本发明涉及一种由铝合金制成的厚度至少为80mm的板，该板以重量百分比计，包含Cu：2.0‑6.0；Li：0.5‑2.0；Mg：0‑1.0；Ag：0‑0.7；Zn：0‑1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Se、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Se 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其特征在于，在时效状态下，所述金属板在242MPa的最大振幅、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对平滑试验件以TL方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环。根据本发明的产品通过特别是具有特定浇铸条件的方法获得。有利的是根据本发明的板用于制备飞机结构性部件，优选翼梁、加强筋或框架的用途。
1.一种制备厚度至少为80mm的铝合金板的方法，包括如下步骤，其中
(a)制备熔融合金金属熔池，该熔融合金金属熔池以重量百分比计，包含Cu：2.0-6.0；
Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc
0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤
(b)通过立式半连续浇铸来浇铸所述合金，得到厚度为T且宽度为W的板坯，从而在固化时，-所述熔融金属熔池(1)的氢含量为小于0.4ml/100g，
-在液体表面(14，15)上方测量的氧含量为小于0.5体积％，
-用于浇铸的分配器装置(7)由主要包含碳的织物制成；它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的顶面(71)和基本上为矩形截面的壁，该壁包括两个与宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种孔眼小于0.5mm且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触，(c)将所述板坯在任选地对其进行机械加工之前或之后均化，得到能够被热加工的轧制锭，(d)将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，得到厚度至少为80mm的板，(e)对所述板进行固溶热处理和淬火，(f)任选地通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述板进行应力消除，以及(g)对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的板进行时效。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在脱气步骤、过滤过程中，与熔炉中的液体金属熔池接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中对于整个浇铸设施，与液体金属熔池接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在固化过程中，盖(62)覆盖液体表面(14，15)，并且其中惰性气体(9)被引入至限定于所述盖与所述浇铸平台之间的腔室(65)中，并且其中通过泵(101)保持浇铸坑(10)中的抽吸，任选地使得包围区域(10)中的压力小于腔室(65)中的压力。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述盖(62)包括密封条(61)以确保与浇铸平台(32)的无泄漏密封。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中整个浇铸设施始终不使用含有锂的熔盐。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述分配器装置(7)为如下的分配器装置：在从所述壁(720，721，730，731)四周上的顶面测量时，所述第一种织物具有高度h1，使得h1≥0.3h，其中h为该分配器装置的壁的总高度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述高度h1≥0.5h。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的分配器装置(7)浸入液体金属中的壁(720，721，730，731)的高度至少为浸入的壁总高度的20％。
10.根据权利要求9所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的分配器装置(7)浸入液体金属中的壁(720，721，730，731)的高度至少为浸入的壁总高度的40％。
