯(plaque de laminage)或锻造毛坯(ébauche de forge)；
其特征在于，所述浇铸在不添加晶粒细化剂的情况下进行；或在添加包含(i)Ti和(ii)B或C的细化剂的情况下进行，并且使得来自所述细化剂的B的含量小于20ppm，优选小于10ppm，且甚至更优选小于5ppm，并且C的含量小于3ppm，优选小于2ppm，且甚至更优选小于1ppm，和/或
其特征在于，对于厚度E(mm)或直径D(mm)大于150mm的未锻造的铸件产品，以大于以下的浇铸速度v(单位为mm/min)进行浇铸：
-对于板坯型未锻造的铸件产品，30至40，
-对于坯料型未锻造的铸件产品，(9000至12000)/D。
本发明的另一个目的是一种制造加工产品的方法，该方法包括根据本发明的方法浇铸未锻造的产品，以及轧制或挤压和/或锻造、固溶热处理、淬火、应力消除和任选地时效处理的步骤。
本发明的另一个目的是一种结构部件，其引入至少一种通过本发明制造加工产品的方法而获得的产品或由本发明的合金制成的产品制造。
附图说明
图1示出了实施例1的AlCuLiMgMnZr合金的铸态晶粒的尺寸(μm)，在图中Zr(重量％)为Li(重量％)的函数。示出了方程式Zr＝-0.06Li+0.2575和Zr＝-0.06Li+0.242。
图2示出了实施例1的AlCuLiMgMnZr合金的铸态晶粒的尺寸(μm)，在图中Zr(重量％)为Li(重量％)的函数。示出了方程式Zr＝0.275/Li和Zr＝0.235/Li。
图3示出了实施例2的型材W的形状(“形状”是指所述型材的横截面)。
图4示出了实施例2的型材Z的形状(“形状”是指所述型材的横截面)。
图5示出了实施例3的AlCuLiMgMnZr合金的铸态晶粒的尺寸(μm)，在图中Zr(重量％)为Li(重量％)的函数。示出了方程式Zr＝-0.06Li+0.2575和Zr＝-0.06Li+0.242。
图6示出了实施例3的AlCuLiMgMnZr合金的铸态晶粒的尺寸(μm)，在图中Zr(重量％)为Li(重量％)的函数。示出了方程式Zr＝0.275/Li和Zr＝0.235/Li。
发明内容
除非另有说明，否则与合金的化学组成有关的所有信息均以基于合金总重量的重量百分比表示。合金名称遵从本领域技术人员已知的The Aluminium Association的规定。密度取决于组成，并且通过计算来确定，而不是通过测量重量的方法来确定。这些值是根据The Aluminium Association的方法计算的，所述方法记载在“Aluminum Standards andData”的第2-12和2.13页中。冶金状态的定义示于欧洲标准EN 515(2009)中。
除非另有说明，否则静态机械特征(即断裂强度Rm、在伸长为0.2％下的常规弹性极限Rp0.2(“弹性极限”)和断裂伸长A)根据标准EN10002-1(2001)通过拉伸试验测定，取样和测试方向由标准EN 485-1(2016)限定。
应力强度因子(KQ)根据标准ASTM E 399(2012)测定。因此，该标准第7.2.1段中定义的测试件的比例始终如同第8段中所定义的总方法一样进行验证。标准ASTM E 399(2012)第9.1.3和9.1.4段中给出确定KQ是否为K1C有效值的标准。因此，K1C值始终为KQ值，反之则不成立。在本发明的上下文中，并不总是满足标准ASTM E399(2012)第9.1.3和9.1.4段中的标准，但是对于给定的测试件几何形状，所给出的KQ值始终可彼此相比较；鉴于与板材或型材尺寸有关的限制条件，并不总是可得到能够获得K1C有效值的测试件几何形状。
除非另有说明，否则适用标准EN 12258(2012)的定义。型材的厚度根据标准EN2066:2001限定：横截面被划分为具有尺寸A和B的基本矩形；A始终为基本矩形的最大尺寸，而B可被视为基本矩形的厚度。
