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    关 键 词:
    强度 XXX 铝合金 产品 以及 制造 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610375224.X

    申请日:

    2016.05.31

    公开号:

    CN106191576A

    公开日:

    2016.12.07

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):C22C 21/10申请日:20160531|||公开
    IPC分类号: C22C21/10; C22F1/053 主分类号: C22C21/10
    申请人: 凯撒铝制品有限公司
    发明人: 龙正东; J·E·比勒; 王俊升; P·拉辛赛; F·A·鲍德温; R·A·马图斯卡; P·戈米耶罗; R·A·纳什; J·N·舒尔灵
    地址: 美国加利福尼亚州
    优先权: 2015.06.01 US 14/727,341
    专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 项丹;江磊
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610375224.X

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2018.05.29|||2016.12.07

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及厚板高强度7xxx铝合金产品,其含有8.0?8.4重量%Zn,1.5?2.0重量%Mg,1.1?1.5重量%Cu,和0.05?0.15重量%Zr,Zn/Mg重量百分比为4.0?5.3,Cu/Zn重量百分比为0.14?0.19,且Cu+Mg+Zn为10.7?11.6重量%??芍票父煤辖鹨陨??10英寸的厚板、挤出或锻造产品,且该合金特别适合于航空结构组件,特别是大型商用飞机机翼结构应用。该产品具有适合于航空应用的高强度、高损伤容限性能以及更好的抗腐蚀性能。

    权利要求书

    1.一种厚板高强度7xxx铝合金产品,该产品含有
    8.0-8.4重量%的Zn,
    1.5-2.0重量%的Mg,
    1.1-1.5重量%的Cu,和
    一种或多种选自下组的元素:不高于0.2重量%的Zr,不高于0.2重量
    %的Sc,以及不高于0.2重量%的Hf,
    作为余分的Al,以及杂质,
    其中,所述合金产品的Zn/Mg重量百分比为4.0-5.3,Cu/Zn重量百分比
    为0.14-0.19,且Cu+Mg+Zn的量为10.7-11.6重量%。
    2.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,其含有≤0.12重量%的
    Si;优选其含有≤0.05重量%的Si。
    3.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,其含有≤0.15重量%的
    Fe;优选其含有≤0.08重量%的Fe。
    4.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,其含有≤0.20重量%的
    Mn。
    5.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,其含有≤0.04重量%的
    Cr。
    6.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,含有≤0.06重量%的Ti。
    7.如权利要求1所述的铝合金产品,该产品基本由以下组分组成:
    8.0-8.4重量%的Zn,
    1.5-2.0重量%的Mg,
    1.1-1.5重量%的Cu,
    一种或多种选自下组的元素:不高于0.2重量%的Zr,不高于0.2重量%
    的Sc,以及不高于0.2重量%的Hf,
    ≤0.12重量%的Si,
    ≤0.15重量%的Fe,
    ≤0.20重量%的Mn,
    ≤0.04重量%Cr,
    以及≤0.06重量%的Ti,
    作为余分的Al,以及杂质,
    其中,所述合金产品的Zn/Mg重量百分比为4.0-5.3,Cu/Zn重量百分比
    为0.14-0.19,且Cu+Mg+Zn的量为10.7-11.6重量%。
    8.如权利要求1或7所述的铝合金产品,其特征在于,所述铝合金产品是
    3-10英寸的厚板、挤出产品或锻造产品;优选所述铝合金产品是4-10英寸的
    厚板、挤出产品或锻造产品;更优选所述铝合金产品是4-8英寸的厚板、挤出
    产品或锻造产品。
    9.如权利要求1所述的铝合金产品,其特征在于,所述铝合金产品在1/4
    厚度(th/4)处的最小长边(Long-Transverse,LT)屈服强度为(74-0.56*以英寸
    计的板厚)ksi,且在th/4处的最小LT极限强度为(78-0.36*以英寸计的板厚)ksi。
    10.制造厚板高强度7xxx铝合金产品的方法,该方法包括以下步骤:
    a.铸造7xxx铝合金的铸锭原料,所述铝合金包括权利要求1所述的铝合
    金产品;
    b.使铸造原料均质化;
    c.通过选自轧制、挤出和锻造的一种或多种方法对该原料进行热加工;
    d.对热加工的原料进行固溶热处理(SHT);
    e.对所述SHT原料进行冷水淬火;
    f.任选地拉伸所述SHT原料;且
    h.将所述进行了SHT、冷水淬火且任选地拉伸的原料时效处理为所需的
    回火物。
    11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述均质化步骤包括在
    454-491℃(849-916℉)的温度进行均质化。
    12.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述热加工步骤包括在
    385-450℃(725-842℉)的温度进行热轧制。
    13.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述固溶热处理步骤包括在
    454-491℃(849-916℉)的温度进行固溶热处理。
    14.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述任选的拉伸步骤包括约
    1.5-3%的拉伸。
    15.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述时效处理步骤包括两个
    步骤的T7651时效处理加工,其中,第一阶段的温度范围为100-140℃(212-284
    ℉),时长为4-24小时,第二阶段的温度范围为135-200℃(275-392℉),时长
    为5-20小时。
    16.如权利要求10所述的方法,其中,
    b.所述均质化步骤包括在454-491℃(849-916℉)的温度进行均质化;
    c.所述热加工步骤包括在385-450℃(725-842℉)的温度进行热轧制;
    d.所述固溶热处理步骤包括在454-491℃(849-916℉)的温度进行固溶热处
    理;
    e.所述冷水淬火步骤包括冷水淬火至室温;
    f.所述任选的拉伸步骤包括约1.5-3%的拉伸;
    g.所述时效处理步骤包括两个步骤的T7651时效处理加工,其中,第一阶
    段的温度范围为100-140℃(212-284℉),时长为4-24小时,第二阶段的温度
    范围为135-200℃(275-392℉),时长为5-20小时。

