專利名稱：具有使用性能變化的用于航空構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理鋁合金制成的應(yīng)變硬化產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)構(gòu)件，尤其是用于航空構(gòu)造的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本發(fā)明尤其涉及所謂的長產(chǎn)品，換句話說是其長度顯著地大于其寬度或厚度，通常長度等于其寬度的至少兩倍且通常至少5米長的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可以為軋制產(chǎn)品(諸如薄板、中厚板、厚板)、擠壓產(chǎn)品、(諸如棒、型材、管或線)以及鍛造產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
非常大的航空器具有非常特別的構(gòu)造問題。例如，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裝配變得越來越關(guān)鍵，首先是由于成本的因素(鉚接是非常昂貴的工藝)，其次是因為在裝配好的部件的性能方面產(chǎn)生了不連續(xù)性。
為了將裝配最小化，可通過厚板中的整加工制備結(jié)構(gòu)構(gòu)件；然后諸如機翼蒙皮功能和機翼加強件功能之類的不同功能可被集成為這些單件的(整體式的)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。同時，整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸可以增加。這里介紹了對于由軋制、擠壓、鍛造或鑄造制成的這些部件的新的加工問題，這是由于對于非常大的部件更難保證均勻的性能。
已經(jīng)提及了具有受控性能變化的整體式部件的制備，其在理論上對制造者的需要提供更好的適合部件性能的方法。專利EP0630986(Pechiney Rhenalu)描述了一種制造具有使用性能連續(xù)變化的組織硬化的鋁合金板的工藝，其中在具有專門結(jié)構(gòu)的爐中進行最終退火，所述專門結(jié)構(gòu)包括被熱泵連接的熱室和冷室。使用該工藝來獲得其長度大約為一米的7010合金制成的小部件，利用等時退火處理，該部件的一端在T651狀態(tài)，另一端在T7451狀態(tài)。由于其難于控制到符合航空構(gòu)造領(lǐng)域必須的質(zhì)量要求，因此該方法從未在工業(yè)上發(fā)展；這些困難隨著部件尺寸的增加而增加，認識到將兩個或多個功能集成到一個單獨結(jié)構(gòu)構(gòu)件中對于非常大的物件來說是非常有意義的。例如在該專利中所提及的，該工藝產(chǎn)生的另一個問題是T651和T7451處理的最佳工期是不同的。所產(chǎn)生的另一問題是T7451狀態(tài)中的7010產(chǎn)品通常通過具有兩個平臺的退火處理獲得，而T561狀態(tài)是由具有單個平臺的退火處理獲得的。
本發(fā)明解決的問題是開發(fā)一種用于制造具有使用性能變化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，該構(gòu)件用于制造非常長的部件，該構(gòu)件尤其是用于航空構(gòu)造，其在嚴格地質(zhì)量保證和航空上通常要求的統(tǒng)計過程控制條件下充分可控，穩(wěn)定并可再現(xiàn)。
發(fā)明目的本發(fā)明的第一目的是一種用于制造具有組織硬化的鋁合金部件的工藝，包括a)固溶熱處理軋制、擠壓或鍛造的半成品，接著進行淬火，b)可選的，具有至少0.5％永久伸長的受控拉伸，c)退火處理，其特征在于，所述退火處理的至少一個步驟在具有受控溫度分布的線性爐中進行，所述溫度分布包括至少兩個具有初始溫度T1和T2的區(qū)域或區(qū)域組Z1、Z2，其中在每一溫度T1和T2的設(shè)定溫度附近的溫度變化在所述區(qū)域或區(qū)域組的長度內(nèi)不超過±5℃(優(yōu)選±4℃，并甚至±3℃更佳)，初始溫度T1和T2的設(shè)定溫度之間的差大于或等于5℃(優(yōu)選在10℃和80℃之間，10℃和50℃之間更佳，并且從20℃到40℃更佳)。所述區(qū)域或區(qū)域組可以被稱為過渡區(qū)域或區(qū)域組的區(qū)域或區(qū)域組Z1，2分開，在該過渡區(qū)域或區(qū)域組的內(nèi)部，初始溫度從T1變化到T2，并且，所述至少兩個區(qū)域或區(qū)域組Z1和Z2中每一個的平行于線性爐的軸線的長度為至少一米(并優(yōu)選至少兩米)。
