CN114008229A - 改进的厚锻造7xxx铝合金及其制造方法 - Google Patents

改进的厚锻造7xxx铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了改进的厚锻造7xxx铝合金产品及其生产方法。新型7xxx铝合金产品可实现性质的改进组合，如环境致裂抵抗性、强度、伸长率和断裂韧性等性质中的两种或更多种的改进组合。所述新型7xxx铝合金产品可以包含5.5‑6.5重量％的Zn、1.3‑1.7重量％的Mg和1.7‑2.3重量％的Cu。

Description

改进的厚锻造7XXX铝合金及其制造方法
技术领域
本专利申请涉及改进的厚锻造7xxx铝合金产品及其生产方法。
背景技术
铝合金可用于多种应用。然而，改进铝合金的一种性质而不降低另一种性质是难以办到的。例如，难以在不影响其他性质如断裂韧度或抗耐蚀性的情况下提高锻制铝合金的强度。7xxx(基于Al-Zn-Mg)是易于腐蚀的。参见例如Bonn,W.Grubl,“The stresscorrosion behaviour of high strength AIZnMg alloys”,在意大利冶金协会国际会议(International Meeting of Associazione Italiana di Metallurgie)上发表的论文,“Aluminum Alloys in Aircraft Industries”,都灵,1976年10月。
专利所有者已特别是在美国专利号6,972,110和8,673,209及国际专利申请公开号WO2016/183030和WO2018/237196中描述了一些7xxx铝合金产品。
发明内容
概括地说，本专利申请涉及改进的厚锻造7xxx铝合金产品及其生产方法。新型厚锻造7xxx铝合金产品(“新型7xxx铝合金产品”)可以实现环境致裂(EAC)抵抗性与强度、伸长率和断裂韧性等性质中的至少一者的改进组合。
所述新型7xxx铝合金产品通常包含(并且在一些情况下由以下组成或基本上由以下组成)5.5-6.5重量％的Zn、1.7-2.3重量％的Cu和1.3-1.7重量％的Mg。新型锻造7xxx铝合金产品的厚度通常为至少2.5英寸，并且可以厚达12英寸，并且在短横向(ST)方向上实现对环境致裂的抵抗性，该抵抗性对于航空航天和其他应用，尤其是在短横向(ST)方向上具有结构载荷的那些应用是重要的。这种厚锻造7xxx铝合金产品通常还实现了良好的强度、伸长率、断裂韧性和/或抗裂纹开裂性(crack-deviation resistance)性质。因此，新型锻造7xxx铝合金产品可实现环境致裂抵抗性与强度、伸长率、断裂韧性和抗裂纹开裂性中的至少一者的改进组合。除锌、镁和铜之外，新型7xxx铝合金产品还可以包括普通晶粒结构控制材料、晶粒细化剂和杂质。例如，新型7xxx铝合金产品可以包含Zr、Cr、Sc和Hf中的一者或多者作为晶粒结构控制材料(例如，Zr、Cr、Sc和Hf中的一者或多者各自占0.05-0.25重量％)，这限制了这些元素的总量，以使合金中不形成大的初级颗粒。作为另一个实例，新型7xxx铝合金产品可以包含小于0.15重量％的Mn。作为又另一个实例，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.15重量％的Ti作为晶粒细化剂，任选地一些钛呈TiB2和/或TiC形式。新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.20重量％的Fe和最多0.15重量％的Si作为杂质。可以使用更少量的铁和硅。新型7xxx铝合金产品的余量通常为铝和其他不可避免的杂质(除铁和硅之外)。
如上所述，新型7xxx铝合金产品通常包含定制量的锌、镁和铜，从而有利于实现EAC抵抗性与良好的强度和/或断裂韧性性质等的组合。在这方面，新型7xxx铝合金产品通常包含5.5至6.5重量％的Zn。在一个实施方案中，新型合金包含不超过6.4重量％的Zn。在另一个实施方案中，新型合金包含不超过6.3重量％的Zn。在又一个实施方案中，新型合金包含不超过6.2重量％的Zn。在一个实施方案中，新型合金包含至少5.6重量％的Zn。在另一个实施方案中，新型合金包含至少5.7重量％的Zn。在又一个实施方案中，新型合金包含至少5.8重量％的Zn。在另一个实施方案中，新型合金包含至少5.9重量％的Zn。
如上所述，新型7xxx铝合金产品通常包含1.7至2.3重量％的Cu。在一个实施方案中，新型合金包含不超过2.25重量％的Cu。在另一个实施方案中，新型合金包含不超过2.20重量％的Cu。在一个实施方案中，新型合金包含至少1.75重量％的Cu。在另一个实施方案中，新型合金包含至少1.80重量％的Cu。在又一个实施方案中，新型合金包含至少1.85重量％的Cu。在另一个实施方案中，新型合金包含至少1.90重量％的Cu。在又一个实施方案中，新型合金包含至少1.95重量％的Cu。在另一个实施方案中，新型合金包含至少2.00重量％的Cu。
如上所述，新型7xxx铝合金产品通常包含1.3至1.7重量％的Mg。在一个实施方案中，新型合金包含至少1.35重量％的Mg。在另一个实施方案中，新型合金包含至少1.40重量％的Mg。在一个实施方案中，新型合金包含不超过1.65重量％的Mg。在另一个实施方案中，新型合金包含不超过1.60重量％的Mg。在又一个实施方案中，新型合金包含不超过1.55重量％的Mg。在另一个实施方案中，新型合金包含不超过1.50重量％的Mg。在另一个实施方案中，新型合金包含不超过1.45重量％的Mg。
在一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌、镁和铜的量满足以下关系：2.569≤Mg+0.500*Cu+0.067*Zn≤3.269。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌、镁和铜的量满足以下关系：2.709≤Mg+0.500*Cu+0.067*Zn≤3.119。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌、镁和铜的量满足以下关系：2.869≤Mg+0.500*Cu+0.067*Zn≤3.269。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌、镁和铜的量满足以下关系：2.869≤Mg+0.500*Cu+0.067*Zn≤3.119。前面段落中描述的锌、镁和铜的量中的任一者都可以与上文所示的经验关系组合使用。
在一种方法中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比不超过4.75:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.75:1)。在一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.60:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.60:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.50:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.50:1)。在又一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.40:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.40:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.35:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.35:1)。在又一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.30:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.30:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.25:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.25:1)。