[發(fā)明專利]用于航空應(yīng)用的具有提高損傷容限性能的2000系列合金

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110198326.6
• 申請日: 2005-07-14
• 公開（公告）號: CN102251159A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·C·林;J·M·紐曼;P·E·麥格紐森;G·H·布雷
• 申請（專利權(quán)）人: 美鋁公司
• 主分類號: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16;C22C21/18;C22F1/057
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

本申請是優(yōu)先權(quán)日為2004年7月15日、發(fā)明名稱為“用于航空應(yīng)用的具有提高損傷容限性能的2000系列合金”的中國發(fā)明專利申請(中國專利申請?zhí)枮?00580026934.1，且相應(yīng)的國際申請?zhí)枮镻CT/US2005/025047)的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適于航空和其它要求用途的具有提高損傷容限的Al-Cu-Mg-Ag合金。該合金具有非常低的鐵和硅含量，和低的銅與鎂的比值。

背景技術(shù)

在商用噴氣式飛機應(yīng)用中，下機翼和機身應(yīng)用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要求是通過疲勞裂紋擴展(FCG)和斷裂韌性測量的高水平的損傷容限。目前階段的材料選自Al-Cu?2XXX系列，典型為2X24型。這些合金通常以T3X狀態(tài)使用，并且固有地具有適中的強度和高的斷裂韌性和好的抗FCG性。典型地，當(dāng)2X24合金人工時效到強度增加的T8狀態(tài)時，韌性和/或FCG性能劣化。

損傷容限是斷裂韌性和抗FCG性的結(jié)合。當(dāng)強度增加時，斷裂韌性同時下降，而維持高韌性的同時具有增加的強度是任何新合金產(chǎn)品所希望的屬性。通常使用兩種常見載荷配置(configuration)測量FCG性能：1)等幅(CA)和2)在譜載荷和可變載荷下。后者能更好地代表使用中所預(yù)期的載荷。J.Schijve在“The?significance?of?flight-simulation?fatigue?tests”(Delft?University?Report(LR-466)，1985年6月)中描述了關(guān)于飛行模擬載荷FCG測試的細(xì)節(jié)。使用由R比例即最小/最大應(yīng)力定義的應(yīng)力范圍進行等幅FCG測試。測量裂紋擴展速率作為應(yīng)力強度范圍(ΔK)的函數(shù)。在譜載荷下，再次測量裂紋擴展速率，但這次是在“飛行”次數(shù)上進行記錄。載荷模擬每次飛行的典型起飛、飛行中、和著陸載荷，并且重復(fù)進行以代表飛機結(jié)構(gòu)部件指定部件可見到的典型的使用期內(nèi)載荷。譜FCG測試是更具代表性的合金性能的量度，因為它們模擬實際的飛機工作。存在許多普通的譜載荷配置，并且還存在取決于飛機設(shè)計原理以及飛機尺寸的飛機特殊譜載荷。期望較小的、單過道飛機相比制造較少但飛行更久的大、寬體飛機具有更高的起飛/著陸循環(huán)次數(shù)。

在譜載荷下，屈服強度的增加通常將減少塑性誘發(fā)的裂紋閉合(會延緩裂紋擴展)的數(shù)量，并且將典型導(dǎo)致較短的壽命。一個實例是最近開發(fā)的高損傷容限合金(這里命名為2X24HDT)的性能，該合金在較低的屈服強度T351狀態(tài)相比較高強度的T39狀態(tài)顯示出優(yōu)異的譜壽命性能。飛機設(shè)計者理想上愿意使用具有較高靜態(tài)性能(抗拉強度)同時具有與2X24-T3狀態(tài)產(chǎn)品相同或更高水平損傷容限的合金。

美國專利5,652,063公開了具有Al-Cu-Mg-Ag的鋁合金組成，其中Cu-Mg比例在約5-9范圍內(nèi)，具有分別最高約0.1wt％硅和鐵含量。‘063專利的組成提供了足夠的強度，但具有一般的斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴展性。

美國專利5,376,192也公開了Al-Cu-Mg-Ag鋁合金，Cu-Mg比例在約2.3-25之間，和高很多的Fe和Si含量，分別在至多約0.3和0.25數(shù)量級。

仍然需要具有足夠強度同時結(jié)合提高的損傷容限(包括斷裂韌性)和提高的(特別是譜載荷下的)抗裂紋擴展性的合金組成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過提供新的合金解決了上述的需要，新的合金在與現(xiàn)有技術(shù)組成和注冊的合金例如用于片材(機身)的2524-T3和用于板材(下機翼)的2024-T351/2X24HDT-T351/2324-T39比較時，顯示出優(yōu)異的強度并且具有相同或更好的韌性和提高的(特別是譜載荷下)抗FCG性。這里使用的術(shù)語“提高的損傷容限”是指這些提高的性能。

因此，本發(fā)明提供了具有提高損傷容限的鋁基合金，該合金基本上由以下成分組成：約3.0-4.0wt％銅；約0.4-1.1wt％鎂；至多約0.8wt％銀；至多約1.0wt％Zn；至多約0.25wt％Zr；至多約0.9wt％Mn；至多約0.5wt％Fe；和至多約0.5wt％Si；余量基本上是鋁，附帶的雜質(zhì)和元素，所述銅和鎂的存在比例是約3.6-5份銅比約1份鎂。優(yōu)選地，該鋁基合金基本上不含釩。Cu∶Mg比例維持在約3.6-5份銅比1份鎂，更優(yōu)選4.0-4.5份銅比1份鎂。雖然不希望受任何理論的限制，但認(rèn)為該比例賦予由本發(fā)明合金組成制成的產(chǎn)品期望的性能。