本發(fā)明的第二目的是鋁合金制成的具有組織硬化以及長度L大于其寬度B和厚度E的，尤其是用于航空構(gòu)造的整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件特征在于，位于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同長度上的至少兩個片段P1和P2具有從下列組選擇的物理性能(在中間厚度處測量的)a)P1KIC(L-T)＞38MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa，甚至更佳的是＞600MPa)b)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)c)P1KIC(L-T)＞41MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)d)P1KIC(L-T)＞42MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpae)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rm(TL)＞550Mpaf)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rp0.2(L)＞550Mpai)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P1Rm(L)＞530Mpa和P2Rm(L)＞580Mpaj)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P1Rm(L)＞540Mpa和P2Rm(L)＞590Mpak)P1Kapp(L-T)(CCT406)＞125MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpa。
然而，本發(fā)明的另一目的是一種航空器，包括至少一個由根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造而成的機翼板，其中片段P1靠近機身而片段P2靠近機翼的幾何端部，與機身相對。


圖1圖表地示出了在根據(jù)本發(fā)明的翼板的長度內(nèi)，靜態(tài)機械性能(曲線1)，例如抗拉和抗壓強度，和動態(tài)特性(曲線2)，例如破壞容限的變化。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的34米的長結(jié)構(gòu)構(gòu)件的機械強度。
發(fā)明公開a)術(shù)語除非另外提及，否則關(guān)于合金的化學(xué)組成的所有標示都表示為重量百分比。因此，在數(shù)學(xué)表達式中，“0.4Zn”表示為鋅含量的質(zhì)量百分數(shù)為0.4；已做必要修正的應(yīng)用于其他化學(xué)元素。合金標號按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的Aluminum Association規(guī)則。在歐洲標準EN515中限定了冶金狀態(tài)。正火鋁合金的化學(xué)組成例如在標準573-3中限定。除非另外提及，否則靜態(tài)機械性能，換句話說，極限強度Rm，屈服應(yīng)力Rp02和失效延伸率A由根據(jù)標準EN10002-1的拉伸試驗確定，這些試樣獲得的位置和其取向由標準EN485-1限定。韌性KIC根據(jù)標準ASTME399確定。R曲線根據(jù)標準ASTM561確定。臨界應(yīng)力強度因子KC，換句話說使得裂紋不平臺強度因子由R曲線來計算。也可在單值載荷開始時通過將初始裂縫長度指定于臨界載荷而計算應(yīng)力強度因子KCO。為所需形狀的測試試樣計算這兩個值。Kapp表示對應(yīng)于用來進行R曲線測試的試樣的Kco。耐剝蝕性根據(jù)標準ASTM G34中所描述的EXCO測試確定。
可以使用在歐洲標準EN 12258-1中給出的定義，除非另外提及。在該專利中所使用的術(shù)語“板”用于所有厚度的軋制產(chǎn)品。
術(shù)語“機加工”包括去除材料的任何工藝，諸如車削、銑削、鉆、切邊、電腐蝕、研磨和拋光、化學(xué)銑削。
術(shù)語“擠壓產(chǎn)品”也包括在擠壓后進行拉拔的產(chǎn)品，例如通過擠壓模進行冷拉。其還可包括硬拉產(chǎn)品。
術(shù)語“結(jié)構(gòu)構(gòu)件”指在機械構(gòu)造中所使用的元件，其靜態(tài)和/或動態(tài)機械性能對于結(jié)構(gòu)的完整性和性能尤其重要，并且通常對其有具體的或完成的結(jié)構(gòu)計算。這種機械部件如果失效了，通常可危及所述構(gòu)造以及其使用者、乘客或其他的安全。對于航空器，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括尤其是構(gòu)成機身的元件(諸如機身蒙皮、機身加強件或桁條、隔板、機身周圍框架、機翼(諸如機翼蒙皮)、桁條或加強件、肋和加強桿以及尤其是由水平或豎直的穩(wěn)定器構(gòu)成的尾翼、和地板梁、座椅軌和門)。
術(shù)語“整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件”指由軋制、擠壓、鍛造或鑄造的半成品的單一零件制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其無需與其他部件進行諸如鉚接、焊接、結(jié)合的裝配。
