Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金及其制造方法和用途
【專利摘要】一種厚度為2至10英寸的軋制或煅造的Al－Zn－Cu－Mg鋁基合金鍛造產品。所述產品已經過固溶熱處理、淬火和時效處理，并且所述產品包括（以重量%表示）：Zn6.2-7.2、Mg1.5-2.4、Cu1.7-2.1、Fe0-0.13、Si0-0.10、Ti0-0.06、Zr0.06-0.13、Cr0-0.04、Mn0-0.04、雜質以及其它附帶元素各自≤0.05。還公開了合金本身及飛機和航空用途、以及制造所述產品的方法。
【專利說明】A卜Zn-Cu-Mg鋁基合金及其制造方法和用途
[0001]本申請是2006年2月10日提交的發(fā)明名稱為“Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金及其制造方法和用途”的第200680004380.X號發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請要求2005年2月10日提交的美國臨時申請N0.60/651，197的優(yōu)先權，其全部內容通過引證的方式納入本說明書。
【技術領域】
[0004]本發(fā)明總體涉及招基合金,更具體而言涉及Al-Zn-Cu-Mg招基合金。
【背景技術】
[0005]Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金已在航空業(yè)廣泛使用多年。隨著飛機結構的演變以及朝著降低重量和成本的目標的努力，一直在不斷地尋求各種性能——諸如強度、韌度和抗腐蝕性一一之間的最優(yōu)均衡。此外，鑄造、軋制以及退火方法的改進能夠有利地對合金的組成相圖提供進一步的控制。
[0006]由Al-Zn-Cu-Mg招基合金制成的厚的軋制、煅造或擠壓(extruded)產品尤其用來制造航空業(yè)中整體加工的高強度結構部件，例如機翼部件如翼梁等，這類部件通常由厚的鍛件加工制得。
[0007]對于各種性能，諸如靜態(tài)機械強度、斷裂韌度、抗應力腐蝕裂紋性、淬火敏感性、抗疲勞性、殘余應力水平，所獲得的性能值將決定產品的總體性能、結構設計師方便地使用其的能力、以及在進一步的處理步驟例如機械加工中使用其的容易程度。
[0008]在上述性能中，有一些在性質上經常是相沖突的，通常必須尋找一個折衷點。相沖突的性能有，例如靜態(tài)機械強度與韌度以及靜態(tài)機械強度與抗應力腐蝕裂紋性能。
[0009]在現(xiàn)有技術中描述了具有高斷裂韌度和高機械強度的Al — Zn — Mg — Cu合金。
[0010]作為一個實例，美國專利No5，865，911描述了一種鋁合金，該鋁合金主要由下列組成(以重量％表示):約5.9至6.7%的鋅、1.8至2.4%的銅、1.6至1.86%的鎂、0.08至0.15%的鋯、余額為鋁以及附帶的元素和雜質。該‘911專利特別提及了靜態(tài)機械強度與韌度之間的折衷。
[0011]美國專利No6，027, 582描述了一種厚度大于60mm的軋制、煅造或擠壓的Al-Zn-Mg-Cu鋁基合金產品，該產品組成為(以重量％表示):Zn:5.7-8.7、Mg: 1.7-2.5、Cu: 1.2-2.2、Fe:0.07-0.14、Zr:0.05-0.15，并且 Cu+Mg〈4.1 且 Mg>Cu。該 ‘582 專利還描述了淬火敏感性的改進。
[0012]美國專利No6, 972, 110描述了一種合金，該合金優(yōu)選包含(以重量％表不):Zn:7-9.5,Mg: 1.3-1.68 和 Cu: 1.3-1.9 并且鼓勵保持 Mg ≤(Cu + 0.3)。該 ‘110 專利公開了使用三步時效處理以改進抗應力腐蝕裂紋性。三步時效處理時間長并且難于控制，因而希望不必進行這種熱處理而獲得高的抗腐蝕性。
【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的一個目的是提供一種具有特定組成范圍的Al-Zn-Cu-Mg合金，該特定組成范圍能夠賦予鍛造產品以在適當水平斷裂韌度的機械強度和抗應力腐蝕性能之間的改進折衷。
[0014]本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造鍛造鋁合金產品的方法，該方法能夠賦予適當水平斷裂韌度的機械強度和抗應力腐蝕之間的改進折衷。
