СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ЛИТИЯ СЕРИИ 2XXX Российский патент 2024 года по МПК C22C21/12 C22F1/57 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Настоящее изобретение относится к сплавам на основе алюминия и лития серии 2xxx и к изделиям, выполненным из них.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Сплавы на основе алюминия являются пригодными в различных способах применения. Однако улучшение одного свойства сплава на основе алюминия без ухудшения другого свойства часто оказывается трудным. Например, сложно увеличить прочность сплава без уменьшения ударной вязкости сплава. Другие представляющие интерес свойства сплавов на основе алюминия включают коррозионную стойкость и сопротивление росту усталостных трещин, в качестве двух примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[003] В целом, данная заявка на патент относится к новым сплавам на основе алюминия и лития серии 2xxx. Обычно новые сплавы на основе алюминия и лития серии 2xxx содержат (и в некоторых случаях состоят по сути или состоят из указанного) от 2,5 до 3,9 вес. % Cu, от 0,82 до 1,20 вес. % Li, от 0,5 до 2,0 вес. % Zn, от 0,10 до 0,60 вес. % Mn, от 0,05 до 0,35 вес. % Mg; от 0,05 до 0,50 вес. % по меньшей мере одного элемента для контроля структуры зерна, где по меньшей мере один элемент для контроля структуры зерна выбран из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr, V, Hf, других редкоземельных элементов и их комбинаций, не более 0,22 вес. % Ag, не более 0,15 вес. % Fe, не более 0,12 вес. % Si и не более 0,15 вес. % Ti, при этом остальная часть представляет собой алюминий, второстепенные элементы и примеси. Изделия, включающие композиции на основе такого сплава, могут характеризоваться улучшенным сочетанием, например, двух или более из прочности, удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением.

i. Состав

[004] Как указано выше, в сплав включена медь (Cu), и она обычно присутствует в диапазоне от 2,5 вес. % до 3,9 вес. % Cu. Более конкретные варианты осуществления, которые относятся к меди, представлены ближе к концу данного раздела.

[005] Как указано выше, в новый сплав включен литий (Li), и он обычно присутствует в диапазоне от 0,82 вес. % до 1,20 вес. %. В одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,85 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,875 вес. % Li. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,90 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,925 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,95 вес. % Li. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 1,15 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 1,10 вес. % Li. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 1,075 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 1,050 вес. % Li. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 1,025 вес. % Li. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 1,000 вес. % Li. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,980 вес. % Li.

[006] В новый сплав обычно включен цинк (Zn), и он обычно присутствует в диапазоне от 0,50 вес. % Zn до 2,0 вес. % Zn. Более конкретные варианты осуществления, которые относятся к цинку, представлены ближе к концу данного раздела.

[007] Весовое соотношение меди и цинка в сплаве может быть связано с его улучшенными свойствами (например, с чувствительностью к закалке). В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия серии 2xxx демонстрирует весовое соотношение меди и цинка, составляющее не более 4,25:1 (Cu:Zn).

[008] В новый сплав обычно включен марганец (Mn), и он обычно присутствует в диапазоне от 0,10 вес. % до 0,60 вес. % Mn. В одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,125 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,15 вес. % Mn. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,175 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,20 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,225 вес. % Mn. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,25 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,27 вес. % Mn. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,55 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,50 вес. % Mn. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,45 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,425 вес. % Mn. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,40 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,375 вес. % Mn. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,35 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,325 вес. % Mn. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,30 вес. % Mn. В области легирования марганец может считаться как легирующим ингредиентом, так и элементом для контроля структуры зерна - марганец, удерживаемый в твердом растворе, может улучшать механические свойства сплава (например, прочность и/или ударную вязкость), тогда как марганец в форме частиц (например, в виде Al₆Mn, Al₁₂Mn₃Si₂, Al₂₀Cu₂Mn₃ - иногда называемых дисперсными частицами) может способствовать контролю структуры зерна и также улучшать свойства, связанные с допустимыми повреждениями, такие как вязкость разрушения. Однако, поскольку Mn отдельно определен со своими пределами содержания в составе в данной заявке на патент, он не входит в определение «элемента для контроля структуры зерна» (описанное ниже) для целей данной заявки на патент.

[009] В новый сплав включен магний (Mg), и он обычно присутствует в диапазоне от 0,05 вес. % до 0,35 вес. % Mg. Более конкретные варианты осуществления, которые относятся к магнию, представлены ближе к концу данного раздела.

[0010] Сплав может включать от 0,05 до 0,50 вес. % по меньшей мере одного элемента для контроля структуры зерна, выбранного из группы, состоящей из циркония (Zr), скандия (Sc), хрома (Cr), ванадия (V), и/или гафния (Hf), и/или других редкоземельных элементов, и при этом элемент(элементы) для контроля структуры зерна присутствует(присутствуют) в количествах ниже максимальной растворимости. При использовании в данном документе «элемент для контроля структуры зерна» означает элементы или соединения, специально добавляемые при легировании с целью образования частиц вторичных фаз, обычно в твердом состоянии, для обеспечения контроля изменений структуры зерна в твердом состоянии во время термических процессов, таких как восстановление и перекристаллизация. Для целей данной заявки на патент элементы для контроля структуры зерна включают Zr, Sc, Cr, V, Hf и другие редкоземельные элементы, в качестве нескольких примеров, но не включают Mn.

[0011] Количество материала для контроля структуры зерна, используемого в сплаве, обычно зависит от типа материала, используемого для обеспечения контроля структуры зерна, и/или от способа получения сплава. В одном подходе элемент для контроля структуры зерна представляет собой Zr, и сплав включает от 0,05 вес. % до 0,20 вес. % Zr. В одном варианте осуществления сплав на основе алюминия включает по меньшей мере 0,06 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав на основе алюминия включает по меньшей мере 0,07 вес. % Zr. В еще одном варианте осуществления сплав на основе алюминия включает по меньшей мере 0,08 вес. % Zr. В одном варианте осуществления сплав на основе алюминия включает не более 0,18 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав на основе алюминия включает не более 0,16 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав на основе алюминия включает не более 0,15 вес. % Zr. В еще одном варианте осуществления сплав на основе алюминия включает не более 0,14 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав на основе алюминия включает не более 0,13 вес. % Zr. В одном варианте осуществления сплав включает от 0,05 вес. % до 0,15 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав включает от 0,07 вес. % до 0,14 вес. % Zr. В другом варианте осуществления сплав включает от 0,08 вес. % до 0,13 вес. % Zr.

