Улучшенные алюминиево-медно-литиевые сплавы

Улучшенные алюминиево-медно-литиевые сплавы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 60/992330, поданной 4 декабря 2007 г. и озаглавленной "Улучшенные алюминиевые сплавы", и является родственной заявке на патент США № _____, поданной 4 декабря 2008 г. Каждая из вышеуказанных заявок на патент включена сюда настоящей ссылкой во всей своей полноте.

Предпосылки

[0002] Алюминиевые сплавы подходят для применения в различных областях. Однако часто улучшение одного свойства алюминиевого сплава без ухудшения другого свойства оказывается труднодостижимым. Например, трудно повысить прочность сплава, не ухудшая ударную вязкость сплава. Другие интересные для алюминиевых сплавов свойства включают коррозионную стойкость, плотность и усталость, помимо прочих.

Сущность изобретения

[0003] В широком смысле настоящее изобретение относится к алюминиево-медно-литиевым сплавам, имеющим улучшенное сочетание свойств.

[0004] В одном аспекте алюминиевый сплав является деформируемым алюминиевым сплавом, состоящим по существу из 3,4-4,2 вес.% Cu, 0,9-1,4 вес.% Li, 0,3-0,7 вес.% Ag, 0,1-0,6 вес.% Mg, 0,2-0,8 вес.% Zn, 0,1-0,6 вес.% Mn и 0,01-0,6 вес.% по меньшей мере одного регулирующего зернистую структуру элемента, остальное составляют алюминий и второстепенные элементы и примеси. Деформированный продукт может представлять собой прессованный продукт, плиту, лист или продукт ковки (поковку). В одном варианте воплощения деформированный продукт является прессованным продуктом. В одном варианте воплощения деформированный продукт является продуктом-плитой. В одном варианте воплощения деформированный продукт является листовым продуктом. В одном варианте воплощения деформированный продукт является поковкой.

[0005] При одном подходе сплав является прессованным алюминиевым сплавом. В одном варианте воплощения сплав имеет суммарную нагартовку в холодном состоянии не более чем эквивалент 4%-ного растяжения. В других вариантах воплощения сплав имеет суммарную нагартовку в холодном состоянии не более чем эквивалент 3,5%-ного растяжения или не более чем эквивалент 3%-ного или даже не более чем эквивалент 2,5%-ного растяжения. Как используется здесь, суммарная нагартовка в холодном состоянии означает нагартовку в холодном состоянии, накопленную в продукте после термообработки на твердый раствор.

[0006] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 3,6 или 3,7 вес.%, или даже по меньшей мере примерно 3,8 вес.% Cu. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 4,1 или 4,0 вес.% Cu. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает медь в диапазоне от примерно 3,6 или 3,7 вес.% до примерно 4,0 или 4,1 вес.%. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав включает медь в диапазоне от примерно 3,8 вес.% до примерно 4,0 вес.%.

[0007] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 1,0 или 1,1 вес.% Li. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 1,3 или 1,2 вес.% Li. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает литий в диапазоне от примерно 1,0 или 1,1 вес.% до примерно 1,2 или 1,3 вес.%.

[0008] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 0,3 или 0,35 или 0,4 или 0,45 вес.% Zn. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 0,7 или 0,65 или 0,6 или 0,55 вес.% Zn. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает цинк в диапазоне от примерно 0,3 или 0,4 вес.% до примерно 0,6 или 0,7 вес.%.

[0009] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 0,35 или 0,4 или 0,45 вес.% Ag. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 0,65 или 0,6 или 0,55 вес.% Ag. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает серебро в диапазоне от примерно 0,35 или 0,4 или 0,45 вес.% до примерно 0,55 или 0,6 или 0,65 вес.%.

[0010] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 0,2 или 0,25 вес.% Mg. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 0,5 или 0,45 вес.% Mg. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает магний в диапазоне от примерно 0,2 или 0,25 вес.% до примерно 0,45 или 0,5 вес.%.

[0011] В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает по меньшей мере примерно 0,15 или 0,2 вес.% Mn. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает не более чем примерно 0,5 или 0,4 вес.% Mn. В некоторых вариантах воплощения алюминиевый сплав включает марганец в диапазоне от примерно 0,15 или 0,2 вес.% до примерно 0,4 или 0,5 вес.%.

[0012] В одном варианте воплощения регулирующим зернистую структуру элементом является Zr. В некоторых из этих вариантов воплощения алюминиевый сплав включает 0,05-0,15 вес.% Zr.

