Al-Zn-Cu-Mg铝基合金及其制造方法和用途技术

一种厚度为2至10英寸的轧制或煅造的Al－Zn－Cu－Mg铝基合金锻造产品。所述产品已经过固溶热处理、淬火和时效处理，并且所述产品包括（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、杂质以及其它附带元素各自≤0.05。还公开了合金本身及飞机和航空用途、以及制造所述产品的方法。

Al-Zn-Cu-Mg aluminum base alloy and manufacturing method and use thereof

A rolled or calcined Al Zn Cu Mg aluminum alloy forging product with a thickness of 2 to 10 inches. The product has been solid solution heat treatment, quenching and aging treatment, and the products include (by weight%): 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, and other impurities with less than 0.05 of their elements. Also disclosed are alloys themselves and aircraft and aviation applications, and methods of making the products.

【技术实现步骤摘要】
本申请是2006年2月10日提交的专利技术名称为“Al-Zn-Cu-Mg铝基合金及其制造方法和用途”的第200680004380.X号专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2005年2月10日提交的美国临时申请No.60/651,197的优先权，其全部内容通过引证的方式纳入本说明书。
本专利技术总体涉及铝基合金，更具体而言涉及Al-Zn-Cu-Mg铝基合金。
技术介绍
Al-Zn-Cu-Mg铝基合金已在航空业广泛使用多年。随着飞机结构的演变以及朝着降低重量和成本的目标的努力，一直在不断地寻求各种性能——诸如强度、韧度和抗腐蚀性——之间的最优均衡。此外，铸造、轧制以及退火方法的改进能够有利地对合金的组成相图提供进一步的控制。由Al-Zn-Cu-Mg铝基合金制成的厚的轧制、煅造或挤压（extruded）产品尤其用来制造航空业中整体加工的高强度结构部件，例如机翼部件如翼梁等，这类部件通常由厚的锻件加工制得。对于各种性能，诸如静态机械强度、断裂韧度、抗应力腐蚀裂纹性、淬火敏感性、抗疲劳性、残余应力水平，所获得的性能值将决定产品的总体性能、结构设计师方便地使用其的能力、以及在进一步的处理步骤例如机械加工中使用其的容易程度。在上述性能中，有一些在性质上经常是相冲突的，通常必须寻找一个折衷点。相冲突的性能有,例如静态机械强度与韧度以及静态机械强度与抗应力腐蚀裂纹性能。在现有技术中描述了具有高断裂韧度和高机械强度的Al－Zn－Mg－Cu合金。作为一个实例，美国专利No5，865，911描述了一种铝合金，该铝合金主要由下列组成（以重量％表示）：约5.9至6.7％的锌、1.8至2.4%的铜、1.6至1.86%的镁、0.08至0.15％的锆、余额为铝以及附带的元素和杂质。该‘911专利特别提及了静态机械强度与韧度之间的折衷。美国专利No6,027,582描述了一种厚度大于60mm的轧制、煅造或挤压的Al-Zn-Mg-Cu铝基合金产品，该产品组成为（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。该‘582专利还描述了淬火敏感性的改进。美国专利No6,972,110描述了一种合金，该合金优选包含（以重量％表示）：Zn:7-9.5、Mg:1.3-1.68和Cu:1.3-1.9并且鼓励保持Mg≤（Cu＋0.3）。该‘110专利公开了使用三步时效处理以改进抗应力腐蚀裂纹性。三步时效处理时间长并且难于控制，因而希望不必进行这种热处理而获得高的抗腐蚀性。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有特定组成范围的Al-Zn-Cu-Mg合金，该特定组成范围能够赋予锻造产品以在适当水平断裂韧度的机械强度和抗应力腐蚀性能之间的改进折衷。本专利技术的另一个目的是提供一种制造锻造铝合金产品的方法，该方法能够赋予适当水平断裂韧度的机械强度和抗应力腐蚀之间的改进折衷。为达到这些以及其它目的，本专利技术涉及一种轧制或煅造的铝基合金的锻造产品，该产品具有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组成（以重量％表示）：Zn6.2一7.2Mg1.5一2.4Cu1.7-2.1Fe0-0.13Si0一0.10Ti0-0.06Zr0.06-0.13Cr0-0.04Mn0-0.04杂质和其它附带元素各自≤0.05。在成型以后，所述产品通过固溶热处理、淬火以及时效处理，并且在一个优选的实施方案中具有以下性能：a)在40ksi的ST应力水平，应力腐蚀裂纹后不失效的最小寿命至少为50天,并且优选至少为70天，b)在四分之一厚度处沿L方向所测量的常规抗拉屈服强度高于70-0.32tksi（t为以英寸表示的产品的厚度），优选高于71-0.32tksi，且更优选高于72-0.32tksi，c)在四分之一厚度处沿L-T方向所测量的韧度高于42-1.7tksi√in(t为以英寸表示的产品的厚度)。本专利技术还涉及一种用于制造轧制或煅造铝基合金的锻造产品的方法，该方法包括以下步骤：a)铸造一种包括下列成分或有利地基本由下述成分构成的铸块（以重量%表示）：Zn6.2-7.2Mg1.5-2.4Cu1.7-2.1Fe0-0.13Si0-0.10Ti0-0.06Zr0.06-0.13Cr0-0.04Mn0-0.04杂质和其它附带元素各自≤0.05；b)在860－930°F，或优选在875－905°F均化所述铸块；c)在640－825°F，优选在650－805°F的入口温度，热加工所述铸块使其成为最终厚度为2至10英寸的板材；d)对所述板材进行固溶热处理并淬火；e)以1至4％的永久变形拉伸所述板材；f)通过在230－250°F下加热5至12小时并在300－350°F下加热5至30小时，对所述板材进行时效处理，等效时间（equivalenttime）t(eq)31至56小时、优选33至44小时，所述等效时间t(eq)由以下公式定义：t(ep)=∫exp(-16000/T)dtexp(-16000/Tref)]]>其中T是在退火期间以°K表示的瞬间温度而Tref选择为302℉（423°K）的参照温度，其中t(eq)以小时表示。附图说明图1：本专利技术板材A(8’’)对7040（厚度8.27’’的参照B和参照C）和7050（厚度8’’的参照D和参照E）的TYS(L)-Klc(L-T)图。图2：本专利技术板材A(8’’)对7050（厚度8.5’’的参照F和参照G）的TYS(L)-Kapp(L-T)图。所述附图，将其纳入本说明书并构成了本说明书的一部分，示例说明本专利技术目前的优选实施方案，并和以上给出的一般描述和以下给出的优选实施方案的详细描述一起，用来解释本专利技术的原理。具体实施方式除非另有指出，所有涉及合金化学组成的表达均通过基于合金的总重量的重量百分比表示。合金标号遵循铝业协会(TheAluminumAssociation)的规定，其对本领域技术人员而言是已知的。状态（temper）的定义制定于ASTME716,E1251中。除非另有指出，静态机械性能，即，极限拉伸强度UTS、拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚度为2至10英寸的轧制或煅造的Al‑Zn‑Cu‑Mg铝基合金锻造产品，其特征在于，所述产品已经过固溶热处理、淬火和时效处理，并且所述产品主要由下列组成（以重量%表示）：Zn6.2‑7.2Mg1.5‑2.4Cu1.7‑2.1Fe0‑0.13Si0‑0.10Ti0‑0.06Zr0.06‑0.13Cr0‑0.04Mn0‑0.04杂质以及其它附带元素各自≤0.05。