[0012] Сплав может включать не более 0,15 вес. % Ti суммарно для уменьшения размера зерна и/или других целей. Добавки для уменьшения размера зерна представляют собой модификаторы или центры кристаллизации для образования новых зерен во время затвердевания сплава. Примером добавки для уменьшения размера зерна является пруток диаметром 9,525 мм, содержащий 96% алюминия, 3% титана (Ti) и 1% бора (B) (все в процентах по весу), где практически весь бор представлен в виде тонкодисперсных частиц TiB₂. Во время литья пруток добавки для уменьшения размера зерна можно подавать в потоке в расплавленный сплав, поступающий в литейную яму с контролируемой скоростью. Количество добавки для уменьшения размера зерна, включенной в сплав, обычно зависит от типа материала, используемого для обеспечения уменьшения размера зерна, и от способа получения сплава. Примеры добавок для уменьшения размера зерна включают Ti в сочетании с B (например, TiB₂) или с углеродом (TiC), но можно использовать и другие добавки для уменьшения размера зерна, такие как лигатуры Al-Ti. Обычно добавки для уменьшения размера зерна добавляют в сплав в количестве, находящемся в диапазоне от 0,0003 вес. % до 0,005 вес. %, в зависимости от необходимого размера зерна в литом состоянии. Кроме того, Ti можно добавлять в сплав отдельно в количестве не более 0,15 вес. %, в зависимости от формы изделия, для увеличения эффективности добавки для уменьшения размера зерна, и обычно в диапазоне от 0,005 до 0,15 вес. % Ti. Если Ti включен в сплав, он обычно присутствует в количестве от 0,01 до 0,10 вес. %. В одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,005 вес. % Ti. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,01 вес. % Ti. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,015 вес. % Ti. В другом варианте осуществления новый сплав включает по меньшей мере 0,020 вес. % Ti. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,10 вес. % Ti. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,08 вес. % Ti. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,07 вес. % Ti. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,06 вес. % Ti. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,05 вес. % Ti. В одном варианте осуществления сплав на основе алюминия включает добавку для уменьшения размера зерна, и добавка для уменьшения размера зерна представляет собой по меньшей мере одно из TiB₂ и TiC, где вес. % Ti в сплаве составляет от 0,01 до 0,06 вес. %, или от 0,01 до 0,03 вес. %.

[0013] Новый сплав на основе алюминия может включать железо (Fe). Содержание железа в новом сплаве обычно не превышает 0,15 вес. %. В одном варианте осуществления новый сплав может включать по меньшей мере 0,01 вес. % Fe. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,12 вес. % Fe. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,10 вес. % Fe. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,08 вес. % Fe. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,06 вес. % Fe. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,04 вес. % Fe.

[0014] Новый сплав на основе алюминия может включать кремний (Si). Содержание кремния в новом сплаве обычно не должно превышать 0,12 вес. %. В одном варианте осуществления новый сплав может включать по меньшей мере 0,01 вес. % Si. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,10 вес. % Si. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,08 вес. % Si. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,06 вес. % Si. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,04 вес. % Si.

[0015] Как указано выше, новый сплав на основе алюминия может необязательно включать серебро, причем в количестве, составляющем не более 0,22 вес. %. В одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,20 вес. % Ag. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,15 вес. % Ag. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,10 вес. % Ag. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,05 вес. % Ag. В еще одном варианте осуществления новый сплав включает не более 0,01 вес. % Ag. В другом варианте осуществления новый сплав включает не более 0,005 вес. % Ag и/или, или он не поддается выявлению в новом сплаве.

[0016] Как указано выше, новые сплавы обычно включают изложенные легирующие ингредиенты, при этом остальная часть представляет собой алюминий, необязательные второстепенные элементы и примеси. При использовании в данном документе «второстепенные элементы» означают элементы или материалы, отличные от вышеперечисленных элементов, которые необязательно можно добавлять в сплав для облегчения получения сплава. Примеры второстепенных элементов включают вспомогательные вещества для литья, такие как добавки для уменьшения размера зерна и раскислители. Необязательные второстепенные элементы можно включать в сплав в суммарном количестве, составляющем не более 1,0 вес. %. В качестве одного неограничивающего примера, в сплав можно добавлять один или более второстепенных элементов во время литья для уменьшения или ограничения (и в некоторых случаях устранения) трещиноватости слитка, вызванной, например, складкой оксида, точечной коррозией и пятнами оксида. Такие типы второстепенных элементов обычно называются в данном документе раскислителями. Примеры некоторых раскислителей включают Ca, Sr и Be. Если кальций (Ca) включен в сплав, он обычно присутствует в количестве, составляющем не более чем приблизительно 0,05 вес. %, или не более чем приблизительно 0,03 вес. %. В некоторых вариантах осуществления Ca включен в сплав в количестве, составляющем приблизительно 0,001-0,03 вес. % или приблизительно 0,05 вес. %, например, 0,001-0,008 вес. % (или от 10 до 80 ppm). В сплав может быть включен стронций (Sr) в качестве заменителя Ca (полностью или частично) и, таким образом, он может быть включен в сплав в количестве, аналогичном или близком к таковому для Ca. Традиционно добавление бериллия (Be) способствовало уменьшению склонности к трещиноватости слитка, но по причинам охраны окружающей среды, охраны здоровья и безопасности некоторые варианты осуществления сплава по сути не предусматривают Be. Если Be включен в сплав, он обычно присутствует в количестве, составляющем не более чем приблизительно 20 ppm. Второстепенные элементы могут присутствовать в незначительных количествах или могут присутствовать в значительных количествах и могут сами по себе придавать необходимые или другие характеристики без отступления от сути сплава, описанного в данном документе, при условии, что сплав сохраняет необходимые характеристики, описанные в данном документе. Однако следует понимать, что объем настоящего изобретения не следует/запрещено обходить путем простого добавления элемента или элементов в количествах, которые не оказывают какого-либо влияния на необходимые и полученные сочетания свойств в данном документе.

[0017] Новые сплавы на основе алюминия серии 2xxx обычно содержат небольшие количества примесей. В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия серии 2xxx включает в сумме не более 0,15 вес. % примесей, и при этом сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,05 вес. % каждой из примесей. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия серии 2xxx включает в сумме не более 0,10 вес. % примесей, и при этом сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,03 вес. % каждой из примесей.

a. Иллюстративная первая версия нового сплава на основе алюминия серии 2xxx

[0018] В одном варианте осуществления первая версия нового сплава на основе алюминия серии 2xxx включает первый набор специально подобранных количеств меди, магния и цинка. В одном подходе первая версия включает от 3,1 до 3,8 вес. % меди, от 0,5 до 2,0 вес. % Zn и от 0,05 до 0,35 вес. % Mg.

[0019] В одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 3,2 вес. % Cu. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 3,3 вес. % Cu. В одном варианте осуществления первая версия включает не более 3,75 вес. % Cu. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 3,7 вес. % Cu. В одном варианте осуществления первая версия включает не более 3,65 вес. % Cu. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 3,6 вес. % Cu.

[0020] В одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,6 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,7 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,75 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,8 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,85 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,9 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,95 вес. % Zn. В одном варианте осуществления первая версия включает не более 1,8 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 1,6 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает не более 1,4 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 1,3 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает не более 1,2 вес. % Zn. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 1,1 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления первая версия включает не более 1,05 вес. % Zn.