    说明书

    高强度7XXX系铝合金产品以及制造该产品的方法

    发明背景

    1.发明领域

    本发明一般涉及高强度7xxx铝合金产品和制造这种产品的方法。

    2.背景

    高强度7xxx(Al-Zn)铝合金产品广泛用于航空结构应用,其中同时对材料
    强度、断裂韧性、抗疲劳性和抗腐蚀性具有要求。为了主动降低航空器重量
    以提高燃料效率,机身制造商和铝材料制造商坚定地推行厚板高强度7xxx铝
    合金。这对于大尺寸的商用航空器是非常重要的,其中通过整体制造工艺制
    造大量的大尺寸零件以降低成本。在这种大尺寸整体组件中需要厚板。然而,
    高强度和高厚度的组合在生产这种厚板高强度铝产品方面对铝制造工业带来
    了极大的冶金学上的挑战。由于这种极大的冶金学挑战,目前仅可获得非常
    有限的商业产品用于这种重要的航空应用(基于最新的在铝业协会注册的铝和
    铝合金产品的“铝业协会:2011黄/黄褐色薄片(Aluminum Association:2011
    Yellow/Tan Sheets)”和“2011版黄/黄褐色薄片附录(Addendum to 2011Edition of
    Yellow/Tan Sheets)”)。

    铝合金产品的化学成分对最终产品性质具有显著的影响。在7xxx系铝合
    金中,通常添加高水平的Zn、Mg和Cu以实现高强度和抗腐蚀性。然而,具
    有过高含量的Zn和Mg的成分通常对抗应力腐蚀破裂(stress corrosion cracking,
    SCC)和断裂韧性性能具有负面影响。另外,过高的Cu浓度也显著增加高水
    平的不期望出现的Al2MgCu粗颗粒和板表面至中心的宏观偏析
    (macro-segregation)的风险。在铸造过程中,Al2MgCu大颗粒能够在固化过程
    中形成。这种大颗粒通常能够在后续的均质化和固溶加热处理过程中溶解。
    然而,如果Cu含量过高,则这会促进极高水平的Al2CuMg颗粒,所述颗粒在
    后续热处理过程中不能被溶解。那些未溶解的Al2CuMg颗粒显著降低强度和
    损伤容限性能。