[0015]為達到這些以及其它目的，本發(fā)明涉及一種軋制或煅造的鋁基合金的鍛造產品，該產品具有2至10英寸的厚度，包括下列成分，或有利地主要由下列成分組成(以重量％表示):[0016]Zn6.2 一 7.2
[0017]Mgl.5 — 2.4
[0018]Cul.7-2.1
[0019]FeO-0.13
[0020]SiO 一 0.10
[0021]TiO-0.06
[0022]Zr0.06-0.13
[0023]CrO-0.04
[0024]MnO-0.04
[0025]雜質和其它附帶元素各自< 0.05。
[0026]在成型以后，所述產品通過固溶熱處理、淬火以及時效處理，并且在一個優(yōu)選的實施方案中具有以下性能:
[0027]a)在40ksi的ST應力水平，應力腐蝕裂紋后不失效的最小壽命至少為50天，并且優(yōu)選至少為70天，
[0028]b)在四分之一厚度處沿L方向所測量的常規(guī)抗拉屈服強度高于70-0.32t ksi (t為以英寸表示的產品的厚度)，優(yōu)選高于71-0.32tksi，且更優(yōu)選高于72-0.32t ksi,
[0029]c)在四分之一厚度處沿L-T方向所測量的韌度高于42-1.7tksi V in (t為以英寸表示的產品的厚度)。
[0030]本發(fā)明還涉及一種用于制造軋制或煅造鋁基合金的鍛造產品的方法，該方法包括以下步驟:
[0031]a)鑄造一種包括下列成分或有利地基本由下述成分構成的鑄塊(以重量％表示):
[0032]Ζη6.2-7.2
[0033]Mgl.5-2.4
[0034]Cul.7-2.1
[0035]FeO-0.13
[0036]SiO-0.10
[0037]TiO-0.06
[0038]Zr0.06-0.13
[0039]CrO-0.04
[0040]MnO-0.04[0041 ] 雜質和其它附帶元素各自< 0.05 ;
[0042]b)在860 - 930° F，或優(yōu)選在875 — 905° F均化所述鑄塊；
[0043]c)在640 - 825° F，優(yōu)選在650 — 805° F的入口溫度，熱加工所述鑄塊使其成為最終厚度為2至10英寸的板材；
[0044]d)對所述板材進行固溶熱處理并淬火；
[0045]e)以I至4%的永久變形拉伸所述板材；
[0046]f)通過在230 — 250° F下加熱5至12小時并在300 — 350° F下加熱5至30小時，對所述板材進行時效處理，等效時間(equivalent time)t (eq) 31至56小時、優(yōu)選33至44小時，
[0047]所述等效時間t (eq)由以下公式定義:
【權利要求】
1.一種厚度為2至10英寸的軋制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金鍛造產品，其特征在于，所述產品已經過固溶熱處理、淬火和時效處理，并且所述產品主要由下列組成(以重量％表示):
Ζη6.2~7.2
Mgl.5-2.4
Cul.7-2.1
FeO-0.13
SiO-0.10
TiO-0.06
Zr0.06-0.13
CrO-0.04
ΜηΟ-Ο.04 雜質以及其它附帶元素各自< 0.05。
2.根據(jù)權利要求1的產品,其中 Ζη6.6-7.0
Mgl.5-1.8
TiO-0.05。
3.根據(jù)權利要求1或2的產品，其中Cu( 2.0。
4.根據(jù)權利要求1 至3中任一項的產品，其中Fe( 0.07并且Si ( 0.07。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項的產品，其中 Ζη6.7-7.0
Mgl.68-1.8。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項的產品，其中 Ζη6.72-6.98
Cul.75-2.0。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項的產品，其中所述產品處于過度時效狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項的產品，其中所述產品處于Τ74狀態(tài)。
9.根據(jù)權利要求1-8或19一 20中任一項的產品，其中所述產品具有至少一種下述性倉泛: a)在40ksi的短橫向(ST)方向應力水平，應力腐蝕裂紋(SCC)之后沒有失效的最小壽命為至少50天， b)在四分之一厚度處沿L方向所測得的常規(guī)拉伸屈服強度至少為70-0.32t ksi(t為以英寸表示的產品厚度)， c)在四分之一厚度處所測得的L-T方向的韌度至少為42-1.7tksi V in(t為以英寸表示的產品厚度)。