在本文中，机械构造的“结构性部件”或“结构部件”是指这样的机械零件，该机械零件的静态和/或动态机械性能对于结构的性能特别重要，并且通常对该机械零件规定或进行结构计算。它们典型地为其故障可能会危及所述构造、其使用者、其顾客或其他的安全的部件。对于飞机，这些结构性部件包括特别是组成机身的部件(例如机身蒙皮(fuselageskin))、机身加强件或桁条(stringers)、隔板(bulkheads)、机身框(circumferentialframes)、机翼(例如机翼蒙皮(wing skin))、加强件(stringers或stiffeners)、加强筋(ribs)和翼梁(spars)以及由水平和垂直安定面(horizontal or vertical stabilisers)组成的尾翼，以及地板型材(floor beams)、座椅扶手(seat tracks)和舱门。
本发明人注意到，令人惊讶地，对于某些含有小于0.1重量％银且联合添加铜、锂、镁和锰的具有特别低密度的AlCuLiMgMnZr合金，具体选择特定含量的锆——根据锂的含量——可显著地提高制造方法的可靠性，同时使产品保持机械强度和损伤容限之间令人满意的折衷。本文中，制造方法的可靠性意指几乎不产生特别是与热裂纹问题有关的废品，并且允许使用大量的回收合金。
由本发明的基于铝的合金制成的产品，以重量％计，包含：
Cu：2.4-3.2；优选2.5-3.0；
Li：1.6-2.3；优选1.7-2.2；
Mg：0.3-0.9；优选0.5-0.7；
Mn：0.2-0.6；优选0.3-0.6；
Zr：0.12-0.18；优选0.13-0.16；并且
使得Zr≥-0.06*Li+0.242或Zr*Li≥0.235；
Zn：<1.0，优选<0.9；
Ag：<0.15；优选<0.1；
Fe+Si≤0.20；
任选地至少一种选自Ti、Sc、Cr、Hf和V的元素，所述元素(如果选择)的含量为：
Ti：0.01-0.15；优选0.01-0.05；
Sc：0.01-0.15，优选0.02-0.1；
Cr：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
Hf：0.01-0.5；
V：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
其他元素各自≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
本发明的合金(其既获得了性能的折衷又提高了方法的可行性)中铜的含量为2.4至3.2重量％。在一个实施方案中，铜的含量为2.5至3重量％，且优选2.6至2.9重量％。在另一个实施方案中，铜的含量为2.4至2.6重量％。
本发明的合金中锂的含量为这样的，其使得所述合金可获得具有特别吸引人的密度的产品，特别是密度小于2.63g/cm3，更特别地小于2.62g/cm3，且甚至更特别是小于或等于2.61g/cm3。因此，合金中锂的含量大于1.6重量％，优选大于1.7重量％，且甚至更优选大于1.9重量％。锂的该含量导致对氧化、氢化和热开裂具有非常高的敏感性，这导致合金浇铸困难，因此，需要非常特殊的制造方法。申请WO2015/086921具体地记载了以下事实：由于锂特别易氧化，因此与不含锂的2XXX型合金相比，浇铸铝-铜-锂合金会产生更多的疲劳裂纹萌生位点。为了克服该问题，已经提出在特定条件下进行浇铸，特别是在氢和氧的含量保持在特别低的含量并且使用特定的分配器使该浇铸为半立式型的条件下。然而，对于本文中所讨论的特别高的锂含量，在浇铸过程中未锻造的产品的热裂纹或芯部开裂的问题也通常是显著的。为了克服该问题，通常接受以特别低的速度进行浇铸，并因此在高温下进行浇铸，以避免液体金属由于其缓慢的流速而局部达到足够低的温度而引起形成浮晶体(cristaux flottants)和初级金属间化合物，考虑到包晶元素(特别是Zr)的高含量。因此有必要在浇铸过程中以特别精确的方式控制液体金属熔池的温度；金属流速越慢，保温炉(four de maintien)中金属的温度必须越高，这会加剧其氧化。