    为了实现时效析出硬化,时效处理之前Cu、Mg和Zn合金元素必需在固
    溶体中。通常通过固溶加热处理和后续的冷水淬火加工步骤来实现该目的。当
    Mg、Zn和Cu水平更高时,极难溶解所有的组分颗粒,其消耗大量的添加于
    固溶体中的合金元素。更重要的是,更高水平的合金元素增加淬火过程中粗
    颗粒析出的可能性。这对于淬火过程中采用慢冷却速率的厚板而言是特别重
    要的。相较于高强度7xxx铝合金的厚横截面产品,薄横截面产品更容易实现
    更好的强度和其他性质。随着横截面的增加,板中的淬火相关的冷却速率显
    著降低,不仅降低整体强度,还降低断裂韧性。该现象也称作高强度7xxx厚
    板淬火敏感性,其在高强度7xxx铝合金中具有重要影响。

    总而言之,复杂的时效硬化行为、特定的厚板淬火条件、严格的损伤容限
    和防腐蚀要求的组合,使得人们需要发现一种非常精细、优化的且可能很窄的
    化学范围。在航空应用中,特别是大型商用航空器对这种新型合金存在强烈
    的需求。

    发明内容

    厚板高强度7xxx铝合金产品,该产品具有8.0-8.4重量%的Zn;1.5-2.0
    重量%的Mg;1.1-1.5重量%的Cu;4.0-5.3的Zn/Mg重量百分比;0.14-0.19
    的Cu/Zn重量百分比;10.7-11.6重量%的Cu+Mg+Zn;一种或多种选自下组的
    元素:不高于0.2%的Zr,不高于0.2%的Sc,不高于0.2%的Hf;作为余分
    的Al;以及杂质。

    在本发明的一个实施方式中,通过精确控制的热机械加工来制作厚板高强
    度7xxx铝合金产品。

    所述合金优选能够制作厚度为3-10英寸、更优选厚度为4-10英寸、进一
    步更优选厚度为4-8英寸的板产品、挤出产品和锻造产品。在一个实施方式
    中,所述铝合金产品还具有必要的航空应用中所需的短边方向(short-transverse)
    的延展性、损伤容限性能以及防腐蚀性能。这种板产品、锻造产品和挤出产品
    适合用于制造航空结构组件,例如大型商用飞机机翼组件。

    令人惊讶地发现,具有高的Zn化学组成、以及精密设计的Mg和Cu含
    量、Zn/Mg和Cu/Zn重量百分比、和审慎控制的热机械加工的铝合金,能够制
    造此前从未实现的具有高强度、更好的损伤容限和抗腐蚀性质的3-10”厚度的
    厚产品。

    在一个实施方式中,高强度7xxx厚板铝产品在商用飞机方面提供显著的
    燃料效率和成本降低优势的有前景的机会,特别是对大型商用航空器而言。本
    发明的这种应用的一个示例为整体设计机翼翼盒,其需要厚横截面7xxx铝合
    金产品。材料强度对重量减少而言是一个关键设计因素。另外,重要的是短
    边方向(ST)拉伸延展性、损伤容限、抗腐蚀性能,例如抗脱落和抗应力腐蚀、
    和抗疲劳破裂扩展。

    附图的简要说明

    通过以下对本发明优选实施方式的详细描述并结合附图,本发明的特征和
    优点将是显而易见的,其中:

    图1示出了美国专利6,972,110和本发明范围的32种化学组成的Cu和Zn
    水平的对比;

    图2示出了4”的发明和非发明合金板的强度和断裂韧性;

    图3示出了6”的发明和非发明合金板的强度和断裂韧性;

    图4示出了7.5”的发明和非发明合金板的强度和断裂韧性;

    图5示出了Cu+Mg+Zn对7.5”厚板的断裂韧性的效果,表明过高或过低
    的Cu+Mg+Zn导致更差的断裂韧性;