在又一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.20:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.20:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.15:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.15:1)。在又一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.10:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.10:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过4.00:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤4.00:1)。在又一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过3.95:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤3.95:1)。在另一个实施方案中，锌与镁的重量比不超过3.90:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≤3.90:1)。
在一种方法中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比为至少3.25:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≥3.25:1)。在一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比为至少3.33:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≥3.33:1)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比为至少3.45:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≥3.45:1)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比为至少3.55:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≥3.55:1)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品中的锌和镁的量使得锌与镁的重量比为至少3.60:1(即，(重量％Zn/重量％Mg)≥3.60:1)。
如上所述，新型7xxx铝合金产品可以包含Zr、Cr、Sc和Hf中的一者或多者作为晶粒结构控制材料(例如，Zr、Cr、Sc和Hf中的一者或多者各自占0.05-0.25重量％)，这限制了这些元素的总量，以使合金中不形成大的初级颗粒。晶粒结构控制材料可以例如促进适当的晶粒结构(例如，非重结晶晶粒结构)。当采用时，新型7xxx铝合金产品通常包含至少0.05重量％的晶粒结构控制材料。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含至少0.07％重量的晶粒结构控制材料。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含至少0.09％重量的晶粒结构控制材料。当采用时，新型7xxx铝合金产品通常包含不超过1.0重量％的晶粒结构控制材料。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.75％重量的晶粒结构控制材料。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.50％重量的晶粒结构控制材料。在一个实施方案中，晶粒结构控制材料选自由Zr、Cr、Sc和Hf组成的组。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料选自由Zr和Cr组成的组。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料为Zr。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料为Cr。
在一个实施方案中，晶粒结构控制材料包含Zr和Cr两者，并且新型7xxx铝合金产品包含至少0.07重量％的Zr和至少0.07重量％的Cr，其中重量％Zr加上重量％Cr不超过0.40重量％(即，重量％Zr+重量％Cr≤0.40重量％)。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料包含Zr和Cr两者，并且新型7xxx铝合金产品包含至少0.07重量％的Zr和至少0.07重量％的Cr，其中重量％Zr加上重量％Cr不超过0.35重量％(即，重量％Zr+重量％Cr≤0.35重量％)。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料包含Zr和Cr两者，并且新型7xxx铝合金产品包含至少0.07重量％的Zr和至少0.07重量％的Cr，其中重量％Zr加上重量％Cr不超过0.30重量％(即，重量％Zr+重量％Cr≤0.30重量％)。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料包含Zr和Cr两者，并且新型7xxx铝合金产品包含至少0.07重量％的Zr和至少0.07重量％的Cr，其中重量％Zr加上重量％Cr不超过0.25重量％(即，重量％Zr+重量％Cr≤0.25重量％)。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料包含Zr和Cr两者，并且新型7xxx铝合金产品包含至少0.07重量％的Zr和至少0.07重量％的Cr，其中重量％Zr加上重量％Cr不超过0.20重量％(即，重量％Zr+重量％Cr≤0.20重量％)。在这些实施方案中的任一者中，新型7xxx铝合金产品可包含至少0.09重量％的Zr和Cr中的至少一者。在这些实施方案中的任一者中，新型7xxx铝合金产品可包含至少0.09重量％的Zr和Cr两者。
在一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Zr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.07至0.18重量％的Zr。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Zr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.07至0.16重量％的Zr。在又一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Zr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.08至0.15重量％的Zr。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Zr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.09至0.14重量％的Zr。在其中晶粒结构控制材料是Zr的实施方案中，新型7xxx铝合金产品通常含有少量Cr、Sc和Hf(例如，≤0.04重量％的Cr、Sc和Hf中的每个)。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.03重量％的Cr、Sc和Hf中的每个。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.02重量％的Cr、Sc和Hf中的每个。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.01重量％的Cr、Sc和Hf中的每个。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.005重量％的Cr、Sc和Hf中的每个。