11.根据权利要求10所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的分配器装置(7)浸入液体金属中的壁(720，721，730，731)的高度至少为浸入的壁总高度的60％。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的表面部分对于所述纵向部分(720，721)而言为30至90％，并且/或者对于所述横向部分(730，731)而言为30至70％，并且/或者对于所述底面(76)而言为30至100％。
13.根据权利要求12所述的方法，其中由所述第一种织物覆盖的表面部分对于所述纵向部分(720，721)而言为50至80％，并且/或者对于所述横向部分(730，731)而言为40至
60％，并且/或者对于所述底面(76)而言为50至80％。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤(d)过程中的形变比率为低于
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述形变比率为低于80％。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述合金以重量百分比计，包含Cu：
3.0-3.9；Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；选自Zr、Mn和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr 0.06至0.15wt％，Mn0.05至0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；Fe≤0.10；其他各≤0.05且总共≤0.15。
17.一种可通过权利要求1至16中任一项所述的方法获得的由铝合金制成的厚度至少为80mm的板，该板以重量百分比％计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；
Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr 0.05至
0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其特征在于，在时效状态下，所述板在242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率、R＝0.1的应力比下，对如图1a所示的平滑试验样品以LT方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环。
18.根据权利要求17所述的板，其中所述厚度为至少100mm。
19.根据权利要求18所述的板，其中所述厚度为至少120mm。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的板，该板以重量百分比计，包含Cu：3.0-3.9；
Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；选自Zr、Mn和Ti的至少一种元素，所述元素如选择的量为Zr 0.06至0.15wt％，Mn 0.05至0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；
Fe≤0.10；其他各≤0.05且总共≤0.15，并且该板的特征在于，其在L方向上以四分之一厚度测量的屈服应力为至少450MPa。
21.根据权利要求20所述的板，其中所述屈服应力为至少470MPa。
22.根据权利要求17至19中任一项所述的板，其中该板以四分之一厚度测量的断裂韧性显示出：至少25MPa√m的K1C(L-T)，至少23MPa√m的K1C(T-L)，至少19MPa√m的K1C(S-L)。
23.根据权利要求22所述的板，其中所述断裂韧性显示出：至少27MPa√m的K1C(L-T)，至少25MPa√m的K1C(T-L)，至少21MPa√m的K1C(S-L)。
24.根据权利要求17至19中任一项所述的板，其中在大气中于50Hz的频率和数值R＝
0.1下，对Kt＝2.3的开孔试验样品在T-L方向上测得的疲劳质量指数IQF为至少180MPa。
25.根据权利要求24所述的板，其中所述疲劳质量指数IQF为至少190MPa。
26.根据权利要求17至19中任一项所述的板，其中所述铝合金为合金AA2050。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的板用于制备飞机结构性部件的用途。
28.根据权利要求27所述的用途，其中所述飞机结构性部件为翼梁、加强筋或机身框架。
具有改善的疲劳性能的由铝-铜-锂合金制成的产品
技术领域
[0001] 本发明涉及轧制铝-铜-锂合金产品，特别涉及这种产品及其制备方法以及尤其是用于航空和航天构造的用途。
背景技术