    图6示出了Cu/Zn比对7.5”厚板的断裂韧性的效果;和

    图7示出了Zn/Mg比对6”厚板的断裂韧性的效果。

    发明详述

    厚板高强度7xxx铝合金产品,该产品具有8.0-8.4重量%的Zn;1.5-2.0
    重量%的Mg;1.1-1.5重量%的Cu;4.0-5.3的Zn/Mg重量百分比;0.14-0.19
    的Cu/Zn重量百分比;10.7-11.6重量%的Cu+Mg+Zn;一种或多种选自下组的
    元素:不高于0.2重量%的Zr,不高于0.2重量%的Sc,和不高于0.2重量%
    的Hf;作为余分的Al;以及杂质。

    上述范围的上限和下限应理解为包括所述范围内的所有数值。应理解在
    8.0-8.4重量%的Zn的范围内,Zn的量的上限或下限可选自8.0、8.1、8.2、8.3
    和8.4重量%Zn。应理解在1.5-2.0重量%的Mg的范围内,Mg的量的上限或
    下限可选自1.5、1.6、1.7、1.8、1.9和2.0重量%Mg。应理解在1.1-1.5重量
    %的Cu的范围内,Cu的量的上限或下限可选自1.1、1.2、1.3、1.4和1.5重量
    %Cu。应理解在4.0-5.3的Zn/Mg重量百分比的范围内,Zn/Mg重量百分比
    的上限和下限可选自4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、
    5.1、5.2和5.3的Zn/Mg重量百分比。应理解在0.14-0.19的Cu/Zn重量百分
    比的范围内,Cu/Zn重量百分比的上限和下限可选自0.14、0.15、0.16、0.17、
    0.18和0.19的Cu/Zn重量百分比。应理解在10.7-11.6重量%的Cu+Mg+Zn
    的范围内,Cu+Mg+Zn的量的上限或下限可选自10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、
    11.2、11.3、11.4、11.5和11.6重量%Cu+Mg+Zn。

    根据本发明的特殊的化学组成范围以及Zn/Mg比和Cu/Zn比,使得淬火
    和时效热处理过程中的析出物呈现独特的热力学和动力学行为。

    通常添加Zn和Mg以制作亚稳态和/或稳态的MgZn2(η’和/或η相)及其变
    化相,所述相为主要析出物硬化相。然而,时效硬化相的实际化学组成远比
    1:2的Mg/Zn原子比复杂。4.0-5.3的Zn/Mg重量百分比令人惊讶地给出了最
    优化的物理冶金学,其适合于厚板的高强度和断裂韧性性质。

    通常添加铜以提高抗SCC性能。Cu可显著提高击穿电位,导致更好的
    抗腐蚀性能。在淬火和时效加工过程中,Cu能替换MgZn2型相中的Zn,以
    在粒界和/或基质中形成Mg(ZnCuAl)2相。因此,应当针对不同的Zn和Mg
    水平以及板厚仔细考虑Cu的水平,其影响淬火过程中的析出。0.14-0.19的
    Cu/Zn比令人惊讶地给出了最优化的物理冶金学性质,其适合于厚板的高强度
    和断裂韧性性质。

    在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品包含≤0.12重量%的Si、
    优选≤0.05重量%的Si。在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品包含
    ≤0.15重量%的Fe、优选≤0.08重量%的Fe。在一个实施方式中,厚板高强度
    7xxx铝合金产品包含≤0.2重量%的Mn。在一个实施方式中,厚板高强度7xxx
    铝合金产品包含≤0.04重量%的Cr,优选合金中除了作为杂质的Cr之外未添加
    Cr。在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品包含≤0.06重量%的Ti。

    本发明的厚板高强度7xxx铝合金产品也可包含低水平非有意包含的“杂
    质”。所述“杂质”是指除了上述Al、Zn、Mg、Cu、Zr、Sc、Hf、Si、Fe、Mn、
    Cr和Ti之外的任意其他元素。

    优选地,厚板高强度7xxx铝合金产品(例如板产品、锻造产品和挤出产
    品)适合用于制作航空结构组件,例如大型商用飞机机翼组件。所述合金的厚
    度较好是3-10英寸,优选4-10英寸,更优选4-8英寸,以用于制作板产品、
    挤出产品和锻造产品。在一个实施方式中,所述铝合金产品还具有必要的航空
    应用中所需的损伤容限性能以及抗腐蚀性能。

