專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋁－鋅－鎂－銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可鍛鋁-鋅-鎂-銅鋁類(lèi)型(或鋁類(lèi)協(xié)會(huì)所命名的7000-或7xxx-系列鋁合金)。更具體的，本發(fā)明涉及一種可時(shí)效硬化、高強(qiáng)度、高斷裂韌性和高耐腐蝕性的鋁合金以及由這種合金制造的產(chǎn)品。由這種合金制造的產(chǎn)品非常適用于航空應(yīng)用，但并不局限于此。這種合金可以加工成各種不同的產(chǎn)品形式，如片材、薄板、厚板、擠壓產(chǎn)品或鍛造產(chǎn)品。
在由這種合金制造的各種產(chǎn)品形式中，可獲得的性能組合優(yōu)于由目前已知合金制造的產(chǎn)品。正是因?yàn)楸景l(fā)明，單一合金(uni-alloy)概念現(xiàn)在也能用于航空領(lǐng)域的應(yīng)用。這將顯著的降低航空航天工業(yè)的成本。在結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)期間或在結(jié)構(gòu)件的壽命周期末期產(chǎn)生的鋁廢料的再循環(huán)能力將因?yàn)閱我缓辖鸶拍疃兊酶尤菀住?br> 背景技術(shù)：
過(guò)去使用不同類(lèi)型的鋁合金形成多種用于航空航天工業(yè)中結(jié)構(gòu)應(yīng)用的產(chǎn)品。航空航天工業(yè)中的設(shè)計(jì)者和制造者一直致力于提高燃料效率、產(chǎn)品性能，并且一直致力于降低制造和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)改良和降低成本的優(yōu)選方法就是單一合金概念，即在相關(guān)產(chǎn)品形式中可具有改良的性能平衡的鋁合金。
這里所用的合金構(gòu)件和回火標(biāo)識(shí)與眾所周知的鋁業(yè)協(xié)會(huì)鋁合金產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相一致。除非特別指出，所有的百分?jǐn)?shù)均為重量百分比。
現(xiàn)有技術(shù)水平是用于機(jī)身板的高破壞容限的AA2×24(即AA2524)或AA6×13或AA7×75，用于下翼的AA2324或AA7×75，用于上翼的AA7055或AA7449以及用于翼梁和肋材或由厚板加工的其它部件的AA7050或AA7010或AA7040。對(duì)于各種不同應(yīng)用而采用不同合金的主要原因是整個(gè)結(jié)構(gòu)部件的最佳性能的性能平衡存在差異。
對(duì)于機(jī)身蒙皮，認(rèn)為在拉伸負(fù)荷下的磁壞容限性能是非常重要的，即是疲勞裂紋擴(kuò)展速率(“FCGR”)、平面應(yīng)力斷裂韌性和腐蝕的組合?；谶@些所需的性能，高破壞容限性能的AA2×24-T351(參見(jiàn)例如US-5,213,639或EP1026270-A1)或含銅的AA6XXX-T6(參見(jiàn)例如US-4,589,932，US-5,888,320，US-2002/0039664-A1或EP-1143027-A1)將成為民用飛機(jī)制造的優(yōu)選選擇。
對(duì)于下翼蒙皮需要類(lèi)似的性能平衡，但是為了獲得更高的抗拉強(qiáng)度可允許犧牲一些韌性。因此認(rèn)為T(mén)39或T8X回火下的A2×24是合理的選擇(參見(jiàn)，例如US-5,865,914，US-5,593,516或EP-1114877-A1)，雖然有時(shí)也使用相同回火的AA7×75。
對(duì)于上翼，其壓縮載荷比拉伸載荷更重要，抗壓強(qiáng)度、疲勞(SN-疲勞或壽命)以及斷裂韌性是最重要的性能。目前優(yōu)選的選擇是AA7150、AA7055、AA7449或AA7×75(參見(jiàn)，例如US-5,221,377，US-5,865,911，US5,560,789或US5,312,498)。這些合金具有高的抗壓屈服強(qiáng)度同時(shí)具有可接受的耐腐蝕性和斷裂韌性，盡管飛機(jī)設(shè)計(jì)者仍希望這些性能組合有所提高。
對(duì)于厚度超過(guò)3英寸的厚部件或由這種厚部件機(jī)加工而成的零件，其整個(gè)厚度上均勻且可靠的性能平衡是重要的。目前，AA7050或AA7010或AA7040(參見(jiàn)US-6,027,582)或C80A(參見(jiàn)US-2002/0150498-A1)都用于這些類(lèi)型的應(yīng)用。飛機(jī)制造者非常希望能降低淬火敏感性，該淬火敏感性是淬火速度較低或產(chǎn)品較厚時(shí)性能沿厚度的惡化。特別是ST-方向的性能是結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)者和制造者的主要顧慮。
為使飛機(jī)性能更好，即減少制造成本和減少操作成本，可以提高用于結(jié)構(gòu)部件的鋁合金的性能平衡，且優(yōu)選僅采用一種類(lèi)型的合金以降低合金成本和降低再回收利用鋁廢料和廢品的成本。
因此，認(rèn)為對(duì)于能夠獲得各個(gè)相應(yīng)產(chǎn)品形式中的改良的恰當(dāng)性能平衡的鋁合金存在需求。。
發(fā)明概述本發(fā)明針對(duì)于A(yíng)A7xxx-系列鋁合金，該合金能夠在任何相關(guān)產(chǎn)品中獲得性能平衡，該性能平衡優(yōu)于目前用于這些產(chǎn)品的各種商業(yè)鋁合金(AA2xxx，AA6xxx，AA7xxx)的性能平衡。
本發(fā)明合金的優(yōu)選組成包含或主要基本上由下列成分組成以重量％計(jì)，約6.5～9.5的鋅(Zn)，約1.2～2.2％鎂(Mg)，約1.0～1.9％銅(Cu)，約0～0.5％鋯(Zr)，約0～0.7％鈧(Sc)，約0～0.4％鉻(Cr)，約0～0.3％鉿(Hf)，約0～0.4％鈦(Ti)，約0～0.8％的錳(Mn)，余量為鋁和其他附帶元素。優(yōu)選(0.9Mg-0.6)≤Cu≤(0.9Mg+0.05)。
本發(fā)明更優(yōu)選的合金組成的基本組成為以重量％計(jì)，約6.5～7.9％的Zn，約1.4～2.10％的Mg，約1.2～1.80％的Cu，且優(yōu)選其中(0.9Mg-0.5)≤Cu≤0.9Mg，約0～0.5％的Zr，約0～0.7％的Sc，約0～0.4％的Cr，約0～0.3％的Hf，約0～0.4％的Ti，約0～0.8％的Mn，余量為鋁和其他附帶元素。
本發(fā)明更優(yōu)選組成的基本組成為以重量％計(jì)，約6.5～7.9％的Zn，約1.4～1.95％的Mg，約1.2～1.75％的Cu，且優(yōu)選其中(0.9Mg-0.5)≤Cu≤(0.9Mg-0.1)，約0～0.5％的Zr，約0～0.7％的Sc，約0～0.4％的Cr，約0～0.3％的Hf，約0～0.4％的Ti，約0～0.8％的Mn，余量為鋁和其他附帶元素。
在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，鋅含量的下限為6.7％，且更優(yōu)選6.9％。