[0002] 轧制铝合金产品被开发来制备特别是用于航空工业和航天工业的结构性部件。
[0003] 铝-铜-锂合金对于这种产品的制备尤其具有前景。航空工业对于抗疲劳性的规格的要求很高。对于厚的产品，特别难以达到这些规格。由于铸板坯的可接受厚度，通过热加工的厚度减小非常低，因此在热加工过程中，与浇铸有关的疲劳裂缝出现位置不会变少。
[0004] 由于锂尤其容易受到氧化的影响，铝-铜-锂合金的浇铸通常产生比无锂的2XXX或7XXX型合金更多的疲劳裂缝出现位置。通常建立以用于得到由无锂的2XXX或7XXX型合金制成的厚的轧制产品的解决办法不能为铝-锂-铜合金提供足够的疲劳性能。
[0005] 由Al-Cu-Li合金制成的厚的产品特别地记载于申请US2005/0006008和US2009/0159159中。
[0006] 在申请WO2012/110717中，为了改善含有特别是至少0.1％的Mg和/或0.1％的Li的铝合金的性能尤其是疲劳性能，提出了在浇铸过程中进行超声处理。但是这种处理就制备厚板所必需的量而言是难以进行的。
[0007] 美国申请2009/0142222记载了如下合金，该合金可以包含3.4-4.2重量％的Cu、0.9-1.4重量％的Li、0.3-0.7重量％的Ag、0.1-0.6重量％的Mg、0.2-0.8重量％的Zn、0.1-
0.6重量％的Mn和至少0.01-0.6重量％的调节晶粒结构的元素，其余为铝、次要元素和杂质。
[0008] 需要与已知产品的性能相比具有改善的性能(特别是在疲劳性能方面)，同时具有有利的断裂韧性和静态机械强度性能的厚的铝-铜-锂合金产品。此外，需要制得这些产品的简单且经济的方法。
发明内容
[0009] 本发明的第一个目的是一种制备由铝合金制成的厚度至少为80mm的板的方法，包括如下步骤，其中
[0010] (a)制备熔融合金金属熔池，该熔融合金金属熔池以重量百分比计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至
0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤
0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，
[0011] (b)通过立式半连续浇铸来浇铸所述合金，得到厚度为T且宽度为W的板坯，从而在固化时，
[0012] -所述熔融金属熔池(1)的氢含量为小于0.4ml/100g，
[0013] -在液体表面(14，15)上方测量的氧含量为小于0.5体积％，
[0014] -用于浇铸的分配器装置(7)由主要包含碳的织物制成；它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的顶面(71)和基本上为矩形截面的壁，该壁包括两个与宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种基本上密封且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触，
[0015] (c)将所述板坯在任选地对其进行机械加工之前或之后均化，得到能够被热加工的轧制锭，
[0016] (d)将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，得到厚度至少为约80mm的板，
[0017] (e)对所述板进行固溶热处理和淬火，
[0018] (f)任选地通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述板进行应力消除，以及
[0019] (g)对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的板进行时效。
[0020] 本发明的另一个目的是一种可通过本发明的方法获得的由铝合金制成的厚度至少为80mm的板，该板以重量百分比％计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr
0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至
0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其特征在于，在时效状态下，所述板在242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率、R＝0.1的应力比下，对如图1a所示的平滑试验样品以LT方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环。
[0021] 本发明的又一个目的是根据本发明的板用于制备飞机结构性部件，优选翼梁、加强筋或框架的用途。
附图说明
[0022] 图1为用于平滑(图1a)和开孔(图1b)疲劳测试的试验样品的示意图。尺寸以mm给出。
[0023] 图2为在本发明的一个实施方案中使用的固化装置的总示意图。