在一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Cr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.07至0.25重量％的Cr。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Cr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.07至0.20重量％的Cr。在又一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Cr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.08至0.15重量％的Cr。在另一个实施方案中，晶粒结构控制材料是Cr，并且新型7xxx铝合金产品包含0.10至0.15重量％的Cr。在其他实施方案中，新型7xxx铝合金包含少量的Cr(例如，≤0.04重量％的Cr)。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.03重量％的Cr。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.02重量％的Cr。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.01重量％的Cr。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.005重量％的Cr。
在一些实施方案中，新型7xxx铝合金包含少量的锆(例如，≤0.04重量％的Zr)。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.03重量％的Zr。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.02重量％的Zr。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.01重量％的Zr。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品含有不超过0.005重量％的Zr。
如上文所指出，新型7xxx铝合金产品通常包含小于0.15重量％的Mn。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.12重量％的Mn。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.10重量％的Mn。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.08重量％的Mn。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.05重量％的Mn。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.04重量％的Mn。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.03重量％的Mn。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.02重量％的Mn。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含不超过0.01重量％的Mn。
如上文所指出，该新型7xxx铝合金产品可包含例如最多0.15重量％的Ti。钛可用于在铸造期间促进晶粒细化，诸如通过使用TiB2或TiC。可以另外或替代地使用元素钛。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品包含0.005至0.025重量％的Ti。
如上文所指出，该新型7xxx铝合金产品可包含例如最多0.15重量％的Si和最多0.20重量％的Fe作为杂质。硅和铁的量可以是有限的，以避免有害地影响强度、断裂韧性和抗裂纹开裂性的组合。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.12重量％的Si和最多0.15重量％的Fe作为杂质。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.10重量％的Si和最多0.12重量％的Fe作为杂质。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.08重量％的Si和最多0.10重量％的Fe作为杂质。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.06重量％的Si和最多0.08重量％的Fe作为杂质。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.04重量％的Si和最多0.06重量％的Fe作为杂质。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品可以包含最多0.03重量％的Si和最多0.05重量％的Fe作为杂质。
如上所述，新型7xxx铝合金产品具有2.5至12.0英寸的厚度。厚度是指产品在其最厚点处的横截面厚度。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有至少3.0英寸的厚度。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有至少3.5英寸的厚度。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有至少4.0英寸的厚度。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有至少4.5英寸的厚度。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有至少5.0英寸的厚度。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有不超过10.0英寸的厚度。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有不超过9.0英寸的厚度。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品具有不超过8.0英寸的厚度。
在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品是轧制产品(例如，板形产品)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品是挤出产品。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品是锻造产品(例如，手工锻造产品、模锻产品)。