[0013] В одном варианте воплощения примеси включают Fe и Si. В некоторых из этих вариантов воплощения сплав включает не более чем примерно 0,06 вес.% Si (например, ≤0,03 вес.% Si) и не более чем примерно 0,08 вес.% Fe (например, ≤0,04 вес.% Fe).

[0014] Такой алюминиевый сплав может реализовать улучшенное сочетание механических свойств и свойств коррозионной стойкости. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав реализует предел текучести при продольном растяжении по меньшей мере примерно 86 ksi (килофунтов на квадратный дюйм). В одном варианте воплощения алюминиевый сплав реализует вязкость разрушения при плоской деформации в плоскости L-T по меньшей мере примерно 20 ksi√дюйм. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав реализует типичный модуль упругости при растяжении по меньшей мере примерно 11,3×10³ ksi и типичный модуль упругости при сжатии по меньшей мере примерно 11,6×10³ ksi. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав имеет плотность не более чем примерно 0,097 фунта/дюйм³. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав имеет удельную прочность по меньшей мере примерно 8,66×10⁵ дюймов. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав реализует предел текучести при сжатии по меньшей мере примерно 90 ksi. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав устойчив к коррозионному растрескиванию под напряжением. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав достигает оценки по MASTMAASIS по меньшей мере EA. В одном варианте воплощения сплав устойчив к электрохимической коррозии. В некоторых аспектах один и тот же алюминиевый сплав может реализовать несколько (или даже все) из вышеуказанных свойств. В одном варианте воплощения алюминиевый сплав по меньшей мере реализует продольную прочность по меньшей мере примерно 84 ksi, вязкость разрушения при плоской деформации в плоскости L-T по меньшей мере примерно 20 ksi√дюйм, устойчив к коррозионному растрескиванию под напряжением и устойчив к электрохимической коррозии.

[0015] Эти и другие аспекты, преимущества и новые признаки новых сплавов излагаются частично в нижеследующем описании и станут очевидными специалистам в данной области при изучении следующего описания и фигур, или могут быть уяснены при получении или применении сплава.

Краткое описание чертежей

[0016] Фиг. 1a является схематическим изображением, иллюстрирующим один вариант воплощения испытываемого образца для применения в испытании на вязкость разрушения.

[0017] Фиг. 1b представляет собой таблицу размеров и допусков, относящуюся к фиг.1a.

[0018] Фиг. 2 является графиком, иллюстрирующим типичную зависимость предела текучести при растяжении от значений модуля упругости при растяжении для различных сплавов.

[0019] Фиг. 3 является графиком, иллюстрирующим типичные значения удельного предела текучести при растяжении для различных сплавов.

[0020] Фиг. 4 является схематическим изображением, иллюстрирующим один вариант воплощения пробного надрезанного образца для применения в S/N-испытании на усталость образцов с надрезом.

[0021] Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим стойкость к электрохимической коррозии различных сплавов.

Подробное описание

[0022] Далее будем подробно ссылаться на приложенные чертежи, которые по меньшей мере помогают проиллюстрировать различные подходящие варианты воплощения нового сплава.

[0023] В широком смысле настоящее изобретение относится к алюминиево-медно-литиевым сплавам с улучшенным сочетанием свойств. Алюминиевые сплавы обычно содержат медь, литий, цинк, серебро, магний и марганец (а в некоторых случаях по существу состоят из них), причем остальное составляют алюминий, необязательные регулирующие зернистую структуру элементы, необязательные второстепенные элементы и примеси. Пределы составов нескольких сплавов, подходящих в соответствии с идеями настоящего изобретения, раскрыты ниже в таблице 1. Пределы составов нескольких сплавов уровня техники приведены ниже в таблице 2. Все величины указаны в весовых процентах.

Таблица 1
Составы новых сплавов
Сплав	Cu	Li	Zn	Ag	Mg	Mn
A	3,4-4,2%	0,9-1,4%	0,2-0,8%	0,3-0,7%	0,1-0,6%	0,1-0,6%
B	3,6-4,1%	1,0-1,3%	0,3-0,7%	0,4-0,6%	0,2-0,5%	0,1-0,4%
C	3,8-4,0%	1,1-1,2%	0,4-0,6%	0,4-0,6%	0,25-0,45%	0,2-0,4%