[0024] 图3为在根据本发明的方法中使用的分配器装置的总示意图。
[0025] 图4显示了根据本发明一个实施方案的分配器装置的底部和壁的侧部以及纵向部分的图像。
[0026] 图5显示了平滑疲劳性能与固化过程中熔融金属熔池的氢含量(图5a)或固化过程中在液体表面上方测量的氧含量(图5b)之间的关系。
[0027] 图6示出了在L-T方向(图6a)和T-L方向(图6b)上以试验3、7和8得到的 曲线。
具体实施方式
[0028] 除非另外说明，关于合金的化学组成的所有信息以基于合金总重量的重量百分比表示。表达式1.4Cu表示以重量百分比表示的铜含量乘以1.4。合金名称根据本领域专业人员已知的The Aluminium Association的规则做出。除非另外说明，将实施欧洲标准EN 515中所列的冶金状态的规定。
[0029] 静态拉伸机械性能，即极限拉伸强度Rm、在伸长0.2％下的常规屈服应力Rp0.2以及断裂伸长A％，根据NF EN ISO 6892-1通过拉伸试验测定，取样和测试方向由EN 485-1限定。
[0030] 应力强度因子(K1C)根据标准ASTM E 399测定。
[0031] 对于平滑试验样品的疲劳性能，在大气中于242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对在LT方向上以板的中间宽度和中间厚度所取的如图1a所示的试验样品进行测量。试验条件符合标准ASTM E466。测定对至少四个样品所得结果的对数平均。
[0032] 对于开孔样品的疲劳性能，在大气中于不同应力水平、50Hz的频率和R＝0.1的应力比下，对在L-T和T-L方向上以板的中心和中间厚度所取的Kt＝2.3的如图1b所示的试验样品进行测量。使用Walker方程确定表示在100,000个循环下非断裂样品为50％的最大应力值。为此，使用下式对 曲线的每个点计算疲劳质量指数(IQF)：
[0033]
[0034] 其中σmax为施加至给定样品的最大应力，N为断裂时的循环数，N0为100,000，n＝-4.5。报告对应于中值即100,000个循环50％断裂的IQF。
[0035] 在本发明的情况下，厚板为厚度至少为80mm，并且优选至少为100mm的产品。在本发明的一个实施方案中，板的厚度至少为120mm或优选140mm。根据本发明的厚板的厚度典型地至多为240mm，通常至多为220mm，并且优选至多为180mm。
[0036] 除非另外说明，实施标准EN 12258的规定。特别地，根据本发明的板为矩形横截面的轧制产品，其均匀厚度至少为6mm并且不大于宽度的1/10。
[0037] 如本文中使用的，机械构造的“结构部件”或“结构性部件”是指这样的机械零件，该机械零件的静态和/或动态机械性能对于结构的性能特别重要，并且通常对该机械零件规定或进行结构计算。它们典型地为其故障可能会危及所述构造、其使用者或其他人的安全的部件。对于飞机，这些结构性部件包括组成机身的部件(例如机身蒙皮、桁条、隔板和圆周框)、组成机翼的部件(例如机翼蒙皮、桁条或增强板、加强筋和翼梁)和组成尾翼的部件，所述尾翼由水平和垂直安定面组成，以及地板梁、座椅导轨和舱门。
[0038] 此处，“整个浇铸设施”是指用于将任何形式的金属经液相转化成原生半加工产品的全部装置。浇铸设施可以包括许多装置，例如一个或多个熔化金属所需的加热炉(“熔炉”)和/或保持在给定温度所需的加热炉(“保温炉”)和/或制备液体金属和调节组成的操作所需的加热炉(“生产炉”)；一个或多个用于去除溶解和/或悬浮在熔融金属中的杂质的容器(或“浇注包”)，该处理可以包括使液体金属过滤通过“过滤袋”中的过滤介质或将“脱气袋”内的“处理”气体(其可以为惰性的或反应性的)引入熔池中；通过半连续直冷立式浇铸至浇铸坑中的用于使液体金属固化的装置(或“浇铸机”)，其可以包括例如铸模(或“锭模”)的装置；用于供给液体金属的装置(或“喷口”)；以及冷却系统，这些熔炉、容器和固化装置通过可运送液体金属的转移装置或被称为“槽沟”的通道而相互连接。
[0039] 本发明的发明人出乎意料地发现，通过采用下面的方法来制备板，可以得到具有改善的疲劳性能的铝铜锂合金的厚板。
[0040] 在第一个步骤中，制备熔融合金金属熔池，该熔融合金金属熔池以重量百分比计，包含Cu：2.0-6.0；Li：0.5-2.0；Mg：0-1.0；Ag：0-0.7；Zn：0-1.0；和选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.05至0.20wt％，Mn 0.05至0.8wt％，Cr 0.05至0.3wt％，Sc 0.05至0.3wt％，Hf 0.05至0.5wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Si≤0.1；
Fe≤0.1；其他各≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