[0021] Как указано выше, весовое соотношение меди и цинка в сплаве может быть связано с его улучшенными свойствами (например, с чувствительностью к закалке). В одном варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 4,25:1 (Cu:Zn), т. е. (вес. % Cu) / (вес. % Zn) в сплаве составляет не более 4,25. В другом варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 4,10:1. В еще одном варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 4,00:1. В другом варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,90:1. В еще одном варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,80:1. В другом варианте осуществления первая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,78:1.

[0022] В одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,10 вес. % Mg. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,125 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,15 вес. % Mg. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,175 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,20 вес. % Mg. В другом варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,21 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления первая версия включает по меньшей мере 0,22 вес. % Mg. В одном варианте осуществления первая версия включает не более 0,325 вес. % Mg. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 0,30 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления первая версия включает не более 0,29 вес. % Mg. В другом варианте осуществления первая версия включает не более 0,28 вес. % Mg.

[0023] Различные варианты осуществления первой версии сплава серии 2xxx представлены ниже.

ТАБЛИЦА 1a. Иллюстративные сплавы в соответствии с первой версией (в процентах по весу)

Сплав Cu Li Zn Mn Mg Ag 1V-1 3,1-3,8 0,82-1,20 0,5-2,0 0,10-0,60 0,05-0,35 ≤ 0,22 1V-2 3,2-3,75 0,85-1,15 0,6-1,8 0,15-0,55 0,10-0,325 ≤ 0,005 1V-3 3,2-3,7 0,875-1,10 0,7-1,6 0,20-0,45 0,125-0,30 ≤ 0,005 1V-4 3,3-3,7 0,90-1,075 0,75-1,4 0,20-0,425 0,15-0,29 ≤ 0,005 1V-5 3,3-3,65 0,90-1,050 0,8-1,3 0,225-0,40 0,175-0,29 ≤ 0,005 1V-6 3,3-3,6 0,90-1,025 0,85-1,2 0,225-0,375 0,20-0,29 ≤ 0,005 1V-7 3,3-3,6 0,90-1,000 0,9-1,1 0,25-0,35 0,21-0,28 ≤ 0,005 1V-8 3,3-3,6 0,90-1,000 0,95-1,05 0,27-0,325 0,22-0,28 ≤ 0,005

ТАБЛИЦА 1b. Иллюстративные сплавы в соответствии с первой версией (в процентах по весу) (прод.)

Сплав Cu:Zn GSC^* Fe Si Ti Примеси (каждой/
всего) Остальная часть^** 1V-1 ≤ 4,25:1 0,05-0,20 Zr ≤ 0,15 ≤ 0,12 ≤ 0,15 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 1V-2 ≤ 4,25:1 0,05-0,18 Zr ≤ 0,12 ≤ 0,10 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 1V-3 ≤ 4,25:1 0,05-0,16 Zr ≤ 0,10 ≤ 0,08 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 1V-4 ≤ 4,25:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 1V-5 ≤ 4,25:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 1V-6 ≤ 4,10:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем. 1V-7 ≤ 4,00:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем. 1V-8 ≤ 3,78:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,06 ≤ 0,04 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем.

*GSC=контроль структуры зерна.

**Необяз. второст. элем. = необязательные второстепенные элементы.

[0024] В одном варианте осуществления первая версия включает 3,2-3,7 вес. % Cu, 0,85-1,15 вес. % Li, 0,75-1,25 вес. % Zn, где Cu:Zn (весовое соотношение) составляет ≤ 4,25:1, 0,15-0,29 вес. % Mg, (X1, X2, X3, X4 или X5) вес. % Mn, ≤ 0,005 вес. % Ag, 0,05-0,15 вес. % Zr, ≤ 0,10 вес. % Fe, ≤ 0,08 вес. % Si, 0,01-0,10 вес. % Ti, при этом остальная часть представляет собой алюминий, необязательные второстепенные элементы и примеси, где X1 означает 0,15-0,40 (т. е. X1 вес. % Mn означает 0,15-0,40 вес. % Mn), где X2 означает 0,15-0,30, где X3 означает 0,15-0,25, где X4 означает 0,20-0,40, и где X5 означает 0,25-0,35.

b. Иллюстративная вторая версия нового сплава на основе алюминия серии 2xxx

[0025] В одном варианте осуществления вторая версия нового сплава на основе алюминия серии 2xxx включает второй набор специально подобранных количеств меди, магния и цинка. В одном подходе вторая версия включает от 2,5 до 3,4 вес. % меди, от 0,5 до 2,0 вес. % Zn и от 0,05 до 0,35 вес. % Mg.

[0026] В одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 2,6 вес. % Cu. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 2,7 вес. % Cu. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 2,8 вес. % Cu. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 2,85 вес. % Cu. В одном варианте осуществления вторая версия включает не более 3,35 вес. % Cu. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 3,3 вес. % Cu. В одном варианте осуществления вторая версия включает не более 3,25 вес. % Cu. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 3,2 вес. % Cu. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 3,15 вес. % Cu.

[0027] В одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,6 вес. % Zn. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,8 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 1,0 вес. % Zn. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 1,1 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 1,2 вес. % Zn. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 1,3 вес. % Zn. В одном варианте осуществления вторая версия включает не более 1,9 вес. % Zn. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 1,8 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает не более 1,7 вес. % Zn. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 1,6 вес. % Zn. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает не более 1,5 вес. % Zn.

[0028] Как указано выше, весовое соотношение меди и цинка в сплаве может быть связано с его улучшенными свойствами (например, с чувствительностью к закалке). В одном варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 4,25:1 (Cu:Zn), т. е. (вес. % Cu) / (вес. % Zn) в сплаве составляет не более 4,00:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,75:1. В еще одном варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,50:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,30:1. В еще одном варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 3,10:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,95:1. В еще одном варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,90:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,75:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,67:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,50:1. В другом варианте осуществления вторая версия демонстрирует соотношение меди и цинка (по весу), составляющее не более 2,42:1.

[0029] В одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,10 вес. % Mg. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,12 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,13 вес. % Mg. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,14 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,15 вес. % Mg. В другом варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,16 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает по меньшей мере 0,17 вес. % Mg. В одном варианте осуществления вторая версия включает не более 0,30 вес. % Mg. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 0,275 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает не более 0,25 вес. % Mg. В другом варианте осуществления вторая версия включает не более 0,24 вес. % Mg. В еще одном варианте осуществления вторая версия включает не более 0,23 вес. % Mg.

[0030] Различные варианты осуществления второй версии нового сплава серии 2xxx представлены ниже.