Таблица 2
Составы прессованных сплавов уровня техники
Сплав	Cu	Li	Zn	Ag	Mg	Mn
2099	2,4-3,0%	1,6-2,0%	0,4-1,0%	-	0,1-0,5%	0,1-0,5%
2195	3,7-4,3%	0,8-1,2%	макс. 0,25 вес.% как примесь	0,25-0,6%	0,25-0,8%	макс. 0,25 вес.% как примесь
2196	2,5-3,3%	1,4-2,1%	макс. 0,35 вес.% как примесь	0,25-0,6%	0,25-0,8%	макс. 0,35 вес.% как примесь
7055	2,0-2,6%	-	7,6-8,4%	-	1,8-2,3%	макс. 0,05 вес.% как примесь
7150	1,9-2,5%	-	5,9-6,9%	-	2,0-2,7%	макс. 0,10 вес.% как примесь

[0024] Сплавы по настоящему изобретению обычно включают указанные легирующие компоненты, а остальное составляют алюминий, необязательные регулирующие зернистую структуру элементы, необязательные второстепенные элементы и примеси. Как используется здесь, термин «регулирующий зернистую структуру элемент» означает элементы или соединения, которые являются намеренными легирующими добавками с целью образования частиц второй фазы (вторичных фаз), обычно в твердом состоянии, чтобы контролировать изменения твердофазной зернистой структуры во время термических процессов, таких как восстановление и рекристаллизация. Примеры регулирующих зернистую структуру элементов включают Zr, Sc, V, Cr и Hf, помимо прочих.

[0025] Количество использующегося в сплаве регулирующего зернистую структуру материала обычно зависит от типа материала, использованного для регулирования зернистой структуры, и от процесса получения сплава. Когда в состав сплава включают цирконий (Zr), он может содержаться в количестве вплоть до примерно 0,4 вес.%, или вплоть до примерно 0,3 вес.%, или вплоть до примерно 0,2 вес.%. В некоторых вариантах воплощения Zr включают в состав сплава в количестве 0,05-0,15 вес.%. Скандий (Sc), ванадий (V), хром (Cr) и/или гафний (Hf) могут быть включены в состав сплава в качестве заместителя (всего или части) Zr и, таким образом, могут быть включены в состав сплава в таких же самых или сходных количествах, что и Zr.

[0026] Хотя и не считаясь регулирующим зернистую структуру элементом для целей данной заявки, марганец (Mn) может включаться в состав сплава в дополнение к или в качестве заместителя (всего или части) Zr. Когда Mn включают в состав сплава, он может содержаться в количествах, описанных выше.

[0027] Как используется здесь, термин «второстепенные элементы» означает такие элементы или материалы, которые могут быть необязательно добавлены в сплав для содействия получению сплава. Примеры второстепенных элементов включают добавки, улучшающие литейные свойства, такие как измельчающие зерно добавки и раскислители.

[0028] Измельчающие зерно добавки представляют собой затравки или зародыши для образования новых зерен при затвердевании сплава. Примером измельчающей зерно добавки является стержень размером 3/8 дюйма, содержащий 96% алюминия, 3% титана (Ti) и 1% бора (B), причем фактически весь бор присутствует в виде тонкодисперсных частиц TiB₂. При отливке такой измельчающий зерно стержень поточно подают в расплавленный сплав, текущий в литейную яму, с контролируемой скоростью. Количество измельчающей зерно добавки, входящей в состав сплава, обычно зависит от типа материала, используемого для измельчения зерна, и процесса получения сплава. Примеры измельчающих зерно добавок включают Ti в сочетании с B (например, TiB₂) или углеродом (TiC), хотя могут использоваться и другие измельчающие зерно добавки, такие как лигатуры Al-Ti. Обычно измельчающие зерно добавки добавляют в сплав в количестве, составляющем в диапазоне от 0,0003 вес.% до 0,005 вес.%, в зависимости от желаемого размера зерна в состоянии после разливки. Кроме того, Ti может добавляться в сплав отдельно в количестве вплоть до 0,03 вес.% для повышения эффективности измельчающей зерно добавки. Когда Ti включают в состав сплава, он обычно присутствует в количестве вплоть до примерно 0,10 или 0,20 вес.%.

[0029] Некоторые легирующие элементы, в общем называемые здесь раскислителями, могут добавляться в сплав во время разливки для снижения или ограничения (а в некоторых случаях для устранения) растрескивания слитка, являющегося результатом, например, заката оксидной пленки, ямок и оксидных пятен. Примеры раскислителей включают Ca, Sr и Be. Когда кальций (Ca) включают в состав сплава, он обычно присутствует в количестве вплоть до примерно 0,05 вес.% или вплоть до примерно 0,03 вес.%. В некоторых вариантах воплощения Ca включают в состав сплава в количестве 0,001-0,03 вес.% или 0,05 вес.%, таком как 0,001-0,008 вес.% (или от 10 до 80 ч/млн). Стронций (Sr) может быть включен в состав сплава в качестве заместителя Ca (всего или части) и, таким образом, может быть включен в состав сплава в таких же самых или сходных количествах, что и Ca. Традиционно, добавки бериллия (Be) помогали снижать тенденцию слитка к растрескиванию, хотя по соображениям экологии, здоровья и безопасности, некоторые варианты воплощения сплава по существу не содержат Be. Когда Be включают в состав сплава, он обычно присутствует в количестве вплоть до примерно 20 ч/млн.