除了控制温度和浇铸速度之间的折衷之外，可通过在浇铸过程中极大地细化合金来克服热开裂的问题。事实上，已知随着铸态晶粒变粗，热开裂的风险甚至更高。晶粒尺寸的减小以及晶粒形状的改变可通过在浇铸过程中添加大量的晶粒细化剂来实现。典型的晶粒细化剂为丝材形式的Al3％Ti0.15％C、Al1％Ti0.15％C、Al3％Ti1％B和Al5％Ti1％B，其通常在生产线上添加。加入这些试剂使得硼化物或碳化物的细颗粒分散在液体金属中，其将在固化过程中充当晶粒成核的位点。然而，特别是当期望在制造合金的方法中能够保持高水平的回收时，不希望添加大量的晶粒细化剂。事实上，在制备合金的循环中，添加含钛的晶粒细化剂以及含钛的合金的重熔粉迅速导致合金中钛的总含量增加，这降低了加工产品的损坏容限性能，因此限制回收金属在负载量中的可能贡献。
完全令人惊讶地，本发明人揭示了特别是具有特定Li和Zr含量的本发明的AlCuLiMgMnZr合金提高制造方法的可靠性并限制或甚至避免添加晶粒细化剂。
因此，本发明的合金中锂的含量大于1.6重量％，优选大于1.7重量％，且甚至更优选大于1.9重量％。有利地，合金中Li的含量为1.7至2.3重量％，或甚至2.0至2.2重量％。高含量的锂特别是加剧了液体金属熔池对氧化的敏感性，加剧了在浇铸过程中出现芯部开裂的问题，这需要降低浇铸速度。
锆的含量为0.12至0.18重量％；优选0.13至0.16重量％；且更优选0.14至0.15重量％。
因此，已揭示对于锂和锆的上述特定含量，可使用可靠的方法制造本发明的合金，所述合金的铸态晶粒尺寸是特别有利的，特别是降低了浇铸过程中的热开裂的风险。
没有任何推导理论，本发明人认为，本发明的合金的精确选择的组成使得形成Al3Zr和Al3(Zr,Li)立方晶相，其结构类似于Al3Li亚稳相——已知所述Al3Li亚稳态在固溶热处理和淬火后的时效过程中通过固溶体的分层而沉淀出来，但不期望从液体中形成，已知的稳定形式为正方变体。通过特定选择的合金组成形成此类相可为未锻造的铸件产品固化过程中形成晶粒成核位点的来源，因此能够在常规数量的晶粒细化剂的存在下形成极细的晶粒结构，或在浇铸过程中限制、任选地避免添加晶粒细化剂。
因此，本发明人揭示了锆和锂的含量之间的特定折衷，使其既可得到令人满意的加工产品的性能的折衷，又可显著提高制造所述产品(所述产品由AlCuLiMgMnZr合金制成)的方法的可靠性，特别是该方法的浇铸步骤的可靠性。因此，本发明的合金中锆的含量有利地为这样的，其使得Zr≥-0.06*Li+0.242，优选使得Zr≥-0.06*Li+0.2575。在另一个实施方案中，本发明的合金中Li和Zr的含量为这样的，其使得Zr*Li≥0.235，优选Zr*Li≥0.242，更优选Zr*Li≥0.275。
镁的含量为0.3至0.9重量％，且优选0.5至0.7重量％。在本发明的特定合金组成中，镁有助于促进获得细化的铸态晶粒。
锰的含量为0.2至0.6重量％，优选0.3至0.6重量％，且甚至更优选0.4至0.5重量％。锰特别是使得实现令人满意的加工产品的性能的折衷。
银的含量小于0.15重量％，优选小于0.1重量％，且甚至更优选小于0.05重量％。本发明人注意到，对于基本上不包含任何银的合金，通过进行组成的选择，可得到通常含约0.3重量％银的合金的机械强度和损伤容限之间的有利折衷。
锌的含量小于1.0重量％，优选小于0.9重量％。根据第一具体实施方案，锌的含量为0.1至0.5重量％，且优选0.2至0.4重量％。根据第二具体实施方案，锌的含量小于0.05重量％。
