7xxx系列铝合金产品制造技术

本发明专利技术涉及一种锻制7xxx‑系列铝合金产品，其具有以wt.％.计的包括以下的组成：Zn 6.40至7.50，Mg 2.15至2.75，Cu 1.20至2.00，并且其中Cu+Mg<4.50，且其中Mg<2.5+5/3(Cu–1.2)，Fe至多0.25，Si至多0.25，以及任选的一种或多种选自由以下组成的组的元素：(Zr至多0.3，Cr至多0.3，Mn至多0.45，Ti至多0.25，Sc至多0.5，Ag至多0.5)，余量是铝和杂质，并且所述产品经时效处理而实现：在四分之一厚度处在L方向上测量的常规拉伸屈服强度(以MPa计)大于485‑0.12*(t–100)MPa(t是所述产品的厚度，以mm计)；在170MPa的短横向(ST)应力水平下根据ASTM G47‑98测量的无因应力腐蚀裂纹化(SCC)引起的失效的最小寿命为至少30天；以及在标准大气中在室温下根据ASTM E647‑13e01在L‑S方向上对CT样品测试的无因裂纹扩展引起的裂纹偏离的最小K

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】7xxx系列铝合金产品
本专利技术涉及锻制Al-Zn-Mg-Cu铝类型(或由铝协会指定的7000或7xxx-系列铝合金)。更具体地，本专利技术涉及具有改善的耐裂纹偏离性的可时效硬化、高强度、高耐应力腐蚀的铝合金，以及由此铝合金制成的产品。由这种合金制成的产品非常适用于航空航天应用，但不仅限于此。该铝合金可以被加工成各种产品形式，如薄板、厚板、挤压或锻造产品。
技术介绍
基于铝-锌-镁-铜体系的高强度铝合金用于许多应用中。通常，这些合金的性能曲线需要根据应用进行调整，并且很难在不负面影响其他性能的情况下改善一种性能。例如，需要通过针对目标应用运用最合适的回火来平衡强度和耐腐蚀性。另一个相关的性能是耐裂纹偏离性，当敏感性合金(susceptiblealloy)在L-S样品中的预制裂纹上承受疲劳载荷时，材料中的裂纹路径偏离就可能会发生。对于零件制造商来说，这种现象可能是一个挑战，因为在某些条件下结构的完整性可能会受到影响。尤其在含Zn的高强度铝合金中已观察到了对裂纹偏离的敏感性。因此，需要这样的铝合金，其结合了高强度与良好的耐SCC腐蚀性，并且同时具有增加的耐裂纹偏离性。欧洲专利EP-0863220-B2公开了一种用于汽车业并由AlZnMgCu合金经由挤压制成的螺钉或铆钉，并且其中AlZnMgCu合金按wt.％计由以下组成：6.0-8.0％Zn，2.0-3.5％Mg，优选2.6-2.9％Mg，1.6-1.9％Cu，0.05-0.30％Zr，最多0.10％Cr，最多0.50％Mn，最多0.10％Ti，最多0.20％Si，最多0.20％Fe，各自最多0.05％且总量最多0.15％的其他元素，余量铝和不可避免的杂质。
技术实现思路
如本文中应理解，除另外指示之外，铝合金命名和回火命名是指铝协会在2018年发布的铝标准和数据以及注册记录(AluminiumStandardsandDataandtheRegistrationRecords)中的铝协会命名，并且是本领域技术人员众所周知的。回火命名是在欧洲标准EN515中规定的。对于合金组成或优选合金组成的任何描述，除非另外指示，否则所有对百分比的提及均按重量百分比计。如本文所用，术语"约"当用于描述合金添加物的组成范围或量时，意指如本领域技术人员所理解的，由于诸如标准加工变化的因素，合金添加物的实际量可能与标称预期量不同。如本文所用的术语“至多”以及“至多约”明确包括但不限于其所指代的特定合金化组分的重量百分比为零的可能性。例如，至多0.5％的Sc可以包括不具有Sc的铝合金。本专利技术的目的是提供具有改善的高强度、高耐SCC性的平衡并且具有改善的耐裂纹偏离性的锻制7xxx-系列铝合金产品。本专利技术通过提供锻制7xxx-系列铝合金产品而达到或超过了这个目的和其他目的以及进一步的优点，该铝合金产品优选具有至少12.7mm(0.5英寸)的规格并且具有以wt.％.计的包括以下的组成：Zn6.40％至7.50％，Mg2.15％至2.85％，Cu1.20％至2.00％，但条件是Cu-和Mg-含量满足Cu+Mg<4.50％并且Mg<2.5+5/3(Cu–1.2)，Fe至多0.25％，优选至多0.15％，Si至多0.25％，优选至多0.15％，以及任选的一种或多种选自由以下组成的组的元素：Zr至多0.3％，Cr至多0.3％，Mn至多0.45％，Fe至多0.25％，优选至多0.15％，Sc至多0.5％，Ag至多0.5％，余量为铝和杂质。