[0030] Второстепенные элементы могут присутствовать в незначительных количествах или могут присутствовать в значительных количествах, и могут сами по себе способствовать желательным или другим характеристикам, без отклонения от описываемого здесь сплава, если только сплав сохраняет описанные здесь желательные характеристики. Следует, однако, понимать, что простое добавление какого-либо элемента или элементов в количествах, которые бы иначе не влияли на сочетания желаемых и достигаемых здесь свойств, не должно и не может рассматриваться как выход за рамки настоящего изобретения.

[0031] Как используется здесь, примеси являются теми материалами, которые могут присутствовать в сплаве в незначительных количествах, например, из-за присущих алюминию свойств или и/или из-за выщелачивания при контакте с производственным оборудованием. Примерами примесей, обычно присутствующих в алюминиевых сплавах, являются железо (Fe) и кремний (Si). Содержание Fe в сплаве обычно не должно превышать примерно 0,25 вес.%. В некоторых вариантах воплощения содержание Fe в сплаве составляет не более чем примерно 0,15 вес.%, или не более чем примерно 0,10 вес.%, или не более чем примерно 0,08 вес.%, или не более чем примерно 0,05 или 0,04 вес.%. Аналогичным образом, содержание Si в сплаве обычно не должно превышать примерно 0,25 вес.% и обычно является меньшим, чем содержание Fe. В некоторых вариантах воплощения содержание Si в сплаве составляет не более чем примерно 0,12 вес.%, или не более чем примерно 0,10 вес.%, или не более чем примерно 0,06 вес.%, или не более чем примерно 0,03 или 0,02 вес.%.

[0032] Если не указано иное, выражение «вплоть до» при ссылках на количество элемента означает, что содержание этого элемента в составе является необязательным и включает нулевое количество этого конкретного составляющего компонента. Если не указано иное, все процентные доли в составе даны в весовых процентах (вес.%).

[0033] Сплавы могут быть приготовлены более или менее традиционными методами, включая расплавление и литье в кристаллизатор с прямым охлаждением (DC casting) в виде слитков. Как хорошо известно в данной области, могут также применяться традиционные измельчающие зерно добавки, такие как содержащие титан и бор, или титан и углерод. После традиционных удаления поверхностного слоя, токарной обработки или зачистки (если требуется) и гомогенизации, эти слитки обрабатывают далее в деформированный продукт, например, горячей прокаткой в лист (≤0,249 дюйма) или плиту (≥0,250 дюйма), или же прессованием (выдавливанием) или ковкой в специальные фасонные профили. В случае прессованных продуктов, продукт может быть подвергнут термообработке на твердый раствор (ТТР) и закалке, а затем снятию механических напряжений, например, растяжением и/или сжатием вплоть до остаточной деформации примерно 4%, например, от примерно 1 до 3%, или от 1 до 4%. Сходные операции ТТР, закалки, снятия напряжений и искусственного старения могут быть также совершены для изготовления катанных продуктов (проката) (например, листа/плиты) и/или кованных продуктов (поковок).

[0034] Раскрытые здесь новые сплавы достигают улучшенного сочетания свойств по сравнению со сплавами серии 7xxx и другой серии 2xxx. Например, новые сплавы могут достичь улучшенного сочетания двух или более из следующих свойств: предел прочности при растяжении (UTS), предел текучести при растяжении (TYS), предел текучести при сжатии (CYS), удлинение (El), вязкость разрушения (FT), удельная прочность, модуль упругости (при растяжении и/или сжатии), удельный модуль упругости, коррозионная стойкость и усталость, помимо прочих. В некоторых случаях можно достичь по меньшей мере некоторых из этих свойств без высоких величин суммарной нагартовки в холодном состоянии, таких как используемые в предшествующих Al-Li продуктах, таких как прессованные продукты 2090-T86. Реализация этих свойств при низких величинах суммарной нагартовки в холодном состоянии выгодна в прессованных продуктах. Прессованные продукты обычно нельзя обрабатывать сжатием, а высокие степени растяжения делают сильно затруднительным сохранение размерных допусков, таких как размеры поперечного сечения и сопутствующие допуски, включая угловатость и прямолинейность, как описано в спецификации ANSI H35.2.

