高强度Al-Zn合金和这种合金产品的生产方法技术

本发明专利技术涉及具有改良耐蚀性和韧性组合的可锻高强度Al-Zn合金产品，所述的合金主要包括(以重量％计)：Zn6.0-9.5、Cu1.3-2.4、Mg1.5-2.6、Mn和Zr<0.25，但对于较高Zn含量优选0.05-0.15，其它各元素都低于0.05且总量低于0.25，余量的铝，其中(以重量百分数计)0.1[Cu]+1.3<[Mg]<0.2[Cu]+2.15，优选0.2[Cu]+1.3<[Mg]<0.l[Cu]+2.15。本发明专利技术还涉及这些合金产品的生产方法，以及它们的一些优选应用，例如在航空航天中上机翼的应用。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2004年4月9日、专利技术名称为“”的申请号为200480009567.X的专利申请的分案申请。本专利技术涉及根据权利要求1所述的具有改良耐蚀性和韧性组合的可锻高强度Al-Zn合金，根据权利要求9所述的具有改良耐蚀性和韧性组合的可锻高强度Al-Zn合金的生产方法，以及可选根据这种方法生产的这种合金的板材产品。更具体地，本专利技术涉及采用铝协会关于结构航空应用的国际命名法命名的7000-系列可锻高强度Al-Zn合金。甚至更具体地，本专利技术涉及具有改良强度、韧性和耐蚀性组合的Al-Zn合金的新化学组成范围，它不需要特别的时效或回火处理。在该
中人们知道在涉及相对高强度、高韧性和耐蚀性的许多应用中，例如在飞机机身、车辆构件和其它应用中使用可热处理的铝合金。铝合金AA7050和AA7150在T6-型回火中表现出高强度，例如参见US-6，315，842。此外，析出-硬化的AA7x75、AA7x55合金产品在T6回火中表现出高强度值。人们知道T6回火可提高合金强度，其中上述含有大量锌、铜和镁的AA7x50、AA7x75和AA7x55合金产品因其高强度-重量比而为人们所知，并因此特别在飞机工业中得到应用。然而，这些应用导致与各种各样的气候条件接触，因此需要严格控制加工和时效条件以提供适当强度和耐蚀性，包括对应力腐蚀和剥蚀两者的耐蚀性。为了提高抗应力腐蚀和抗剥蚀性以及断裂韧性，人们知道对这些AA7000-系列合金人工进行过时效处理。人工时效处理到T79、T76、T74或T73-型回火时，它们的抗应力腐蚀、抗剥蚀腐蚀性和断裂韧性按照所述顺序提高(T73最好，而T79接近于T6)，但与T6回火条件相比牺牲了强度。一种可接受的回火条件是T73与T76之间的受限过时效条件的T74-型回火，以便达到拉伸强度、耐应力腐蚀、耐剥蚀腐蚀性和断裂韧性的可接受水平。通过对铝合金产品在温度121°C下过时效处理6-24小时和在171°C下约14小时进行这样的T74回火。 根据特定飞机零件的设计标准，强度、韧性或耐蚀性上即使小的改进也可导致重量减轻，这将转化成飞机的使用期限内的燃油节约。为了满足这些要求，开发了几种其它7000-系列类型的合金:EP-0377779公开了一种在航空航天领域中用于薄板应用(例如具有高韧性和良好腐蚀性能的上机翼构件)的7055合金的改良生产方法，该方法包括下述步骤:对具有下述组成的坯体进行加工，以重量％计:Zn:7.6-8.4Cu:2.2-2.6Mg: 1.8-2.1，选自如下的一种或多种元素:Zr:0.5-0.2Mn:0.05-0.4V:0.03-0.2Hf:0.03-0.5,所述元素的总量不超过0.6重量％，余量的铝加附带杂质；对所述产品进行固溶热处理和淬火，以及或者通过连续三次将产品加热到79°C至163°C的一个或多个温度，或者首先将这样的产品加热到79°C至141°C的一个或多个温度两小时或两小时以上，或将产品加热到148°C至174°C的一个或多个温度，对该产品进行人工时效处理。这些产品显示出〃EB〃或更好的改良抗剥蚀性，其屈服强度比在T76-回火条件下类似尺寸的AA7x50的相应物件高约15%。它们的强度比它们类似尺寸的7x50-T77的相应物件仍高至少约5%(本文下面将使用AA7150-T77作为参比合金)。US-5, 312，498公开了另一种生产铝-基合金产品的方法，该合金产品具有改进的抗剥蚀性和断裂韧性，具有均衡的锌、铜和镁水平，以致没有过量的铜和镁。该铝-基合金产品的生产方法采用了一步或两步时效处理，并结合铜、镁和锌的化学计量均衡。公开了两步时效工序，其中首先在约121°C时效处理该合金约9小时，接着通过第二个时效步骤在约157°C约10-16小时，随后空气冷却。