合金还含有至少一种可有助于控制晶粒尺寸的元素，所述元素选自Ti、Cr、Sc、Hf和V，所述元素(如果选择)的量为：Ti：0.01至0.15重量％，优选0.01至0.05％；Sc：0.01至0.15重量％，优选0.02至0.1重量％；Cr和V：0.01至0.3重量％，且优选0.02至0.1重量％；以及Hf：0.01至0.5重量％。根据一个有利的实施方案，选择上述含量的钛，且甚至更有利地选择0.01至0.03重量％含量的钛。
优选以实现最有利的损伤容限性能的方式限制合金中不可避免的杂质的含量。不可避免的杂质包含铁和硅，这些杂质的总含量小于0.20重量％，且优选铁和硅的含量分别小于0.08重量％和0.06重量％；其他元素为各自含量优选小于0.05重量％且总共小于0.15重量％的杂质。
制造本发明的未锻造的铸件产品的方法包括未锻造的产品的制备，浇铸和固化的步骤。为制备本发明的加工产品，这些步骤之后为轧制或挤压和/或锻造、固溶热处理、淬火、应力消除和任选地时效处理的步骤。
在未锻造的铸件产品的第一实施方案中，进行了以下步骤：制备液体金属熔池，由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品，并将未锻造的产品固化成坯料、轧制板坯或锻造毛坯。在该第一实施方案中，所述浇铸步骤在不添加晶粒细化剂的情况下进行；或在添加包含(i)Ti和(ii)硼B或碳C的细化剂的情况下进行，并使得：
-来自细化剂的B的含量小于45ppm，优选小于20ppm，优选小于10ppm，且甚至更优选小于5ppm，
-C的含量小于6ppm，优选小于3ppm，优选小于2ppm，且甚至更优选小于1ppm。
在未锻造的铸件产品的第二实施方案中，进行了以下步骤：制备液体金属熔池，由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品，并将未锻造的产品固化成坯料、轧制板坯或锻造毛坯。在该第二实施方案中，对于厚度或直径D大于150mm的未锻造的铸件产品，以大于以下的浇铸速度v(单位为mm/min)进行浇铸：
-对于板坯型未锻造的铸件产品，30，
-对于坯料型未锻造的铸件产品，9000/D。
这两个实施方案可有利地结合。
优选地，通过本发明的一种方法获得的本发明的AlCuLiMgMnZr合金，在未锻造的铸态下，对于厚度或直径大于150mm、优选大于250mm且更优选大于300mm的未锻造的铸件产品，其晶粒尺寸小于110μm，优选小于或等于105μm，且甚至更优选小于100μm。在一个还优选的实施方案中，通过本发明的一种方法获得的本发明的AlCuLiMgMnZr合金，在未锻造的铸态下，对于厚度或直径大于150mm、优选大于250mm且更优选大于300mm的未锻造的铸件产品，其晶粒尺寸小于或等于95μm，优选小于90μm。
铸态晶粒尺寸按照标准ASTM E112，根据截距法(méthode d’intercept)由坯料的中半径(R/2)处采集的样品测量。
本发明的未锻造的铸件产品可制备加工产品，即挤压、轧制和/或锻造产品。制造本发明的加工产品的方法包括以下步骤：轧制、挤压和/或锻造，固溶热处理，淬火，应力消除以及任选地以一个或多个步骤进行时效处理。
优选地，本发明的加工产品为挤压产品。制造本发明的挤压产品的方法包括以下步骤：
a)将坯料均化；
b)将坯料热变形和任选地冷变形成挤压产品；
c)对所述挤压产品进行固溶热处理和淬火；
d)任选地，以可控的方式拉伸所述挤压产品，其中永久变形率为1至15％，优选至少2％；
e)任选地，在140-170℃下时效处理5至70小时。
本发明的产品可有利地用于特别是飞机的结构部件中。因此，本发明的一个目的是一种结构部件，其引入至少一种本发明的产品或使用本发明的方法制造的产品。
使用引入至少一种本发明的产品的结构部件或由这种产品制造的结构部件特别是对于航空构造是有利的。本发明的产品特别有利于制备结构部件如机身或机翼加强件、地板梁和座椅扶手。
使用以下说明性和非限制性实施例更详细地解释本发明的这些方面以及其他方面。
实施例1