ТАБЛИЦА 2a. Иллюстративные сплавы в соответствии со второй версией (в процентах по весу)

Сплав Cu Li Zn Mn Mg Ag 2V-1 2,5-3,4 0,82-1,20 0,5-2,0 0,10-0,60 0,05-0,35 ≤ 0,22 2V-2 2,6-3,4 0,85-1,15 0,6-1,9 0,15-0,55 0,10-0,30 ≤ 0,005 2V-3 2,6-3,35 0,875-1,15 0,8-1,8 0,20-0,45 0,12-0,275 ≤ 0,005 2V-4 2,7-3,35 0,90-1,10 1,0-1,7 0,20-0,425 0,13-0,25 ≤ 0,005 2V-5 2,7-3,3 0,90-1,10 1,1-1,7 0,225-0,40 0,14-0,25 ≤ 0,005 2V-6 2,8-3,25 0,90-1,075 1,1-1,6 0,225-0,375 0,15-0,24 ≤ 0,005 2V-7 2,8-3,2 0,925-1,05 1,2-1,5 0,25-0,35 0,16-0,24 ≤ 0,005 2V-8 2,85-3,15 0,95-1,05 1,3-1,5 0,27-0,325 0,17-0,23 ≤ 0,005

ТАБЛИЦА 2b. Иллюстративные сплавы в соответствии со второй версией (в процентах по весу) (прод.)

Сплав Cu:Zn GSC^* Fe Si Ti Примеси (каждой/
всего) Остальная часть^** 2V-1 ≤ 4,25:1 0,05-0,20 Zr ≤ 0,15 ≤ 0,12 ≤ 0,15 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 2V-2 ≤ 4,00:1 0,05-0,18 Zr ≤ 0,12 ≤ 0,10 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 2V-3 ≤ 4,00:1 0,05-0,16 Zr ≤ 0,10 ≤ 0,08 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 2V-4 ≤ 3,30:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 2V-5 ≤ 2,95:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,05 /
≤ 0,15 Al и необяз. второст. элем. 2V-6 ≤ 2,90:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем. 2V-7 ≤ 2,67:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,08 ≤ 0,06 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем. 2V-8 ≤ 2,42:1 0,05-0,15 Zr ≤ 0,06 ≤ 0,04 0,01-0,10 ≤ 0,03 /
≤ 0,10 Al и необяз. второст. элем.

*GSC=контроль структуры зерна

**Необяз. второст. элем. = необязательные второстепенные элементы

[0031] В одном варианте осуществления вторая версия включает 2,7-3,3 вес. % Cu, 0,85-1,15 вес. % Li, 1,2-1,6 вес. % Zn, где Cu:Zn (весовое соотношение) составляет ≤ 4,25:1, 0,15-0,30 вес. % Mg, (Y1, Y2, Y3, Y4 или Y5) вес. % Mn, ≤ 0,005 вес. % Ag, 0,05-0,15 вес. % Zr, ≤ 0,10 вес. % Fe, ≤ 0,08 вес. % Si, 0,01-0,10 вес. % Ti, при этом остальная часть представляет собой алюминий, необязательные второстепенные элементы и примеси, где Y1 означает 0,15-0,40 (т. е. Y1 вес. % Mn означает 0,15-0,40 вес. % Mn), где Y2 означает 0,15-0,30, где Y3 означает 0,15-0,25, где Y4 означает 0,20-0,40, и где Y5 означает 0,25-0,35.

ii. Формы изделия

[0032] Новые сплавы могут быть полезными в различных формах изделия, включающих, например, слиток или заготовку, формы изделия, полученного при обработке давлением (толстолистовые, кованые и экструдированные изделия), изделия, полученные посредством литья в форму, изделия, полученные посредством аддитивного производства, и изделия порошковой металлургии.

[0033] В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия серии 2xxx представлен в форме изделия повышенной толщины, полученного при обработке давлением. Изделия повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученные при обработке давлением, представляют собой изделия, полученные при обработке давлением, которые характеризуются толщиной поперечного сечения, составляющей по меньшей мере 12,7 мм. Изделия, полученные при обработке давлением, могут представлять собой прокатные изделия, кованые изделия или экструдированные изделия. В одном варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 25,4 мм. В другом варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 50,8 мм. В еще одном варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 76,2 мм. В другом варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 101,6 мм. В еще одном варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 126,0 мм. В другом варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 152,4 мм. Улучшенные свойства, описанные в данном документе, можно получить для изделий повышенной толщины, полученных при обработке давлением, которые характеризуются толщиной, составляющей не более 304,8 мм. В одном варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей не более 254,0 мм. В другом варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей не более 203,2 мм. В еще одном варианте осуществления изделие повышенной толщины из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей не более 177,8 мм. При использовании в данном абзаце толщина означает минимальную толщину изделия, с учетом того, что некоторые части изделия могут иметь немного большие значения толщины, чем указанное минимальное.

iii. Обработка давлением

[0034] Новому сплаву можно придать форму, полученную при обработке давлением, и подходящую степень твердости с помощью в той или иной степени традиционных практик, включающих литье с прямым охлаждением (DC) сплава на основе алюминия в форму слитка. После традиционных обдирки, токарной обработки или зачистки (при необходимости) и гомогенизации, где гомогенизацию можно выполнять до или после обдирки, такие слитки можно дополнительно обрабатывать путем подвергания изделия обработке при высокой температуре. Затем изделие необязательно можно подвергать обработке при низкой температуре, необязательно отжигу, закалке твердого раствора без полиморфного превращения, закалке и конечной обработке при низкой температуре (например, посредством растяжения или сжатия от 0,5% до 10%). После стадии конечной обработки при низкой температуре изделие можно подвергать искусственному старению. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изделия можно получать с классами степени твердости T3 или T8. В других вариантах осуществления могут использоваться другие классы степени твердости T (например, любые из классов степени твердости T1, T2, T4, T5, T6, T7 или T9). Классы степени твердости T определены в ANSI H35.1 (2009).

iv. Свойства

[0035] Новые сплавы на основе алюминия и лития серии 2xxx обычно демонстрируют улучшенное сочетание по меньшей мере двух из прочности, удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением.

[0036] В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует предел текучести при растяжении (ST), составляющий по меньшей мере 440 МПа, при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует предел текучести при растяжении (ST), составляющий по меньшей мере 450 МПа, при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует предел текучести при растяжении (ST), составляющий по меньшей мере 460 МПа, при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует предел текучести при растяжении (ST), составляющий по меньшей мере 470 МПа, при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует предел текучести при растяжении (ST), составляющий по меньшей мере 480 МПа или больше, при степени твердости класса T8. Указанные выше свойства прочности можно обеспечивать для изделий, характеризующихся толщиной, составляющей по меньшей мере 100 мм, или по меньшей мере 125 мм, или по меньшей мере 150 мм, или выше.

[0037] В одном варианте осуществления, новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 20 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 21 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 22 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 23 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 24 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 25 МПа·кв. корень(м), при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC) (S-L), составляющую по меньшей мере 26 МПа·кв. корень(м) или больше, при степени твердости класса T8. Указанные выше свойства вязкости разрушения можно обеспечивать для изделий, характеризующихся толщиной, составляющей по меньшей мере 100 мм, или по меньшей мере 125 мм, или по меньшей мере 150 мм, или выше.

