特許 6683611 改善された疲労特性を持つアルミニウム−銅−リチウム合金製品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6683611

(24)【登録日】2020年3月30日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】改善された疲労特性を持つアルミニウム−銅−リチウム合金製品

(51)【国際特許分類】

   C22F 1/057 20060101AFI20200413BHJP

   C22C 21/12 20060101ALI20200413BHJP

   B22D 11/00 20060101ALI20200413BHJP

   B22D 11/041 20060101ALI20200413BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20200413BHJP

   B22D 11/106 20060101ALI20200413BHJP

   B22D 21/04 20060101ALI20200413BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20200413BHJP

【ＦＩ】

   C22F1/057

   C22C21/12

   B22D11/00 E

   B22D11/041 B

   B22D11/10 310F

   B22D11/10 310G

   B22D11/106 B

   B22D21/04 A

   !C22F1/00 612

   !C22F1/00 623

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 630G

   !C22F1/00 630K

   !C22F1/00 631Z

   !C22F1/00 681

   !C22F1/00 682

   !C22F1/00 683

   !C22F1/00 684B

   !C22F1/00 684C

   !C22F1/00 685Z

   !C22F1/00 686Z

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 694A

   !C22F1/00 694B

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-538512(P2016-538512)

(86)(22)【出願日】2014年12月11日

(65)【公表番号】特表2017-507240(P2017-507240A)

(43)【公表日】2017年3月16日

(86)【国際出願番号】FR2014000271

(87)【国際公開番号】WO2015086921

(87)【国際公開日】20150618

【審査請求日】2017年10月10日

(31)【優先権主張番号】13/02932

(32)【優先日】2013年12月13日

(33)【優先権主張国】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】500092697

【氏名又は名称】コンステリウム イソワール

【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｓｔｅｌｌｉｕｍ Ｉｓｓｏｉｒｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100080447

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 恵一

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル，アルメル

(72)【発明者】

【氏名】ブレ，ソワジック

(72)【発明者】

【氏名】ジャリ，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】リボー，オリヴィエ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァランタン，ベルナール

【審査官】 鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０９７５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１５８８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６７８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２２５２７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−１４１３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２７０７１７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平０６−２９７１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０００６００８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第９８／０３３９４７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｆ １／０４ − １／０５７

Ｃ２２Ｃ ２１／００ − ２１／１８

Ｂ２２Ｄ １１／００

Ｂ２２Ｄ １１／１１９

Ｂ２２Ｄ ２１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚みが少なくとも８０ｍｍのアルミニウム合金製のシートメタルの製造方法であって、以下の工程、すなわち
（ａ）重量％でＣｕ：２．０〜６．０、Ｌｉ：０．５〜２．０、Ｍｇ：０〜１．０、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎ：０〜１．０、ならびにＺｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｃ、ＨｆおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０５〜０．２０重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、ＣｒおよびＳｃではそれぞれ０．０５〜０．３重量％、Ｈｆでは０．０５〜０．５重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ｓｉは０．１以下、Ｆｅは０．１以下、その他の元素がそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含む合金製の溶融金属浴を調製する工程、
（ｂ）前記合金を垂直半連続鋳造によって鋳造し、凝固の際に、以下であるように、厚みＴおよび幅Ｗのスラブを得る工程、
−前記溶融金属浴（１）の水素含有量が、０．４ｍｌ／１００ｇ未満である、
−液体表面（１４、１５）の上で測定される酸素含有量が、０．５体積％未満である、
−鋳造用に用いられる分配器（７）が、炭素を含むファブリックで作製され、該分配器が、下部面（７６）と、溶融金属が導入される開口部を画定する上部面（７１）と、長方形の部分の壁とを含み、該壁が、幅Ｗに平行な二つの長手方向部分（７２０、７２１）と、厚みＴに平行な二つの横方向部分（７３０、７３１）とを含み、前記横方向部分および長手方向部分が、鋳造の間の分配器の形状保持を確保するふさがれてかつ半剛性の第一のファブリック（７７）と、液体の通過および濾過を可能にするふさがれていない第二のファブリック（７８）である少なくとも二つのファブリックから形成され、前記第一および第二のファブリックが、重なり合うことなくまたは重なり合って、それらを隔てる隙間なく互いに接合しており、前記第一のファブリックが、連続的に前記壁部分（７２０、７２１、７３０、７３１）の表面の少なくとも３０％を覆い、また液体表面が全体の部分にわたって第一のファブリックと接触するように位置づけられている、
（ｃ）熱間変形が可能な圧延用スラブを得るために、前記スラブを任意に機械加工する前または後に、均質化する工程、
（ｄ）厚みが少なくとも８０ｍｍであるシートメタルを得るために、このように均質化された前記圧延用スラブを熱間圧延、および任意に冷間圧延する工程、
（ｅ）前記シートメタルを溶体化処理、および焼入れする工程、
（ｆ）任意には、このように溶体化処理された前記シートメタルに、少なくとも１％の変形を伴う塑性変形による応力除去を行う工程、
（ｇ）このように溶体化処理され、また任意に応力除去の行われた前記シートメタルを時効する工程、
を含むアルミニウム合金製のシートメタルの製造方法。

【請求項2】

溶解炉内において、脱ガス、濾過工程の際に溶融金属浴と接触する雰囲気の酸素含有量が０．５体積％未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