[0035] Что касается прочности и удлинения, то сплавы могут достигать предела прочности при продольном (L) растяжении по меньшей мере примерно 92 ksi, или даже по меньшей мере примерно 100 ksi. Сплавы могут достигать предела текучести при продольном растяжении по меньшей мере примерно 84 ksi, или по меньшей мере примерно 86 ksi, или по меньшей мере примерно 88 ksi, или по меньшей мере примерно 90 ksi, или даже по меньшей мере примерно 97 ksi. Сплавы могут достигать предела прочности при продольном сжатии по меньшей мере примерно 88 ksi, или по меньшей мере примерно 90 ksi, или по меньшей мере примерно 94 ksi, или даже по меньшей мере примерно 98 ksi. Сплавы могут достигать удлинения по меньшей мере примерно 7%, или даже по меньшей мере примерно 10%. В одном варианте воплощения предел прочности при растяжении и/или предел текучести при растяжении и/или удлинение измеряют в соответствии с ASTM E8 и/или B557, в плоскости на четверти толщины продукта. В одном варианте воплощения продукт (например, прессованный продукт) имеет толщину в диапазоне 0,500-2,000 дюйма. В одном варианте воплощения предел текучести при сжатии измеряют в соответствии с ASTM E9 и/или E111 и в плоскости на четверти толщины продукта. Нужно понимать, что прочность может несколько меняться с толщиной. К примеру, тонкие (например, <0,500 дюйма) или толстые продукты (например, >3,0 дюйма) могут иметь несколько более низкие прочности, чем описанные выше. Тем не менее, эти тонкие или толстые продукты все же обеспечивают явные преимущества по сравнению с имевшимися ранее продуктами из сплавов.

[0036] Что касается вязкости разрушения, то сплавы могут достигать вязкости разрушения при плоской деформации в плоскости длина-ширина (L-T) по меньшей мере примерно 20 ksi√дюйм, или по меньшей мере примерно 23 ksi√дюйм, или по меньшей мере примерно 27 ksi√дюйм, или даже по меньшей мере примерно 31 ksi√дюйм. В одном варианте воплощения вязкость разрушения измеряют в соответствии с ASTM E399 в плоскости на четверти толщины и с конфигурацией образца, показанной на фиг.1a. Следует понимать, что вязкость разрушения может несколько меняться с толщиной и условиями испытаний. К примеру, толстые продукты (например, >3,0 дюйма) могут иметь несколько более низкую ударную вязкость, чем описанная выше. Тем не менее, эти толстые продукты все же обеспечивают явные преимущества по сравнению с имевшимися ранее продуктами.

[0037] Что касается фиг.1a, то на фиг.1b приведена таблица размеров и допусков. Примечание 1 к фиг.1a указывает на зерна в этом направлении для образцов L-T и L-S. Примечание 2 к фиг.1a указывает на зерна в этом направлении для образцов T-L и T-S. Примечание 3 к фиг.1a указывает, что показанный размер надреза S является максимальным, при необходимости надрез может быть более узким. Примечание 4 к фиг.1a указывает проверку на остаточное напряжение, измерение и записи высоты (2H) образца в положении, отмеченном до и после механической обработки надреза. Все допуски являются следующими (если не отмечено иное): 0,0=+/-0,1; 0,00=+/-0,01; 0,000=+/-0,005.

[0038] Что касается удельной прочности при растяжении, то сплавы могут реализовать плотность не более чем примерно 0,097 фунта/дюйм³, такую как в диапазоне от 0,096 до 0,097 фунта/дюйм³. Таким образом, сплавы могут реализовать удельный предел текучести при растяжении по меньшей мере примерно 8,66×10⁵ дюймов ((84 ksi*1000=84000 фунтов/дюйм²)/(0,097 фунта/дюйм³) = примерно 866000 дюймов), или по меньшей мере примерно 8,87×10⁵ дюймов, или по меньшей мере примерно 9,07×10⁵ дюймов, или по меньшей мере примерно 9,28×10⁵ дюймов, или даже по меньшей мере примерно 10,0×10⁵ дюймов.