在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，鎂含量的下限為1.90％，且更優(yōu)選1.92％。當(dāng)該合金產(chǎn)品用于薄片產(chǎn)品時(shí)，如機(jī)身薄片，以及當(dāng)用于由厚板制成的部件時(shí)，特別優(yōu)選鎂含量的這個(gè)下限。
上述鋁合金可能包括雜質(zhì)或附帶添加物或有目的添加物，例如最高至0.3％的鐵，優(yōu)選最高至0.14％的鐵，最高至0.2％的硅(Si)，并優(yōu)選最高至0.12％的硅，最高至1％的銀(Ag)，最高至1％的鍺(Ge)，最高至0.4％的釩(V)。其他添加物通?？刂圃阡X業(yè)協(xié)會(huì)所規(guī)定的0.05～0.15重量％的范圍內(nèi)，因而各種不可避免的雜質(zhì)的范圍＜0.05％，并且總雜質(zhì)含量＜0.15％。
鐵和硅含量應(yīng)保持非常低，例如不超過(guò)約0.08％的鐵和約0.07％或更低的硅。在任何情況下，可以想象這兩種雜質(zhì)的含量水平稍微更高，最高約為0.14％的鐵和最高約為0.12％硅也是可以接受的，盡管在這里優(yōu)選程度較低。尤其是對(duì)于其模具板材或工具板材的實(shí)施方案，甚至最高為0.3％的鐵或最高為0.2％或更低的硅的較高含量水平也是可以接受的。
添加分散體形成元素如Zr、Sc、Hf、Cr和Mn，以便控制晶粒結(jié)構(gòu)和淬火敏感度。分散體形成劑的最優(yōu)水平的確依賴(lài)于工藝，但當(dāng)在優(yōu)選范圍內(nèi)選擇主要元素(Zn、Cu和Mg)中的一個(gè)單一化學(xué)成分，且將該化學(xué)成分用于所有相關(guān)產(chǎn)品形式，這時(shí)Zr的含量?jī)?yōu)選低于0.11％。
Zr的最高含量?jī)?yōu)選為最大0.15％。Zr含量的適當(dāng)范圍為0.04-0.15％。Zr加入量的上限更優(yōu)選為0.13％，甚至更優(yōu)選的是不高于0.11％。
Sc的加入量?jī)?yōu)選不高于0.3％，且優(yōu)選不高于0.18％。當(dāng)與Sc結(jié)合時(shí)，Sc+Zr的總量應(yīng)低于0.3％，優(yōu)選低于0.2％，更優(yōu)選最多0.17％，特別是當(dāng)Zr和Sc的比例介于0.7～1.4之間時(shí)。
另外一種可單獨(dú)添加也可與其它分散體形成劑一同添加的分散體形成劑是Cr。Cr含量?jī)?yōu)選低于0.3％，更優(yōu)選最高0.20％，甚至更優(yōu)選0.15％。當(dāng)與Zr結(jié)合時(shí)，Zr+Cr的總量應(yīng)不高于0.20％，優(yōu)選不高于0.17％。
Sc+Zr+Cr的總量?jī)?yōu)選不高于0.40％，更優(yōu)選不高于0.27％。
Mn也可以單獨(dú)添加或與其它分散體形成劑結(jié)合起來(lái)添加。Mn的優(yōu)選最高添加量為0.4％。Mn添加量的合適范圍是0.05～0.40％，且優(yōu)選范圍是0.05％～0.30％，更優(yōu)選0.12％～0.30％。Mn添加量的優(yōu)選下限是0.12％，更優(yōu)選0.15％。當(dāng)與Zr結(jié)合時(shí)，Mn+Zr總量應(yīng)低于0.4％，優(yōu)選低于0.32％，且合適的下限是0.14％。
在依照本發(fā)明的鋁合金產(chǎn)品的另一個(gè)實(shí)施方案中，該合金不含Mn，實(shí)際上這意味著Mn含量＜0.02％，優(yōu)選＜0.01％，且更優(yōu)選該合金基本上不含Mn或大體上不含Mn。這里的“大體不含”和“基本上不含”是指組成中不有意加入該種合金元素，但由于雜質(zhì)和/或與制造設(shè)備接觸產(chǎn)生的浸析，然而仍有痕量元素進(jìn)入最終的合金產(chǎn)品中。
根據(jù)本發(fā)明的可鍛合金產(chǎn)品的一個(gè)特定實(shí)施方案中，該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7，典型約為7.43Mg 1.79～1.92，典型約為1.83Cu 1.43～1.52，典型約為1.48Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06～0.10，典型的為0.08Mn 可選地，范圍為0.05～0.19，且優(yōu)選0.09～0.19，或在一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中＜0.02，優(yōu)選＜0.01Si ＜0.07，且典型約為0.04Fe ＜0.08，且典型約為0.05Ti ＜0.05，且典型約為0.01余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)＜0.05，雜質(zhì)總量＜0.15。
根據(jù)本發(fā)明的可鍛合金產(chǎn)品的另一個(gè)特定實(shí)施方案中，該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7，且典型約為7.43
Mg 1.90～1.97，優(yōu)選1.92～1.97，且典型約為1.94Cu 1.43～1.52，且典型約為1.48Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06～0.10，且典型為0.08Mn可選地，范圍為0.05～0.19，且優(yōu)選0.09～0.19，或在一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中＜0.02，優(yōu)選＜0.01Si＜0.07，且典型約為0.05Fe＜0.08，且典型約為0.06Ti＜0.05，且典型約為0.01余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)＜0.05，雜質(zhì)總量＜0.15。
根據(jù)本發(fā)明所述合金產(chǎn)品可通過(guò)常規(guī)熔化進(jìn)行制備并且可將其(直接冷硬，D.C.)鑄造成鑄錠形式。還可以使用諸如硼化鈦或碳化鈦的晶粒細(xì)化劑。在修整和可能的均勻化之后，以一個(gè)或多個(gè)階段通過(guò)諸如擠壓、鍛造或熱軋進(jìn)一步處理鑄錠。加工可能會(huì)被中間退火打斷。進(jìn)一步的加工可能是冷軋或拉伸的冷加工。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行固溶熱處理并通過(guò)浸入冷水、噴射冷水或快速冷卻至低于95℃來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行和淬火?？梢赃M(jìn)一步加工產(chǎn)品，例如通過(guò)軋制或拉伸，例如最高達(dá)8％，或可能通過(guò)拉伸或壓縮最高約8％來(lái)釋放應(yīng)力，如1-3％，和/或時(shí)效處理至最終或中間回火?？赡茉谧罱K時(shí)效處理之前或之后、甚至在固溶熱處理之前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行成型或機(jī)加工成最終或中間結(jié)構(gòu)。
發(fā)明詳述商業(yè)飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)件具有不同的性能組合。但當(dāng)一種合金被加工成不同的產(chǎn)品形式(也就是片材、板材、厚板，鍛件或擠壓型材等)、并用于多種結(jié)構(gòu)部件，其中該部件在使用壽命內(nèi)具有不同負(fù)載序列并因此滿(mǎn)足所有這些產(chǎn)品形式對(duì)材料的不同要求，這時(shí)該合金必須是無(wú)比通用的。