溶融金属浴と接触する雰囲気の酸素含有量が、鋳造設備全体において０．５体積％未満である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

蓋（６２）が、凝固の際に液体表面（１４、１５）をすっかり覆い、また不活性ガス（９）が、蓋と鋳造用テーブルとの間に区画された室（６５）の中に導入され、また鋳造用穴（１０）内の圧力が室（６５）内の圧力より低くなるように、ポンプ（１０１）でもって鋳造用穴（１０）内に吸引力を保つ、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。

【請求項5】

前記蓋が、鋳造用テーブル（３２）との気密性を確保するためにパッキン（６１）を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

鋳造設備全体において、リチウムを含む溶融塩を使用しない、請求項３から５のいずれか一つに記載の方法。

【請求項7】

前記分配器（７）の第一のファブリックの高さｈ１が、壁（７２０、７２１、７３０、７３１）の周囲の上部面を起点にして測定され、ｈ１≧０．３ｈであり、ここでｈは分配器の壁の総高さを意味する、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。

【請求項8】

第一のファブリックによって覆われている分配器（７）の溶融金属中に浸っている壁（７２０、７２１、７３０、７３１）の高さが、分配器の壁の総高さの少なくとも２０％である、請求項１から７のいずれか一つに記載の方法。

【請求項9】

第一のファブリックによって覆われる表面部分が、長手方向部分（７２０）および（７２１）については３０〜９０％、ならびに／または側面部分（７３０、７３１）については３０〜７０％である、請求項１から８のいずれか一つに記載の方法。

【請求項10】

工程（ｄ）の際の変形率が、８５％未満である、請求項１から９のいずれか一つに記載の方法。

【請求項11】

合金が、重量％でＣｕ：３．０〜３．９、Ｌｉ：０．７〜１．３、Ｍｇ：０.１〜１．０、Ｚｒ、ＭｎおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０６〜０．１５重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎは０．２５以下、Ｓｉは０．０８以下、Ｆｅは０．１０以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含む、請求項１から１０のいずれか一つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム−銅−リチウム合金製の圧延製品、より詳細には特に航空および航空宇宙構造物用のこのような製品、それらの製造方法、および使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム合金製の圧延製品は、特に航空産業および航空宇宙産業用の構造部材を製造するために開発されている。

【0003】

アルミニウム−銅−リチウム合金は、このタイプの製品を製造するのに特に有望である。航空産業によって課されている疲労耐性についての仕様は、高度なものである。厚みのある製品については、それは達成するのが特に困難である。実際、鋳造スラブが取り得る厚みを考慮すると、熱間変形による厚みの減少はかなり少なく、したがって疲労亀裂が起こる鋳造に関連する部分には、熱間変形中に大きさの減少は認められない。

【0004】

リチウムは特に酸化しやすいので、一般にアルミニウム−銅−リチウム合金の鋳造は、リチウムを含まない２ＸＸＸタイプの合金、または７ＸＸＸタイプの合金よりも多数の疲労亀裂開始箇所をもたらす。したがって、リチウムを含まない２ＸＸＸタイプの合金、または７ＸＸＸタイプの合金製の厚い圧延製品を得るために通常見られる解決案では、アルミニウム−銅−リチウム合金に十分な疲労特性を得ることができない。

【0005】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｌｉ合金製の厚みのある製品は、米国特許出願公開第２００５／０００６００８号明細書、および米国特許出願公開第２００９／０１５９１５９号明細書において特に記述されている。

【0006】

国際公開第２０１２／１１０７１７号において、特に少なくとも０．１％のＭｇ、および／または０．１％のＬｉを含むアルミニウム合金の特性、特に疲労特性を改善するために、鋳造の際に超音波処理を実施することが提案されている。しかしながらこのタイプの処理は、厚みのあるシートメタルの製造に必要な量に対して、実行するのが困難なままである。

【0007】

米国特許出願公開第２００９／０１４２２２２号明細書は、Ｃｕを３．４〜４．２重量％、Ｌｉを０．９〜１．４重量％、Ａｇを０．３〜０．７重量％、Ｍｇを０．１〜０．６重量％、Ｚｎを０．２〜０．８重量％、Ｍｎを０．１〜０．６重量％、および少なくとも結晶粒組織制御元素を０．０１〜０．６重量％含むことができ、残余がアルミニウム、付随的元素および不純物である合金を記述している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００５／０００６００８号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２００９／０１５９１５９号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１２／１１０７１７号

【特許文献4】米国特許出願公開第２００９／０１４２２２２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