通常，此类杂质各自以<0.05％存在并且总共<0.15％，并且所述产品被时效处理成具有以下性能：-根据ASTM-B557-15标准在四分之一厚度处在L方向上测量的常规拉伸屈服强度(以MPa计)大于485-0.12*(t–100)MPa(t是产品的厚度，以mm计)。在优选的实施方案中，所述拉伸屈服强度为>500-0.12(t-100)MPa，并且更优选>510-0.12(t-100)MPa。-在170MPa的短横向(ST)应力水平下，根据ASTMG47-98测量的无因应力腐蚀裂纹化(SCC)引起的失效的最小寿命为至少30天。在优选的实施方案中，在短横向(ST)应力水平为205MPa，并且更优选为240MPa下。-在标准大气中在室温下根据ASTME647-13e01在L-S方向上对CT样品测试的无因裂纹扩展引起的裂纹偏离的最小Kmax-dev值为平均至少40MPa√m，优选平均至少45MPa√m，更优选平均至少50MPa√m，其是在载荷控制的疲劳测试中进行测试的，并且裂纹偏离被定义为裂纹与预期断裂平面偏离大于20°。如本文中所使用，“耐裂纹偏离性”是通过根据题为“StandardTestMethodforMeasurementofFatigueCrackGrowthRates”(“ASTME647”)的ASTME647-13e01制备至少一式三份C(T)样本来确定的。所述至少一式三份的C(T)样本是从材料的宽度/3与2宽度/3之间沿L-S方向获取的，其中样本的“B”尺寸为6.35mm(0.25英寸)，并且样本的“W”尺寸为至少25mm(0.98英寸)，是从T/2位置获取的。根据ASTME647的恒定载荷振幅测试方法以R＝0.1(等于Pmin/Pmax)、在环境或高湿度的空气中、在室温下对测试样本进行测试。预裂纹必须满足ASTME647的所有有效性要求，并且预裂纹化必须按照ASTME647的要求执行。使用Kmax>10MPa√m.(9.098ksi√英寸)开始测试，并且起始力必须足够大，以使裂纹偏离发生在该测试不再满足ASTME647C(T)样本有效性要求((W-a)≥(4/π)*(Kmax-dev/TYS)2)之前。该测试必须根据ASTME647是有效的，直到裂纹偏离点为止。当C(T)样本的裂纹在任何方向上都明显偏离预期的断裂平面(如，偏离20-110°)时，裂纹“偏离”，并且该偏离会导致样本沿非预期断裂平面分离。通过使用两个表面值(前值和后值)的平均值推导出偏离时的平均裂纹长度(adev)。Kmax-dev是针对C(T)样本根据ASTME647A1.5.1.1使用偏离时的平均裂纹长度(adev)、最大施加力(Pmax)和应力-强度因子表达式计算出的最大应力-强度因子(注：应根据如ASTME6473.2.14中定义的应力比关系式R＝Kmin/Kmax和^K＝Kmax-Kmin，分别用Kmax-dev和Pmax替换ΔK和ΔP)。通过仔细控制铝合金中特别是Zn、Cu和Mg的水平，以及当铝合金尤其被时效处理至T7状态时，锻制7xxx-系列铝合金产品因此提供了改善的高强度、高耐SCC性的平衡与良好的耐裂纹偏离性的组合。在实施方案中，锻制铝合金产品具有最大7.30％并且优选最大7.10％的Zn-含量。优选的最小Zn-含量为6.50％，更优选6.60％，并且最优选6.75％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锻制7xxx-系列铝合金产品，其具有以wt.％.计的包括以下的组成：/nZn 6.40至7.50，/nMg 2.15至2.85，/nCu 1.20至2.00，/n并且其中Cu+Mg<4.50，其中Mg<2.5+5/3(Cu–1.2)，/nFe至多0.25，/nSi至多0.25，/n以及任选的一种或多种选自由以下组成的组的元素：/nZr至多0.3，/nCr至多0.3，/nMn至多0.45，/nTi至多0.25，/nSc至多0.5，/nAg至多0.5，/n余量为铝和杂质。/n并且其中所述产品经时效处理而实现：/n-在四分之一厚度处在L方向上测量的常规拉伸屈服强度(以MPa计)大于485-0.12*(t–100)MPa(t是所述产品的厚度，以mm计)；/n-在170MPa的短横向(ST)应力水平下，根据ASTM G47-98测量的无因应力腐蚀裂纹化(SCC)引起的失效的最小寿命为至少30天；/n-在标准大气中在室温下根据ASTM E647-13e01在L-S方向上对CT样品测试的无因裂纹扩展引起的裂纹偏离的最小K