    本发明具有多种有利的机械和物理性质。在本发明的一个实施方式中,术
    语“高强度”是指在1/4厚度(th/4)处的最小长边(Long-Transverse,LT)屈服强
    度为(74-0.56*以英寸计的板厚)ksi,且在th/4处的最小LT极限强度为
    (78-0.36*以英寸计的板厚)ksi。在本发明的一个实施方式中,厚板高强度7xxx
    铝合金产品的断裂韧性值是在th/4处为最小27ksi-in1/2。在本发明的一个实施
    方式中,ST拉伸延展性至少为(7-0.5*以英寸计的板厚)%。在本发明的一个实
    施方式中,可观察到改善的剥离,例如好于或等于th/10和th/2处的根据ASTM
    G34的EA EXCO评级。在本发明的一个实施方式中,可观察到改善的抗应
    力腐蚀,例如T7651回火物(T7651 temper)中根据ASTM G47为25ksi时至
    少20天,优选30ksi时至少20天。

    在本发明的一个实施方式中,通过精密设计的化学组成范围和精确控制的
    热机械加工来制作厚板高强度7xxx铝合金产品。在一个实施方式中,该厚板
    高强度7xxx铝合金产品用于航空器应用。

    如所示,厚板高强度7xxx铝合金产品可用于制作板产品、挤出产品和锻
    造产品。在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品用于制备锻造产品
    (wrought product),该产品是具有上述实施方式的任意化学组成的轧制厚板。
    可使用已知的加工条件(例如均质化、热轧制、固溶热处理和时效处理)来制
    造所述轧制厚板。

    在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品的铸锭可被铸造、均质
    化、热轧制、固溶热处理、冷水淬火、任选地拉伸和时效处理以达到所需的回
    火度。在一个实施方式中,厚板高强度7xxx铝合金产品是经过最终T7651和
    T7451回火的板,其厚度范围为3-10英寸??稍?54-491℃(849-916℉)的温度
    对所述铸锭进行均质化。所述热轧制的入炉(start)温度可以是
    385-450℃(725-842℉)。出炉温度可以是与入炉温度相似的范围??稍?br />454-491℃(849-916℉)的温度对所述板进行固溶热处理。将板冷水淬火至室
    温,并可进行约1.5-3%的拉伸。淬火板可经过本领域技术人员已知的任意时
    效操作,包括但不限于制作最终T7651或T7451回火物的两步时效操作。当
    使用T7651回火时,第一阶段的温度范围可以是100-140℃(212-284℉),时
    长为4-24小时,第二阶段的温度范围可以是135-200℃(275-392℉),时长
    为5-20小时。

    表1以T7651回火的大于4”的厚板比较了本发明的合金化学组成和目前
    可得的其他铝合金产品,所述其他铝合金产品基于最新的“铝业协会:2011黄
    /黄褐色薄片(Aluminum Association:2011Yellow/Tan Sheets)”和“铝标准和
    数据(Aluminum Standard and Data)2013”。应指出,尽管有更多的可用于低于4”
    厚度板和T7451回火物的市售可得的合金,仅有极少的合金可用于厚度大于4”
    的板和高强度T7651回火物。

    如表1所示,本发明的合金具有与其他合金不同的化学组成。AA7140
    和AA7081具有远少于本发明的合金的Zn,且AA7085具有低于本发明的合金
    的Zn。Zn对高强度性质而言非常重要。另外,AA7065和AA7140合金的
    Cu/Zn重量百分比远高于本发明的合金。高Cu/Zn重量百分比可显著降低强
    度潜力,因为Cu在固化过程中可消耗更多的Mg而形成不期望的Al2CuMg颗
    粒。

    表1


    如表1所示,最接近的产品是AA7085-T7651,其Zn含量低于本发明。
    AA7085由Alcoa注册,并在美国专利US 6,972,110中进行了描述。在该专利
    中,研究了实验室规模样品和4种市售规模产品的28种不同的化学组成。图
    1比较了这32种化学组成和本发明范围中的Cu和Zn水平。其清楚说明了本
    发明的合金的独特性。尽管美国专利6,972,110中对非常广范围的化学组成进
    行了探讨,但是本发明的合金的化学组成范围未在美国专利6,972,110中进行
    研究。