在该实施例中，浇铸多个由AlCuLiMgMnZr合金制成的坯料(直径为384mm)。在4kg/吨的AT5B的存在下，以25至35mm/min的速度和675至700℃的温度进行浇铸。合金的组成及其密度在表1中给出。
表1：AlCuLiMgMnZr合金的组成(重量％)和密度
Fe+Si≤0.20重量％；其他元素各自≤0.05重量％且总共≤0.15重量％
在坯料的中半径(R/2)处取样以测量铸态晶粒的尺寸。按照标准ASTM E112，根据截距法，测量铸态晶粒的尺寸。铸态晶粒的尺寸在下表2中给出。结果如图1和2所示。
表2：AlCuLiMgMnZr合金的铸态晶粒尺寸
合金 晶粒尺寸(μm)
AA2196 250至320
68 116
69 102
70 105
71 85
72 81
73 120
76 95
实施例2
在该实施例中，将由AA2196合金(合金2和5)(其组成在下表3中给出)制成的坯料在500℃下均化8h，然后在527℃下均化24h(合金2)，或在520℃均化8h(合金5)。由实施例1的合金76制成的坯料在534℃下均化10h。
均化后，将坯料再加热至450℃+/-40℃，然后热挤压，以获得合金2的根据图3的型材W，以及合金5和76的根据图4的型材Z。将由此获得的型材在524℃下进行固溶热处理，淬火并以永久伸长为2至5％进行拉伸。时效处理在152℃下进行48h。
表3：AA2196合金的组成(重量％)和密度
其他元素各自≤0.05重量％且总共≤0.15重量％
测试在型材端部采集的样品，以测定其静态机械性能及其韧性(Kq)。样品的位置在图3和4中用虚线表示。用于测量静态特性的测试件的直径为10mm，并以测试件轴线方向与挤压方向(方向L)一致的方式取样。用于测量韧性的测试件为CT型，并具有B＝20mm和W＝50mm的特征，并以如下方式机械加工：载荷方向与挤压方向一致，扩展方向垂直于挤压方向，且包含于图3和4的平面中(构型L-T)。
所得结果列于表4中。
表4：弹性极限Rp0.2(L)(以MPa计)和韧性Kq(L-T)(以MPa√m计)
合金 Rp0.2(L) K<sub>q</sub>(L-T)
2 522 37.6
5 536 38.2
76 512 43.4
实施例3
根据The Aluminium Association发布的标准“TP-1/Standard Test Procedurefor Aluminum Alloy Grain Refiners”(2012)，将各种合金(其具体组成在表5中详细描述)以实验小块的形式固化。因此，小块通过将液体合金在由厚度为3mm的软钢制成的匙中固化来获得。
为此，在熔炉中制备液体金属熔池，液体金属的组成为固化合金的组成，随后的固化未常规添加细化剂，以揭示合金组成对成核规律的内在贡献。所获得的晶粒尺寸不同于在细化剂的存在下在立式浇铸中获得的晶粒尺寸，但是通过该测试可揭示合金在特定组成区域内自身成核(d’auto-inoculation)的可能性，从而可以确定Zr vs Li平面中感兴趣的区域的边界的位置。在下文详细研究的表面处，冷却速度为3.5K.s-1。
完全冷却后，将高度为65mm且圆形底面半径分别为25mm和65mm的截锥形小块从模具中取出并沿其轴线进行切割。晶粒的测量在较小面的38mm处进行。
如此切割的小块的上部被抛光，然后进行阳极氧化，然后在偏振光下观察。晶粒尺寸根据标准ASTM E112通过截距法在由此制备的该上部部分测量。
晶粒尺寸示于表5以及图5和图6中。
表5：所用AlCuLiMgMnZr合金的组成(重量％)和密度
Fe+Si≤0.20重量％；其他元素各自≤0.05重量％且总共≤0.15重量％。

Claims (12)

1.由基于铝的合金制成的产品，包含以下元素，以重量％计：
Cu：2.4-3.2；优选2.5-3.0；
Li：1.6-2.3；优选1.7-2.2；
Mg：0.3-0.9；优选0.5-0.7；