本發(fā)明的詳細說明通過一種方法解決了根據(jù)本發(fā)明的問題，其中爐(其內(nèi)部長度大于將被熱處理的工件的長度)中的溫度在爐的至少兩個至少一米長的區(qū)域中保持大約恒定，同時至少一米長的至少一另一區(qū)域的溫度與此顯著不同?？梢酝ㄟ^將爐沿長度方向分成若干溫度區(qū)域而獲得這種類型的溫度分布。
本發(fā)明可以應(yīng)用到所有的長金屬產(chǎn)品，換句話說，即一維(稱為長度)的長度顯著長于另外兩維(寬度、厚度)的產(chǎn)品。長度是該產(chǎn)品最大的尺度。通常，在本發(fā)明的上下文內(nèi)，長度至少是另外兩維的兩倍。在優(yōu)選實施例中，該長度是另外兩維的五倍或甚至是十倍。其通常應(yīng)用到縱向加工方向(軋制或擠壓方向)；但是在某些情況下可以不同。根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品可以為軋制產(chǎn)品(諸如板或厚板)、擠壓產(chǎn)品(諸如棒、管或型材)、和鍛造產(chǎn)品；這些產(chǎn)品可以是制造的或機加工的。
為了說明的目的，產(chǎn)品的“具有極端性能的片段”指性能上最大不同的片段。取決于所選擇的制造方法，這些區(qū)域可能靠近產(chǎn)品“幾何意義上的端部”(或“幾何端部”)，或者他們也可以在別的地方；該發(fā)明還可用于制造部件，其中兩個具有性能上最大不同的區(qū)域的其中至少一個并不靠近部件的幾何端部而靠近幾何中心。
為了說明的目的，爐的“區(qū)域”是最小熱單元，由沿著爐長度的片段限定并特征在于為大約恒定溫度，換言之，與表征在爐的全部長度的爐溫度分布的變化的溫差相比，平行于爐的軸線的溫度變動較小。這種類型的爐區(qū)域的特征在于加熱和控制裝置，所述裝置將所述區(qū)域內(nèi)的溫度保持在大于恒定的值。在這種區(qū)域內(nèi)的該設(shè)定溫度附近的溫度變動優(yōu)選不超過±5℃，更優(yōu)選不超過±4℃。在優(yōu)選實施例中，該差異不超過大約±3℃。某些產(chǎn)品要求溫度變動不超過大約±2℃。在爐的另一方向，溫度應(yīng)當盡可能的恒定?？傊?，在一個區(qū)域內(nèi)在設(shè)定溫度附近的溫度變動必須小于爐的最冷和最熱區(qū)域之間的溫度變化。
若干鄰近區(qū)域可以形成“區(qū)域組”，換言之，在其內(nèi)溫度是大約恒定的熱單元，形成受控的溫度分布。例如，在包括9個爐區(qū)域(編號為1至9)的線性爐中，可以形成兩個溫度區(qū)域組，每一溫度區(qū)域組包括被中央?yún)^(qū)域組隔開的三個爐區(qū)域(編號依次為1、2、3、7、8和9)，在所述中央?yún)^(qū)域組中，利用三個爐區(qū)域(編號依次為4、5和6)獲得受控的溫度梯度。在本專利中，術(shù)語“區(qū)域組”可包括僅僅單個爐區(qū)域。
根據(jù)申請人的觀察，產(chǎn)生可以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的性能差異的最小溫差為五度，所述性能差異是根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品具有極端性能的兩片段之間的性能差異。優(yōu)選至少十度的差異。溫差可以更大，最高達到80℃或100℃，或者更多，但是這會引起溫度和平行于線性爐的軸線的溫度分布的控制的問題，對于相對小的部件尤其如此。如果要獲得時效硬化狀態(tài)退火態(tài)，則溫差通常不超過五十度。大于五十度的溫差可有利地用于制造這樣的部件，具有極端性能的其中一片段處于接近T3或T4的狀態(tài)中。對于Al-Zn-Cu-Mg型(系列7xxx)合金，相當小的溫差(從大約十度到大約三十度)使得其可以被應(yīng)用到用于航空器構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，而Al-Cu型(系列2xxx)合金通常要求較大的溫差，諸如在大約五十至大約百度之間的值，或甚至更高。
申請人觀察到，不僅具有極端性能端部的兩片段之間的溫差是有關(guān)的，而且具有極端性能端部的片段之間的溫度的控制也有關(guān)。這就是為什么本發(fā)明使用包括多個相鄰爐區(qū)域的爐?！岸鄠€”表示至少兩個，并優(yōu)選至少三個爐區(qū)域。在專利EP630986中推薦的兩相鄰區(qū)域之間的間隔既不是必要的也不是有用的。其不允許充分地控制在兩區(qū)域之間的溫度。類似的，在EP630986中推薦的、使用將冷室連接到熱室的熱泵使得爐內(nèi)的溫度分布極不穩(wěn)定。在本發(fā)明的上下文中，爐內(nèi)溫度分布的良好控制對于制造適于航空產(chǎn)品質(zhì)量保證要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是必要的。