如上所述，新型7xxx铝合金产品可以实现性质的改进组合。在一个实施方案中，根据ASTM E8和B557，新型7xxx铝合金产品实现至少63ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少64ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少65ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少66ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少67ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少68ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少69ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少70ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少71ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少72ksi的典型拉伸屈服强度(L)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少73ksi的典型拉伸屈服强度(L)。
在一个实施方案中，根据ASTM E8和B557，新型7xxx铝合金产品实现至少57ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少58ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少59ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少60ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少61ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少62ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少63ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少64ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在又一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少65ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。在另一个实施方案中，7xxx铝合金产品可以实现至少66ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。
在一个实施方案中，根据ASTM E8和E399-12，新型7xxx铝合金产品实现至少25ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少27ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少28ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少29ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少30ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少31ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少32ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少33ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少34ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少35ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少36ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少37ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少38ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少39ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少40ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少41ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少42ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少43ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少44ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少45ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。
在一个实施方案中，根据ASTM E8和E399-12，新型7xxx铝合金产品实现至少20ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少22ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少24ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少26ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少28ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少30ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少32ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少34ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少36ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少38ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少40ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。
在一个实施方案中，根据ASTM E8和B557，新型7xxx铝合金产品实现至少6％的典型伸长率(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少7％的典型伸长率(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少8％的典型伸长率(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少9％的典型伸长率(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少10％的典型伸长率(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少11％的典型伸长率(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少12％的典型伸长率(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少13％的典型伸长率(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少14％的典型伸长率(L)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少15％的典型伸长率(L)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少16％的典型伸长率(L)。