有利な靭性特性および静的機械的耐性特性を有しつつ、特に疲労特性の面で、公知の製品と比較して改善された特性を有するアルミニウム−銅−リチウム合金製の厚みのある製品に対するニーズが存在する。さらに、これらの製品の単純で経済的な獲得方法に対するニーズが存在する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第一の目的は、厚みが少なくとも８０ｍｍのアルミニウム合金製のシートメタルの製造方法であって、以下の工程を含む。
（ａ）重量％でＣｕ：２．０〜６．０、Ｌｉ：０．５〜２．０、Ｍｇ：０〜１．０、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎ：０〜１．０、ならびにＺｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｃ、ＨｆおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０５〜０．２０重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、ＣｒおよびＳｃではそれぞれ０．０５〜０．３重量％、Ｈｆでは０．０５〜０．５重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ｓｉは０．１以下、Ｆｅは０．１以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含む合金製の溶融金属浴を調製する工程、
（ｂ）前記合金を垂直半連続鋳造によって鋳造し、凝固の際に、以下であるように厚みＴおよび幅Ｗのスラブを得る工程、
−前記溶融金属浴（１）の水素含有量が、０．４ｍｌ／１００ｇ未満である、
−液体表面（１４、１５）の上で測定される酸素含有量が、０．５体積％未満である、
−鋳造用に用いられる分配器（７）が、主として炭素を含むファブリックで作製され、該分配器が、下部面（７６）と、溶融金属が導入される開口部を画定する上部面（７１）と、実質的に長方形の部分の壁とを含み、該壁が、幅Ｗに平行な二つの長手方向部分（７２０、７２１）と、厚みＴに平行な二つの横方向部分（７３０、７３１）とを含み、前記横方向部分および長手方向部分が、鋳造の間の分配器の形状保持を確保するほぼふさがれてかつ半剛性の第一のファブリック（７７）と、液体の通過および濾過を可能にするふさがれていない第二のファブリック（７８）である少なくとも二つのファブリックから形成され、前記第一および第二のファブリックが、重なり合うことなくまたは重なり合って、それらを隔てる隙間なく互いに接合しており、前記第一のファブリックが、連続的に前記壁部分（７２０、７２１、７３０、７３１）の表面の少なくとも３０％を覆い、また液体表面が全体の部分にわたって第一のファブリックと接触するように位置づけられている、
（ｃ）熱間変形が可能な圧延用スラブを得るために、前記スラブを任意に機械加工する前または後に、均質化する工程、
（ｄ）厚みが少なくとも８０ｍｍであるシートメタルを得るために、このように均質化された前記圧延用スラブを熱間圧延、および任意に冷間圧延する工程、
（ｅ）前記シートメタルを溶体化処理、および焼入れする工程、
（ｆ）任意には、このように溶体化処理された前記シートメタルに、少なくとも１％の変形を伴う塑性変形による応力除去を行う工程、
（ｇ）このように溶体化処理され、また任意に応力除去の行われた前記シートメタルを時効する工程。

【0011】

本発明の別の目的は、本発明による方法によって得ることができる、厚みが少なくとも８０ｍｍのシートメタルであって、重量％でＣｕ：２．０〜６．０、Ｌｉ：０．５〜２．０、Ｍｇ：０〜１．０、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎ：０〜１．０、ならびにＺｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｃ、ＨｆおよびＴｉの中から少なくとも１つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０５〜０．２０重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、ＣｒおよびＳｃではそれぞれ０．０５〜０．３重量％、Ｈｆでは０．０５〜０．５重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ｓｉは０．１以下、Ｆｅは０．１以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含むアルミニウム合金製のシートメタルであって、時効した質別Ｔ８で、図１ａによる平滑試験片で、ＬＴ方向において半分の厚みのところで、最大応力振幅２４２ＭＰａ、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝０．１で測定されたその疲労対数平均が、少なくとも２５００００サイクルであることを特徴とする、シートメタルである。

【0012】

本発明のさらに別の目的は、航空機の構造要素、好ましくは翼桁、リブまたはフレームを作製するための、本発明によるシートメタルの使用法である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】疲労試験のために使用される平滑試験片（図１ａ）および切欠き試験片（図１ｂ）の概略図である。寸法は、ｍｍで示されている。

【図2】本発明の一実施形態において使用される凝固装置の全体的な概略図である。

【図3】本発明による方法において使用される分配器の全体的な概略図である。

【図4】本発明の一実施形態による分配器の底、ならびに壁の側面部分および長手方向部分の図を示している。

【図5a】平滑試験片での疲労性能と、凝固の際の溶融金属浴の水素含有量との関係を示している。

【図5b】平滑試験片での疲労性能と、凝固の際に液体表面上で測定された酸素含有量との関係を示している。

【図6a】方向Ｌ−Ｔにおいて、試験３、７および８によって得られるヴェーラー曲線を示している。

【図6b】方向Ｔ−Ｌにおいて、試験３、７および８によって得られるヴェーラー曲線を示している。

【発明を実施するための形態】

【0014】

異なる記載がなければ、合金の化学組成に関する全ての表示は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージとして表記される。１．４Ｃｕという表記は、重量％で表示された銅の含有量に１．４乗じることを意味する。合金の名称は、当業者には公知のアルミニウム協会の規則に従ったものとなっている。異なる記載がなければ、欧州規格ＥＮ ５１５において示されている質別の定義が適用される。

【0015】

引張りにおける静的機械的特徴、言い換えると破断強度Ｒ_m、０．２％伸びの慣例の弾性限界Ｒ_p0.2、および破断伸びＡ％は、ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ ６８９２−１規格による引張り試験によって測定され、試験のサンプリングおよび試験の趣旨は、ＥＮ ４８５−１規格によって定義されている。

【0016】

応力拡大係数（Ｋ_1C）は、ＡＳＴＭ Ｅ３９９規格にしたがって決定する。

【0017】

平滑試験片での疲労特性は、方向ＴＬにおいてシートメタルの半分の幅および半分の厚みのところで採取される図１ａで示されるような試験片で、周囲空気で、最大応力振幅２４２ＭＰａ、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝０．１で測定される。試験の条件は、ＡＳＴＭ Ｅ４６６規格にしたがう。少なくとも４つの試験片で得られる結果の対数平均を測定する。