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190118 EP 19152546.81.一种锻制7xxx-系列铝合金产品，其具有以wt.％.计的包括以下的组成：
Zn6.40至7.50，
Mg2.15至2.85，
Cu1.20至2.00，
并且其中Cu+Mg<4.50，其中Mg<2.5+5/3(Cu–1.2)，
Fe至多0.25，
Si至多0.25，
以及任选的一种或多种选自由以下组成的组的元素：
Zr至多0.3，
Cr至多0.3，
Mn至多0.45，
Ti至多0.25，
Sc至多0.5，
Ag至多0.5，
余量为铝和杂质。
并且其中所述产品经时效处理而实现：
-在四分之一厚度处在L方向上测量的常规拉伸屈服强度(以MPa计)大于485-0.12*(t–100)MPa(t是所述产品的厚度，以mm计)；
-在170MPa的短横向(ST)应力水平下，根据ASTMG47-98测量的无因应力腐蚀裂纹化(SCC)引起的失效的最小寿命为至少30天；
-在标准大气中在室温下根据ASTME647-13e01在L-S方向上对CT样品测试的无因裂纹扩展引起的裂纹偏离的最小Kmax-dev值为平均至少40MPa√m，优选平均至少45MPa√m，其是在载荷控制的疲劳测试中进行测试的，并且裂纹偏离被定义为裂纹与预期断裂平面偏离大于20°。


2.根据权利要求1所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中Mg-含量为至少2.25％，并且优选为至少2.30％。


3.根据权利要求1或2所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中Zn-含量为至少6.50％，并且优选为至少6.60％。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中Zn含量为最高7.30％，并且优选为最高7.10％。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中
Zn6.40至7.30，
Mg2.25至2.75，
Cu1.25至1.90，
并且其中Cu+Mg<4.45，且其中Mg<2.55+2(Cu–1.25)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中
Zn6.50至7.20，
Mg2.30至2.60，
Cu1.30至1.80。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中
Zn6.75至7.10，
Mg2.35至2.55，
Cu1.35至1.75。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中
Zn6.75至7.10，
Mg2.45至2.55，
Cu1.35至1.75。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Zr-含量在0.03％至0.25％的范围内，并且优选在0.05％至0.18％的范围内。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Cr-含量在0.04％至0.3％的范围内，并且优选在0.04％至0.25％的范围内。


11.根据权利要求1至9中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Cr-含量为至多0.05％，优选至多0.03％。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Mn-含量在0.05％至0.4％的范围内，并且优选在0.05％至0.3％的范围内。


13.根据权利要求1至11中任一项所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Mn含量为至多0.05％，并且优选至多0.03％。


14.根据权利要求11和13所述的锻制7xxx-系列铝合金产品，其中所述产品的Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布尔格，S·科斯拉，C·G·克雷切尔，S·M·斯潘格尔，P·迈耶，
申请(专利权)人：爱励轧制产品德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE