[发明专利]由铝、铜和锂合金制备的机翼上蒙皮结构构件

说明书

本发明涉及一种由铝、铜和锂合金制备的机翼上蒙皮结构构件及其制造方法。在根据本发明的方法中，铸造具有以下组成的合金(按重量％计)：4.2至5.2的Cu，0.9至1.2的Li，0.1至0.3的Ag，0.1至0.25的Mg，0.08至0.18的Zr，0.01至0.15的Ti，任选的至多0.2的Zn，任选的至多0.6的Mn，含量各自小于或等于0.1的Fe和Si，和含量各自小于或等于0.05且总量小于或等于0.15的其他元素，其余为铝；均化；热变形和任选地冷变形，在至少515℃的温度下固溶热处理，拉伸0.5至5％并时效。特别是镁、铜和锰的含量与固溶热处理温度的结合，可达到非常优良的抗压弹性极限。因此，根据本发明的具有至少12mm厚度的制品具有在纵向方向上的抗压弹性极限至少645MPa和在纵向方向上的伸长率至少7％。

技术领域

本发明涉及铝-铜-锂合金制品，且更具体而言，涉及这些制品、其制造方法和特别设计用于航空和航天工程的用途。

背景技术

由铝合金制备的制品被开发用来生产特别设计用于航空和航天工业的高强度部件。

含锂铝合金在这方面备受关注，因为每加入一重量百分比的锂就能降低铝的密度3％并增大弹性模量6％。对于被选择用于航天的这些合金，其他普通性能必须维持常规使用的合金的性能之外，特别需要在静态机械强度性能(抗拉和抗压屈服应力、极限抗拉强度)和损伤容限性能(断裂韧性、抗疲劳裂纹扩展)之间取得平衡，这些性能通常是互相对立的。对于某些部件例如机翼的机翼上蒙皮(extrado)，抗压屈服应力由于其对屈曲特性的决定性作用，因此是基本的性能。对于某些部件，该特性对于尺寸确定是必须的，并因此对于部件的重量也是必须的。

这些合金还必须具有足够的耐蚀性，能按照常规方法成形，并具有低的残余应力以使其能进行整体加工。

美国专利5,032,359记载了一大类的铝-铜-锂合金，其中镁和银的加入，特别是0.3至0.5重量％的加入，可增大机械强度。

美国专利5,455,003记载了一种制造Al-Cu-Li合金的方法，特别由于适宜的加工硬化和时效，该合金具有在超低温下改善的机械强度和断裂韧性。该专利特别推荐的组成按重量百分比计为：Cu＝3.0-4.5、Li＝0.7-1.1、Ag＝0-0.6、Mg＝0.3-0.6和Zn＝0-0.75。

美国专利7,438,772记载了合金，按重量百分比计包括：Cu:3–5、Mg:0.5–2、Li:0.01-0.9，并且由于在断裂韧性和机械强度之间的平衡的降低，不支持使用更高含量的锂。

美国专利7,229,509记载了一种合金，包括(重量％)：(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0.4的Zr或其他晶粒细化剂，例如Cr、Ti、Hf、Sc、和V。

美国专利申请2009/142222A1记载了合金，包括(按重量百分比计)：3.4％至4.2％的Cu、0.9％至1.4％的Li、0.3％至0.7％的Ag、0.1％至0.6％的Mg、0.2％至0.8％的Zn、0.1％至0.6％的Mn和0.01％至0.6％的至少一种用于控制晶粒结构的元素。该申请还记载了一种制造挤压制品的方法。

专利申请WO2009/036953涉及一种由铝合金制备的用于结构构件的制品，其具有的化学组成包括(重量％)：Cu 3.4至5.0、Li 0.9至1.7、Mg 0.2至0.8、Ag大约0.1至0.8、Mn0.1至0.9、Zn至多1.5，以及一种或多种选自以下的元素：(Zr大约0.05至0.3、Cr 0.05至0.3、Ti大约0.03至0.3、S_c大约0.05至0.4、Hf大约0.05至0.4)、Fe<0.15、Si<0.5，通常的和不可避免的杂质。