[0039] Что касается модуля упругости, то сплавы могут достичь типичного модуля упругости при растяжении по меньшей мере примерно 11,3 или 11,4×10³ ksi. Сплавы могут реализовать типичный модуль упругости при сжатии по меньшей мере примерно 11,6 или 11,7×10³ ksi. В одном варианте воплощения модуль упругости (при растяжении или сжатии) может быть измерен в соответствии с ASTM E111 и/или B557, и в плоскости на четверти толщины образца. Сплавы могут реализовать удельный модуль упругости при растяжении по меньшей мере примерно 1,16×10⁸ дюймов ((11,3×10³ ksi*1000=11,3*10⁶ фунтов/дюйм)/(0,097 фунта/дюйм³) = примерно 1,16×10⁸ дюймов). Сплавы могут реализовать удельный модуль упругости при сжатии по меньшей мере примерно 1,19×10⁸ дюймов.

[0040] Что касается коррозионной стойкости, то сплавы могут быть стойкими к коррозионному растрескиванию под напряжением. Как используется здесь, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением означает, что сплавы выдерживают испытание на коррозию с поочередным погружением (3,5 вес.% NaCl), испытывая при этом нагрузку (i) по меньшей мере примерно 55 ksi в направлении LT, и/или (ii) по меньшей мере примерно 25 ksi в направлении ST. В одном варианте воплощения испытания на коррозионное растрескивание под напряжением проводят в соответствии с ASTM G47.

[0041] Что касается стойкости к коррозионному расслаиванию, то сплавы могут достигать по меньшей мере оценки "EA", или по меньшей мере оценки "N", или даже по меньшей мере оценки "P" в процессе проведения испытаний по MASTMAASIS для одной или обеих из плоскостей T/2 или T/10 продукта, или для других релевантных плоскостей и мест испытания. В одном варианте воплощения испытания по MASTMAASIS проводят в соответствии с ASTM G85-Приложение 2 и/или ASTM G34.

[0042] Сплавы могут реализовать улучшенную стойкость к электрохимической коррозии, достигая низких скоростей коррозии при подсоединении к катоду, что, как известно, ускоряет коррозию алюминиевых сплавов. Электрохимическая коррозия относится к процессу, в котором коррозия некого данного материала, обычно металла, ускоряется при соединении с другим электропроводящим материалом. Морфология этого типа ускоренной коррозии может меняться в зависимости от материала и среды, но может включать точечную коррозию (питтинг), межкристаллитную коррозию, коррозионное расслаивание и другие известные формы коррозии. Часто это ускорение бывает резким, вызывая быстрое ухудшение материалов, которые иначе были бы высокостойкими к коррозии, тем самым укорачивая срок службы конструкции. Стойкость к электрохимической коррозии является учитываемым фактором при конструировании современных летательных аппаратов. Некоторые современные летательные аппараты могут сочетать много разных материалов, таких как алюминий с композитами армированного углеродными волокнами пластика (углепластик, CFRP) и/или титановыми деталями. Некоторые из этих деталей являются очень катодными по отношению к алюминию, что означает, что деталь или конструкция, изготовленная из алюминиевого сплава, может испытывать ускоренные темпы коррозии при нахождении в электрической связи (например, непосредственном контакте) с этими материалами.

[0043] В одном варианте воплощения раскрытый здесь новый сплав устойчив к электрохимической коррозии. Как используется здесь, термин «устойчив к электрохимической коррозии» означает, что новый сплав достигает на по меньшей мере 50% более низкой плотности тока (мкА/см²) в покоящемся 3,5%-ном растворе NaCl при потенциале от примерно -0,7 до примерно -0,6 (вольт относительно насыщенного каломельного электрода (НКЭ)), чем сплав 7xxx сходных размера и формы, причем этот сплав 7xxx имеет прочность и вязкость, сходные с прочностью и вязкостью нового сплава. Некоторые сплавы 7xxx, подходящие для этой сравнительной цели, включают сплавы 7055 и 7150. Испытания на стойкость к электрохимической коррозии проводят путем погружения образца сплава в покоящийся раствор и затем измерения темпов коррозии, следя за плотностью электрического тока при отмеченных электрохимических потенциалах (измеряются в вольтах относительно насыщенного каломельного электрода). Это испытание моделирует соединение с катодным материалом, таким как описанные выше. В некоторых вариантах воплощения новый сплав достигает на по меньшей мере 75%, или по меньшей мере 90%, или по меньшей мере 95%, или даже по меньшей мере 98% или 99% более низкой плотности тока (мкА/см²) в покоящемся 3,5%-ном растворе NaCl при потенциале от примерно -0,7 до примерно -0,6 (вольт относительно НКЭ), чем сплав серии 7xxx сходных размера и формы, причем этот сплав 7xxx имеет прочность и вязкость, сходные с прочностью и вязкостью нового сплава.