【技术特征摘要】
2005.02.10 US 60/651,1971.一种厚度为2至10英寸的轧制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg铝基合
金锻造产品，其特征在于，所述产品已经过固溶热处理、淬火和时效
处理，并且所述产品主要由下列组成（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
杂质以及其它附带元素各自≤0.05。
2.根据权利要求1的产品，其中
Zn6.6-7.0
Mg1.5-1.8
Ti0-0.05。
3.根据权利要求1或2的产品，其中Cu≤2.0。
4.根据权利要求1至3中任一项的产品，其中Fe≤0.07并且Si
≤0.07。
5.根据权利要求1至4中任一项的产品，其中
Zn6.7-7.0
Mg1.68-1.8。
6.根据权利要求1至5中任一项的产品，其中
Zn6.72-6.98
Cu1.75-2.0。
7.根据权利要求1至6中任一项的产品，其中所述产品处于过度
时效状态。
8.根据权利要求1至7中任一项的产品，其中所述产品处于T74
状态。
9.根据权利要求1-8或19－20中任一项的产品，其中所述产品

\t具有至少一种下述性能：
a)在40ksi的短横向（ST）方向应力水平，应力腐蚀裂纹（SCC）
之后没有失效的最小寿命为至少50天,
b)在四分之一厚度处沿L方向所测得的常规拉伸屈服强度至少为
70-0.32tksi（t为以英寸表示的产品厚度），
c)在四分之一厚度处所测得的L-T方向的韧度至少为42-1.7t
ksi√in(t为以英寸表示的产品厚度)。
10.根据权利要求9的产品，所述产品在四分之一厚度处沿L方
向所测得的拉伸屈服强度至少为71-0.32tksi（t为以英寸表示的产
品厚度）。
11.根据权利要求1-10中任一项的产品，其中所述产品的厚度为
4至9英寸。
12.一种适用于飞机结构的结构部件，包括权利要求1-11或19
－20中任一项的产品。
13.一种适用于飞机结构的结构部件，包括权利要求1-11中任一
项的产品。
14.一种厚度为2至10英寸的轧制或煅造的Al-Zn-Cu-Mg铝基合
金锻造产品，所述产品已经过固溶热处理、淬火和时效处理，并且所
述产品基本由下述物质构成（以重量%表示）：
Zn6.6-7.0
Mg1.68-2.4
Cu1.3-2.3
Fe0-0.13
Si0-0.10
Ti0-0.06
Zr0.05-0.13
Cr0-0.04
Mn0-...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·丹泽菲尔德，K·P·史密斯，T·华纳，D·杜蒙特，
申请(专利权)人：肯联铝业轧制品雷文斯伍德有限公司，法国肯联铝业，
类型：发明
国别省市：美国;US