【0018】

切欠き試験片での疲労特性は、方向Ｌ−ＴおよびＴ−Ｌにおいてシートメタルの中心および半分の厚みのところで採取される、Ｋ_t＝２．３である図１ｂで示されるような試験片で、周囲空気で、さまざまな応力レベルについて、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝０．１で、測定される。ウォーカーの方程式が、１０００００サイクルで５０％が破断しないことを表す最大応力値を決定するために用いられた。そのために、疲労品質指標（ＦＱＩ）が、ヴェーラー曲線の各点について式

【数1】

を用いて計算される。式内のσ_maxは、所与のサンプルに適用された最大応力であり、Ｎは破断に至るまでのサイクル数であり、Ｎ₀は１０００００に等しく、ｎ＝−４．５である。中央値、すなわち１０００００サイクルで５０％の破断に相当するＦＱＩが報告される。

【0019】

本発明の範囲において、厚みのある展伸シートメタルは、厚みが少なくとも８０ｍｍ、好ましくは少なくとも１００ｍｍの製品である。本発明の一実施形態において、シートメタルの厚みは少なくとも１２０ｍｍ、または好ましくは１４０ｍｍである。本発明による厚みのあるシートメタルの厚みは、典型的には最大で２４０ｍｍであり、一般的には最大で２２０ｍｍ、好ましくは最大で１８０ｍｍである。

【0020】

異なる記載がなければ、ＥＮ １２２５８規格の定義が適用される。特にシートメタルとは、本発明によると、厚みが一定で少なくとも６ｍｍであり、かつ幅の１０分の１を超えることのない、長方形の横断面の圧延製品である。

【0021】

本明細書において、機械構造物の「構成要素」または「構造要素」と呼ばれるのは、静的および／または動的機械的特性が構造の性能にとって特に重要であり、また通常構造計算が規定または実現されている機械部品である。典型的にはそれは、その不具合が前記構造物、その利用者、その使用者、または他者の安全を危険に曝す可能性のある要素である。航空機についてはこれらの構造要素は、特に胴体を構成する要素（胴体の外板（英語でｆｕｓｅｌａｇｅ ｓｋｉｎ）、胴体のスティフナまたはストリンガ（ｓｔｒｉｎｇｅｒｓ）、気密隔壁（ｂｕｌｋｈｅａｄｓ）、胴体フレーム（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｆｒａｍｅｓ）など）、主翼（翼外板（ｗｉｎｇ ｓｋｉｎ）、スティフナ（ｓｔｒｉｎｇｅｒｓまたはｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ）、リブ（ｒｉｂｓ）および翼桁（ｓｐａｒｓ）など）、特に水平安定板および垂直安定板（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｏｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｓｅｒｓ）から成る尾翼、並びにフロアビーム（ｆｌｏｏｒ ｂｅａｍｓ）、シートトラックレール（ｓｅａｔ ｔｒａｃｋｓ）、扉を含む。

【0022】

本明細書において「鋳造設備全体」と呼ばれるのは、任意の形状の金属を、液相を経て、未加工の半製品に機械加工することを可能にする装置の全体である。鋳造設備は、金属の溶融に必要な炉（「溶解炉」）および／またはその温度維持に必要な炉（「保持炉」）および／または溶融金属の調製作業や組成の調整作業に必要な炉（「生産炉」）である単数または複数の炉、溶融金属中に溶解している、および／または懸濁状態にある不純物の除去処理を行うための単数または複数の槽（または「取鍋」）、といった多数の装置を含むことができ、この処理は「濾過用取鍋」内で濾材を通して溶融金属を濾過すること、あるいは「脱ガス用取鍋」内で不活性または反応性であり得るいわゆる「処理用」ガスを浴に導入することからなり得るものであり、ならびに、鋳型（または「鋳塊鋳型」）、溶融金属供給装置（または「とりべ」）、冷却システムなどの装置を含むことができる鋳造用穴内における直接冷却による垂直半連続鋳造による溶融金属の凝固装置（または「鋳造作業機」）を含むことができ、これらの多様な炉、槽および凝固装置は、溶融金属をその中で運ぶことができる「樋」と呼ばれる移動装置、または出湯樋で互いに連結されている。

【0023】

本発明者たちは驚くべきことに、以下の方法を用いてこれらのシートメタルを調製することにより、改善された疲労性能を有するアルミニウム−銅−リチウム合金製の厚みのあるシートメタルを得ることができることを確認した。

【0024】

第一の工程において、重量％でＣｕ：２．０〜６．０、Ｌｉ：０．５〜２．０、Ｍｇ：０〜１．０、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎ：０〜１．０、ならびにＺｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｃ、ＨｆおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０５〜０．２０重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、ＣｒおよびＳｃではそれぞれ０．０５〜０．３重量％、Ｈｆでは０．０５〜０．５重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ｓｉは０．１以下、Ｆｅは０．１以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含み、残余がアルミニウムである合金製の溶融金属浴を調製する。