    美国专利6,790,407中也对具有高含量的Zn的7xxx高强度铝合金进行了
    探讨。应当注意的是,美国专利6,790,407中描述的合金需要主动添加某一水
    平的Cr、Ni和氢,以实现更好的晶粒结构、析出以及均匀的非金属夹杂物。相
    反,本发明的合金不需要这些元素,因为这些元素对断裂韧性具有潜在的负面
    影响。美国专利6,790,407中详细公开了7种合金。美国专利6,790,407中,
    除了合金2以外,所有的合金均具有高于1.5重量%的Cu。关于美国专利
    6,790,407中的合金2,其Mg和Zn的量显著高于本发明的合金,Cu和Mg的
    包含范围分别为1.1-1.5重量%和1.5-2.0重量%。

    尽管下述实施例说明了本发明的多种实施方式,但是本领域技术人员应当
    理解如何根据本发明制作其他的厚板高强度7xxx铝合金产品。实施例不应限
    制本发明的?;し段?。

    实施例(工厂试验)

    通过商业的DC(直接冷却,Direct Chill)铸造工艺对16种工业规模的铸锭
    进行了铸造,并加工为不同厚度的板。表2给出了所选的具有不同尺寸的板
    的典型化学组成。

    表2:工业规模铸锭的化学组成


    合金A、B、D-F以及I-L为发明合金。合金C不是发明合金,因为与发
    明合金相比Mg含量过高且Zn/Mg重量百分比过低。合金G不是发明合金,
    因为Cu含量过高,Zn含量过低,Zn/Mg重量百分比过低,Cu/Zn重量百分比
    过高,Cu+Mg+Zn含量过低。合金H不是发明合金,因为Mg含量过高且Zn/Mg
    重量百分比过低。合金M不是发明合金,因为Cu含量过高,Zn含量过低,
    Zn/Mg重量百分比过低,Cu/Zn重量百分比过高,Cu+Mg+Zn含量过低。合金
    N不是发明合金,因为Zn含量过高。合金O不是发明合金,因为Cu含量过
    高,Zn含量过高,且Cu+Zn+Mg含量过高。合金P不是发明合金,因为Zn
    含量过高,Zn/Mg重量百分比过高,且Cu+Mg+Zn含量过高。

    铸锭经过均质化、热轧制、固溶热处理、淬火、拉伸和时效处理,形成厚
    度为4英寸-7.5英寸的最终T7651回火板。在465-485℃(869-905℉)的温度对
    所述铸锭进行均质化。所述热轧制的入炉温度是400-440℃(752-824℉)。出炉
    轧制温度是与入炉温度相似的范围。对各个道次的轧制变形量(rolling
    reduction)进行审慎控制,以在热轧制加工过程中实现目标温度。

    在470-485℃(878-905℉)的温度对所述板进行固溶热处理,冷水淬火至
    室温,并进行约1.5-3%的拉伸。采用两步时效操作以制作最终T7651回火
    物。第一阶段的温度范围是110-130℃(230-266℉),时长为4-12小时,第二
    阶段的温度范围是145-160℃(293-320℉),时长为8-20小时。

    表3给出了拉伸和断裂韧性性质。横向(LT)的0.2%偏置屈服强度(TYS)
    按照ASTM B557说明书在1/4厚度(T/4)测定。T-L方向的1/4厚度(T/4)
    处的平面应变断裂韧性(K1c)按照ASTM E399使用CT试样进行测定。

    表3:最终T7651回火板的拉伸和断裂韧性性质


    图2比较了发明合金(合金A和B)和非发明合金(合金C)的4”厚度
    的板的强度和断裂韧性。在相同的工业加工途径和最终板厚的情况下,发明合
    金A和合金B具有比合金C更好的强度和断裂韧性性能,合金C相较于发明
    合金具有过高的Mg含量和过低的Zn/Mg比。结果表明发明合金相较于非发
    明合金具有令人惊讶的好得多的性能。其还表明,与发明合金存在小的化学
    组成偏差能够严重降低最终产品的性质。