[0041] 有利于根据本发明的方法的合金以重量百分比计，包含Cu：3.0-3.9；Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；选自Zr、Mn和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.06至
0.15wt％，Mn 0.05至0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；Fe≤0.10；其他各≤0.05且总共≤0.15，其余为铝。
[0042] 有利地，铜含量为至少3.2重量％。在另一个方面中，铜含量在约3.2与3.6重量％之间。锂含量优选在0.85与1.15重量％之间，并且优选在0.90与1.10重量％之间。镁含量优选在0.20与0.6重量％之间。同时加入锰和锆通常是有利的。优选地，锰含量在0.20与0.50重量％之间，并且锆含量在0.06与0.14重量％之间。银含量优选在0.20与0.7重量％之间。银含量至少为0.1重量％是有利的。在本发明的一个实施方案中，银含量为至少0.20重量％。在另一个实施方案中，银含量限制至0.15重量％且锌含量为至少0.3重量％。在一个方面中，银含量至多为0.5重量％。在本发明的一个实施方案中，银含量限制至0.3重量％。
优选地，硅含量至多为0.05重量％，并且铁含量至多为0.06重量％。有利地，钛含量在0.01与0.08重量％之间。在本发明的一个实施方案中，锌含量至多为0.15重量％。
[0043] 优选的铝-铜-锂合金为合金AA2050。
[0044] 这种熔融金属熔池在浇铸设施中的加热炉中制备。例如由US 5,415,220(其全部内容通过引用而由此并入)已知，在将合金转移至浇铸设施时，可以在熔炉中使用含有锂的熔盐如KCl/LiCl混合物来钝化该合金。然而，本发明的发明人在熔炉中不使用含有锂的熔盐，而是通过保持此熔炉中的低氧气氛而获得了优异的厚板疲劳性能，并且本发明的发明人相信，在一些情况下，熔炉中盐的存在可能会对厚锻制件的疲劳性能具有有害影响。因此，在一个方面中，本公开内容提供不使用含有锂的熔盐的本文中所述的制备厚板合金的方法。本公开内容还提供通过此方法制备的具有改善性能的产品，以及本文中所述的改善厚板产品的疲劳性能的方法。在一个方面中，整个浇铸设施始终不使用含有锂的熔盐。在有利的实施方案中，浇铸设施始终不使用熔盐。优选地，在浇铸设施的加热炉中保持氧含量小于0.5体积％并且优选小于0.3体积％。然而，可以允许浇铸设施的加热炉中至少0.05体积％，甚至至少0.1体积％的氧含量，这尤其有利于所述方法的经济方面。有利地，所述浇铸设施的加热炉为感应电炉。本发明的发明人发现，尽管通过感应加热而引起混合，这种加热炉是有利的。
[0045] 然后，将此熔融金属熔池在脱气袋和过滤袋中进行处理，特别是使得该熔融金属熔池的氢含量为小于0.4ml/100g，并且优选为小于0.35ml/100g。熔融金属的氢含量通过本领域的技术人员已知的市售仪器，例如以商标ALSCANTM出售的仪器来测量，其探针保持在氮气吹扫下。优选地，在熔炉中以及脱气、过滤步骤过程中，与熔融金属熔池接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％，并且优选小于0.3体积％。优选地，对于整个浇铸设施，与熔融金属熔池接触的气氛的氧含量为小于0.5体积％，并优选小于0.3体积％。然而，在整个浇铸设施中，可以允许至少0.05体积％，甚至至少0.1体积％的氧含量，这尤其有利于所述方法的经济方面。
[0046] 然后，将所述熔融金属熔池固化为板坯。板坯为长度L、宽度W和厚度T的基本上为平行六面体形状的铝块。在固化过程中，对液体表面上方的气氛进行控制。用于在固化过程中控制液体表面上方气氛的装置的实例示于图2。
[0047] 在此合适装置的实例中，来自槽沟(63)的熔融金属被引入至由控制销(8)控制的喷口(4)中，该控制销(8)可以在置于底垫块(21)上的锭模(31)中向上和向下移动(81)。铝合金通过直接冷却(5)而固化。铝合金(1)具有至少一个固体表面(11，12，13)和至少一个液体表面(14，15)。升降器(2)保持液体表面(14，15)的液位基本不变。分配器装置(7)用于分配熔融金属。盖(62)覆盖液体表面。该盖可以包括密封条(61)以确保与浇铸平台(32)的无泄漏密封。盖(64)可以有利地保护槽沟(63)中的熔融金属。惰性气体(9)被引入至限定于盖与浇铸平台之间的腔室(65)中。所述惰性气体优选选自稀有气体、氮气和二氧化碳或者这些气体的混合物。优选的惰性气体为氩气。对腔室(65)中液体表面上方的氧含量进行测量。可以调节惰性气体流量来实现所期望的氧含量。然而，通过泵(101)保持浇铸坑(10)中的充分抽吸是有利的。本发明的发明人发现，在锭模(31)与固化金属(5)之间通常没有足够的密封，这导致大气从浇铸坑(10)向腔室(65)扩散。有利地，泵(101)的抽吸使得包围区域(containment)(10)中的压力小于腔室(65)中的压力，这可以优选通过使大气以至少2m/s并且优选至少2.5m/s的速率通过浇铸坑的开口区来实现。典型地，腔室(65)中的压力接近大气压，并且包围区域(10)中的压力低于大气压，通常为0.95倍大气压。使用根据本发明的方法，借助前述装置，腔室(65)中保持了小于0.5体积％并且优选小于0.3体积％的氧含量。