在一个实施方案中，根据ASTM E8和B557，新型7xxx铝合金产品实现至少3％的典型伸长率(ST)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少4％的典型伸长率(ST)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少5％的典型伸长率(ST)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少6％的典型伸长率(ST)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少7％的典型伸长率(ST)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少8％的典型伸长率(ST)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少9％的典型伸长率(ST)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少10％的典型伸长率(ST)。
在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少25ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少27ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少29ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少31ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少33ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少35ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少37ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少39ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少41ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少43ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少45ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少47ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少49ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品实现至少50ksi-sqrt-in.的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。
如上所述，新型7xxx铝合金可以是EAC抵抗性的，该EAC抵抗性可以通过热湿SCC测试来确定。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品的厚度为至少63.5mm并通过使用符合如下文定义的ASTM G49的标准应力-腐蚀张力试样(“HHSCC-G49”)进行的湿热SCC(应力腐蚀开裂)测试。为了制作HHSCC-G49试样，从最终产品的中间厚度以及最终产品的W/4至3W/4之间采集至少三个短横向(ST)样品。然后，将提取的样品机械加工成拉伸样品，所述拉伸样品具有如ASTM G47-20中定义的直径以及与如ASTM E8/8M-16ae1中定义的标准样品成比例的尺寸。如果最终产品厚度为至少2.25英寸(57.15mm)，则可拉伸试样的长度为2.00英寸(50.8mm)，如图2中所示。如果最终产品厚度为1.50英寸(38.1mm)至小于2.25英寸(<50.8mm)，则试样的长度必须为至少1.25英寸(31.75mm)并应尽可能接近2.00英寸(50.8mm)。在测试之前，通过在丙酮中洗涤来对可拉伸试样清洁/去脂。然后在T/2处将可拉伸试样沿短横向方向拉紧至其ST拉伸屈服强度的85％。在HHSCC-G49测试之前，在室温下并根据ASTM E8和B557测量合金的ST拉伸屈服强度。根据ASTM G49第7.2.2节，所用的应力框架是恒应变类型(参见例如ASTM G49的图4a)。然后将拉紧的试样置于空气相对湿度为85％(不向空气中添加添加物，如氯化物)且温度为70℃或90℃的受控箱中。必须测试至少三个试样。就本专利申请的目的而言，当所有试样保持完好至少100天时，则合金在70℃下通过HHSCC-G49测试。就本专利申请的目的而言，当所有试样保持完好至少10天时，则合金在90℃下通过HHSCC-G49测试。如果试样沿标距或在邻近标距的一个试样肩处断裂成两半，则为失效。肩失效在统计学上相当于标距失效。在确定合金是否通过HHSCC-G49时，仅当螺纹失效在统计学上相当于标距失效时，才包括螺纹失效。如果在试样的螺纹端而不是在标距中出现裂纹，则为螺纹失效。在一些情况下，螺纹失效可能要到从应力框架取下试样时才能检测到。
在一个方法中，HHSCC-G49测试在70℃下进行并且新型7xxx铝合金在70℃下通过120天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的120天的HHSCC-G49测试中保持完好。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过140天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的140天的HHSCC-G49测试中保持完好。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过150天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的150天的HHSCC-G49测试中保持完好。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过160天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的160天的HHSCC-G49测试中保持完好。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过180天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的180天的HHSCC-G49测试中保持完好。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过200天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的200天的HHSCC-G49测试中保持完好。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过220天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的220天的HHSCC-G49测试中保持完好。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过240天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的240天的HHSCC-G49测试中保持完好。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过260天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的260天的HHSCC-G49测试中保持完好。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过280天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的280天的HHSCC-G49测试中保持完好。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金在70℃下通过300天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的300天的HHSCC-G49测试中保持完好。上述抗应力腐蚀开裂性性质可在厚度为至少80mm、或至少100mm、至少120mm、或至少140mm、或更高的产品中实现。