對(duì)于機(jī)身薄片產(chǎn)品而言材料的重要性能是拉伸載荷下的破壞容限性能(即FCGR，斷裂韌性和耐腐蝕性)。
對(duì)于大型商業(yè)噴氣式飛機(jī)的下翼蒙皮而言，材料的重要性能與機(jī)身薄片的要求類(lèi)似，但飛機(jī)制造商特別希望有更高的抗拉強(qiáng)度。此外疲勞壽命也是一項(xiàng)主要的材料性能。
由于飛機(jī)在寒冷的高空飛行，在商業(yè)飛行器的新設(shè)計(jì)中，零下65°F的斷裂韌性是一個(gè)考慮因素。其它需要的特性包括時(shí)效可成型性，可以通過(guò)該性能使材料在人工時(shí)效期間成型，以及在抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和抗剝離腐蝕方面的良好腐蝕性能。
對(duì)于上翼蒙皮產(chǎn)品而言重要的材料性能是壓縮載荷下的性能，即抗壓屈服強(qiáng)度、疲勞壽命和耐腐蝕性。
對(duì)于由厚板機(jī)加工的部件材料的重要性能取決于該機(jī)加工的部件。但一般來(lái)說(shuō)，材料性能在厚度方向上的梯度必須很小而且諸如強(qiáng)度、斷裂韌性、抗疲勞和耐腐蝕性的材料性能必須在高的水平上。
本發(fā)明針對(duì)于一種合金組成，當(dāng)該合金組成被加工成諸如片材、板材和厚板等但又不局限于這些的產(chǎn)品時(shí)，將滿(mǎn)足或超過(guò)要求的材料性能。該產(chǎn)品的性能平衡將優(yōu)于由現(xiàn)有商業(yè)使用合金生產(chǎn)的產(chǎn)品。
非常意外地發(fā)現(xiàn)，在A(yíng)A7000范圍內(nèi)的化學(xué)成分范圍可以滿(mǎn)足這種獨(dú)特要求，這是以前從未發(fā)現(xiàn)的。
本發(fā)明源于對(duì)與不同水平和類(lèi)型的分散體形成劑(例如Zr、Cr、Sc、Mn)結(jié)合的Cu、Mg和Zn的含量對(duì)加工過(guò)程中所形成的相的影響的研究。將這些合金中的一部分加工成薄片和板材并檢測(cè)抗拉強(qiáng)度、Kahn-撕裂韌性和耐腐蝕性。通過(guò)對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，具有某一范圍內(nèi)的化學(xué)組成的鋁合金對(duì)于薄片、板材、厚板、擠壓件和鍛件均表現(xiàn)出良好的性能。
本發(fā)明另一方面提供了一種制造本發(fā)明所述鋁合金產(chǎn)品的方法。生產(chǎn)具有良好耐腐蝕性的高強(qiáng)度、高韌性AA7000系列合金產(chǎn)品的方法包含以下加工步驟a)鑄造具有本說(shuō)明中所述組成的鑄錠；b)在鑄造后均勻化和/或預(yù)熱鑄錠；c)通過(guò)選自軋制、擠壓和鍛造的一種或多方法將鑄錠熱加工成預(yù)加工產(chǎn)品；d)可選再次加熱該預(yù)加工產(chǎn)品并或者，e)熱加工和/或冷加工成要求的工件形式；f)在使合金中基本上所有可溶組分進(jìn)入固溶體的足夠的溫度和時(shí)間下，對(duì)成型的工件進(jìn)行固溶熱處理(SHT)；g)通過(guò)噴液淬火或者在水或其它淬火介質(zhì)中浸沒(méi)淬火中的一種對(duì)固溶熱處理后的工件進(jìn)行淬火；h)可選地，對(duì)淬火后的工件進(jìn)行拉伸或壓縮或其它冷加工以便釋放應(yīng)力，例如對(duì)薄片產(chǎn)品進(jìn)行矯平；i)對(duì)淬火和選擇地拉伸、壓縮后的工件進(jìn)行人工時(shí)效以獲得需要的回火，例如選自T6、T74、T76、T751、T7451、T7651、T77和T79中的回火。
可通過(guò)熔化然后直接冷硬(D.C.)鑄造成鑄錠或其它合適的鑄造技術(shù)常規(guī)制備本發(fā)明的合金。典型通過(guò)一步或多步進(jìn)行均勻化處理，每步具有優(yōu)選的溫度范圍460～490℃。預(yù)熱溫度涉及將軋制鑄錠加熱至熱軋機(jī)入口溫度，其典型溫度范圍是400～460℃?？赏ㄟ^(guò)選自軋制、擠壓和鍛造中的一種或幾種方法來(lái)進(jìn)行合金產(chǎn)品的熱加工。對(duì)于本合金，優(yōu)選進(jìn)行熱軋。固溶熱處理的溫度典型與均勻化使用的溫度范圍相同，盡管可選擇稍短的保溫時(shí)間。
在本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，人工時(shí)效步驟i)包含在105～135℃溫度范圍內(nèi)優(yōu)選進(jìn)行2～20小時(shí)的第一次時(shí)效步驟，和在135～210℃溫度范圍內(nèi)優(yōu)選進(jìn)行4～20小時(shí)的第二次時(shí)效步驟。在另外一個(gè)實(shí)施方案中，可在105～135℃溫度范圍內(nèi)優(yōu)選進(jìn)行20～30小時(shí)的第三次時(shí)效步驟。
無(wú)論產(chǎn)生怎樣的厚度，均獲得了出人意料的優(yōu)異性能平衡。厚度最大1.5英寸的片材其性能非常適合于機(jī)身薄片，并優(yōu)選厚度最大1英寸。厚度范圍0.7～3英寸的薄板材其性能非常適合于機(jī)翼板材，例如下機(jī)翼板材。薄板材厚度范圍還可用于桁條或構(gòu)造用于飛行器機(jī)翼結(jié)構(gòu)的完整翼片和桁條。進(jìn)行更多峰值時(shí)效處理的材料將提供優(yōu)異的上翼板，反之進(jìn)行更多略微更多過(guò)時(shí)效處理將為下翼板提供優(yōu)異的性能。當(dāng)被加工為大于2.5至約11英寸或更厚的較厚規(guī)格時(shí)，將會(huì)得到優(yōu)良的性能，適宜用于由板材加工成的整體部件，或構(gòu)造用于飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的整體翼梁，或構(gòu)造用于機(jī)翼結(jié)構(gòu)的肋材。較厚規(guī)格產(chǎn)品也可用作工具板或模具板，例如用于通過(guò)比如模鑄或注塑制造成型塑料制品的模具。當(dāng)給出上文的厚度范圍時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)地認(rèn)識(shí)到其是采用薄片、薄板材或厚板生產(chǎn)的合金產(chǎn)品的最厚剖面點(diǎn)的厚度。本發(fā)明所述合金產(chǎn)品也可以是用于飛行器結(jié)構(gòu)的階段式擠壓件或擠壓成型翼梁形式，或是用于飛行器機(jī)翼結(jié)構(gòu)的鍛壓翼梁形式。出人意料的是，可以用單一化學(xué)成分的一種合金制造所有這些具有優(yōu)異性能的產(chǎn)品。
在由2.5英寸或更厚的本發(fā)明所述合金產(chǎn)品生產(chǎn)諸如肋材的結(jié)構(gòu)件的實(shí)施方案中，相對(duì)于A(yíng)A7050鋁合金的結(jié)構(gòu)件其延伸率得到了提高。特別是ST試驗(yàn)方向的延伸率(或A50)為5％或更高，最好的結(jié)果是5.5％或更高。