[0038] В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует удлинение (ST) на по меньшей мере 1,5% при степени твердости класса T8. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует удлинение (ST) на по меньшей мере 2,0% при степени твердости класса T8. В еще одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует удлинение (ST) на по меньшей мере 2,5% при степени твердости класса T8. В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и демонстрирует удлинение (ST) на по меньшей мере 3,0% или больше, при степени твердости класса T8. Указанные выше свойства удлинения можно обеспечивать для изделий, характеризующихся толщиной, составляющей по меньшей мере 100 мм, или по меньшей мере 125 мм, или по меньшей мере 150 мм, или выше.

[0039] В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 80 мм, и обладает сопротивлением коррозионному растрескиванию под напряжением (определенным ниже) при степени твердости класса T8. Указанные выше свойства сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением можно обеспечивать для изделий, характеризующихся толщиной, составляющей по меньшей мере 100 мм, или по меньшей мере 125 мм, или по меньшей мере 150 мм, или выше.

[0040] В одном подходе новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC), на по меньшей мере 3,0 МПа·кв. корень(м) (МПа·√(м)) большую по сравнению со стандартным изделием из сплава на основе алюминия серии 2070, где оба изделия обработаны с получением одинаковых формы изделия, калибра, предела текучести и степени твердости. Например, если как новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx, так и сплав серии 2070 получены в виде толстолистового изделия с толщиной 150 мм при степени твердости класса T8 (при одинаковой величине растяжения или сжатия, например, с разницей в пределах 0,5% растяжения/сжатия между ними), и если оба сплава подвергали искусственному старению с получением приблизительно одинакового предела текучести при растяжении (например, с разницей в пределах 5 МПа между ними), то в таком подходе вязкость разрушения K_IC у нового сплава на основе алюминия и лития серии 2xxx будет на по меньшей мере 3 МПа·кв. корень(м) выше, чем у сплава серии 2070. В одном варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC), на по меньшей мере 4,0 МПа·кв. корень(м) большую по сравнению со стандартным изделием из сплава на основе алюминия серии 2070, где оба изделия обработаны с получением одинаковых формы изделия, калибра, предела текучести и степени твердости. В другом варианте осуществления новый сплав на основе алюминия и лития серии 2xxx демонстрирует вязкость разрушения при плоской деформации (K_IC), на по меньшей мере 5,0 МПа·кв. корень(м) большую по сравнению со стандартным изделием из сплава на основе алюминия серии 2070, где оба изделия обработаны с получением одинаковых формы изделия, калибра, предела текучести и степени твердости. Стандартное изделие из сплава на основе алюминия серии 2070 имеет следующий номинальный (расчетный) состав: 3,5 вес. % Cu, 0,30 вес. % Mn, 0,22 вес. % Mg, 0,30 вес. % Zn, 1,15 вес. % Li, 0,30 вес. % Zn, 0,11 вес. % Zr, ≤ 0,04 вес. % Si, ≤ 0,06 вес. % Fe, ≤ 0,03 вес. % Ti, в сумме не более 0,10 вес. %, примесей и не более 0,03 вес. % каждой из примесей, при этом остальная часть представляет собой алюминий.

[0041] Хотя указанные выше свойства обычно относятся к толстолистовым изделиям повышенной толщины, подобные свойства также можно обеспечивать для кованого изделия повышенной толщины и экструдированных изделий повышенной толщины. Кроме того, многие из указанных выше свойств можно обеспечивать в сочетании, как показано с помощью примеров ниже.

v. Определения

[0042] Если не указано иное, в данной заявке используются следующие определения.

[0043] «Сплавы на основе алюминия серии 2xxx» представляют собой композиции сплавов на основе алюминия, в которых медь является основным легирующим элементом, что соответствует определению от Ассоциации алюминиевой промышленности, приведенному в «International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys», страница 28 (2015). Для целей данной заявки на патент композиции сплава на основе алюминия серии 2xxx можно применять в изделиях, полученных без обработки давлением, таких как изделия, полученные посредством литья в форму, слиток/заготовка и изделия, полученные посредством аддитивного производства, среди прочих.

[0044] «Изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением» означает изделие из сплава на основе алюминия, которое подвергают обработке при высокой температуре после литья, и оно включает прокатные изделия (тонколистовые или толстолистовые), кованые изделия и экструдированные изделия.

[0045] «Кованое изделие из сплава на основе алюминия» означает изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, которое подвергали либо ковке в штампах, либо свободной ковке.

[0046] «Закалка твердого раствора без полиморфного превращения» означает воздействие на сплав на основе алюминия повышенной температуры с целью введения растворенного (растворенных) вещества (веществ) в твердый раствор.

[0047] «Обработка при высокой температуре» означает подвергание изделия из сплава на основе алюминия обработке при повышенной температуре, обычно по меньшей мере 250°F.

[0048] «Обработка при низкой температуре» означает подвергание изделия из сплава на основе алюминия обработке при значениях температуры, которые не считаются значениями температуры для обработки при высокой температуре, обычно ниже приблизительно 250°F (например, при температуре окружающей среды).

[0049] «Искусственное старение» означает воздействие на сплав на основе алюминия повышенной температуры с целью выделения растворенного (растворенных) вещества (веществ). Искусственное старение может происходить за одну или множество стадий, которые могут включать различные значения температуры и/или времени воздействия.

[0050] Прочность и удлинение измеряют в соответствии с ASTM E8 и B557.

[0051] Вязкость разрушения измеряют в соответствии с ASTM E399.

[0052] «Обладает сопротивлением коррозионному растрескиванию под напряжением» означает, что все образцы изделия из сплава на основе алюминия серии 2xxx не разрушаются после 30 дней испытания с попеременным погружением при суммарном напряжении, составляющем 379 МПа, в соответствии с ASTM G44/G47, и при этом для испытания необходимо по меньшей мере 5 образцов. В одном варианте осуществления все образцы изделия из сплава на основе алюминия серии 2xxx не разрушаются после 60 дней испытания с попеременным погружением при суммарном напряжении, составляющем 379 МПа, в соответствии с ASTM G44/G47, и при этом для испытания необходимо по меньшей мере 5 образцов. В другом варианте осуществления все образцы изделия из сплава на основе алюминия серии 2xxx не разрушаются после 90 дней испытания с попеременным погружением при суммарном напряжении, составляющем 379 МПа, в соответствии с ASTM G44/G47, и при этом для испытания необходимо по меньшей мере 5 образцов. Образцы для испытания SCC отбирают таким образом, чтобы они имели центр на срединной плоскости и были ориентированы в направлении ST относительно изначального изделия из сплава.