[0048] 用于根据本发明的方法的分配器装置(7)的实例示于图3和图4。根据本发明的分配器装置由主要包含碳的织物制成，它包括底面(76)、对引入熔融金属的开口进行限定的通常为空的顶面(71)，和基本上为矩形截面(通常基本不变)且高度为h(通常基本不变)的壁，该壁包括两个与板坯的宽度W平行的纵向部分(720，721)和两个与板坯的厚度T平行的横向部分(730，731)，所述横向和纵向部分由至少两种织物形成，第一种基本上密封且半刚性的织物(77)确保分配器装置在浇铸过程中保持其形状，第二种非密封织物(78)允许液体通过和过滤，所述第一种和第二种织物无重叠地或有重叠地彼此结合且没有间隙将其分开，所述第一种织物连续覆盖所述壁部分(720，721，730，731)的表面的至少30％，并放置为使得液体表面与该第一种织物在整个截面上接触。在本发明的一个实施方案中，分配器装置的壁的截面随高度h而线性地渐变，典型地使得该分配器装置的底面的表面积比该分配器装置的顶面的表面积至多小或大10％；并且垂直向与侧壁之间形成的角度可以最高为约5°。当第一种和第二种织物无重叠或有重叠地并且其间无间隙地彼此缝合，即接触时，熔融金属无法穿过第一种织物并被第二种织物转向，正如例如申请WO 99/44719的图2至图5所记载的组合袋(combo-bag)中的情况。通过由第一种织物提供的支持，分配器装置为半刚性并且在浇铸过程中基本上不变形。在有利的实施方案中，当从壁(720，721，730，731)四周上的顶面测量时，第一种织物具有高度h1，使得h1≥0.3h并且优选h1≥0.5h，其中h为分配器装置的壁的总高度。
[0049] 当液体表面与所述第一种密封织物接触时，液体金属仅在液体表面下以壁各部分的特定方向穿过分配器装置。优选地，由第一种织物覆盖的分配器装置(7)浸入液体金属中的壁(720，721，730，731)的高度至少为浸入的壁总高度的20％，优选40％，并且理想地60％。
[0050] 图4显示了所述底部和所述壁的纵向部分。底部(76)典型地由第一种和/或第二种织物覆盖。有利地，第一种织物至少以长度L1位于底部(76)的中央部分，并且/或者以整个高度h和长度L2位于纵向部分(720)和(721)的中央部分。
[0051] 有利地，由第一种织物覆盖的表面部分对于纵向部分(720)和(721)而言在30％与90％之间并优选在50％与80％之间，并且/或者对于侧向部分(730，731)而言在30％与70％之间并优选在40％与60％之间，并且/或者对于底部(76)而言在30％与100％之间并优选在
50％与80％之间。
[0052] 位于底部(76)中的第一种织物的长度L1大于与该底部接触的纵向壁(720)和(721)部分中的第一种织物的长度L2是有利的。
[0053] 本发明的发明人相信，所述分配器装置的几何结构使得可以改善液体金属流动特性、减少湍流并改善温度分布。
[0054] 第一种织物和第二种织物优选通过编织主要包含碳的线来获得。编织的石墨线尤其有利。所述织物典型地彼此缝合。作为第一种和第二种织物的替代，也可以使用具有至少两个或密或疏的编织区域的单一织物分配器装置。
[0055] 为便于编织，将含碳的线用有助于滑动的层进行涂布是有利的。这种层可以例如含有氟化聚合物如聚四氟乙烯或聚酰胺如木纤维。
[0056] 第一种织物基本上是密封的。典型地，这是一种孔眼小于0.5mm，优选小于0.2mm的织物。第二种织物不密封并且允许熔融金属穿过。典型地，这是一种孔眼在1与5mm之间，优选在2与4mm之间的织物。在本发明的一个实施方案中，第一种织物局部地覆盖第二种织物，同时紧密接触以便在两种织物之间不留间隙。
[0057] 然后，将以这种方法得到的板坯在任选地进行机械加工之前或之后均化，以获得能够被热加工的形状。将所述板坯机械加工为轧制锭，以便随后通过轧制来进行热加工。优选地，在470与540℃之间的温度下进行均化2与30小时之间的时间。
[0058] 将以这种方法均化的所述轧制锭热轧并且任选地冷轧，以获得厚度至少为80mm的锻制件。热轧温度优选为至少350℃并且优选至少400℃。热加工和任选地冷加工的比率，即(1)加工前但任何机械加工后的初始厚度与最终厚度之差与(2)所述初始厚度之间的比率小于85％，并且优选小于80％。在实施方案中，加工过程中的形变比率为低于75％，并且优选低于70％。
[0059] 然后，对这样得到的锻制件进行固溶热处理和淬火。固溶热处理的温度有利地在470与540℃之间并优选在在490与530℃之间，并且时间取决于产品的厚度。
[0060] 任选地，通过形变为至少1％的塑性形变对已进行过固溶热处理的所述锻制件进行应力消除。通过持久伸长为至少1％且优选在2与5％之间的受控拉伸来对已进行过固溶热处理的所述锻制件进行应力消除是有利的。