[0044] Так как новый сплав достигает лучшей стойкости к электрохимической коррозии и более низкой плотности, чем эти сплавы 7xxx, при достижении сходных прочности и вязкости, новый сплав хорошо подходит в качестве замены этим сплавам 7xxx. Новый сплав может даже использоваться в тех областях применения, для которых сплавы 7xxx были бы отвергнуты из-за проблем с коррозией.

[0045] Что касается усталости, то сплавы могут реализовать усталостную долговечность при S/N-испытаниях образца с надрезом по меньшей мере примерно 90000 циклов, в среднем, для прессованного продукта толщиной 0,95 дюйма, при максимальном напряжении 35 ksi. Сплавы могут достигать усталостной долговечности при S/N-испытаниях образца с надрезом по меньшей мере примерно 75000 циклов, в среднем для прессованного продукта толщиной 3,625 дюймов при максимальном напряжении 35 ksi. Близкие значения могут быть достигнуты с другими деформированными продуктами.

[0046] Таблица 3 ниже приводит некоторые свойства прессованных продуктов из нового сплава и некоторых прессуемых сплавов уровня техники.

Таблица 3
Свойства прессованных сплавов
	Новый сплав	2099-T-83	2196-T8511	7150-T77	7055-T77
Толщина (дюймы)	0,500-2,000	0,500-3,000	0,236-0,984	0,750-2,000	0,500-1,500
UTS (L) (ksi)	92	80	78,3	89	94
TYS (L) (ksi)	88	72	71,1	83	90
El. % (L)	7	7	5	8	9
CYS (ksi)	90	70	71,1	82	92
Предел прочности при сдвиге (ksi)	48	41	-	44	48
Предел прочности при раздавливанииe/D=1,5 (ksi)	110	104	99,3	118	128
Предел текучести при раздавливанииe/D=1,5 (ksi)	100	85	87	96	109
Предел прочности при раздавливанииe/D=2,0 (ksi)	150	135	136,3	152	167
Предел текучести при раздавливанииe/D=1,5 (ksi)	115	103	104,4	117	131
Модуль упругости при растяжении (E) -типичный(103 ksi)	11,4	11,4	11,3	10,4	10,4
Модуль упругости при сжатии (Ec) -типичный(103 ksi)	11,6	11,9	11,6	11,0	11,0
Плотность (фунт/дюйм3)	0,097	0,095	0,095	0,102	0,103
Удельный TYS(105 дюймов)	9,07	7,58	7,48	8,14	8,74
Вязкость (L-T) (ksi√дюйм)	27(типичная)		-	24	27

[0047] Как проиллюстрировано выше, новый сплав реализует улучшенное сочетание механических свойств по сравнению со сплавами уровня техники. Например, и как показано на фиг.2, новый сплав реализует улучшенное сочетание прочности и модуля упругости в сравнении со сплавами уровня техники. В качестве другого примера, и как показано на фиг.3, новый сплав реализует улучшенный удельный предел текучести при растяжении в сравнении со сплавами уровня техники.

[0048] Конструкторы выбирают алюминиевые сплавы для изготовления разнообразных конструкций таким образом, чтобы добиться особых поставленных при конструировании целей, таких как легкий вес, высокая долговечность, низкие расходы на техническое обслуживание и хорошая коррозионная стойкость. Новый алюминиевый сплав, благодаря его улучшенному сочетанию свойств, может быть использован во многих конструкциях, включая транспортные средства, такие как самолеты, мотоциклы, автомобили, поезда, оборудование для отдыха и развлечений и трубопроводы, помимо прочих. Примеры некоторых типичных применений нового сплава в прессованном виде, относящиеся к конструкции самолета, включают стрингеры (например, крыла или фюзеляжа), лонжероны (цельные или нецельные), нервюры, цельные панели, шпангоуты, килевые балки, балки перекрытия, направляющие сидений, декоративные поручни, общие конструкции настилов, пилоны и окружение двигателя, помимо прочих.

[0049] Сплавы могут производиться рядом традиционных этапов обработки алюминиевых сплавов, включая литье, гомогенизацию, термообработку на твердый раствор, закалку, растяжение и/или старение. При одном подходе из сплава делают продукт, такой как полученный из слитка продукт, подходящий для прессования. Например, большие слитки можно полунепрерывно отливать с описанными выше составами. Затем слиток можно подогреть, чтобы гомогенизировать и растворить его внутреннюю структуру. На подходящем этапе термообработки подогревом слиток нагревают до относительно высокой температуры, такой как примерно 955°F. При этом его предпочтительно нагреть до первого меньшего уровня температуры, такого как нагрев выше 900°F, например, примерно 925-940°F, а затем выдержать слиток при этой температуре несколько часов (например, 7 или 8 часов). Затем слиток нагревают до конечной температуры выдерживания (например, 940-955°F) и выдерживают при этой температуре несколько часов (например, 2-4 часа).