在另一个实施方案中，HHSCC-G49测试在90℃下进行并且新型7xxx铝合金在90℃下通过15天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的15天的HHSCC-G49测试中保持完好。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金在90℃下通过20天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的20天的HHSCC-G49测试中保持完好。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金在90℃下通过25天的HHSCC-G49测试，其中所有样品在上文定义的25天的HHSCC-G49测试中保持完好。上述抗应力腐蚀开裂性性质可在厚度为至少80mm、或至少100mm、至少120mm、或至少140mm、或更高的产品中实现。
在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品的厚度为至少63.5mm并通过使用符合ASTM G49的标准应力-腐蚀张力试样在根据ASTM G44的交替浸没暴露条件下根据ASTM G47进行的应力腐蚀开裂测试(“SCC交替浸没测试”)。就本专利申请的目的而言，当所有样品在ST方向上172MPa的净应力下进行的20天SCC交替浸没测试中保持完好时，则新型7xxx铝合金通过SCC交替浸没测试，其中测试环境为3.5％NaCl，最少需要测试五(5)个样品。在一个实施方案中，新型7xxx铝合金通过如上文所定义的30天的SCC交替浸没测试。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金通过如上文所定义但在241MPa的净应力下的20天的SCC交替浸没测试。在又一个实施方案中，新型7xxx铝合金通过如上文所定义但在241MPa的净应力下的30天的SCC交替浸没测试。上述抗应力腐蚀开裂性性质可在厚度为至少80mm、或至少100mm、至少120mm、或至少140mm、或更高的产品中实现。
在一个实施方案中，新型7xxx铝合金产品的厚度为至少63.5mm并通过如下文所定义根据ASTM G168进行的湿热SCC(应力腐蚀开裂)测试(“HHSCC-G168”)。就本专利申请的目的而言，当(a)应力强度因子给出不超过10-7mm/s的裂纹生长速率，和(b)实现的K值为至少13MPa-sqrt-m(MPa√m)时，新型7xxx铝合金通过HHSCC-G168测试。HHSCC-G168测试在70℃和85％相对湿度下在T/2处并用S-L试样进行。在一个实施方案中，在不超过10-7mm/s的裂纹生长速率下实现的K值为至少14MPa-sqrt-m。在另一个实施方案中，在不超过10-7mm/s的裂纹生长速率下实现的K值为至少15MPa-sqrt-m。在又一个实施方案中，在不超过10-7mm/s的裂纹生长速率下实现的K值为至少16MPa-sqrt-m。在另一个实施方案中，在不超过10-7mm/s的裂纹生长速率下实现的K值为至少17MPa-sqrt-m。在又一个实施方案中，在不超过10-7mm/s的裂纹生长速率下实现的K值为至少18MPa-sqrt-m或更高。上述抗应力腐蚀开裂性性质可在厚度为至少80mm、或至少100mm、至少120mm、或至少140mm、或更高的产品中实现。
在一个实施方案中，新型7xxx铝合金通过上文定义的SCC测试中的至少两个(即，以下中的至少两个：(a)如上文所定义的HHSCC-G49测试，(b)如上文所定义的SCC替代浸没测试，和(c)如上文所定义的HHSCC-G168测试)。在另一个实施方案中，新型7xxx铝合金通过所有上文定义的SCC测试。
虽然上述L和ST性质通常涉及厚板产品，但类似性质也可在厚锻造产品和厚挤出产品中实现。此外，上述性质中有许多也可以组合地实现，如下文的实例所示。
如上所述，新型厚7xxx铝合金产品可以适用于各种航空航天应用中的部件。在一个实施方案中，合金产品是航空航天结构组件。航空器结构组件可以是以下中的任一者：上翼板(蒙皮)、上翼纵樑、具有一体式纵樑的上翼罩、翼樑、翼樑盖、翼樑腹板、肋、肋支架或肋腹板、加固元件、框架、起落架组件(例如，筒、梁)、承阻拉杆、舱壁、襟翼导轨组装件、机身和挡风玻璃框架、轮肋、侧撑、配件、机身组件(例如，机身蒙皮)和空间组件(例如，用于可以离开地球的火箭和其他运载器)。在一个实施方案中，合金产品是装甲组件(例如，机动车辆的装甲组件)。在一个实施方案中，合金产品被用于石油和天然气行业(例如，作为管道、结构组件)。在一个实施方案中，合金产品是厚铸件块/铸件板产品(例如，用于注射成型)。在一个实施方案中，合金产品是汽车产品。
可以通过将具有前述组成中的任一者的铝合金铸造成铸锭或铸坯，然后对铸锭或铸坯进行均匀化处理，从而将新型厚7xxx铝合金产品制成锻造产品。均匀化的铸锭或铸坯可以通过轧制、挤出或锻造成最终规格而进行加工，通常通过热加工来进行，任选地进行一些冷加工。可以对最终规格产品进行固溶热处理，然后淬火，然后消除应力(例如，通过拉伸或压缩)并且接着人工老化。
除传统锻造产品之外，新型7xxx铝合金还可以制成成型铸件或通过增材制造为增材制造的产品。增材制造的产品可以按原样使用，或可以随后进行处理，例如经由机械、热或热机械处理方式进行处理。
定义
如本文所用，“典型纵向(L)拉伸屈服强度”或TYS(L)根据ASTM B557-10并且通过测量来自至少三个不同批次的材料在T/4位置处在纵向方向(L)上的拉伸屈服强度(TYS)来确定，每个批次测试至少两个平行试样，得到总共至少6个不同的测量试样值，典型TYS(L)为至少6个不同的测量试样值的平均值。在纵向拉伸测试期间测量典型伸长率(L)。
如本文所用，“典型纵向(ST)拉伸屈服强度”或TYS(ST)根据ASTM B557-10并且通过测量来自至少三个不同批次的材料在短横向方向(ST)上的拉伸屈服强度(TYS)来确定，每个批次测试至少两个平行试样，得到总共至少6个不同的测量试样值，典型TYS(ST)为至少6个不同的测量试样值的平均值。采集短横向可拉伸试样，以使得量具截面的中点与板材中间厚度平面重合。在短横向拉伸测试期间测量典型伸长率(ST)。
如本文所用，“典型平面应变断裂韧性(KIC)(L-T)”根据ASTM E399-12通过使用C(T)样本测量来自至少三个不同批次的材料在T/4位置处在L-T方向上的平面应变断裂韧性来确定，其中“W”为4.0英寸，并且其中对于厚度为至少2.0英寸的产品，“B”为2.0英寸，并且其中对于厚度小于2.0英寸的产品，“B”为1.5英寸，每个批次测试至少一个一式两份样本，得到总共至少6个不同的测量样本值，典型平面应变断裂韧性(KIC)(L-T)是至少6个不同的有效KIC测量样本值的平均值。
如本文所用，“典型平面应变断裂韧度(KIC)(S-L)”根据ASTM E399-12通过使用C(T)试样测量来自至少三个不同批次的材料在T/2位置处在S-L方向上的平面应变断裂韧度来确定，其中“W”和“B”依照下表，每至个批次测试少两个平行试样，得到总共至少6个不同的测量试样值，典型平面应变断裂韧度(KIC)(S-L)为至少6个不同的有效KIC测量试样值的平均值。
S-L试样参数
Figure BDA0003418571840000181
Figure BDA0003418571840000191
根据共同拥有的美国专利申请公开号2017/0088920第0058段中所述的程序来确定典型L-S抗裂纹开裂性性质(Kmax-dev)，该程序以引用的方式并入本文，但以下几点除外：(a)样本的“W”尺寸应为2.0英寸(5.08cm)，(b)样本应以T/2为中心(与缺口尖端相对)，以及(c)试样可以在实验室空气中而不是在高湿度空气中进行测试。