為此目的，必須能夠控制并優(yōu)選調(diào)節(jié)每一爐區(qū)域的溫度。在本發(fā)明的一有利實施方案中，爐包括至少三個單位長度至少一米的爐區(qū)域。例如，為制造具有大約三十四米長的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，本發(fā)明人使用了具有總長度為三十六米同時具有三十個大約長度相等的、彼此獨立可調(diào)的爐區(qū)域的線性爐。有利的是，這三十個爐區(qū)域被分組使得形成較少數(shù)量的溫度區(qū)域組，例如三至五個組。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包括生產(chǎn)由鋁合金制成的應(yīng)變硬化部件，其中利用了組織硬化、固溶熱處理、淬火、具有至少0.5％的永久伸長的可能的拉伸以及在爐中的受控溫度分布的退火處理。具有受控溫度分布的爐中所述退火處理可包括一個或若干溫度平臺，并通常為兩個或三個平臺，或者或多或少具有沒有清楚限定平臺的連續(xù)的溫度斜坡，用于構(gòu)成溫度梯度的溫度區(qū)域組的至少其中一個?？蛇x的，在具有溫度分布的爐內(nèi)的退火處理可先于或在均勻爐(可以同樣為線性爐，被調(diào)節(jié)到在所有區(qū)域獲得均勻溫度，或其它的爐)中的另一退火處理之后。當目的是獲得可用于時效成形的狀態(tài)時，均勻爐中的這種最終退火尤其有用。在這種情況下，最終退火被用于時效成形。在另一實施方案中，部件可在具有受控溫度分布爐中進行退火，接下來是至少一步成形或機加工操作，然后在均勻爐中進行退火處理步驟。
本發(fā)明可被用于制造由鋁合金制成的、具有組織硬化的、長度L大于其寬度B和厚度E的、尤其適用于航空構(gòu)造的整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件特征在于，在所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同長度上的至少兩個片段P1和P2具有從這些組中選擇的物理性能(在中間厚度測量的)a)P1KIC(L-T)＞38MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa，甚至更佳的是＞600MPa)b)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)c)P1KIC(L-T)＞41MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)d)P1KIC(L-T)＞42MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpae)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rm(TL)＞550Mpaf)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rp0.2(L)＞550Mpa
i)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P1Rm(L)＞530Mpa和P2Rm(L)＞580Mpaj)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P1Rm(L)＞540Mpa和P2Rm(L)＞590Mpak)P1Kapp(L-T)(CCT406)＞125MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpa。
優(yōu)選的是，如果該工藝的實施以致于在片段P1和P2中的失效伸長率A(L)大于9％并優(yōu)選＞10％。當工件在時效后要進行成形操作時，這尤其有利。類似的，更可取的是這些片段P1和P2以外的A(L)大于9％?？梢灾圃爝@樣的半成品，其中(在中間厚度測量)a)Rp0.2，在L方向或在LT方向，具有至少50Mpa的差Rp0.2(P2)-Rp0.2(P1)，并優(yōu)選至少＞75Mpa，和/或b)Rp0.2，在TC方向，具有至少30Mpa的差Rp0.2(p2)-Rp0.2(P1)，并優(yōu)選至少50Mpa，和/或c)KIC，在L-T方向測量，具有至少5MPa√m的差KIC(P1)-KIC(P2)，并優(yōu)選至少7MPa√m，和/或d)Kapp，在L-T方向測量，具有至少10MPa√m的差Kapp(P1)-Kapp(P2)，并優(yōu)選至少15MPa√m。
根據(jù)本發(fā)明的工藝可用于生產(chǎn)具有組織硬化的任何合金制成的半成品，諸如2xxx、4xxx、6xxx和7xxx系列的鋁合金，以及包含鋰的8xxx系列的具有組織硬化的合金。
當為Al-Zn-Cu-Mg型合金(7xxx系列)時，根據(jù)本發(fā)明的工藝可用于使得片段之一具有處于接近T6狀態(tài)中的極端性能，而另一片段具有處于接近T74或T73狀態(tài)中的極端性能。
在2xxx或6xxx系列的合金中，以及在含鋰的8xxx系列合金中，根據(jù)本發(fā)明的工藝可用于使得片段之一具有處于接近T3或T4狀態(tài)中的極端性能，而另一片段具有處于接近T6或T8狀態(tài)中的極端性能。
