[發明專利]制造在工程性質上具有梯度的鍛造金屬板產品的方法

有效

• 申請號: 200880110143.0
• 申請日: 2008-09-09
• 公開（公告）號: CN101815804A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: A·滕卡特;S·霍斯拉;A·博格;S·M·斯潘格勒
• 申請（專利權）人: 阿勒里斯鋁業科布倫茨有限公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C22C21/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮

發明領域

本發明涉及一種制造在工程性質上具有梯度的鍛造金屬板產品的方 法，以及用于分級熱處理鍛造金屬板產品的設備。本發明尤其應用于制造 滾軋的薄板和尤其為加工、裝甲板以及更特別地還用于航空結構部件如翼 盒的板應用。

相關技術說明

如本文以下要理解的，除另外說明，鋁合金牌號和狀態標號是指于 2007年由鋁協會頒布的“鋁標準和數據及登記備案”中的鋁業協會號。

航空結構(例如翼盒)由許多不同的部件構成，對于所述部件要求具 有不同的性質。例如，上翼蒙皮需要比下翼蒙皮高的抗壓強度，并且因此 通常由不同的鋁合金制造而成。對于連接上翼蒙皮和下翼蒙皮的翼梁器件 而言，通常選擇在上翼蒙皮和下翼蒙皮之間的中等性質的鋁合金。例如， 一些商業飛機將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，這意味著前翼梁與其結合的下翼蒙皮之間的機械 性能的差異是可觀的。

因此，制造者已力爭生產在其長度或寬度上具有分級性質的產品。例 如，上述問題的充分解決辦法會是在翼梁和翼肋的頂部和底部具有與上翼 蒙皮和下翼蒙皮基本相同的性質。

飛機制造者所面對的另一個問題為關于翼長度的分級性質的要求，即 從翼根到翼梢。在翼根處，所需的性質為疲勞容限和破壞容限，而在翼梢 處需要靜力強度。再一次地，該問題可以通過提供沿長度或寬度分別具有 分級性質和可變性質的鋁合金制成的結構器件來全部地或部分地解決。

如ASM專業手冊，鋁和鋁合金，ASM國際，p.5(1993)中所解釋的， 可熱處理的鋁合金為對基于相溶解性的熱處理有反應的合金。這些處理包 括固溶熱處理、淬火、和沉淀、或老化、硬化。對于鑄造或鍛造的合金而 言，這樣的金屬被描述成可熱處理的。可熱處理的金屬是可以通過受控的 加熱和冷卻循環來硬化(強化)的那些。AA2xxx、AA6xxx、AA7xxx和 AA8xxx系列中的一些合金是可固溶熱處理的，使得它們可以通過加熱和 隨后的淬火或迅速地冷卻而被強化。它們可以通過在室溫下由冷加工控制 的變形來進一步強化。

相反地，大量其它的鍛造組成替代地依賴于通過機械降低(mechanical reduction)的硬加工，通常為了性質的改進而與各種退火工藝相組合。如 ASM專業手冊，鋁和鋁合金，ASM國際，p.5(1993)中所解釋的，這些 合金被稱作不可熱處理的或硬加工的合金。一些鑄造的合金基本不可熱處 理且僅被用于與溶液或沉淀作用無關的鑄造或熱改性的條件中。因此，不 可熱處理的鋁合金通過冷加工而不通過熱處理來硬化。這些合金(通常為 AA1xxx、AA3xxx、AA4xxx和AA5xxx系列)的初始強度通過其合金元 素的硬化作用來提供。額外的強化可以通過誘導表示為H-狀態的應變-硬 化的冷加工變形來建立。

固溶熱處理的熱處理過程包括步驟：(a)在高于固溶溫度(對于具體 合金組成而言)且低于固線和液線溫度(對于所述合金組成)和低共熔點 (以避免金屬的部分熔融)的第一溫度來進行固溶熱處理以在鋁中溶解合 金組分，和(b)在鋁固溶體中，迅速冷卻到低于固溶溫度的第二溫度以 在鋁固溶體中捕獲組分。在步驟(a)中，將合金在第一溫度下保持足以 將至少基本上(如果不是全部)的可溶組分(例如金屬間化合物)溶解進 固溶體并且足以形成均勻的固溶體的時間。通過固溶化，至少基本上全部 (例如，至少大約80％且更通常為至少大約95％)可溶第二相微粒被溶解 進入到固溶體中。當合金為固溶體的形式時，形成合金的元素和化合物以 與將鹽溶解于一杯水的非常相同的方式被吸收，一種進入另一種(或為均 勻的)。然后將固溶體淬火至較低的溫度以產生過飽和狀態或情況(對于 經淬火的合金中的組分的形式)。換句話說，合金中組分的形式具有在固 溶體中高于在特定溫度和合金組成下那種形式的該組分的濃度平衡值的 濃度。

在淀析熱處理或老化處理中，將合金加熱到高于第二溫度并低于固溶 溫度的第三溫度以控制組分擴散出溶液并組合以形成金屬間沉淀的速率。 這些沉淀將晶格扭曲并充當位錯運動的阻礙的角色，從而使材料強化。隨 著時間的推移，這些沉淀的尺寸增大，從區(a)到鋁原子和合金組分原 子的小團簇(b)，到細致的共格粒子(coherent?particles)(c)，再到粗糙 的非共格粒子(d)。