术语“平方根”在本文中可以缩写为“sqrt”。
在通篇说明书和权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语采取本文明确相关的含义。如本文所用，短语“在一个实施方案中”和“在一些实施方案中”不一定指相同实施方案(虽然它们可以是)。另外，如本文所用，短语“在另一个实施方案中”和“在一些其他实施方案中”不一定指不同实施方案(虽然它们可以是)。因此，如下文所述，可以容易地将本发明的各种实施方案组合，而不偏离本发明的范围或精神。
此外，除非上下文另外明确规定，否则如本文所用，术语“或”是一种包括性的“或”运算符，且相当于术语“和/或”。除非上下文另外明确规定，否则术语“基于”不具有排他性且允许基于未描述的附加因素。此外，在本说明书全篇中，除非上下文另外明确规定，否则“一个”、“一种”和“所述”的含义包括复数指代物。除非上下文另外明确规定，否则“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”。
附图说明
图1是示出实施例1合金的强度相对于KIC断裂韧度性质的图表。
图2是示出实施例1合金的强度相对于EAC抵抗性的图表。
具体实施方式
实施例1
将两种铝合金铸造为6x18-英寸(D x W)的铸锭，其组成提供于下表1中。
表1-实施例1合金的组成(重量％)
合金 Si Fe Zn Mg Cu Zr Mn Cr Ti
1 0.05 0.05 5.88 1.60 2.17 0.10 0.02 0.02 0.02
2 0.02 0.06 5.98 1.50 2.12 0.10 -- -- 0.02
然后常规地制备用于均匀化的铸锭(例如，通过锯切和刮平)。然后根据日本专利号H03-41540(1991)，将第一铸锭加工至其最终回火，实施例1，合金4。1根据本文公开的发明方法对第二铸锭进行加工。
具体地，根据JPH03-41540在842°F(450℃)下对合金1进行均匀化。然后将合金热轧至1.75英寸(44.45mm)的最终规格。然后根据JPH03-41540，在842°F(450℃)下对合金1进行固溶热处理1小时，然后在190°F水(87.8℃)中淬火，然后拉伸1.5％。在拉伸后，根据JPH034-41540，通过在248°F(120℃)下首次老化24小时，加热至302°F，然后在302°F(150℃)下老化24小时来人工老化合金1。
合金2在895°F(479℃)下均匀化，然后热轧至1.75英寸(44.45mm)的最终规格。然后在895°F(479℃)下对合金2进行固溶热处理2小时，在190°F水(87.8℃)中淬火，然后拉伸2.25％。在拉伸后，使一些合金2经受两种不同的人工老化实践：
●实践1：在250°F(121℃)下首次老化6小时，然后加热至320°F(160℃)并保持5.6小时，空气冷却至环境，然后再加热至250℃(121℃)并保持24小时。
Figure BDA0003418571840000201
●实践2：在250°F(121℃)下首次老化6小时，然后加热至320°F(160℃)并保持9.75小时，空气冷却至环境，然后再加热至250℃(121℃)并保持24小时。
190°F淬火温度模拟厚铸锭铸(例如，八英寸(203.2mm)厚铸锭)中间的淬火速率。
对合金1-2进行金相检查，并且发现其未重结晶，即，如使用标准金相分析程序所确定，含有不超过45％的重结晶晶粒。在一个实施方案中，新型锻造7xxx铝合金产品含有不超过35％的重结晶晶粒。在另一个实施方案中，新型锻造7xxx铝合金产品含有不超过25％的重结晶晶粒。在另一个实施方案中，新型锻造7xxx铝合金产品含有不超过15％的重结晶晶粒。在另一个实施方案中，新型锻造7xxx铝合金产品含有不超过5％的重结晶晶粒。
然后对合金进行机械测试，其结果示于下表2中。还提供了与类似生产的常规7050合金有关的测试结果，其结果来自共同拥有的国际专利申请公开号WO2020/102441。测量是相对于所有合金的T/2位置。断裂韧度是相对于S-L方向。
表2-实施例1合金的机械性质*
Figure BDA0003418571840000211
*AP1＝老化实践1；AP2＝老化实践2；sqrt＝平方根
还根据上文提供的HHSCC-G49程序对合金进行EAC(环境致裂)抵抗性测试。还测试了具有与合金1-2的强度水平类似的强度水平的工厂生产的7050-T7651(3.9英寸厚)。HHSCC-G49结果提供于下表3中。
表3–HHSCC-G49测试结果
Figure BDA0003418571840000221
如上文和图1至图2中所示，合金2实现相比于合金1改进的特性组合。如图1中所示，合金2实现比合金1和常规7050合金更高的强度和韧度组合。如图2中所示，合金2还实现比合金1高得多的强度和EAC抵抗性组合。此外，如表2中所示，合金2的ST延展性显著高于合金1的ST延展性。
完成此合金系统的均匀化温度分析。确定了这些特定合金具有5.5-6.5重量％的Zn、1.3-1.7重量％的Mg和1.7-2.3重量％的Cu，均匀化温度应至少与T(homog.)一样高，其中T(homog.)根据下式以华氏度数计算：
●T(homog.)＝614.4+55.2*Cu+83.1*Mg-1.8*Zn
对于上述公式，Cu、Mg和Zn分别是锻造7xxx铝合金中的铜、镁和锌的重量百分数。下表示出了合金1和2的计算。
表4–合金1-2的T(homog.)
Figure BDA0003418571840000222
如所示出的，合金1的最小均匀化温度是856.5°F，并且合金2的最小均匀化温度是845.3°F。
优选地，均匀化温度高于T(homog.)。在一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少5°F，即≥5°F+T(homog.)。在另一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少10°F，即≥10°F+T(homog.)。在又一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少15°F，即≥15°F+T(homog.)。在另一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少20°F，即≥20°F+T(homog.)。在又一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少25°F，即≥25°F+T(homog.)。在另一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少30°F，即≥30°F+T(homog.)。在又一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少35°F，即≥35°F+T(homog.)。在另一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少40°F，即≥40°F+T(homog.)。在又一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少45°F，即≥45°F+T(homog.)。在另一个实施方案中，均匀化温度比T(homog.)高至少50°F，即≥50°F+T(homog.)。然而，均匀化温度应低于铝合金的初熔温度。优选地，均匀化温度比铝合金的初熔稳定低至少10°F。
由于其涉及固溶热处理，关于均匀化的所有上述教导均同等地应用于固溶热处理温度。即，固溶热处理温度可与T(homog.)相同且优选地比T(homog.)高10-50°F，如上文所述，但低于铝合金的初熔温度，且优选地比铝合金的初熔温度低至少10°F。在固溶热处理之后，合金应在适当的介质如水或空气中淬火。优选地，水是室温。
基于上述数据，还完成了老化分析。发现合金应老化至7至20小时的总等效老化时间t(eq.)，总等效人工老化时间是：
Figure BDA0003418571840000231
在上述公式中，T是人工老化期间以开尔文(K)为单位的瞬时温度，并且Tref是选择为160℃(433.15K)的参考温度。下表中示出合金1-2的t(eq.)。
表5–合金1-2的t(eq.)