【0025】

本発明による方法にとって有利な合金は、重量％でＣｕ：３．０〜３．９、Ｌｉ：０．７〜１．３、Ｍｇ：０.１〜１．０、ならびにＺｒ、ＭｎおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０６〜０．１５重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、Ｔｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎは０．２５以下、Ｓｉは０．０８以下、Ｆｅは０．１０以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含み、残余がアルミニウムである。

【0026】

有利には、銅含有量は、少なくとも３．２重量％である。リチウム含有量は、好ましくは０．８５〜１．１５重量％、また好ましくは０．９０〜１．１０重量％である。マグネシウム含有量は、好ましくは０．２０〜０．６重量％ある。マンガンおよびジルコニウムの同時添加が、一般的に有利である。

【0027】

好ましくは、マンガン含有量は、０．２０〜０．５０重量％であり、またジルコニウム含有量は、０．０６〜０．１４重量％である。有利には、銀含有量は、０．２０〜０．７重量％である。銀含有量が少なくとも０．１重量％であることが有利である。本発明の一実施形態において、銀含有量は、少なくとも０．２０重量％である。別の実施形態において、銀含有量は０．１５重量％に制限され、また亜鉛含有量は少なくとも０．３重量％である。

【0028】

好ましくは、銀含有量は、最大で０．５重量％である。本発明の一実施形態において、銀含有量は０．３重量％に制限される。好ましくは、ケイ素含有量は最大で０．０５重量％であり、鉄含有量は最大で０．０６重量％である。有利には、チタン含有量は０．０１〜０．０８重量％である。

【0029】

本発明の一実施形態において、亜鉛含有量は、最大で０．１５重量％である。好ましいアルミニウム−銅−リチウム合金は、ＡＡ２０５０合金である。

【0030】

この溶融金属浴は、鋳造設備の炉内で調製される。例えば米国特許第５４１５２２０号明細書で、鋳造設備への合金の移動の際に合金を不動態化するために、溶解炉内で、混合物ＫＣｌ／ＬｉＣｌのようなリチウムを含む溶融塩を使用することが公知である。本発明者たちはしかしながら、溶解炉内でリチウムを含む溶融塩を使用するのではなく、酸素含有量の少ない雰囲気をこの炉内に維持することによって、厚みのあるシートメタルについての優れた疲労特性を得ており、溶解炉内の塩の存在が、特定の場合において厚みのある展伸製品の疲労特性に有害な影響を与える可能性があり得ると考えている。有利には、鋳造設備全体において、リチウムを含む溶融塩は使用されない。

【0031】

有利な一実施形態において、鋳造設備全体において溶融塩は使用されない。好ましくは、鋳造設備の単数または複数の炉内で、酸素含有量を０．５体積％未満、好ましくは０．３体積％未満に維持する。しかしながら、鋳造設備の単数または複数の炉内で、少なくとも０．０５体積％の酸素含有量、また少なくとも０．１体積％の酸素含有量でさえも容認することができ、これは本方法の経済的側面にとって特に有利である。有利には、鋳造設備の単数または複数の炉は誘導炉である。本発明者たちは、このタイプの炉が、誘導加熱によって発生する混合にもかかわらず有利であることを確認した。

【0032】

この溶融金属浴は次に、脱ガス用取鍋内および濾過用取鍋内で処理され、特にその水素含有量が０．４ｍｌ／１００ｇ未満、好ましくは０．３５ｍｌ／１００ｇ未満になる。溶融金属の水素含有量は、当業者にとって公知の商標ＡＬＳＣＡＮ^TMの名称で商品化されている器具のような商業機器を使って測定され、プローブは、窒素スイープ下で維持される。有利には、溶解炉内において、脱ガス、濾過工程の際に溶融金属浴と接触する雰囲気の酸素含有量は、０．５体積％未満、好ましくは０．３体積％未満である。好ましくは、溶融金属浴と接触する雰囲気の酸素含有量は、鋳造設備全体に対して０．５体積％未満、好ましくは０．３体積％未満である。しかしながら、鋳造設備全体に対して、少なくとも０．０５体積％の酸素含有量、そして少なくとも０．１体積％の酸素含有量さえも容認することができ、これは本方法の経済的側面にとって特に有利である。

【0033】

溶融金属浴は次に、スラブ形状に凝固される。スラブは、長さＬ、幅Ｗ、および厚みＴの、実質的に平行６面体形状のアルミニウムブロックである。凝固の際に、液体表面上の雰囲気が制御される。凝固の際に液体表面上の雰囲気の制御を可能にする装置の例が、図２に示されている。

