一种铝－锌－镁－铜合金制造技术

本发明专利技术涉及一种铝合金产品，该合金的基本组成为，以重量％计，约６．５～９．５的锌（Ｚｎ），约１．２～２．２％镁（Ｍｇ），约１．０～１．９％铜（Ｃｕ），优选（０．９Ｍｇ－０．６）≤Ｃｕ≤（０．９Ｍｇ＋０．０５），约０～０．５％锆（Ｚｒ），约０～０．７％钪（Ｓｃ），约０～０．４％铬（Ｃｒ），约０～０．３％铪（Ｈｆ），约０～０．４％钛（Ｔｉ），约０～０．８％的锰（Ｍｎ），余量为铝和其他附带元素。本发明专利技术还涉及该合金的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可锻铝_锌_镁_铜铝类型(或铝类协会所命名的7000-或7xxx-系列铝合金)。更具体的，本专利技术涉及一种可时效硬化、高强度、高断裂韧性和高耐腐蚀性的铝合金以及由这种合金制造的产品。由这种合金制造的产品非常适用于航空应用，但并不局限于此。这种合金可以加工成各种不同的产品形式，如片材、薄板、厚板、挤压产品或锻造产PIPR o 在由这种合金制造的各种产品形式中，可获得的性能组合优于由目前已知合金制造的产品。正是因为本专利技术，单一合金(皿i-alloy)概念现在也能用于航空领域的应用。这将显著的降低航空航天工业的成本。在结构零件的生产期间或在结构件的寿命周期末期产生的铝废料的再循环能力将因为单一合金概念而变得更加容易。
技术介绍
过去使用不同类型的铝合金形成多种用于航空航天工业中结构应用的产品。航空航天工业中的设计者和制造者一直致力于提高燃料效率、产品性能，并且一直致力于降低制造和维护成本，实现改良和降低成本的优选方法就是单一合金概念，即在相关产品形式中可具有改良的性能平衡的铝合金。 这里所用的合金构件和状态标识与众所周知的铝业协会铝合金产品标准相一致。除非特别指出，所有的百分数均为重量百分比。 现有技术水平是用于机身板的高破坏容限的AA2X24(即AA2524)或AA6X 13或AA7 X 75，用于下翼的AA2324或AA7 X 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。对于各种不同应用而采用不同合金的主要原因是整个结构部件的最佳性能的性能平衡存在差异。 对于机身蒙皮，认为在拉伸负荷下的破坏容限性能是非常重要的，即是疲劳裂纹扩展速率(FCGR)、平面应力断裂韧性和腐蚀的组合。基于这些所需的性能，高破坏容限性能的AA2 X 24-T351 (参见例如US-5， 213， 639或EP1026270-A1)或含铜的AA6xxx-T6 (参见如US-4， 589， 932，US-5， 888， 320，US-2002/0039664-Al或EP-1143027-A1)将成为民用飞机制造的优选选择。 对于下翼蒙皮需要类似的性能平衡，但是为了获得更高的抗拉强度可允许牺牲一些韧性。因此认为T39或T8X状态下的A2X24是合理的选择(参见，例如US_5， 865， 914，US-5， 593， 516或EP-1114877-A1)，虽然有时使用相同状态的AA7X75。 对于上翼，其压縮载荷比拉伸载荷更重要，抗压强度、疲劳(SN-疲劳或寿命)以及断裂韧性是最重要的性能。目前优选的选择是AA7150、AA7055、AA7449或AA7X75(参见，例如US-5， 221， 377， US-5， 865， 911， US5， 560， 789或US5， 312， 498)。这些合金具有高的抗4压屈服强度同时具有可接受的耐腐蚀性和断裂韧性，尽管飞机设计者仍希望这些性能组合有所提高。 对于厚度超过3英寸的厚部件或由这种厚部件机加工而成的零件，其整个厚度上均匀且可靠的性能平衡是重要的。