    图3示出了发明合金(D、E和F)和非发明合金(G和H)的6”厚度的
    板的强度和断裂韧性。合金G和H均具有比发明合金D-F更低的断裂韧性,
    以及相似或更低的强度。合金G不是发明合金,因为Cu含量过高,Zn含量过
    低,Zn/Mg重量百分比过低,Cu/Zn重量百分比过高,且Cu+Mg+Zn含量过低。
    合金H不是发明合金,因为Mg含量过高且Zn/Mg重量百分比过低。结果表
    明发明合金相较于非发明合金具有令人惊讶的好得多的性能。其还确认,即
    便与发明合金存在小的化学组成偏差,也能够严重降低最终产品的性质。

    图4示出了发明合金(I-L)和非发明合金(M-P)的7.5”厚度的板的强度
    和断裂韧性。所有的非发明合金与发明合金相比,均具有更低的强度和断裂
    韧性。如表2所示,合金M不是发明合金,因为Cu含量过高,Zn含量过低,
    Zn/Mg重量百分比过低,Cu/Zn重量百分比过高,且Cu+Mg+Zn含量过低。合
    金N不是发明合金,因为Zn含量过高。合金O不是发明合金,因为Cu含量
    过高,Zn含量过高,且Cu+Zn+Mg含量过高。合金P不是发明合金,因为
    Zn含量过高,Zn/Mg重量百分比过高,且Cu+Mg+Zn含量过高。结果确认发
    明合金令人惊讶地比非发明合金具有好得多的性能。其再次表明,即便与发
    明合金存在小的化学组成偏差,也能够严重降低最终产品的性质。

    图5示出了断裂韧性随总体Cu+Mg+Zn的量而变化的关系??芍芴?br />Cu+Mg+Zn含量为10.7-11.6%的发明合金具有最好的性能。为了实现更高的
    强度和更好的断裂韧性(特别是对厚板产品),将总体Cu+Mg+Zn的量控制在最
    优范围是非常重要的。

    图6示出了断裂韧性随总体Cu/Zn重量百分比而变化的关系??芍⒚?br />合金的0.14-0.19的Cu/Zn重量百分比给出比其他范围更好的性能。Cu对抗
    腐蚀性能的有利影响也受Zn水平的强烈影响。另外,过高的Cu含量也显著
    增加不期望的Al2MgCu粗颗粒和板表面至中心的宏观偏析(macro-segregation)
    的风险。因此,Cu/Zn之比对航空应用中所需的高强度、高损伤容限和抗腐
    蚀性能而言是非常重要的。

    图7给出了断裂韧性随Zn/Mg重量百分比而变化的关系??芍⒚骱辖?br />的4.0-5.3的Zn/Mg重量百分比给出比其他范围更好的性能。Zn/Mg比例显著
    影响亚稳态和/或稳态的MgZn2(η’和/或η相)及其在不同时效阶段的变化相。

    对4”、6”和7.5”的板厚时的发明合金的A、E和K进行了更为全面的在
    不同穿透(through)层和取向情况下的强度和断裂韧性的评价。表4给出了
    全面的强度和断裂韧性测试结果。T/2表示板的一半厚度,L、LT和ST分别
    表示轧制方向、长边方向和短边方向。

    表4:全面的强度和断裂韧性测试结果


    抗应力腐蚀对航空应用而言是重要的。根据ASTM G47的要求实施了标
    准抗应力腐蚀破裂性能测试,其中以恒定的偏斜度在3.5%NaCl溶液中进行交
    替浸渍。每个样品测试3个试样。所有的试样均经受住了30天的测试,在ST
    方向上30ksi应力水平的条件下没有产生破坏。同时,根据ASTM G34测试了
    抗剥离腐蚀。试样尺寸为:LT方向51mm(2”),L方向102mm(4”)。在表面
    (T/10)和板中心(T/2)的厚度位置进行了测试?;贏STM G34,所有样品
    均评级为点蚀。

    虽然以优选实施方式公开了本发明,但是应理解在不偏离由以下权利
    要求书限定的本发明的范围的情况下,能够进行各种额外的修改和变化。

    关于本文
    本文标题:高强度7XXX系铝合金产品以及制造该产品的方法.pdf
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