[0053] При использовании в данном документе «аддитивное производство» означает «способ соединения материалов с образованием объектов на основе данных 3D-модели, обычно слой за слоем, в отличие от методик субтрактивного производства», как определено в ASTM F2792-12a под названием «стандартная терминология в технологии аддитивного производства». Неограничивающие примеры способов аддитивного производства, пригодных при изготовлении изделий из сплава на основе алюминия, включают, например, DMLS (прямо лазерное спекание металлов), SLM (селективный лазерное плавление), SLS (селективное лазерное спекание) и EBM (электронно-лучевое плавление), среди прочих. Можно применять любые подходящие исходные материалы, выполненные из указанных выше новых сплавов на основе алюминия серии 2xxx, в том числе один или более порошков, одну или более проволок, один или более листов и их комбинации. В некоторых вариантах осуществления исходный материал для аддитивного производства состоит из одного или более порошков, предусматривающих новые сплавы на основе алюминия серии 2xxx. Разновидности стружки представляют собой типы частиц. В некоторых вариантах осуществления исходный материал для аддитивного производства состоит из одной или более проволок, предусматривающих новые сплавы на основе алюминия серии 2xxx. Лента представляет собой тип проволоки. В некоторых вариантах осуществления исходный материал для аддитивного производства состоит из одного или более листов, предусматривающих новые сплавы на основе алюминия серии 2xxx. Фольга представляет собой тип листа.

[0054] Такие и другие аспекты, преимущества и новые признаки данной новой технологии изложены частично в описании ниже и станут очевидными специалистам в данной области техники после рассмотрения следующих описания и фигур, или могут быть обнаружены при применении на практике одного или более вариантов осуществления технологии, предусмотренной в настоящем изобретении.

[0055] Фигуры составляют часть данного описания, и включают иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, и иллюстрируют различные объекты и их признаки. Кроме того, любые измерения, технические характеристики и т. п., показанные на фигурах, предназначены для иллюстрации, а не для ограничения. Следовательно, конкретные структурные и функциональные детали, раскрытые в данном документе, должны интерпретироваться не как ограничивающие, а исключительно как репрезентативная основа для разъяснения специалисту в данной области техники различного использования настоящего изобретения.

[0056] Среди тех преимуществ и улучшений, которые были раскрыты, другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из представленного ниже описания, подкрепленного сопроводительными фигурами. Подробные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в данном документе; однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются исключительно иллюстративными для изобретения, которое может быть реализовано в различных формах. В дополнение каждый из примеров, приведенных в сочетании с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, предназначен для иллюстрации, а не ограничения.

[0057] Во всем описании и формуле изобретения следующие термины принимают значения, явно указанные в данном документе, если контекст явно не предусматривает иное. Выражения «в одном варианте осуществления» и «в некоторых вариантах осуществления», которые используются в данном документе, не обязательно относятся к одному и тому же варианту(вариантам) осуществления, хотя такая возможность существует. Кроме того, выражения «в другом варианте осуществления» и «в некоторых вариантах осуществления», которые используются в данном документе, не обязательно относятся к отличному варианту осуществления, хотя такая возможность существует. Таким образом, различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть легко объединены без отступления от объема или сущности настоящего изобретения.

[0058] Кроме того, при использовании в данном документе термин «или» представляет собой оператор включающее «или» и является эквивалентным термину «и/или», если контекст явно не предусматривает иное (например, «X1, X2, X3, X4 или X5» не значит «и/или» в данном документе, поскольку все из X1 - X5 являются уникальными и отличными друг от друга). Термин «на основе» не является исключительным и позволяет основываться на дополнительных не описанных факторах, если контекст явно не предусматривает иное. Кроме того, по всему описанию формы единственного числа включают ссылки на формы множественного числа, если контекст явно не предусматривает иное. Значение «в» включает «в» и «на», если контекст явно не предусматривает иное.

[0059] Хотя описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что эти варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не ограничивающими, и что многие модификации будут очевидными для специалиста средней квалификации в данной области техники. Более того, если контекст явно не требует иного, различные стадии можно проводить в любом требуемом порядке, и можно добавлять и/или исключать любые применяемые стадии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0060] Фиг. 1-2 представляют собой графики, иллюстрирующие характеристики различных изделий из сплава на основе алюминия из примера 1.

[0061] Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий характеристики различных изделий из сплава на основе алюминия из примера 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0062] Пример 1. Испытание толстолистового изделия

[0063] Различные сплавы Al-Li выливали в виде слитка и гомогенизировали. Состав каждого слитка показан в таблице 3a ниже. Сплавы A и B представляют собой сплавы по настоящему изобретению. Сплав C и сплав серии 2070 представляют собой сплавы, не относящиеся к настоящему изобретению. Сплав серии 2070 описан, например, в публикации заявки на патент США № 2012/0225271 от настоящего заявителя.

ТАБЛИЦА 3a. Состав сплавов

Сплав Si Fe Cu Mn Mg Zn Li Zr Ti A-1 0,02 0,03 3,57 0,29 0,24 0,94 0,92 0,10 0,02 A-2 0,05 0,03 3,46 0,32 0,27 1,00 0,94 0,10 0,02 B 0,04 0,04 2,96 0,32 0,21 1,42 0,98 0,09 0,02 C 0,05 0,04 3,70 0,33 0,38 0,84 0,97 0,10 0,02 2070 0,02 0,03 3,48 0,30 0,22 0,36 1,13 0,10 0,02

Остальная часть каждого из сплавов представляла собой алюминий, второстепенные элементы и примеси, при этом ни одна из примесей не превышала 0,05 вес. %, и при этом общее количество примесей не превышало 0,15 вес. %. После гомогенизации сплавы подвергали высокотемпературному прокату до конечного калибра, закалке твердого раствора без полиморфного превращения, закалке и растягиванию на приблизительно 6%. Примерные конечные калибры представлены в таблице 3b ниже.

ТАБЛИЦА 3b. Сплавы и конечный калибр

Сплав Конечный калибр
(мм) Конечный калибр
(дюйм) A-1(i) 100 3,94 A-1(ii) 150 5,91 A-2(i) 100 3,94 A-2(ii) 150 5,91 B(i) 100 3,94 B(ii) 150 5,91 C(i) 100 3,94 C(ii) 150 5,91 2070(i) 100 3,94 2070(ii) 120 4,72

[0064] В отношении сплавов выполняли различные двухстадийные практики искусственного старения, где первую стадию выполняли при 290°F (143,3°C) в течение различных периодов времени, приведенных в таблице 4 ниже, при этом вторая стадия предусматривала 12 часов при 225°F (107,2°C). Различные механические свойства подвергнутых старению толстолистовых изделий из сплава на основе алюминия измеряли в соответствии с ASTM E8 и B557. Свойства вязкости разрушения некоторых образцов также измеряли в соответствии с ASTM E399. Как показано посредством данных ниже и соответствующих фиг. 1-2, сплавы по настоящему изобретению демонстрировали улучшенное сочетание свойств в поперечном по высоте направлении.

ТАБЛИЦА 4. Механические свойства (поперечное по высоте направление)

Сплав Время старения на 1-й стадии (ч.) TYS(ST)
(МПа) UTS(ST) (МПа) Удлин.
(ST) (%) K_IC (S-L)
(МПа·кв. корень(м)) A-1(i) 25 461,3 526,0 3,2 21,6 A-1(i) 30 466,1 531,9 3,7 23,1 A-1(i) 50 482,6 543,3 3,1 20,9 A-2(i) 25 466,0 529,0 4,7 21,2 A-2(i) 30 484,0 543,0 3,8 19,1 B(i) 40 446,1 509,5 3,7 25,9 B(i) 60 451,3 511,6 4,1 24,7 C(i) 25 473,3 538,5 2,8 19,7 C(i) 45 497,5 555,0 2,1 19,2 2070(i) 30 467,8 535,0 3,3 20,5 2070(i) 50 489,5 548,8 2,4 15,8 A-1(ii) 30 460,2 515,7 3,1 20,5 A-1(ii) 50 475,4 521,2 2,0 20,4 A-2(ii) 25 442,0 496,0 3,6 24,7 A-2(ii) 25 443,8 495,0 3,0 22,5 A-2(ii) 30 451,5 504,0 3,0 22,9 B(ii) 40 440,2 484,0 2,8 22,1 B(ii) 60 443,0 489,5 2,5 23,5 C(ii) 25 465,1 517,5 2,7 19,0 C(ii) 45 486,1 534,0 2,2 18,7 2070(ii) (120 мм) 30 461,3 527,4 3,4 18,2* 2070(ii) (120 мм) 50 482,6 538,1 2,7 16,5*

* = значение K_Q.

[0065] При толщине 100 мм новые сплавы обычно демонстрируют улучшенную вязкость разрушения при эквивалентной прочности. Например, сплав A-1 по настоящему изобретению демонстрирует прочность, на приблизительно 3 МПа·кв. корень(м) большую таковой у сплава серии 2070, при приблизительно эквивалентной прочности (после 30 часов старения). Сплав A-2 по настоящему изобретению также является улучшенным по сравнению со сплавом серии 2070, и ожидается, что сплав A-2 будет достигать результатов, подобных таковым для сплава A-1, если содержание кремния в сплаве A-2 будет уменьшено до 0,02 вес. %. Сплав B по настоящему изобретению демонстрирует очень высокую вязкость разрушения при пониженных уровнях прочности, но ожидается, что он будет достигать результатов, по меньшей мере соответствующих A-1, если его подвергать старению до эквивалентной прочности. Улучшенные свойства являются еще более выраженными при 150 мм, где все сплавы по настоящему изобретению демонстрируют намного большую вязкость разрушения при эквивалентной прочности. Стоит отметить, что сплавы по настоящему изобретению включают меньше магния, чем сплав C, не относящийся к настоящему изобретению. Сплавы по настоящему изобретению также характеризуются соотношением Cu:Zn (по весу), составляющим не более 4,25:1, при этом сплавы, не относящиеся к настоящему изобретению, демонстрируют более высокие значения соотношения Cu:Zn. Сплавы по настоящему изобретению также содержат больше цинка, чем сплав C и сплав серии 2070, не относящийся к настоящему изобретению.

[0066] Свойства сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) для многих сплавов тестировали в направлении ST и в соответствии с ASTM G44/G47. Все сплавы по настоящему изобретению при всех условиях старения не демонстрировали разрушения при значениях суммарного напряжения, составляющих от 310 МПа до 379 МПа, в течение периода времени, составляющего 30 дней после испытания, или ожидается, что они не будут его демонстрировать (некоторые сплавы все еще проходят испытание). Для сравнения, сплав C демонстрировал множественные разрушения при значениях суммарного напряжения, составляющих от 310 МПа до 379 МПа, в течение периода времени, составляющего 30 дней, и при таких же условиях испытания. Это может быть результатом того факта, что сплав C включает большое количество магния, что может придавать сплаву C склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Сплав C можно было бы дополнительно подвергать старению для улучшения свойств, связанных с коррозией, но при этом понизится его и без того неудовлетворительная вязкость разрушения. Для сравнения, сплавы A и B по настоящему изобретению демонстрируют надлежащее сочетание четырех свойств: прочности, удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением.

[0067] Пример 2. Дополнительное испытание толстолистового изделия

[0068] Три дополнительных сплава Al-Li (все по настоящему изобретению) выливали в виде слитка и гомогенизировали, их состав показан в таблице 5 ниже.

Таблица 5. Состав сплавов из примера 2

Сплав Si Fe Cu Mn Mg Zn Ag Li Zr Ti 1 0,04 0,04 3,46 0,27 0,26 0,98 -- 0,96 0,10 0,03 2 0,07 0,07 3,63 0,27 0,26 0,97 -- 0,96 0,09 0,02 3 0,06 0,04 3,50 0,26 0,22 0,96 -- 0,97 0,09 0,02

Остальная часть каждого из сплавов представляла собой алюминий, второстепенные элементы и примеси, при этом ни одна из примесей не превышала 0,05 вес. %, и при этом общее количество примесей не превышало 0,15 вес. %. После гомогенизации сплавы подвергали высокотемпературному прокату до конечного калибра, закалке твердого раствора без полиморфного превращения, закалке и затем растягиванию на приблизительно 6%. Затем сплавы подвергали искусственному старению при различных значениях времени и температуры. Условия старения показаны в таблице 6.

Таблица 6. Условия старения для сплавов из примера 2

Условие Первая стадия Вторая стадия A 20 часов при 290°F 12 часов при 225°F B 30 часов при 290°F C 40 часов при 290°F

Сплавы охлаждали до комнатной температуры между стадиями старения.

[0069] Затем тестировали механические свойства сплавов при различной толщине, результаты чего показаны в таблице 7 ниже.

Таблица 7. Механические свойства сплавов из примера 2

Сплав Конечный калибр (мм) Условие старения TYS ST (МПа) UTS ST (МПа) Удлин. ST
(%) K_IC S-L
(МПа·√(м)) 1 59,8 A 455 535 7,8 27,3 B 464 542 7,3 23,9 C 473 548 8,5 22,7 2 60,8 A 454 523 7,8 22,7 B 464 532 7,0 21,8 C 468 538 5,3 21,3 3 107,4 A 443 510 6,0 22,7 B 460 524 5,8 22,0 C 463 523 5,0 22,3

[0070] Как показано на фиг. 3, сплавы 1-2, характеризующиеся толщиной, составляющей приблизительно 60 мм, демонстрируют превосходное сочетание прочности и вязкости разрушения. Сплав 3 демонстрирует закономерность прочность-ударная вязкость, подобную таковой для сплавов из примера 1 при 100 мм.

[0071] Также тестировали свойства сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) для многих сплавов в направлении ST, как в примере 1, где суммарное напряжение составляло 310 МПа. Результаты приведены в таблице 8 ниже.