[0050] Этап гомогенизации обычно проводят при суммарных временах выдержки порядка 4-20 часов или выше. Температуры гомогенизации обычно такие же, как и конечная температура подогрева (например, 940-955°F). В целом, суммарное время выдержки при температурах выше 940°F должно составлять по меньшей мере 4 часа, например, от 8 до 20 или 24 часов, или более, в зависимости, например, от размера слитка. Подогрев и гомогенизация помогают поддерживать низкой суммарную общую объемную долю нерастворимых и растворимых составляющих, хотя высокие температуры требуют осторожности, чтобы избежать частичного плавления. Такие меры предосторожности могут включать осторожные разогревы, в том числе медленный или ступенчатый нагрев, или то и другое.

[0051] Далее, слиток можно подвергнуть удалению поверхностного слоя и/или обрабатывать на станке, чтобы удалить дефекты поверхности, если требуется, или чтобы обеспечить хорошую поверхность для прессования, в зависимости от способа прессования. Затем слиток можно резать на отдельные заготовки и снова нагреть. Температуры повторного нагрева обычно составляют в диапазоне 700-800°F, а период повторного нагрева варьируется от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от размера заготовки и производительности печи, используемой для обработки.

[0052] Далее, слиток можно прессовать выдавливание через нагретое приспособление, такое как матрица или другая инструментальная оснастка, при повышенных температурах (например, 650-900°F), что может включать уменьшение площади поперечного сечения (степень вытяжки) примерно 7:1 или больше. Скорость выдавливания обычно лежит в диапазоне 3-12 футов в минуту, в зависимости от температур повторного нагрева, инструмента и/или матрицы. В результате прессованный продукт из алюминиевого сплава может выходить из инструмента при температуре в диапазоне, например, 830-880°F.

[0053] Далее прессованный продукт можно подвергать термообработке на твердый раствор (ТТР), нагревая при повышенной температуре, обычно 940-955°F, чтобы перевести в раствор все или почти все легирующие элементы при температуре ТТР. После нагрева до повышенной температуры и выдерживания в течение времени, подходящего для обрабатываемого в печи прессованного профиля, продукт можно закалить погружением или разбрызгиванием, как известно в данной области. После закалки некоторые продукты могут потребовать холодной обработки, такой как растяжение или сжатие, для снятия внутренних напряжений или выпрямления продукта, а, в некоторых случаях, и для дальнейшего упрочнения продукта. Например, прессованный продукт может иметь суммарное растяжение всего 1% или 2%, а, в некоторых случаях, вплоть до 2,5%, или 3%, или 3,5%, или, в некоторых случаях, вплоть до 4%, или сходную величину суммарной нагартовки в холодном состоянии. Как используется здесь, суммарная нагартовка в холодном состоянии означает нагартовку, накопленную в продукте после термообработки на твердый раствор, будь то вытягиванием или иным образом. Термообработанный на твердый раствор и закаленный продукт, с нагартовкой или без нее, находится затем в дисперсионно-упрочняемом состоянии, или готов к искусственному старению, описываемому ниже. Как используется здесь, «термообработка на твердый раствор» включает в себя закалку, если не указано иное. Другие виды деформированных продуктов могут быть подвергнуты другим типам холодной деформации перед старением. Например, продукты-плиты могут быть растянуты на 4-6% и, необязательно, подвергнуты холодной прокатке на 8-16% перед растяжением.

[0054] После термообработки на твердый раствор и холодной обработки (если подходит), продукт можно искусственно состарить нагреванием до подходящей температуры, чтобы улучшить прочность и/или другие свойства. При одном подходе термообработка старением включает в себя два основных этапа старения. Общеизвестно, что линейное изменение вверх до и/или вниз от заданной или целевой температуры обработки само по себе может вызывать эффекты выделения вторичных фаз (старения), которые могут, а часто и должны, приниматься в расчет при интегрировании таких условий линейного изменения и его эффектов дисперсионного твердения в полную обработку старением. В одном варианте воплощения первая стадия старения происходит в диапазоне температур 200-275°F в течение периода времени примерно 12-17 часов. В одном варианте воплощения вторая стадия старения происходит в диапазоне температур 290-325°F в течение периода времени примерно 16-22 часов.

[0055] Указанные выше процедуры относятся к процессам получения прессованных продуктов, но специалисты в данной области понимают, что эти процедуры можно подходящим образом модифицировать, без излишнего экспериментирования, чтобы получить листы/плиты и/или поковки