Mn：0.2-0.6；优选0.3-0.6；
Zr：0.12-0.18；优选0.13-0.15；并且
使得Zr≥-0.06*Li+0.242或Zr*Li≥0.235；
Zn：<1.0，优选<0.9；
Ag：<0.15；优选<0.1；
Fe+Si≤0.20；
任选地至少一种选自Ti、Sc、Cr、Hf和V的元素，所述元素——如果选择——的含量为：
Ti：0.01-0.15；优选0.01-0.05；
Sc：0.01-0.15，优选0.02-0.1；
Cr：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
Hf：0.01-0.5；
V：0.01-0.3，优选0.02-0.1；
其他元素各自≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
2.根据权利要求1的产品，其中锂的含量为2.0至2.2重量％。
3.根据权利要求1至2中任一项的产品，其中锰的含量为0.4至0.5重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项的产品，其中锆的含量为0.14至0.15重量％。
根据权利要求1至4中任一项的产品，其中锆的含量为Zr≥-0.06*Li+0.2575，或锆和锂的含量为Zr*Li≥0.275。
5.根据权利要求1至5中任一项的产品，其中钛的含量为0.01至0.03重量％。
6.一种制造由权利要求1至6中任一项的铝合金制成的未锻造的铸件产品的方法，该方法包括以下步骤：
a)制备液体金属熔池；
b)由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品；
c)将未锻造的产品固化为坯料、轧制板坯或锻造毛坯；
其特征在于，所述浇铸在不添加晶粒细化剂的情况下进行；或在添加包含(i)Ti和(ii)B或C的细化剂的情况下进行，并且使得来自所述细化剂的B的含量小于45ppm，优选小于20ppm，且甚至更优选小于10ppm，并且C的含量小于6ppm，优选小于3ppm，且甚至更优选小于2ppm。
7.一种制造由权利要求1至6中任一项的铝合金制成的未锻造的铸件产品的方法，该方法包括以下步骤：
a)制备液体金属熔池；
b)由所述液体金属熔池浇铸出未锻造的产品；
c)将未锻造的产品固化为坯料、轧制板坯或锻造毛坯；
其特征在于，对于厚度E或直径D大于150mm的未锻造的铸件产品，以大于以下的浇铸速度v，单位为mm/min，进行浇铸：
-对于板坯型的未锻造的铸件产品，30，
-对于坯料型的未锻造的铸件产品，9000/D。
8.通过权利要求7或权利要求8的方法获得的厚度或直径大于150mm、优选大于250mm且更优选大于300mm的未锻造的铸件产品，其特征在于，其晶粒尺寸小于110μm，优选小于或等于105μm，且甚至更优选小于90μm。
9.制造加工产品的方法，其包括制造根据权利要求7和8的未锻造的铸件产品的步骤以及轧制或挤压和/或锻造、固溶热处理、淬火、应力消除和任选地时效处理的步骤。
10.根据权利要求10的制造方法，其包括浇铸坯料和以下步骤：
a)将坯料均化；
b)将坯料挤压成挤压产品；
c)对所述挤压产品进行固溶热处理和淬火；
d)以可控的方式拉伸所述挤压产品，其中永久变形率为1至15％，优选至少2％；
e)对所述挤压产品通过加热到140至170℃持续5至70小时进行时效处理。
11.结构部件，引入至少一种通过根据权利要求11的方法获得的产品或由根据权利要求1至6中任一项的产品制造。
12.根据权利要求12所述的结构部件，其特征在于，其用于制造飞机机翼的下表面或上表面部件，优选加强件、翼梁和加强筋，或机身部件如加强件或框架，或内部结构部件如地板梁或座椅扶手。
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