在本發(fā)明的一有利實施方案中，該合金包括在7至15％之間的鋅，在1至3％之間的銅和在1.5至3.5％之間的鎂。在另一有利實施方案中，鋅含量為至少7％，并優(yōu)選在8至13％之間，而尤其優(yōu)選在8.5至11％之間。銅含量有利地在1.3至2.1％之間，和鎂含量在1.8至2.7％之間。這些合金包括7449，和7349和7056，都可以產(chǎn)生非常高的機械強度(例如在T651或T7951狀態(tài))和非常高的韌性(例如在T76、T7651或T74狀態(tài)，或在T7451、T73或T7351狀態(tài))，同時保持可接受的耐腐蝕性并兼顧了機械強度和韌性，以及對應(yīng)于產(chǎn)品的具有極端性能的兩片段的兩狀態(tài)和中間區(qū)域中的可接受的(也就是至少EA等級)抗剝蝕性能(EXCO測試)。
在本發(fā)明的一有利實施方案中，在進行過固溶熱處理、淬火和拉伸的板材、型材或鍛件上實施退火，在兩步驟中第一勻均步驟在115℃至125℃之間的溫度下持續(xù)2至12個小時，在第二步驟期間在115℃至125℃之間處理一個片段或一端，同時，在150℃和160℃的溫度之間處理另一片段或另一端，這兩者都持續(xù)8至24小時。
該退火特別適于7xxx合金制的產(chǎn)品，并且尤其適合于7349、7449或7056合金制的產(chǎn)品。
在本發(fā)明的另一有利實施方案中，在由2xxx合金(諸如2024或2023)制的產(chǎn)品的一片段或一端P1上在約120℃時進行退火，同時在另一片段或另一端P2上進行約190℃的退火達到峰值機械強度的(狀態(tài)T851)。在該實施方案的變形中，沒有被峰值時效的片段或端(即P1)在大約100℃(或80℃)被時效，此為不完全時效狀態(tài)。
在另一有利實施方案中，在約120℃在7xxx合金(諸如7349，或7449或7056)制的產(chǎn)品的片段或一端上進行退火到峰值機械強度(狀態(tài)T651)，同時在兩個平臺120℃和150-165℃上在另一片段或另一端進行過退火(狀態(tài)T7651，T7451或T7351)。
然而在另一有利實施方案中，在大約190℃在6xxx合金(諸如6056)制成的產(chǎn)品上進行退火達到峰值機械強度(狀態(tài)T6)，而在兩個平臺在另一端進行過退火(狀態(tài)T7851)。
由根據(jù)本發(fā)明的工藝所獲得的金屬部件可用作航空構(gòu)造中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是雙功能或多功能的，換句話說，它們可以是在單一整體式部件中組合了不同的功能，而這些工藝在現(xiàn)有技術(shù)中只有通過將不同部件組裝才能組合而成。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件也可簡化和減輕航空器的重量構(gòu)造和制造，對于非常高容量的貨運機和客機尤其如此。
根據(jù)本發(fā)明的工藝的一個特別的優(yōu)點是在產(chǎn)品良好受控的長度上，每一端或具有極端性能的每一片段上可獲得最佳性能。因此，航空器設(shè)計師知道精確的長度，在該長度上產(chǎn)品具有推薦并確保的最佳性能。在一特別推薦的優(yōu)選實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的工藝用于制造沿著其整個長度不具有連續(xù)變化的性能結(jié)構(gòu)構(gòu)件，但是其中在產(chǎn)品的特定長度上具有物理性能(或至少某些物理性能)保持恒定的至少兩個區(qū)域。在本發(fā)明的一有利實施方案中，該區(qū)域的長度為至少一米，并優(yōu)選至少兩米。這種產(chǎn)品，以及在航空器機翼中作為結(jié)構(gòu)元件的使用在圖1中示意地示出。
根據(jù)本發(fā)明的工藝的另一特別的優(yōu)點是精確控制在兩片段組P1和P2(這里也可為兩或更多組，取決于溫度區(qū)組的數(shù)量)之間的過渡片段P1，2的性能，其中P1和P2可以是具有極端性能的片段。對于要被優(yōu)化的任何特殊性能(或性能組)，航空器設(shè)計師不需要過渡區(qū)域中的最大性能，例如縱向的極限強度Rm(L)和韌性KIC(L-T)。但是他需要這些性能或性能組之間的某種兼顧，因為在這過渡區(qū)域中結(jié)構(gòu)構(gòu)件實際上起到了結(jié)構(gòu)性的作用并必須滿足精確的規(guī)范。
特別地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件是-上或下機翼(蒙皮)板；-上或下機翼桁條；-翼加強桿；-機身加強件；-拼接片，尤其是用于上或下機翼(蒙皮)片的拼接片；-機身板。
根據(jù)本發(fā)明的方法可用于長部件或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的熱處理。通常，它們垂直于長度的截面在其長度上大約恒定，但這不是必要的情況。類似的，部件可為或可不為直的；例如可以處理略微彎曲的鍛造結(jié)構(gòu)構(gòu)件。該方法也可用于處理鑄件，但是長鑄件是非常不尋常的并難于制造的。在一優(yōu)選實施方案中，部件的長度至少為5米，優(yōu)選為至少7米，但是優(yōu)選15米或至少25米的長度，以充分地利用建立分布在部件的整個長度上的若干功能性片段的可能性。因而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件被制成具有具有至少兩個區(qū)域P1和P2，其中所述至少兩片段P1和P2的長度FP1和FP2(表示為總長度L的百分比)是這樣的，F(xiàn)P1＞25％和FP2＞25％并優(yōu)選FP1＞30％和FP2＞30％。