【0034】

この適切な装置の例において、樋（６３）からの溶融金属は、上下移動（８１）できるストッパーロッド（８）によって制御されるとりべ（４）の中を通って、擬似底（２１）の上に置かれた鋳塊鋳型（３１）の中に導入される。アルミニウム合金は、直接冷却（５）によって凝固する。アルミニウム合金（１）は、少なくとも一つの固体表面（１１、１２、１３）、および少なくとも一つの液体表面（１４、１５）を有する。昇降機（２）は、液体表面（１４、１５）の高さをほぼ一定に保つことを可能にする。分配器（７）は、溶融金属の分配を可能にする。蓋（６２）は、液体表面をすっかり覆う。蓋は、鋳造用テーブル（３２）との気密性を確保するためにパッキン（６１）を含むことができる。樋（６３）の中の溶融金属は、有利には蓋（６４）によって保護されることができる。不活性ガス（９）が、蓋と鋳造用テーブルとの間に区画された室（６５）の中に導入される。不活性ガスは有利には、希ガス、窒素、および二酸化炭素、またはこれらのガスの混合物の中から選択される。好ましい不活性ガスは、アルゴンである。酸素含有量が、室（６５）の中で液体表面の上で測定される。不活性ガスの流量は、所望の酸素含有量に達するように調整され得る。しかしながら、ポンプ（１０１）でもって鋳造用穴（１０）内に十分な吸引力を保つことが有利である。実際、本発明者たちは、一般に鋳塊鋳型（３１）と凝固金属（５）との間に十分な気密性は存在せず、これにより鋳造用穴（１０）から室（６５）への雰囲気の拡散が導かれることを確認した。有利にはポンプ（１０１）の吸引力は、囲い（１０）内の圧力を室（６５）内の圧力よりも低くなるようにするものであり、これは好ましくは、鋳造用穴の開いた表面を介して、少なくとも２ｍ／秒、好ましくは少なくとも２．５ｍ／秒の雰囲気の速度を課すことによって得られる。典型的には、室（６５）内の圧力は大気圧に近く、また囲い（１０）内の圧力は大気圧より低く、典型的には大気圧の０．９５倍である。本発明による方法を用いると、記述されている装置により、室（６５）内は、酸素含有量０．５体積％未満、好ましくは０．３体積％未満に保たれる。

【0035】

本発明による方法の分配器（７）の一例が、図３および図４に示されている。本発明による方法の分配器は、主として炭素を含むファブリックで作製され、該分配器は、下部面（７６）と、溶融金属を導入する開口部を画定する典型的には空いている上部面（７１）と、典型的には実質的に一定の実質的に長方形の部分および典型的には実質的に一定の高さｈをもつ壁とを含み、該壁は、スラブの幅Ｗに平行な二つの長手方向部分（７２０、７２１）とスラブの厚みＴに平行な二つの横方向部分（７３０、７３１）とを含み、前記横方向部分および長手方向部分は、鋳造の間の分配器の形状保持を確保するほぼふさがれてかつ半剛性の第一のファブリック（７７）と、液体の通過および濾過を可能にするふさがれていない第二のファブリック（７８）である少なくとも二つのファブリックから形成され、前記第一および第二のファブリックは、重なり合うことなくまたは重なり合って、それらを隔てる隙間なく互いに接合しており、前記第一のファブリックは、連続的に前記壁部分（７２０、７２１、７３０、７３１）の表面の少なくとも３０％を覆い、また液体表面が分配器の全体の部分にわたって第一のファブリックと接触するように位置づけられている。本発明の一実施形態において、分配器の壁の部分は、高さｈに対応して直線状に、典型的には分配器の下部面の表面が分配器の上部面の表面より最大で１０％大きいかまたは小さくなるように変化する。このように、側面壁と垂直線との間に形成される角度は、およそ５°にまで達することができる。第一および第二のファブリックが重なり合うことなく、または重なり合って、かつそれらを隔てる隙間なく、すなわち接触するように互いに縫い合わされているので、溶融金属は、例えば国際公開第９９／４４７１９号パンフレットの図２から図５において記述されているようなコンボバッグにおける場合のように、第一のファブリックを通過することはできないが、第二のファブリックの方にそれることができる。第一のファブリックによって確保される保持により、分配器は半剛性であり、鋳造の際に変形することはほとんどない。有利な一実施形態において、第一のファブリックは高さｈ１を有するが、この高さは、壁（７２０、７２１、７３０、７３１）の周囲の上部面を起点にして測定され、ｈ１≧０．３ｈ、好ましくはｈ１≧０．５ｈのようなものであり、ここでｈは分配器の壁の総高さを意味する。

【0036】

液体表面が、ふさがれている前記第一のファブリックと接触しているため、溶融金属は、壁の各部分の特定の方向における液体表面下でしか分配器を通過しない。好ましくは、第一のファブリックによって覆われている、分配器（７）の壁（７２０、７２１、７３０、７３１）の溶融金属中に浸っている高さは、浸っている壁の総高さの少なくとも２０％、好ましくは４０％、より好ましくは６０％に等しい。

【0037】

図４は、底部および長手方向の壁部分を示している。底部（７６）は、典型的には第一および／または第二のファブリックで覆われている。有利には、第一のファブリックは、少なくとも底部（７６）の中心部分において長さＬ１に渡って、ならびに／または長手方向部分（７２０）および（７２１）の中心部分において高さｈ全体および長さＬ２に渡って、位置している。

【0038】

有利には、第一のファブリックによって覆われる表面部分は、長手方向部分（７２０）および（７２１）については３０〜９０％、好ましくは５０〜８０％、ならびに／または側面部分（７３０、７３１）については３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％、ならびに／または底部（７６）については３０〜１００％、好ましくは５０〜８０％である。

【0039】

底部（７６）に位置する第一のファブリックの長さＬ１が、長手方向壁（７２０）および（７２１）の部分に位置する第一のファブリックの、底部と接触している長さＬ２を超えることが有利である。