目前，AA7050或AA7010或AA7040(参见US-6， 027， 582)或C80A(参见US-2002/0150498-Al)都用于这些类型的应用。飞机制造者非常希望能降低淬火敏感性，该淬火敏感性是淬火速度较低或产品较厚时性能沿厚度的恶化。特别是ST-方向的性能是结构部件的设计者和制造者的主要顾虑。 为使飞机性能更好，即减少制造成本和减少操作成本，可以提高用于结构部件的铝合金的性能平衡，且优选仅采用一种类型的合金以降低合金成本和降低再回收利用铝废料和废品的成本。 因此，认为对于能够获得各个相应产品形式中的改良的恰当性能平衡的铝合金存在需求。
技术实现思路
本专利技术针对于AA7XXX-系列铝合金，该合金能够在任何相关产品中获得性能平衡，该性能平衡优于目前用于这些产品的各种商业铝合金(AA2xxx， AA6xxx， AA7xxx)的性能平衡。 本专利技术合金的优选组成包含或主要基本上由下列成分组成以重量％计，约6. 5 9. 5的锌(Zn)，约1. 2 2. 2%镁(Mg)，约1. 0 1. 9%铜(Cu)，约0 0. 5%锆(Zr)，约0 0. 7%钪(Sc)，约0 0. 4%铬(Cr)，约0 0. 3%铪(Hf)，约0 0. 4%钛(Ti)，约0 0. 8%的锰(Mn)，余量为铝和其他附带元素。优选(0. 9Mg-0. 6)《Cu《(0. 9Mg+0. 05)。 本专利技术更优选的合金组成的基本组成为以重量％计，约6. 5 7. 9%的Zn，约1.4 2. 10X的Mg，约1.2 1.80X的Cu，且优选其中(0. 9Mg-0. 5)《Cu《0. 9Mg，约0 0. 5%的Zr，约0 0. 7%的Sc，约0 0. 4%的Cr，约0 0. 3X的Hf，约0 0. 4%的Ti，约0 0. 8%的Mn，余量为铝和其他附带元素。 本专利技术更优选组成的基本组成为以重量X计，约6.5 7.9X的Zn，约1. 4 1. 95X的Mg，约1. 2 1. 75X的Cu，且优选其中(0. 9Mg-0. 5)《Cu《(0. 9Mg-0. 1)，约0 0. 5%的Zr，约0 0. 7%的Sc，约0 0. 4%的Cr，约0 0. 3X的Hf，约0 0. 4%的Ti，约0 0. 8%的Mn，余量为铝和其他附带元素。 在更优选的实施方案中，锌含量的下限为6.7%，且更优选6.9%。 在更优选的实施方案中，镁含量的下限为1.90%，且更优选1.92%。当该合金产品用于薄片产品时，如机身薄片，以及当用于由厚板制成的部件时，特别优选镁含量的这个下限。 上述铝合金可能包括杂质或附带添加物或有目的添加物，例如最高至0. 3%的铁，优选最高至O. 14%的铁，最高至0. 2%的硅(Si)，并优选最高至0. 12%的硅，最高至1%的银(Ag)，最高至1%的锗(Ge)，最高至0. 4%的钒(V)。其他添加物通常控制在铝业协会所规定的0. 05 0. 15重量％的范围内，因而各种不可避免的杂质的范围< 0. 05% ，并且总杂质含量< 0. 15%。 铁和硅含量应保持非常低，例如不超过约0. 08%的铁和约0. 07%或更低的硅。在任何情况下，可以想象这两种杂质的含量水平稍微更高，最高约为0. 14%的铁和最高约为0. 12%硅也是可以接受的，尽管在这里优选程度较低。尤其是对于其模具板材或工具板材的实施方案，甚至最高为0. 3%的铁或最高为0. 2%或更低的硅的较高含量水平也是可以接受的。 添加分散体形成元素如Zr、Sc、Hf、Cr和Mn，以便控制晶粒结构和淬火敏感度。分散体形成剂的最优水平的确依赖于工艺，但当在优选范围内选择主要元素(Zn、 Cu和Mg)中的一个一化学成分，且将该化学成分用于所有相关产品形式，这时Zr的含量优选低于0. 