Таблица 8. Результаты испытания SCC (количество дней подвергания испытанию)

Сплав Конечный калибр (мм) Условие старения Образец
1 Образец
2 Образец
3 1 59,8 A T T T B T T T 2 60,8 A T T T B T T T 3 107,4 A T T T B T T T

T=все еще нет разрушения после 20 дней подвергания испытанию.

[0072] Несмотря на то, что различные варианты осуществления настоящего изобретения были подробно описаны, очевидно, что модификации и адаптации этих вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Однако следует четко понимать, что такие модификации и адаптации находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия и лития серии 2xxx и к изделиям, выполненным из них. Изделие из сплава на основе алюминия серии 2xxx, полученное при обработке давлением, содержит, мас.%: 3,1-3,8 Cu, 0,82-1,20 Li, 0,85-2,0 Zn, 0,10-0,60 Mn, 0,05-0,35 Mg, от 0,05 до 0,50 по меньшей мере одного элемента для контроля структуры зерна, выбранного из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr, V, Hf, других редкоземельных элементов и их комбинаций, не более 0,22 Ag, не более 0,15 Fe, не более 0,12 Si и не более 0,15 Ti, при этом остальная часть представляет собой алюминий, необязательные второстепенные элементы и примеси. Второстепенные элементы, когда они присутствуют, включены с суммарным содержанием не более 1,0 мас.%. Изделие из сплава на основе алюминия серии 2xxx, полученное при обработке давлением, представляет собой одно из толстолистового изделия, экструдированного изделия или кованого изделия. Изделие характеризуется улучшенным сочетанием прочности, вязкости разрушения, удлинения и коррозионной стойкости. 24 з.п. ф-лы, 3 ил., 8 табл., 2 пр.

1. Изделие из сплава на основе алюминия серии 2xxx, полученное при обработке давлением, содержащее, мас.%:

3,1-3,8 Cu;

0,82-1,20 Li;

0,85-2,0 Zn;

0,10-0,60 Mn;

0,05-0,35 Mg;

от 0,05 до 0,50 по меньшей мере одного элемента для контроля структуры зерна, где по меньшей мере один элемент для контроля структуры зерна выбран из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr, V, Hf, других редкоземельных элементов и их комбинаций;

не более 0,22 Ag;

не более 0,15 Fe;

не более 0,12 Si и

не более 0,15 Ti;

при этом остальная часть представляет собой алюминий, необязательные второстепенные элементы и примеси;

причем второстепенные элементы, когда они присутствуют, включены с суммарным содержанием не более 1,0 мас.%; и

причем изделие из сплава на основе алюминия серии 2xxx, полученное при обработке давлением, представляет собой одно из толстолистового изделия, экструдированного изделия или кованого изделия.

2. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,20 мас.% Ag, или не более 0,15 мас.% Ag, или не более 0,10 мас.% Ag, или не более 0,05 мас.% Ag, или не более 0,01 мас.% Ag, или не более 0,005 мас.% Ag.

3. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,85 мас.% Li, или по меньшей мере 0,875 мас.% Li, или по меньшей мере 0,900 мас.% Li, или по меньшей мере 0,925 мас.% Li, или по меньшей мере 0,950 мас.% Li.

4. Изделие по п. 3, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 1,15 мас.% Li, или не более 1,10 мас.% Li, или не более 1,075 мас.% Li, или не более 1,050 мас.% Li, или не более 1,025 мас.% Li, или не более 1,000 мас.% Li, или не более 0,980 мас.% Li.

5. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,125 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,15 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,175 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,20 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,225 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,25 мас.% Mn, или по меньшей мере 0,27 мас.% Mn.

6. Изделие по п. 5, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,55 мас.% Mn, или не более 0,50 мас.% Mn, или не более 0,45 мас.% Mn, или не более 0,425 мас.% Mn, или не более 0,40 мас.% Mn, или не более 0,375 мас.% Mn, или не более 0,35 мас.% Mn, или не более 0,325 мас.% Mn, или не более 0,30 мас.% Mn.

7. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,12 мас.% Fe, или не более 0,10 мас.% Fe, или не более 0,08 мас.% Fe, или не более 0,06 мас.% Fe.

8. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,10 мас.% Si, или не более 0,08 мас. % Si, или не более 0,06 мас.% Si, или не более 0,04 мас.% Si.

9. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,005 мас.% Ti, или по меньшей мере 0,010 мас.% Ti, или по меньшей мере 0,015 мас.% Ti, или по меньшей мере 0,020 мас.% Ti.

10. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,10 мас.% Ti, или не более 0,08 мас.% Ti, или не более 0,07 мас.% Ti, или не более 0,06 мас.% Ti, или не более 0,05 мас.% Ti.

11. Изделие по п. 1, где элемент для контроля структуры зерна представляет собой по меньшей мере Zr, и при этом сплав включает от 0,05 до 0,20 мас.% Zr.

12. Изделие по п. 11, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,06 мас.% Zr, или по меньшей мере 0,07 мас.% Zr, или по меньшей мере 0,08 мас.% Zr.

13. Изделие по п. 12, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,18 мас.% Zr, или не более 0,16 мас.% Zr, или не более 0,15 мас.% Zr, или не более 0,14 мас.% Zr, или не более 0,13 мас.% Zr.

14. Изделие по п. 1, где (мас.% Cu) / (мас.% Zn) составляет не более 4,25.

15. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,9 мас.% Zn или по меньшей мере 0,95 мас.% Zn.

16. Изделие по п. 15, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 1,8 мас.% Zn, или не более 1,6 мас.% Zn, или не более 1,4 мас.% Zn, или не более 1,3 мас.% Zn, или не более 1,2 мас.% Zn, или не более 1,1 мас.% Zn, или не более 1,05 мас.% Zn.

17. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 3,2 мас.% Cu или по меньшей мере 3,3 мас.% Cu.

18. Изделие по п. 17, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 3,75 мас.% Cu, или не более 3,7 мас.% Cu, или не более 3,65 мас.% Cu, или не более 3,6 мас.% Cu.

19. Изделие по п. 1, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает по меньшей мере 0,10 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,125 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,15 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,175 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,20 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,21 мас.% Mg, или по меньшей мере 0,22 мас.% Mg.

20. Изделие по п. 19, где сплав на основе алюминия серии 2xxx включает не более 0,325 мас.% Mg, или не более 0,30 мас.% Mg, или не более 0,29 мас.% Mg, или не более 0,28 мас.% Mg.

21. Изделие по п. 1, где (мас.% Cu) / (мас.% Zn) составляет не более 4,10, или не более 4,00, или не более 3,90, или не более 3,80, или не более 3,78.

22. Изделие по п. 1, где изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 12,7 мм.

23. Изделие по п. 1, где изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 101,6 мм.

24. Изделие по п. 1, где изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 152,4 мм.

25. Изделие по любому из пп. 22-24, где изделие из сплава на основе алюминия, полученное при обработке давлением, характеризуется толщиной, составляющей не более 203,2 мм.