【0040】

本発明者らは、分配器の幾何学形状により、特に溶融金属の流れの質の改善、乱流の減少、ならびに温度の分配の改善が可能になると考えている。

【0041】

第一のファブリックおよび第二のファブリックは、有利には、主として炭素を含むワイヤーの製織によって得られる。グラファイトワイヤーの製織が、特に有利である。ファブリックは、典型的には互いに縫い合わされている。第一および第二のファブリックに代わって、多少なりとも高密度の、少なくとも二つの製織領域を有するただ一つのファブリック製ディフューザーを使用することもまた可能である。

【0042】

製織を容易にするために、炭素を含むワイヤーが、滑りを容易にする層でコーティングされていることが有利である。この層は、例えばテフロン（登録商標）のようなフッ素ポリマー、またはキシロンのようなポリアミドを含むことができる。

【0043】

第一のファブリックは、ほぼふさがれている。典型的には、それは０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満のメッシュサイズを有するファブリックである。第二のファブリックはふさがれておらず、溶融金属の通過を可能にする。典型的には、それは１〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍのメッシュサイズを有するファブリックである。本発明の一実施形態において、第一のファブリックは、二つのファブリックの間に隙間を残さないように密接に接触して、第二のファブリックを局所的に覆っている。

【0044】

このようにして得られたスラブは、任意に機械加工する前または後に均質化され、熱間変形することができる形状を得る。スラブは圧延用スラブの形状に機械加工され、続いて圧延によって熱間変形される。好ましくは均質化は、４７０〜５４０℃の温度で、継続時間２〜３０時間で実現される。

【0045】

このように均質化された前記圧延用スラブは、厚みが少なくとも８０ｍｍである展伸製品を得るために、熱間圧延、また任意に冷間圧延される。熱間圧延の温度は、有利には少なくとも３５０℃、好ましくは少なくとも４００℃である。熱間変形率、また任意には冷間変形率、すなわち変形前だが場合によってはあり得る機械加工の後の最初の厚みと最終的な厚みとの間の差と、最初の厚みとの間の比率は、８５％未満、好ましくは８０％未満である。一実施形態において、変形の際の変形率は、７５％未満、好ましくは７０％未満である。

【0046】

このようにして得られた展伸製品は、次に溶体化処理され、焼入れされる。溶体化処理の温度は、有利には４７０〜５４０℃、好ましくは４９０〜５３０℃であり、継続時間は製品の厚みに適合している。

【0047】

任意には、このように溶体化処理された前記展伸製品に、少なくとも１％の変形を伴う塑性変形による応力除去を行う。このように溶体化処理された前記展伸製品に、制御された引張りによる応力除去を、少なくとも１％の、好ましくは２〜５％の永久ひずみを伴って行うことが有利である。

【0048】

最後に、このように溶体化処理されまた任意に応力除去された製品に時効を行う。時効は、有利には１３０〜１６０℃の温度で、継続時間５〜６０時間、単数または複数の段階で実行される。好ましくは、時効のあとに、特にＴ８５１、Ｔ８３、Ｔ８４またはＴ８５のような、質別Ｔ８が得られる。

【0049】

本発明による方法によって得られる厚みが少なくとも８０ｍｍのシートメタルは、有利な特性を有する。

【0050】

図１ａによる平滑試験片でＬＴ方向において半分の厚みのところで、最大応力振幅２４２ＭＰａ、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝０．１で測定される、本発明による方法によって得られる厚みが少なくとも８０ｍｍのシートメタルの疲労の対数平均は、少なくとも２５００００サイクルであり、有利には疲労特性は、厚みが少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも１２０ｍｍで少なくとも１４０ｍｍでさえある、本発明による方法によって得られる展伸製品に対して得られる。

【0051】

少なくとも８０ｍｍの厚みの本発明によるシートメタルはまた、切欠き試験片についても有利な疲労特性を示し、そして周波数５０Ｈｚで、周囲空気で、Ｒ値＝０．１で、図１ｂによるＫｔ＝２．３の切欠き試験片で得られる疲労品質指標ＦＱＩは、方向Ｔ−Ｌにおいて少なくとも１８０ＭＰａであり、好ましくは少なくとも１９０ＭＰａである。

【0052】

さらに、本発明による方法によって得られるシートメタルは、有利な静的機械的特徴を有する。このように、重量％でＣｕ：３．０〜３．９、Ｌｉ：０．７〜１．３、Ｍｇ：０.１〜１．０、ならびにＺｒ、ＭｎおよびＴｉの中から少なくとも一つの元素が選択され、選択されたときの前記元素の量がＺｒでは０．０６〜０．１５重量％、Ｍｎでは０．０５〜０．８重量％、およびＴｉでは０．０１〜０．１５重量％であり、Ａｇ：０〜０．７、Ｚｎは０．２５以下、Ｓｉは０．０８以下、Ｆｅは０．１０以下、その他の元素はそれぞれ０．０５以下および全体で０．１５以下を含み、残余がアルミニウムである、厚みが少なくとも８０ｍｍであるシートメタルについて、方向Ｌにおいて４分の１の厚みのところで測定される弾性限界は、少なくとも４５０ＭＰａ、好ましくは少なくとも４７０ＭＰａであり、および／または測定される破断強度は、少なくとも４８０ＭＰａ、好ましくは少なくとも５００ＭＰａであり、および／または伸びは、少なくとも５％、好ましくは少なくとも６％である。好ましくは、４分の１の厚みのところで測定される、厚みが少なくとも８０ｍｍの本発明によるシートメタルの靭性は、Ｋ_1C（Ｌ−Ｔ）が少なくとも２５ＭＰａ√ｍ、好ましくは少なくとも２７ＭＰａ√ｍであり、Ｋ_1C（Ｔ−Ｌ）が少なくとも２３ＭＰａ√ｍ、好ましくは少なくとも２５ＭＰａ√ｍであり、Ｋ_1C（Ｓ−Ｌ）が少なくとも１９ＭＰａ√ｍ、好ましくは少なくとも２１ＭＰａ√ｍであるようなものである。