另外，在由2.5英寸或更厚的本發(fā)明所述合金產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件的實(shí)施方案中，室溫下在L-T測(cè)試方向該部件具有斷裂韌性Kapp，當(dāng)使用16英寸中心開(kāi)裂面板(M(T)或CC(T))按照ASTM E561在S/4處測(cè)試時(shí)與采用AA7050鋁合金制造的部件相比至少提高20％，在最好的例子中發(fā)現(xiàn)提高了25％或更高。
在對(duì)合金產(chǎn)品進(jìn)行擠壓的實(shí)施方案中，優(yōu)選將合金產(chǎn)品擠壓成其最厚截面處的厚度最大為10mm，優(yōu)選在1～7mm的范圍內(nèi)的板型。然而，擠壓形式的合金產(chǎn)品也可以代替厚板材料，后者通常通過(guò)高速機(jī)加工和銑削技術(shù)加工成成型結(jié)構(gòu)部件。本實(shí)施方案中擠壓合金產(chǎn)品的最厚截面處的厚度優(yōu)選為2～6英寸。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是說(shuō)明本發(fā)明合金的Cu-Mg范圍的Mg-Cu示圖，同時(shí)給出了較窄的優(yōu)選范圍；圖2是本發(fā)明合金產(chǎn)品與幾個(gè)參照物的斷裂韌性與抗拉屈服強(qiáng)度關(guān)系對(duì)比示圖；圖3是30mm規(guī)格的本發(fā)明合金產(chǎn)品與兩個(gè)參照物的斷裂韌性與抗拉屈服強(qiáng)度關(guān)系對(duì)比示圖；圖4是使用不同加工途徑的本發(fā)明合金產(chǎn)品的平面應(yīng)變斷裂韌性與抗拉屈服強(qiáng)度關(guān)系的對(duì)比示圖。
圖1圖解顯示了從屬權(quán)利要求2-4中所述的優(yōu)選實(shí)施方案中本發(fā)明合金中Cu和Mg的范圍。圖中還給出了兩個(gè)較窄的更優(yōu)選范圍。該范圍也可以通過(guò)使用六邊形框的頂點(diǎn)A、B、C、D、E和F來(lái)確定。優(yōu)選范圍可使用A`～F`確定，更優(yōu)選范圍可使用A``～F``確定。各點(diǎn)坐標(biāo)列于表1中。在圖1中還以單個(gè)點(diǎn)的形式給出了下文實(shí)施例中本發(fā)明合金的組成。
表1本發(fā)明合金產(chǎn)品優(yōu)選范圍的Cu-Mg范圍的頂點(diǎn)坐標(biāo)(重量百分比)。
實(shí)施例實(shí)施例1以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模鑄造合金以便證明本發(fā)明的原理，并加工為4.0mm片材或30mm的板材。合金組成列于表2中，對(duì)于所有鑄錠Fe＜0.06，Si＜0.04，Ti為0.01，余量為Al。從約12kg的圓形實(shí)驗(yàn)室鑄錠上鋸下大約80×80×100mm(高×寬×長(zhǎng))的軋制坯料。鑄錠的均勻化是在460±5℃下大約12小時(shí)，接著在475±5℃下大約24小時(shí)，接著在空氣中緩冷以模仿工業(yè)均勻化工藝。將軋制鑄錠在410±5℃下預(yù)熱大約6小時(shí)。在大約40～50mm的中間厚度范圍，在410±5℃下重新加熱坯塊。部分坯塊被熱軋為30mm的最終規(guī)格，其余被熱軋為4.0mm的最終規(guī)格。在整個(gè)熱軋過(guò)程中，注意模仿工業(yè)規(guī)模的熱軋。對(duì)熱軋產(chǎn)品進(jìn)行固溶熱處理和淬火。絕大多數(shù)在水中進(jìn)行淬火，但部分也在油中淬火以模仿6英寸厚的板材的中間和四分之一厚度的淬火速度。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大約1.5％的冷拉伸以釋放殘余應(yīng)力。對(duì)合金的時(shí)效行為進(jìn)行了研究。將最終產(chǎn)品過(guò)時(shí)效至近峰時(shí)效強(qiáng)度(例如T76或T77回火)。
參照EN10.002進(jìn)行了抗拉特性測(cè)試。從4mm厚片材上取得的抗拉試樣是4mm厚的平整EURO-NORM試樣。從30mm板材上取行的抗拉試樣是從中間厚度處取得的圓形抗拉試樣。表1中抗拉試驗(yàn)結(jié)果是L-向的。根據(jù)ASTM B871-96測(cè)試Kahn-斷裂韌性。表2中的結(jié)果的測(cè)試方向是T-L向的?？赏ㄟ^(guò)用Kahn-撕裂測(cè)試得到的撕裂強(qiáng)度除以抗拉屈服強(qiáng)度(“TS/Rp”)得到所謂的切口韌性。本領(lǐng)域中眾所周知，這一來(lái)自Kahn-撕裂測(cè)試的典型結(jié)果是斷裂韌性的一個(gè)良好標(biāo)志。同時(shí)由Kahn-撕裂測(cè)試獲得的單位擴(kuò)散能(“UPE”)，是裂紋擴(kuò)展所需要的能量。據(jù)認(rèn)為UPE越高，裂紋越難擴(kuò)展，這是材料需要的性能。
為證明具有良好的抗腐蝕性能，參照ASTM G34-97測(cè)量時(shí)抗剝落腐蝕性能(“EXCO”)應(yīng)至少為“EA”或更好。參照MIL-H-6088測(cè)試時(shí)優(yōu)選不出現(xiàn)晶粒間腐蝕(“IGC”)。出現(xiàn)一些點(diǎn)蝕是可以接受的，但仍?xún)?yōu)選不出現(xiàn)。
為了得到適用于多種產(chǎn)品的有希望的候選合金，它必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下符合以下要求抗拉屈服強(qiáng)度至少510MPa，極限強(qiáng)度至少560MPa，切口韌性至少1.5且UPE至少200KJ/m2。表2中還列出作為一些處理工藝的函數(shù)的不同合金的測(cè)試結(jié)果。
為了滿(mǎn)足所有要求的材料性能，對(duì)合金的化學(xué)成分進(jìn)行了仔細(xì)的權(quán)衡。按照當(dāng)前的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Cu、Mg和Zn含量過(guò)高對(duì)韌性和抗腐蝕性能是有害的。反之，發(fā)現(xiàn)過(guò)低對(duì)于高的強(qiáng)度水平是有害的。
表2
表2續(xù)上
但是，非常意外的是，更高的鋅含量水平能提高韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力。因此，希望使用較高鋅含量水平并將這些與較低的鎂和銅含量水平結(jié)合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋅含量不應(yīng)低于6.5％，且優(yōu)選不低于6.7％，且更優(yōu)選不低于6.9％。
需要鎂以獲得合格的強(qiáng)度水平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鎂/鋅的比值約為0.27或更低時(shí)具有最佳強(qiáng)度-韌性組合。然而，鎂含量水平不應(yīng)超過(guò)2.2％，并且優(yōu)選不超過(guò)2.1％，并且甚至更優(yōu)選不超過(guò)1.97％，更優(yōu)選的上限水平為1.95％。該上限值低于傳統(tǒng)的AA-范圍或現(xiàn)在使用的商業(yè)航空合金如AA7050，AA7010，和AA7075的范圍。