10.根據(jù)權利要求9的產品，所述產品在四分之一厚度處沿L方向所測得的拉伸屈服強度至少為71-0.32t ksi (t為以英寸表示的產品厚度)。
11.根據(jù)權利要求1-10中任一項的產品，其中所述產品的厚度為4至9英寸。
12.—種適用于飛機結構的結構部件，包括權利要求1-11或19 一 20中任一項的產品。
13.—種適用于飛機結構的結構部件，包括權利要求1-11中任一項的產品。
14.一種厚度為2至10英寸的軋制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金鍛造產品，所述產品已經過固溶熱處理、淬火和時效處理,并且所述產品基本由下述物質構成(以重量％表示):
Ζη6.6-7.0
Mgl.68-2.4
Cul.3-2.3
FeO-0.13
SiO-0.10
TiO-0.06
Zr0.05-0.13
CrO-0.04
ΜηΟ-Ο.04 雜質以及其它附帶元素各自< 0.05。
15.根據(jù)權利要求14的產品，其中Zr為0.05至0.12。
16.一種用于制造軋制或煅造的鋁基合金鍛造產品的方法，包括以下步驟: a)鑄造包括下述組成的鑄塊:
Ζη6.2~ 7.2
Mgl.5-2.4
Cul.7-2.1
FeO-0.13
SiO-0.10
TiO-0.06
Zr0.06-0.13
CrO-0.04
ΜηΟ-Ο.04 雜質和其它附帶元素各自< 0.05 ； b)在860— 930° F或優(yōu)選在875 — 905° F均化所述鑄塊； c)在640- 825。F、優(yōu)選在650 — 805° F的入口溫度下，對所述鑄塊通過軋制或煅造進行熱加工，使其成為最終厚度為2至10英寸的板材； d)對所述板材進行固溶熱處理并淬火； e)以I至4%的永久變形拉伸所述板材； f)通過在230- 250° F加熱5至12小時并在300 — 360° F下加熱5至30小時對所述板材進行時效處理，等效時間t(eq)31至56小時的， 所述等效時間t(eq)由以下公式定義:
fexp(-16000 i Τ) Λ tfeo、--- 冊 exp(-16000 / T4 其中T為以。K表示的退火過程的瞬時溫度，Iref選擇為302 °F(423° K)的參照溫度，且t(eq)以小時表示。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述等效時間t(eq)為33至44小時。
18.根據(jù)權利要求16至17中任一項的方法，其中在淬火和拉伸之間的時間不超過2小時。
19.一種厚度為2至10英寸的軋制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金鍛造產品，其中所述產品已經過固溶熱處理、淬火和時效處理，并且其中所述產品包括(以重量％表示):
Ζη6.2~7.2
Mgl.5-2.4
Cul.7-2.1
FeO-0.13
SiO-0.10
TiO-0.06
Zr0.06-0.13
CT0-0.04
ΜηΟ-Ο.04 雜質和其它附帶元素各自< 0.05。
20.一種厚度為2至10英寸的軋制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金鍛造產品，所述產品已經過固溶熱處理、淬火和時效處理，并且所述產品包括(以重量％表示):
Ζη6.6-7.0
Mgl.68-2.4
Cul.3-2.3
FeO-0.13
SiO-0.10
TiO-0.06
Zr0.05-0.13
CrO-0.04
ΜηΟ-Ο.04 雜質以及其它附帶元素各自< 0.05。
21.一種飛機或航空產品，包括權利要求1 一 11、14 - 15,19 一 20中任一項的產品。
22.一種通過權利要求16 - 18中任一項的方法制造的產品。
【文檔編號】C22F1/053GK103834837SQ201410042962
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2006年2月10日 優(yōu)先權日:2005年2月10日
【發(fā)明者】V·丹澤菲爾德, K·P·史密斯, T·華納, D·杜蒙特 申請人:肯聯(lián)鋁業(yè)軋制品-雷文斯伍德有限公司, 法國肯聯(lián)鋁業(yè)