11%。 Zr的最高含量优选为最大O. 15%。 Zr含量的适当范围为0. 04-0. 15% 。 Zr加入量的上限更优选为0. 13%，甚至更优选的是不高于0. 11%。 Sc的加入量优选不高于O. 3%，且优选不高于0. 18%。当与Sc结合时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航空航天工业中结构应用的，具有高的强度、断裂韧性和良好耐腐蚀性的铝合金产品，所述产品的形式为片材、板材、挤压件或锻件，并由下述合金制成，所述合金主要包含，以重量百分比计：　　　　Ｚｎ　　６．５～７．９　　　　Ｍｇ　　１．９０～２．１０　　　　Ｃｕ　　１．２～１．８０　　　　Ｚｒ　　０．０４－０．１５　　　　Ｆｅ　　＜０．３，优选＜０．１４　　　　Ｓｉ　　＜０．２０，优选＜０．１２　　　　可选包含下列成分中的一种或多种：　　　　Ｓｃ　　＜０．７　　　　Ｃｒ　　＜０．４Ｈｆ　　＜０．３　　　　Ｍｎ　　＜０．８　　　　Ｔｉ　　＜０．４　　　　Ｖ　　＜０．４，　　　　和其它杂质或附带元素每种＜０．０５，总量＜０．１５，且余量为铝，其中［（０．９×Ｍｇ）－０．５］≤Ｃｕ≤［０．９×Ｍｇ］。

【技术特征摘要】
EP 2003-4-10 03076048.2一种用于航空航天工业中结构应用的，具有高的强度、断裂韧性和良好耐腐蚀性的铝合金产品，所述产品的形式为片材、板材、挤压件或锻件，并由下述合金制成，所述合金主要包含，以重量百分比计Zn 6.5～7.9Mg 1.90～2.10Cu 1.2～1.80Zr 0.04-0.15Fe ＜0.3，优选＜0.14Si ＜0.20，优选＜0.12可选包含下列成分中的一种或多种Sc ＜0.7Cr ＜0.4Hf ＜0.3Mn ＜0.8Ti ＜0.4V ＜0.4，和其它杂质或附带元素每种＜0.05，总量＜0.15，且余量为铝，其中[(0.9×Mg)-0.5]≤Cu≤。2. 根据权利要求l所述的铝合金产品，其中[(0.9XMg)-0. 5]《Cu《[(0.9XMg)-0. 1]3. 根据前述任一权利要求所述的铝合金产品，其中镁含量为1.92-2. 10。4. 根据前述任一项权利要求所述的铝合金产品，其中锆含量为0. 04 0. 11%。5. 根据前述任一权利要求所述的铝合金产品，其中铬含量的范围最高为0.3%，优选 最高为0. 15%。6. 根据权利要求5所述的铝合金产品，其中铬含量的范围是0. 04 0. 15%。7. 根据前述任一权利要求所述的铝合金产品，其中锰含量的范围最高为0.02%，优选 最高为0.01%。8. 根据权利要求l、2或4-7中任一项所述的铝合金产品，其中锰含量的范围是0.05 0. 30%。9. 如权利要求1 8中任一项所述的铝合金产品，其中该合金的基本组成为，以重量百 分比计Zn 7. 2 7. 7 Mg 1. 92 1.97 Cu 1. 43 1. 52Zr 0. 04 0. 15，优选0. 06 0. 10 Mn < 0. 02，优选< 0. 01 Si <0.07 Fe < 0. 08Ti < 0. 05优选< 0. 01，可选的Cr 0. 04-0. 15，优选0. 06-0. 10每种杂质< 0. 05，总量< 0. 15，且余量为铝。10. 根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R贝内迪克特斯，CJ凯德尔，AL海因茨，N泰利奥，
申请(专利权)人：克里斯铝轧制品有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[]