[0061] 最后，对所述固溶热处理的并且任选地消除应力的产品进行时效。时效在优选130与160℃之间的温度下以一个或多个阶段进行5至60小时的时间。优选地，时效后得到T8例如T851、T83、T84或T85的冶金状态。
[0062] 通过根据本发明的方法获得的厚度至少为80mm的板具有有利的性能。
[0063] 通过根据本发明的方法获得的厚度至少为80mm的板在242MPa的最大应力振幅、50Hz的频率和应力比R＝0.1下，对根据图1a的平滑试验样品以LT方向上的中间厚度测量的疲劳对数平均为至少250,000个循环；有利地，对通过根据本发明的方法获得的厚度至少为
100mm或优选至少120mm或甚至至少140mm的锻制件测得该疲劳性能。
[0064] 根据本发明的至少80mm厚的板对于开孔试验样品也具有有利的疲劳性能，并且在大气中于50Hz的频率和数值R＝0.1下，对根据图1b的Kt＝2.3的开孔试验样品在T-L方向上测得的疲劳质量指数IQF为至少180MPa，并且优选为至少190MPa。
[0065] 此外，通过根据本发明的方法获得的板具有有利的静态机械性能。对于厚度至少为80mm的锻制件，所述锻制件以重量百分比计，包含Cu：3.0-3.9；Li：0.7-1.3；Mg：0.1-1.0；选自Zr、Mn和Ti的至少一种元素，所述元素(如选择)的量为Zr 0.06至0.15wt％，Mn 0.05至
0.8wt％以及Ti 0.01至0.15wt％；Ag：0-0.7；Zn≤0.25；Si≤0.08；Fe≤0.10；其他各≤0.05且总共≤0.15；其余为铝，其在L方向上以四分之一厚度测量的屈服应力为至少450MPa且优选至少470MPa，并且/或者测量的极限拉伸强度为至少480MPa且优选至少500MPa，并且/或者伸长为至少5％且优选至少6％。优选地，根据本发明的厚度至少为80mm的锻制件以四分之一厚度测量的断裂韧性如下：K1C(L-T)为至少25MPa√m且优选至少27MPa√m，K1C(T-L)为至少23MPa√m且优选至少25MPa√m，K1C(S-L)为至少19MPa√m且优选至少21MPa√m。
[0066] 根据本发明的板可以有利地用于制备结构性部件，优选飞机结构性部件。优选的飞机结构性部件为翼梁、加强筋或机身框架。本发明尤其有利于通过整体机械加工而获得的复杂形状元件(其特别是用于飞机机翼的制造)，以及其他任何根据本发明的产品的性能有利的用途。
[0067] 实施例
[0068] 在本实施例中，制备厚的AA2050合金板。通过半连续立式直冷浇铸来浇铸AA2050合金板坯。
[0069] 在熔炉中制备合金。对于实施例1至7，在熔炉中于液体金属的表面上使用KCl/LiCl混合物。对于实施例8至9，在熔炉中不使用盐。对于实施例8至9，整个浇铸设施的与液体金属接触的气氛的氧含量为小于0.3体积％。所述浇铸设施包括设置于浇铸坑上方以限制氧含量的盖。对于试验8和9，另外地使用抽吸系统(101)，使得包围区域(10)中的压力低于腔室(65)中的压力，并且使得大气通过浇铸坑的开口面的速率为至少2m/s。在浇铸过程中使用氧分析仪测量氧含量。此外，使用具有氮扫的AlscanTM型探针测量铝液中的氢含量。使用两种熔融金属分配器装置。第一种分配器装置为如例如国际申请WO99/44719(其全部内容通过引用而由此并入)的图2至图6所记载的“Combo Bag”型，但由包含碳的织物制成，下文称作“分配器装置A”，并且第二种分配器装置(例如下图3所述)由石墨线织物制成，称作“分配器装置B”。
[0070] 各种试验的浇铸条件在表1中给出。
[0071] 表1-各种试验的浇铸条件
[0072]
[0073] 将所述板坯在505℃下均化12小时，机械加工至约365mm的厚度，热轧以得到最终厚度在154与158mm之间的板，在504℃下固溶热处理，淬火并通过持久伸长为3.5％的受控拉伸进行应力消除。将以这种方法获得的板在155℃下进行时效18小时。
[0074] 以四分之一厚度表征静态机械性能和断裂韧性。静态机械性能和断裂韧性在表2中给出。
[0075] 表2机械性能
[0076]
[0077]
[0078] 对平滑试验样品和开孔试验样品就一些以中间厚度所取的样品的疲劳性能进行表征。
[0079] 对于平滑的疲劳表征，对四个如图1a的示意图所示的试验样品以LT方向上的中间厚度和中间宽度进行测试，试验条件为σ＝242MPa，R＝0.1。一些试验在200,000个循环后停止，而其他试验在300,000个循环后停止。
[0080] 对于开孔的疲劳表征，使用Kt值为2.3的图1b所示的试验件。在大气中于50Hz的频率以及R＝0.1下对试验样品进行测试。相应的 曲线示于图6a和图6b。计算疲劳质量指数IQF。
[0081] 表3-疲劳试验结果
[0082]
[0083]
[0084] 氢含量小于0.4ml/100g、在液体表面上方测量的氧含量小于0.3体积％，以及分配器装置B的组合产生了高的疲劳性能水平。这些结果示于图5。位于某些点上方的箭头表示这是最小值，因为试验并未持续至断裂。