【0053】

本発明によるシートメタルは、構成要素、好ましくは航空機の構成要素を作製するために有利に利用されることができる。航空機の好ましい構成要素は、翼桁、リブまたは胴体フレームである。本発明は、航空機の主翼の製造のために、ならびに本発明による製品の特性が有利である任意の他の用途のために特に利用される、全体的な機械加工によって得られる複雑な形状の部品に対して、特に有利である。

【0054】

（実施例）
この実施例において、ＡＡ２０５０合金製の厚みのあるシートメタルが調製された。ＡＡ２０５０合金製スラブを、直接冷却式の垂直型半連続鋳造によって鋳造した。合金は、溶解炉内で調製された。実施例１〜７については、溶解炉内で溶融金属の表面にＫＣＬ／ＬｉＣｌ混合物が使用された。実施例８および９については、溶解炉内で塩を使用しなかった。実施例８および９について、溶融金属と接触する雰囲気は、鋳造設備全体に対して０．３体積％未満の酸素含有量であった。鋳造設備は、酸素含有量を制限することを可能にする、鋳造用穴の上に配置されるフードを含んでいた。試験８および９について、さらに、囲い（１０）内の圧力が室（６５）内の圧力より低くなるように、また鋳造用穴の開いた表面を介した雰囲気の速度が少なくとも２ｍ／秒になるように、吸引システム（１０１）が使用された。酸素含有量が、鋳造の際に、酸素濃度計を用いて測定された。さらに液体アルミニウム中の水素含有量が、窒素スイープ下で、Ａｌｓｃａｎ^TMタイプのプローブを使って測定された。二つのタイプの溶融金属分配器が使用された。例えば国際公開第９９／４４７１９号の図２から６に記載されているような「コンボバッグ」タイプの第一の分配器は、主として炭素を含むファブリックで作製されており、以下で「分配器Ａ」と称され、また以下で「分配器Ｂ」と称される、図３に記載されているような第二の分配器は、グラファイトワイヤーのファブリックで作製されている。

【0055】

実施されたさまざまな試験の鋳造条件が、表１に示される。

【0056】

【表1】

【0057】

スラブを、５０５℃で１２時間均質化し、およそ３６５ｍｍの厚みになるまで機械加工し、最終的な厚みが１５４〜１５８ｍｍのシートメタルになるまで熱間圧延し、５０４℃で溶体化処理し、焼入れし、そして３．５％の永久ひずみを伴う制御された引張りによって応力除去を行った。このようにして得られたシートメタルを、１５５℃で１８時間時効をした。

【0058】

静的機械的特性および靭性が、４分の１の厚みのところで特徴付けられた。

【0059】

静的機械的特性および靭性が、表２に示される。

【0060】

【表2】

【0061】

疲労特性が、半分の厚みのところで採取された特定のサンプルに対して、平滑試験片および切欠き試験片で特徴付けられた。

【0062】

平滑試験片での疲労特性評価について、図１ａで概要が示されている四つの試験片が方向ＴＬにおいて半分の厚み、半分の幅のところで試験され、試験条件は、σ＝２４２ＭＰａ、Ｒ＝０．１であった。２０００００サイクルの後に中断された試験と、３０００００サイクルの後に中断された試験がある。

【0063】

切欠き試験片での疲労特性評価について、Ｋｔ値が２.３である、図１ｂに図示されている試験片が使用された。試験片は、周波数５０Ｈｚ、周囲空気、Ｒ値＝０．１で試験された。対応するヴェーラー曲線が、図６ａおよび図６ｂに示されている。疲労品質指標ＦＱＩが計算された。

【0064】

【表3】

【0065】

水素含有量０．４ｍｌ／１００ｇ未満と、液体表面上で測定される酸素含有量０．３体積％未満と、分配器Ｂとを組合せることより、優れた疲労性能レベルに達することができる。これらの結果は図５に示されている。特定の点の上に位置づけられている矢印は、試験が破断まで続けられなかったことから、それが最小値であることを示している。

【符号の説明】

【0066】

１ アルミニウム合金
２ 昇降機
４ とりべ
７ 分配器
８ ストッパーロッド
９ 不活性ガス
１０ 鋳造用穴、囲い
１１、１２、１３ 固体表面
１４、１５ 液体表面
２１ 擬似底
３１ 鋳塊鋳型
３２ 鋳造用テーブル
６１ パッキン
６２ 蓋
６３ 樋
６４ 蓋
６５ 室
７１ 上部面
７６ 下部面
７７ 第一のファブリック
７８ 第二のファブリック
８１ 上下移動
１０１ ポンプ
７２０、７２１ 長手方向部分
７３０、７３１ 横方向部分

【図1】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】