[发明专利]用于航天航空应用的低成本、低密度、基本无Ag和无Zn的铝-锂板合金

说明书

本发明涉及铝‑锂合金，具体为铝‑铜‑锂‑镁‑锰合金。本发明的铝‑锂合金包括3.6‑4.1重量％的Cu、0.8‑1.05重量％的Li、0.6‑1.0重量％的Mg、0.2‑0.6重量％的Mn、多达0.12重量％的Si、多达0.15重量％的Fe、0.03‑0.16重量％的至少一种晶粒组织控制元素，其从由Zr、Sc、Cr、V、Hf，和其他稀土元素组成的组中选取出来，多达0.10重量％的Ti、多达0.15重量％的偶存元素、其中偶存元素总量不超过0.35重量％，并且剩余元素为铝。优选地，Ag不是特意添加的，并且作为非特意添加的元素应该不高于0.05重量％。优选地，Zn不是特意添加的，并且作为非特意添加的元素应该不高于0.2重量％。Cu的重量百分比量至少等于或高于Li的重量百分比量的四倍。

技术领域

本发明总体涉及铝-铜-锂-镁基合金产品。

背景技术

为了降低航空器重量以提高燃油效率，机身和铝材料制造商正在积极寻求低密度铝锂合金。除了密度，航空航天应用中同时要求材料的强度、断裂韧度、抗疲劳性、和抗腐蚀性。此外，铝锂产品的可持续解决方案还必须考虑材料的成本。

因此，生产满足上述所有需求的铝锂(Al-Li)板材产品极具挑战性。因此，仅有有限的注册Al-Li合金能够生产超过0.5厚度的板材产品。根据美国铝业协会(The AluminumAssociation)于2011年出版的“Registration Record Series–Tempers for Aluminumand Aluminum Alloys Production”和2017年出版的“Addendum to 2011Tan Sheets ofRegistration Record Series–Tempers for Aluminum and Aluminum AlloysProduction”，已有合金的示例为2050(厚达6.5)、2195(厚达2.25)、2060(厚达1.5)、2395(厚达1.5)、和2196(厚达1.0)。需要指出的是，所有上述Al-Li板材合金都是高成本的含Ag合金。向许多新生代Al-Li合金中添加银(Ag)以改善最终产品的性能。

此外，通过大量Al-Li合金专利和专利申请可以表明在Al-Li合金中使用高成本Ag的流行。因此，通过消除Ag的添加，提供一种低成本Al-Li薄片，同时保持Ag提供的如这些现有技术示例中表明的产品性能，成为重大的挑战。

显然地，Li是Al-Li合金中最重要的元素。过低的Li含量不能降低密度并改善足够的性能。但是，过高的Li含量可能导致不理想的性能，例如，短横向断裂韧度，和拉伸性能的高各向异性。

Cu是另一重要元素，并必须为理想的产品性能控制在一定范围内。

Mg是在一定范围添加的另一元素，以主要提高强度，其次降低密度。

Zn也是另一考虑用于Al-Li合金的元素。但是，Zn的添加还可能对密度造成负面影响。

通常，现有的Al-Li合金组成并不能同时实现能够产生板材产品的Al-Li合金的低密度、低成本、高强度、良好的损伤容限、抗疲劳性和腐蚀性。实现所有这些是极端的冶金学挑战，特别是在不使用显著增加产品成本的Ag添加物的情况下。

发明内容