在另一實施方案中，F(xiàn)P1＞35％和FP2＞30％或FP1＞40％和FP2＞30％。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可有利地用于航空構(gòu)造。例如，可以用于這樣的高容量航空器，其包括了至少一機翼，該機翼包括由根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)件制成的至少一個(蒙皮)板，其特征在于，片段P1位于靠近機身，而片段P2靠近機翼的幾何端部(參見圖1)。在一有利實施方案中，所述機翼(蒙皮)板至少15米長，并優(yōu)選至少25米長。如以下實例所討論的，發(fā)明者制造的機翼(蒙皮)板可以長于30米。
所述部件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是整體式的。根據(jù)本發(fā)明的方法還可用于非整體式的部件或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的熱處理，但是這些部件或結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是由至少兩個軋制、擠壓或鍛造部件或半成品部件(優(yōu)選由組織硬化的鋁合金制成)組裝而成，例如由焊接、鉚接或結(jié)合而成。還可以的是，這種組件中的一個或多個部件可由不同于鋁合金的其它基礎(chǔ)材料制成。
在該實施方案中，例如可以的是，利用鉚接、焊接或結(jié)合將具有組織硬化的至少一鋁合金板和具有組織硬化的至少一鋁合金型材進行組裝作為開始，然后利用根據(jù)本發(fā)明的方法對所述組件進行處理。在根據(jù)本發(fā)明的方法的該變形的一有利實施方案中，該板和型材處于T351狀態(tài)，并且該組件由激光束焊接(LBW)、摩擦攪拌焊接(FSW)或電子束焊接(EBW)制成。申請人觀察到，可以優(yōu)選在焊接后利用根據(jù)本發(fā)明的方法處理這種焊接組件，而不是在焊接前處理將在所述組件中使用的半成品(板或型材)，因為這可以改進焊接接頭的機械強度并提高其耐腐蝕性。當焊接接頭鋪展到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整個長度時(例如大致平行于產(chǎn)品的縱向)，該效果是顯著的。
在閱讀完下面的實例后將會更加理解本發(fā)明，這些實例并不是限制性的。
實例通過熱軋軋板而制成36米長，2.5米寬和30mm厚的板。
合金組成為Zn 9.1％，Mg 1.89％，Cu 1.57％，F(xiàn)e 0.06％，Si 0.03％，Ti 0.03％，Zr 0.11％，其它元素分別為＜0.01％。
所述軋板在475℃下均質(zhì)處理14小時。到熱軋輥的輸入溫度為428℃，而熱軋板的輸出溫度為401℃。該板在下列條件下進行固溶熱處理、淬火和拉伸在471℃下保持6小時，在大約15至16℃之間在水中淬火，然后進行大約2.5％永久伸長的受控拉伸。然后將板切割成34米長的板。它被延長度方向地放置到由三十個1200mm長的區(qū)域構(gòu)成的線性爐中。所有退火溫度在設(shè)定值附近的小于±3℃的區(qū)間范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
退火處理包括在120℃下進行6小時的第一勻均處理步驟(“第一平臺”)，并緊接著的是第二步驟，在該步驟期間一18米的幾何端部(稱為Z1，對應(yīng)于15個爐區(qū)域)在155℃下處理15小時(“第二平臺”之前是大約1小時調(diào)整階段)，同時另一10.8米的幾何端部(稱為Z2，對應(yīng)于9個爐區(qū)域)在120℃下保持16小時。在這兩端之間的過渡區(qū)域為7.2米長(稱為Z1，2對應(yīng)于6個爐區(qū)域)。
在該第二步驟之后，測量該板不同位置的電導(dǎo)率片段P1在18.2至19.5MS/m之間片段P2在22.5至23.5MS/m之間片段P1，2在18.2至23.6MS/m之間然后對該板進行第三退火處理，即將溫度升高到148℃持續(xù)1小時30分鐘接著在150℃下保持15小時的勻均退火。該第三步驟旨在在結(jié)構(gòu)構(gòu)件成型后模擬時效成型或退火。
該板被切割并表征。表1概述了由拉伸試驗獲得的靜態(tài)機械性能。它們是在中間厚度上測量并沿著板寬度分布的不同位置上所獲得的平均數(shù)。在板的寬度上沒有觀察到性能顯著變化。
對于L和LT方向上的Rp0.2，由壓縮獲得其值；這些值放在表1的括號中。
表1

韌性結(jié)果KIC和Kapp(后者在CT127型測試件以及在CCT406型測試件獲得)在表2中給出表2

該34米長的板可用于高容量載貨或載客航空器的機翼(蒙皮)板。對于該應(yīng)用，板的具有極端性能X邊緣的片段(對應(yīng)于高韌性KIC，靜態(tài)機械性能低)安裝在機身側(cè)，而板的具有極端性能Z邊緣的片段(對應(yīng)于高靜態(tài)機械強度與低韌性KIC)在機翼的幾何端部。
在表3中示出了用于退火的線性爐在第二時效步驟期間的溫度設(shè)定值和在板上以及在爐區(qū)域的空氣中測量的溫度的分布。其包括在穩(wěn)定溫度階段在120℃和155℃退火步驟期間的溫度分布；在表3中所給出的值是在中間寬度測量的。
表3

權(quán)利要求
1.用于制造具有組織硬化的鋁合金部件的工藝，包括a)固溶熱處理軋制、擠壓或鍛造的半成品，接著進行淬火，b)可選地，具有至少0.5％永久伸長的受控拉伸，c)退火處理，其特征在于，所述退火處理的至少一個步驟在具有受控溫度分布的爐中進行，所述溫度分布包括至少兩個具有初始溫度T1和T2的區(qū)域或區(qū)域組Z1、Z2，其中在每一溫度T1和T2的設(shè)定溫度附近的溫度變化在所述區(qū)域或區(qū)域組的長度內(nèi)不超過±5℃，且初始溫度T1和T2的設(shè)定溫度之間的差大于或等于5℃，所述區(qū)域或區(qū)域組可以被稱為過渡區(qū)域或區(qū)域組的區(qū)域或區(qū)域組Z1，2分開，在該過渡區(qū)域或區(qū)域組內(nèi)部，初始溫度從T1變化到T2，并且，所述至少兩個區(qū)域或區(qū)域組Z1和Z2中每一個的平行于線性爐的軸線的長度為至少一米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中在每一溫度T1和T2的設(shè)定溫度附近的溫度變化在所述至少兩個區(qū)域或區(qū)域組Z1和Z2的長度內(nèi)不超過±4℃，并且優(yōu)選不超過±3℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的工藝，其中設(shè)定溫度T1和T2之間的差在10℃和80℃之間，并優(yōu)選在10℃和50℃之間，甚至更優(yōu)選在20和40℃之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的工藝，其中在區(qū)域或區(qū)域組Z1或Z2的至少一個中的溫度作為時間函數(shù)按照至少兩個溫度平臺，或按照沒有平臺的溫度斜坡而變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的工藝，其中在具有受控溫度分布的爐中的所述退火處理之后接著是至少一個成形或機械加工操作和在均勻爐中的退火處理步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的工藝，其中在具有受控溫度分布的爐中的所述退火處理之前是在均勻爐中的退火處理步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的工藝，其中部件的長度至少為5米，并優(yōu)選至少7米，尤其優(yōu)選至少15米并甚至更優(yōu)選大于25米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的工藝，其中具有組織硬化的所述鋁合金部件是整體式的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的工藝，其中具有組織硬化的所述鋁合金部件是由至少兩個具有結(jié)構(gòu)硬化的鋁合金部件組裝的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中該組裝通過鉚接、粘結(jié)、焊接、激光束焊接、摩擦焊接或電子束焊接來完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一所述的工藝，其中所述退火處理包括在115℃和125℃之間持續(xù)2至12小時的第一均勻步驟，和第二步驟，在第二步驟中，一端在115℃和125℃的溫度之間處理，同時另一端在150℃和160℃的溫度之間處理，兩者都持續(xù)8至24小時。
12.鋁合金制成的、具有組織硬化的、長度L大于其寬度B和厚度E的、尤其是用于航空構(gòu)造的整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特征在于位于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同長度上的至少兩個片段P1和P2具有從下列組選擇的物理和機械性能(在中間厚度測量的)a)P1KIC(L-T)＞38MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa，甚至更佳的是＞600MPa)b)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)c)P1KIC(L-T)＞41MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa(并優(yōu)選＞590Mpa)d)P1KIC(L-T)＞42MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpae)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rm(TL)＞550Mpaf)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P2Rm(L)＞580Mpa和P2Rp0.2(L)＞550Mpai)P1KIC(L-T)＞39MPa√m和P1Rm(L)＞530Mpa和P2Rm(L)＞580Mpaj)P1KIC(L-T)＞40MPa√m和P1Rm(L)＞540Mpa和P2Rm(L)＞590Mpak)P1Kapp(L-T)(CCT406)＞125MPa√m和P2Rm(L)＞590Mpa。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中在片段P1和P2中A(L)＞9％(并優(yōu)選＞10％)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征在于片段P1和P2以外A(L)＞9％
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中所述片段P1和P2的長度FP1和FP2(表示為長度L的百分比)是這樣的，F(xiàn)P1＞25％和FP2＞25％并優(yōu)選FP1＞30％和FP2＞30％。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中FP1＞35％和FP2＞30％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中FP1＞40％和FP2＞30％。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中所述合金包括在6至15％之間的鋅，1至3％之間的銅和1.5至3.5％之間的鎂。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中鋅含量高于7％。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中鋅含量在8至13％之間，并優(yōu)選在8.5至11％之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中銅含量在1.3至2.1％之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中鎂含量在1.8至2.7％之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求12至22中任一所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中構(gòu)件的長度至少7米，并優(yōu)選至少15米，并甚至更優(yōu)選至少25米。
24.鋁合金制成的、具有組織硬化的、長度L大于其寬度B和厚度E的、尤其是用于航空構(gòu)造的整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中所述整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件由Al-Cu型合金制成，并且其中其包括位于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同長度上的至少兩片段P1和P2，其中一個處于T8狀態(tài)中而另一個在不完全時效狀態(tài)中。
25.鋁合金制成的、具有組織硬化的、長度L大于其寬度B和厚度E的、尤其是用于航空構(gòu)造的整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述整體式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特征在于其包括兩個片段P1和P2，其中a)在L方向或在LT方向測量的Rp0.2具有至少50Mpa的差Rp0.2(P2)-Rp0.2(P1)，并優(yōu)選至少＞75Mpa，和/或b)在TC方向測量的Rp0.2具有至少30Mpa的差Rp0.2(P2)-Rp0.2(P1)，并優(yōu)選至少50Mpa，和/或c)KIC，在L-T方向測量，具有至少5MPa√m的差KIC(P1)-KIC(P2)，并優(yōu)選至少7MPa√m，和/或d)Kapp，在L-T方向測量，具有至少10Mpa√m的差Kapp(P1)-Kapp(P2)，并優(yōu)選至少15MPa√m。
26.根據(jù)權(quán)利要求12至25中任一的結(jié)構(gòu)構(gòu)件用于制造航空器機翼板、機翼桁條、加強桿、機身加強件、機身板或拼接片的用途。
27.包括由根據(jù)權(quán)利要求12至25中任一的結(jié)構(gòu)構(gòu)件制成的至少一機翼的航空器，其特征在于片段P1靠近機身，而片段P2靠近機翼的幾何端部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)具有組織硬化的鋁合金部件的方法，包括a)熔煉半加工的擠壓或鍛造的軋制材，接著水淬，b)可選地進行具有永久拉伸等于或大于5％的受控拉拔，和c)回火。所述發(fā)明特征在于至少一回火操作在受控熱梯度線性爐中進行，該線性爐包括在初始溫度(T
文檔編號F27D19/00GK1930317SQ200580007945
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者P·勒克, D·迪蒙 申請人:愛爾康何納呂公司