為了獲得一個(gè)需要的極高抗裂紋擴(kuò)展性能(或UPE)必須仔細(xì)平衡Mg含量，且優(yōu)選與Cu含量水平處于相同量級(jí)或稍高，且優(yōu)選(0.9×Mg-0.6)≤Cu≤(0.9×Mg+0.05)。Cu含量不應(yīng)太高。已發(fā)現(xiàn)Cu含量不應(yīng)高于1.9％，優(yōu)選不高于1.80％，更優(yōu)選不高于1.75％。
用于A(yíng)A7xxx系列合金的分散體形成劑典型是Cr，例如用在A(yíng)A7×75中；或Zr，例如用在A(yíng)A7×50和AA7×10中。通常認(rèn)為Mn對(duì)韌性是有害的，但大大出乎我們意料的是，Mn和Zr的組合仍顯示出非常好的強(qiáng)度-韌性平衡。
實(shí)施例2以工業(yè)規(guī)模通過(guò)DC鑄造生產(chǎn)一批厚度為440mm的全尺寸軋制鑄錠，其化學(xué)組成(重量百分比)為7.43％的Zn，1.83％的Mg，1.48％的Cu，0.08％的Zr，0.02％的Si和0.04％的Fe，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。對(duì)這些鑄錠中的一個(gè)進(jìn)行修整，并進(jìn)行12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃+空冷至環(huán)境溫度的均勻化處理。對(duì)該鑄錠進(jìn)行了8小時(shí)/410℃的預(yù)熱然后熱軋至大約65mm。然后將軋制坯塊旋轉(zhuǎn)90度并進(jìn)一步熱軋至大約10mm。最后將軋制坯塊冷軋至5.0mm規(guī)格。在475℃下對(duì)所得薄片進(jìn)行約40分鐘的固溶熱處理，緊接著進(jìn)行噴水淬火。所得的片材通過(guò)1.8％左右的冷拉釋放應(yīng)力。產(chǎn)生兩種時(shí)效變體變體A5小時(shí)/120℃+9小時(shí)/155℃；變體B5小時(shí)/120℃+9小時(shí)/165℃。
參照EN10.002測(cè)量了抗拉結(jié)果。參照ASTM E9-89a測(cè)量了抗壓屈服強(qiáng)度(“CYS”)。參照ASTM B831-93測(cè)量了剪切強(qiáng)度。參照ASTM E561-98在16英寸寬中心開(kāi)裂板[M(T)或CC(T)]測(cè)量了斷裂韌性Kapp。在室溫(RT)和-65°F下測(cè)量Kapp。作為參照，對(duì)一種高破壞容限(“HDT”)的AA2×24-T351也進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果列于表3。
表3
參照ASTM G34-97測(cè)試了抗剝落腐蝕性能。變體A和變體B均表現(xiàn)為EA級(jí)。
參照MIL-H-6088測(cè)得的變體A的晶粒間腐蝕為大約70μm，變體B的晶粒間腐蝕為大約45μm。兩者均明顯小于參照合金AA2×24-T351的典型的200μm。
從表3中可以看出本發(fā)明合金有了很大的進(jìn)步。在相當(dāng)甚至更高的斷裂韌性水平上強(qiáng)度有了明顯的提高。本發(fā)明合金在-65°F的低溫下也優(yōu)于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的高破壞容限機(jī)身合金AA2×24-T351。應(yīng)注意的是本發(fā)明合金的耐腐蝕性也明顯優(yōu)于A(yíng)A2×24-T351。
參照ASTM E647-99在4英寸寬且R比率為0.1的壓應(yīng)力板[C(T)]上測(cè)量了疲勞裂紋擴(kuò)展率(“FCGR”)。表3中比較了本發(fā)明合金和高破壞容限AA2×24-T351在ΔK＝27.5ksi.in0.5(大約30MPa.m0.5)應(yīng)力范圍內(nèi)每周期的da/dn。
從表4中的結(jié)果可以明顯看出本發(fā)明合金在裂紋擴(kuò)展方面的性能優(yōu)于高破壞容限AA2×24-T351。
表4ΔK＝27.5ksi.in0.5應(yīng)力范圍內(nèi)每周期的裂紋擴(kuò)展
實(shí)施例3將從實(shí)施例2中那批DC鑄件中取出的另一個(gè)全尺寸鑄錠制造成6英寸厚的板材。同樣對(duì)該鑄錠進(jìn)行修整，并進(jìn)行12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃+空冷至環(huán)境溫度的均勻化。對(duì)該鑄錠進(jìn)行了8小時(shí)/410℃的預(yù)熱然后熱軋至大約152mm。在475℃下對(duì)得到的熱軋板進(jìn)行約7小時(shí)的固溶熱處理，接著進(jìn)行噴水淬火。該板材通過(guò)2.0％左右的冷拉消除應(yīng)力。進(jìn)行了幾種不同的兩步時(shí)效處理。
參照EN 10.002測(cè)量了抗拉結(jié)果。試樣取自T/4處。參照ASTM E399-90測(cè)量了平面應(yīng)變斷裂韌性Kq。如果符合ASTM E399-90給出的有效性要求，這些Kq值就是真正的材料性能并稱(chēng)為K1C。在室溫(“RT”)下測(cè)得K1c。參照ASTM G34-97測(cè)試了抗剝落腐蝕性能。其結(jié)果列于表5。表5中所示的所有時(shí)效變體均為“EA”級(jí)。
在圖2中給出了與US-2002/0150498-A1的表2中所示結(jié)果的比較，這里引用該專(zhuān)利作為參考文獻(xiàn)。在該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，給出了一個(gè)相似的產(chǎn)品的實(shí)施例(實(shí)施例1)，但具有不同的化學(xué)成分并稱(chēng)為了淬火敏感性而進(jìn)行了最優(yōu)化。本發(fā)明合金中，我們得到了與這個(gè)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中相似的抗拉強(qiáng)度與韌性的平衡。然而，本發(fā)明的合金顯示出至少更好的EXCO性能。
另外，本發(fā)明合金的延展率也優(yōu)于US-2002/0150498-A1的表2中公開(kāi)的合金的延展率。當(dāng)加工成6英寸厚板時(shí)，本發(fā)明合金整體性能的平衡優(yōu)于US-2002/0150498-A1中公開(kāi)的合金。圖2中也給出了AA7050/7010合金(見(jiàn)AIMS03-02-022，2001年12月)、AA7050/7040合金(見(jiàn)AIMS 03-02-019，2001年9月)和AA7085合金(見(jiàn)AIMS 03-02-025，2002年9月)的75～220mm的厚規(guī)格的數(shù)據(jù)。
表5
實(shí)施例4將取自實(shí)施例2中那批DC鑄件的另一個(gè)全尺寸鑄錠分別制造成厚度為63.5mm和30mm的板材。對(duì)該鑄錠進(jìn)行修整，并進(jìn)行了12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃+空冷至環(huán)境溫度的均勻化。對(duì)該鑄錠進(jìn)行了8小時(shí)/410℃的預(yù)熱然后分別熱軋至63.5mm和30mm。在475℃下對(duì)得到的熱軋板進(jìn)行約2～4小時(shí)的固溶熱處理(SHT)，緊接著進(jìn)行噴水淬火。對(duì)63.5mm和30mm板材分別進(jìn)行1.7％和2.1％的冷拉以釋放應(yīng)力。進(jìn)行了幾種不同的兩步時(shí)效處理。
參照EN 10.002測(cè)量了抗拉結(jié)果。參照ASTM E399-90在CT試樣上測(cè)得了平面應(yīng)變斷裂韌性Kq。如果符合ASTM E399-90給出的有效性要求，這些Kq值就是真正的材料性能并稱(chēng)為斷裂韌性K1C。在室溫(“RT”)下測(cè)得K1c。參照ASTMG34-97測(cè)試了EXCO抗剝落腐蝕性能。結(jié)果列于表6。表6中所示的所有時(shí)效變體均為“EA”級(jí)。
表6
表7中給出了該領(lǐng)域商業(yè)上翼合金的現(xiàn)有水平的值，并且是根該材料供應(yīng)商的典型值(合金7150-T7751板材和7150-T77511擠壓件，Alcoa Millproducts.Inc.，ACRP-069-B)。
表7ALCOA技術(shù)表單提供的關(guān)于A(yíng)A7150-T77和AA7055-T77的典型數(shù)據(jù)，均為25mm板材。
在圖3中給出了本發(fā)明合金與AA7150-T77和AA7055-T77合金的對(duì)比。從圖3中可以清楚地看到本發(fā)明合金的抗拉與韌性的平衡優(yōu)于商品合金AA7150-T77，也優(yōu)于A(yíng)A7055-T77。
實(shí)施例5將取自實(shí)施例2中那批DC鑄件的另一個(gè)全尺寸鑄錠(以下的實(shí)施例5中稱(chēng)為“合金A”)加工成20mm厚的板材。還制備了另一個(gè)鑄錠(本實(shí)施例中稱(chēng)為“合金B(yǎng)”)，其化學(xué)組成(重量百分比)為7.39％的Zn，1.66％的Mg，1.59％的Cu，0.08％的Zr，0.03％的Si和0.04％的Fe，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。對(duì)這些鑄錠進(jìn)行修整，并進(jìn)行了12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃+空冷至環(huán)境溫度的均勻化。對(duì)于進(jìn)一步的加工，采用了三種不同的工藝路線(xiàn)。
路線(xiàn)1對(duì)合金A和B的鑄錠進(jìn)行6小時(shí)/420℃預(yù)熱然后熱軋至大約20mm。
路線(xiàn)2對(duì)合金A的鑄錠進(jìn)行6小時(shí)/460℃預(yù)熱然后熱軋至大約20mm。
路線(xiàn)3對(duì)合金B(yǎng)的鑄錠進(jìn)行6小時(shí)/420℃預(yù)熱然后熱軋至大約24mm，隨后將這些板材冷軋至20mm。
因此，生產(chǎn)出四個(gè)變體，分別以A1、A2、B1和B3表示。對(duì)得到的板材在475℃下進(jìn)行約2～4小時(shí)的固溶熱處理，隨后進(jìn)噴水淬火。對(duì)板材通過(guò)2.1％左右的冷拉釋放應(yīng)力。進(jìn)行了幾種不同的兩步時(shí)效處理，其中例如“120-5/150-10”表示120℃下保溫5小時(shí)接著150℃下保溫10小時(shí)。
參照EN 10.002測(cè)得了抗拉結(jié)果。參照ASTM E399-90在CT試樣上測(cè)得了平面應(yīng)變斷裂韌性Kq。如果符合ASTM E399-90給出的有效性要求，這些Kq值就是真正的材料性能并稱(chēng)為K1C或K1C。應(yīng)注意本實(shí)施例中絕大部分的斷裂韌性測(cè)試在試樣厚度方面不符合有效性標(biāo)準(zhǔn)。報(bào)出的Kq值相對(duì)于K1C比較保守，換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)滿(mǎn)足ASTM E399-90中與試樣尺寸相關(guān)的有效性要求時(shí)，報(bào)出的Kq值一般低于測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)K1C值。參照ASTM G34-97測(cè)試了抗剝落腐蝕性能。結(jié)果列于表8。如表8所示，所有時(shí)效變體均顯示出“EA”等級(jí)的抗剝落腐蝕性能。
表8的結(jié)果以圖的形式顯示在圖4中。在圖4中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行值線(xiàn)擬合以獲得A1、A2、B1和B3間區(qū)別的印象。從圖中可以清楚地看到，當(dāng)比較A1和B1時(shí)，合金A和合金B(yǎng)具有相似的強(qiáng)度與韌性的相對(duì)特性?？赏ㄟ^(guò)B3(也就是冷軋至最終厚度)或A2(也就是在更高溫度下預(yù)熱)獲得最好的強(qiáng)度與韌性對(duì)應(yīng)。還要注意的是表8中的結(jié)果與表7中列出的AA7150-T77和AA7055-T77相比顯示出顯著更好的強(qiáng)度相對(duì)于韌性的平衡。
表8
實(shí)施例6以工業(yè)規(guī)模通過(guò)DC鑄造來(lái)鑄造厚度為440mm的兩種合金，并加工成4mm厚的片材制品。合金組成列于表9中，其中合金B(yǎng)代表本發(fā)明的一個(gè)合金產(chǎn)品為片材形式的優(yōu)選實(shí)施方案的合金組成。
對(duì)這些鑄錠進(jìn)行了修整，并進(jìn)行了12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃的均勻化然后熱軋至65mm的中間規(guī)格并最終熱軋至大約9mm。最后將熱軋中間產(chǎn)品冷軋至4mm規(guī)格。得到的薄片產(chǎn)品在475℃下進(jìn)行約20分鐘的固溶熱處理，緊接著進(jìn)行噴水淬火。對(duì)得到的薄片進(jìn)行2％左右的冷拉釋放應(yīng)力。接著對(duì)拉伸后的薄片進(jìn)行5小時(shí)/120℃+8小時(shí)/165℃的時(shí)效處理。類(lèi)似于實(shí)施例1，測(cè)試了機(jī)械性能，結(jié)果列于表10中。
這個(gè)全尺寸試驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)了實(shí)施例1的結(jié)果，即在規(guī)定范圍內(nèi)主動(dòng)添加Mn能明顯改善薄片產(chǎn)品的韌性(UPE和Ts/Rp)從而得到非常好和理想的強(qiáng)度-韌性平衡。
表9測(cè)試合金的化學(xué)組成，余量為雜質(zhì)和鋁
表10兩個(gè)測(cè)試方向上測(cè)得的合金產(chǎn)品的機(jī)械性能
實(shí)施例7以工業(yè)規(guī)模通過(guò)DC鑄造來(lái)鑄造厚度為440mm的兩種合金并加工成152mm厚的板材產(chǎn)品。合金組成列于表11中，其中合金C代表屬于A(yíng)A7050系列范圍的典型合金，且合金D代表依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案其中合金產(chǎn)品為板材形式也就是厚板時(shí)的合金組成。
對(duì)這些鑄錠進(jìn)行修整，并進(jìn)行了兩步的12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃的均勻化然后空冷至環(huán)境溫度。對(duì)鑄錠進(jìn)行了8小時(shí)/410℃的預(yù)熱然后熱軋至最終規(guī)格。對(duì)所得板材在475℃下進(jìn)行了約6小時(shí)的固溶熱處理，緊接著進(jìn)行噴水淬火。對(duì)所得的板材通過(guò)2％左右的冷拉釋放應(yīng)力。接著使用兩步時(shí)效處理時(shí)拉伸后的板材進(jìn)行時(shí)效，第一步是5小時(shí)/120℃，接著是12小時(shí)/165℃。類(lèi)似于實(shí)旋例3測(cè)試了三個(gè)方向上的機(jī)械性能，結(jié)果列于表12和表13中。L和LT測(cè)試方向使用的試樣取自板材S/4處且ST測(cè)試方向的試樣取自板材S/2處。使用160mm寬的中心斷裂且磨削后厚度為6.3mm的面板在L-T方向上、S/2和S/4處測(cè)定Kapp。這些Kapp是依照ASTM E561在室溫下進(jìn)行測(cè)定的。SCC的標(biāo)識(shí)“ok”代表在180MPa/45天測(cè)試中未發(fā)生失效。
從表12和13的結(jié)果中可以看出，本發(fā)明合金與AA7050合金相比具有相似的耐腐蝕性，強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度)與AA7050合金相當(dāng)或稍微好一些，特別是在ST方向上。但更重要的是本發(fā)明合金在ST方向的延伸率(或A50)表現(xiàn)出顯著更好的測(cè)試結(jié)果。延伸率(或A50)，特別是在ST方向上的延伸率，是用在飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的其它肋之中一個(gè)重要的工程參數(shù)。本發(fā)明所述合金產(chǎn)品此外在斷裂韌性(K1C和Kapp)方面表現(xiàn)出顯著的提高。
表11測(cè)試合金的化學(xué)組成，余量為鋁和雜質(zhì)
表12三個(gè)測(cè)試方向上的板材的抗拉測(cè)試結(jié)果
表13所測(cè)試板材的其它性能
實(shí)施例8以工業(yè)規(guī)模通過(guò)DC鑄造來(lái)鑄造厚度為440mm的兩種合金并加工成63.5mm厚的板材產(chǎn)品。合金組成列于表14中，其中合金F代表依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案當(dāng)合金產(chǎn)品為機(jī)翼板材形式時(shí)的合金組成。
對(duì)這些鑄錠進(jìn)行修整，并進(jìn)行了兩步的12小時(shí)/470℃+24小時(shí)/475℃的均勻化然后空冷至環(huán)境溫度。對(duì)鑄錠進(jìn)行了8小時(shí)/410℃預(yù)熱然后熱軋至最終規(guī)格。對(duì)所得板材在475℃下進(jìn)行了約4小時(shí)的固溶熱處理，緊接著進(jìn)行噴水淬火。對(duì)所得的板材進(jìn)行2％左右的冷拉。接著使用兩步時(shí)效處理對(duì)拉伸后的板材進(jìn)行處理，第一步是5小時(shí)/120℃，接著是10小時(shí)/155℃。
類(lèi)似于實(shí)施例3測(cè)試了三個(gè)方向上的機(jī)械性能，結(jié)果列于表15中。試樣取自T/2處。兩種合金的抗剝落腐蝕(EXCO)測(cè)試結(jié)果均為“EB”。
從表15的結(jié)果中可以看出主動(dòng)添加Mn會(huì)提高抗拉性能。但最重要的是ST-方向上的性能，特別是延伸率(或A50)得到了明顯提高。在ST方向上的延伸率(或A50)，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件例如機(jī)翼板材的一個(gè)重要工程參數(shù)。
表14測(cè)試合金的化學(xué)組成，余量為鋁和雜質(zhì)
表15三個(gè)測(cè)試方向上所測(cè)試產(chǎn)品的機(jī)械性能
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了完整的描述，顯然在不背離上文所述的本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠做出多種改變和調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種具有高的強(qiáng)度、斷裂韌性和良好耐腐蝕性的鋁合金產(chǎn)品，所述合金主要包含，以重量百分比計(jì)Zn 6.5～9.5Mg 1.2～2.2Cu 1.0～1.9Fe ＜0.3，優(yōu)選＜0.14Si ＜0.20，優(yōu)選＜0.12可選包含下列成分中的一種或多種Zr ＜0.5Sc ＜0.7Cr ＜0.4Hf ＜0.3Mn ＜0.8Ti ＜0.4V ＜0.4，和其它雜質(zhì)或附帶元素每種＜0.05，總量＜0.15，且余量為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金產(chǎn)品，其中[(0.9×Mg)-0.6]≤Cu≤[(0.9×Mg)+0.05]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金產(chǎn)品，其中[(0.9×Mg)-0.5]≤Cu≤
。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金產(chǎn)品，其中[(0.9×Mg)-0.5]≤Cu≤[(0.9×Mg)-0.1]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中Zn 6.5～7.9Mg 1.4～2.10Cu 1.2～1.80。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁合金產(chǎn)品，其中Zn 6.5～7.9Mg 1.4～1.95Cu 1.2～1.75。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鋅含量的下限值為6.7％，優(yōu)選6.9％。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鋯含量的范圍最高為0.3％，優(yōu)選最高為0.15％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鋯含量的范圍是0.04～0.15％，優(yōu)選0.04％～0.11％。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鉻含量的范圍最高為0.3％，優(yōu)選最高為0.15％。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鉻含量的范圍是0.04～0.15％。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中錳含量的范圍最高為0.02％，優(yōu)選最高為0.01％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中錳含量的范圍是0.05～0.30％。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中鎂含量至少為1.90％，優(yōu)選至少1.92％。
15.如權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7Mg 1.79～1.92Cu 1.43～1.52Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06-0.10Mn ＜0.02Si ＜0.07Fe ＜0.08Ti ＜0.05優(yōu)選＜0.01，每種雜質(zhì)＜0.05，總量＜0.15，且余量為鋁。
16.如權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7Mg 1.79～1.92Cu 1.43～1.52Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06～0.10Mn 0.05～0.19，優(yōu)選0.09～0.19Si ＜0.07Fe ＜0.08Ti ＜0.05優(yōu)選＜0.01，每種雜質(zhì)＜0.05，總量＜0.15，且余量為鋁。
17.如權(quán)利要求1～14中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7Mg 1.90～1.97，優(yōu)選1.92～1.97Cu 1.43～1.52Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06～0.10Mn ＜0.02，優(yōu)選＜0.01Si ＜0.07Fe ＜0.08Ti ＜0.05優(yōu)選＜0.01，每種雜質(zhì)＜0.05，總量＜0.15，且余量為鋁。
18.如權(quán)利要求1～14中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該合金的基本組成為，以重量百分比計(jì)Zn 7.2～7.7Mg 1.90～1.97，優(yōu)選1.92～1.97Cu 1.43～1.52Zr或Cr 0.04～0.15，優(yōu)選0.06～0.10Mn 0.05～0.19，優(yōu)選0.09～0.19Si ＜0.07Fe ＜0.08Ti ＜0.05優(yōu)選＜0.01，每種雜質(zhì)＜0.05，總量＜0.15，且余量為鋁。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品具有“EB”或更好的EXCO抗剝落腐蝕性能，并優(yōu)選具有“EA”級(jí)或更好的EXCO抗剝落腐蝕性能。
20.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品的形式為片材、板材、鍛件或擠壓件。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品是作為航空結(jié)構(gòu)部件的一部分的片材、板材、鍛件或擠壓件的形式。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品是機(jī)身薄板、上翼板、下翼板、用于機(jī)械加工的零件的厚板、鍛件或用于桁條的薄片。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品在其最厚的剖面點(diǎn)處的厚度范圍為0.7～3英寸。
24.根據(jù)權(quán)利要求1～22中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品的厚度小于1.5英寸，并且優(yōu)選厚度小于1.0英寸。
25.如權(quán)利要求1～22中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品的厚度大于2.5英寸，并且優(yōu)選的厚度范圍為2.5～11英寸。
26.一種用于商業(yè)噴氣式飛機(jī)的鋁合金結(jié)構(gòu)部件，所述結(jié)構(gòu)部件由權(quán)利要求1～24中任一項(xiàng)所述的鋁合金產(chǎn)品制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的厚鋁合金板產(chǎn)品制成的模具板。
27.生產(chǎn)高強(qiáng)度，高韌性、具有良好抗腐蝕性能的AA7xxx系列合金產(chǎn)品的方法，該方法包括以下工藝步驟a)鑄造具有如權(quán)利要求1～17中任一項(xiàng)所述的組成的鑄錠；b)對(duì)鑄造后的鑄錠進(jìn)行均勻化和/或預(yù)熱；c)通過(guò)選自軋制、擠壓和鍛造中的一種或多種方法，將鑄錠熱加工成預(yù)加工產(chǎn)品；d)可選地對(duì)預(yù)加工產(chǎn)品進(jìn)行再加熱，并或者，e)熱加工和/或冷加工成需要的工件形式；f)對(duì)所述成型工件進(jìn)行固溶熱處理，處理的溫度和時(shí)間足以將合金中基本上所有的可溶性組分置于固溶體中；g)采用噴液淬火，或在水中或其它淬火介質(zhì)中進(jìn)行浸淬的一種對(duì)已進(jìn)行固溶熱處理的工件淬火；h)可選地對(duì)已淬火的工件進(jìn)行拉伸或壓制處理；i)對(duì)已淬火以及可選地經(jīng)過(guò)拉伸或壓制的工件進(jìn)行人工時(shí)效處理，以便獲得所需的回火。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成機(jī)身板。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成厚度小于1.5英寸的機(jī)身板。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成下翼板。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成上翼板。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成擠壓產(chǎn)品。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成鍛造產(chǎn)品。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成厚度范圍為0.7～3英寸的薄板。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)方法，其中將所述的合金產(chǎn)品加工成厚度最高達(dá)11英寸的厚板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁合金產(chǎn)品，該合金的基本組成為，以重量％計(jì)，約6.5～9.5的鋅(Zn)，約1.2～2.2％鎂(Mg)，約1.0～1.9％銅(Cu)，優(yōu)選(0.9Mg－0.6)≤Cu≤(0.9Mg+0.05)，約0～0.5％鋯(Zr)，約0～0.7％鈧(Sc)，約0～0.4％鉻(Cr)，約0～0.3％鉿(Hf)，約0～0.4％鈦(Ti)，約0～0.8％的錳(Mn)，余量為鋁和其他附帶元素。本發(fā)明還涉及該合金的制造方法。
文檔編號(hào)C22F1/053GK1780926SQ200480009566
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者R·貝內(nèi)迪克特斯, C·J·凱德?tīng)? A·L·海因茨, N·泰利奧 申請(qǐng)人:克里斯鋁軋制品有限公司