这样的时效法针对用于下机翼、蒙皮应用或机身蒙皮的薄板产品。US-4, 954，188公开了一种提供高强度铝合金的方法，其特征在于使用由下述合金元素组成的合金的改进抗剥蚀性，以重量％计:Zn:5.9-8.2Cu: 1.5-3.0Mg: 1.5-4.0Cr:〈0.04，总量小于0.5的其它元素例如错、猛、铁、娃和钛,余量为招,将该合金加工成预定形状的产品，对再成型产品进行固溶热处理、淬火，以及对该热处理和淬火产品在由132°C到140°C的温度下时效处理6-30小时。通过降低时效温度而不是像以前例如US-3，881，966或US-3，794，531中所教导的升高温度，可以在这种合金中获得需要的高强度、高韧性和高耐蚀性能。曾报道，在T6回火条件下已知的析出-硬化铝合金AA7075和其它AA7000-系列合金在某些条件下不能提供足够的耐蚀性。然而与T6条件相比，改进这些合金抗应力腐蚀开裂性质的T7-型回火显著降低强度。因此US-5, 221，377公开了基本上由约7.6-8.4重量％ Zn、约1.8-2.2重量％ Mg和约2.0-2.6重量％ Cu组成的合金产品。这样合金产品的屈服强度比具有良好韧性和耐蚀性的7x50-T6相应的制品高约10%。据报道屈服强度超过579MPa，并且具有"EC"或更好耐剥蚀性(EXCO)水平。US-5, 496，426公开了如US-5，221，377中公开的合金，和一种方法，该方法包括热扎、退火和冷轧，优选冷缩减范围为20%至70%，优选地，相应地进行受控退火，从而显示出优于AA7075-T6性能的性能。虽然AA7075-T6在138MPa下没有通过抗应力腐蚀性试验(在35%NaCl交替浸溃试验中40天的 SCC抗性)，公开的加工合金具有241MPa SCC抗力。US-5, 108, 520和US-4，477，292公开了一种对固溶-热-处理的析出硬化金属合金进行时效的工艺，该工艺包括三步时效，包括(I)在显著高于室温但低于163°C的一个或多个温度下，将该合金时效处理到显著低于峰值屈服强度，(2)接着在约190°C的一个或多个温度下对该合金进行时效处理，以便提高该合金的耐蚀性，此后(3)在显著高于室温但低于163°C的一个或多个温度下，对该合金进行时效处理，提高屈服强度。得到的产品显示出良好的强度特性和良好的腐蚀特性。但是，该三步时效法麻烦同时难以实施，因此生产这种合金的成本增加。因此，本专利技术的目的是提供一种优选用于板材产品的改良Al-Zn合金，该合金具有高强度和改良的韧性和腐蚀特性平衡。更具体地，本专利技术的目的是提供一种合金，它可以在航空航天中用于具有改良压缩屈服强度的上机翼应用，该合金性能优于T77回火下的常规AA7055-合金的性能。本专利技术的另 一个目的是提供AA7000-系列铝合金，该合金表现出T6-型回火范围内的强度和T73-型回火范围内的韧性和耐蚀性能。此外，本专利技术的一个目的是提供一种合金，该合金可以用于时效-蠕变成形工艺，它是一种不需要复杂或麻烦时效工艺的合金。本专利技术具有许多优选的目的。利用权利要求1所述的特征可以达到本专利技术的上述目的。在从属权利要求中描述和详细说明了其它的优选实施方式。在权利要求9中限定了生产这种合金的优选方法，而在权利要求14和相应的从属-权利要求中要求和描述了各种的板材产品。在下文中应当清楚，除非另外指出，合金名称和时效名称系指在美国铝协会所有发表本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有改良耐蚀性和韧性组合的经锻制的高强度Al?Zn合金产品，所述合金以重量％计主要包含：Zn6.0?9.5Cu1.3?2.4Mg1.5?2.6Mn<0.12Zr<0.20Cr<0.10Fe<0.25Si<0.25Ti<0.10Hf与V之和<0.25，以及任选地，Ce与Sc之和<0.20，其它元素各自低于0.05，且总量低于0.25，余量为铝，并且其中，以重量％计：[(0.1×Cu)+1.3]<[Mg]<[(0.2×Cu)+2.15]，并且，在两步时效工序中已将所述合金人工时效至T79或T76回火度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·贝奈狄克图斯，C·J·凯德尔，A·L·亨茨，
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：