Figure BDA0003418571840000241
如所示出的，合金1和合金2-AP2两者均老化到大体上相同的总等效老化时间。然而，合金2的老化实践是优异的，至少部分地有助于其显著改进的特性。因此，在一个实施方案中，t(eq.)为7至19小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至18小时。在又一个实施方案中，t(eq.)为7至17小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至16小时。在又一个实施方案中，t(eq.)为7至15小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至14小时。在又一个实施方案中，t(eq.)为7至13.5小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至13小时。在又一个实施方案中，t(eq.)为7至12.5小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至12小时。在又一个实施方案中，t(eq.)为7至11.5小时。在另一个实施方案中，t(eq.)为7至11小时。
据信，两步老化实践和三步老化实践两者都可以与当前公开的锻造7xxx铝合金一起使用，条件是遵循适当的均匀化和固溶热处理实践。因此，在一个实施方案中，人工老化包括在200-300°F的第一老化温度下的第一老化，然后在250-350°F的第二老化温度下的第二老化，其中该第二老化温度比第一老化温度高至少10°F。在一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少20°F。在另一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少30°F。在又一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少40°F。在另一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少50°F。在又一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少60°F。在另一个实施方案中，第二老化温度比第一老化温度高至少70°F。
在一个实施方案中，第一老化温度不大于280°F。在另一个实施方案中，第一老化温度不大于270°F。在又一个实施方案中，第一老化温度不大于260°F。在另一个实施方案中，第一老化温度不大于250°F。多个老化温度可在第一老化温度范围内使用，前提是实现t(eq)。
在一个实施方案中，第二老化温度为至少305°F。在另一个实施方案中，第二老化温度为至少310°F。在又一个实施方案中，第二老化温度为至少315°F。在另一个实施方案中，第二老化温度为至少320°F。多个老化温度可在第二老化温度范围内使用，前提是实现t(eq)。在第二老化步骤之后，产品可被冷却到室温。
当使用第三老化步骤时，其遵循第二老化步骤。在一种方法中，第三老化步骤与第一老化步骤类似或相同，如通过使用200-300°F的老化温度。多个老化温度可在第三老化温度范围内使用，前提是实现t(eq)。在一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少10°F。在另一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少20°F。在又一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少30°F。在另一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少40°F。在又一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少50°F。在另一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少60°F。在又一个实施方案中，第三老化温度比第二老化温度低至少70°F。
在一个实施方案中，第三老化温度不大于280°F。在另一个实施方案中，第三老化温度不大于270°F。在又一个实施方案中，第三老化温度不大于260°F。在另一个实施方案中，第三老化温度不大于250°F。多个老化温度可在第三老化温度范围内使用，前提是实现t(eq)。
虽然已详细描述了本公开内容的各种实施方案，但显而易见，本领域的技术人员将想到那些实施方案的修改和改编。然而，应明确地理解，这些修改和改编在本公开内容的精神和范围内。

Claims (37)

1.一种锻造7xxx铝合金产品，其包含：
5.5-6.5重量％的Zn；
1.3-1.7重量％的Mg；
1.7-2.3重量％的Cu；
小于0.15重量％的Mn；
最多1.0重量％的晶粒结构控制材料，其中所述晶粒结构控制材料包含Zr、Cr、Sc和Hf中的至少一者；以及
最多0.15重量％的Ti；
余量为铝和不可避免的杂质；
其中所述锻造7xxx铝合金产品具有2.5至12英寸的厚度。
2.如权利要求1所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含不超过0.12重量％的Mn，或不超过0.10重量％的Mn，或不超过0.08重量％的Mn，或不超过0.05重量％的Mn，或不超过0.04重量％的Mn，或不超过0.03重量％的Mn，或不超过0.02重量％的Mn，或不超过0.01重量％的Mn。
3.如权利要求2所述的锻造7xxx铝合金产品，其包含0.05至0.15重量％的Zr和不超过0.04重量％的Mn。
4.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含不超过6.4重量％的Zn，或不超过6.3重量％的Zn，或不超过6.2重量％的Zn。
5.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含至少5.6重量％的Zn，或至少5.7重量％的Zn，或至少5.8重量％的Zn，或至少5.9重量％的Zn。
6.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含不超过2.25重量％的Cu，或不超过2.20重量％的Cu。
7.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含至少1.75重量％的Cu，或至少1.80重量％的Cu，或至少1.90重量％的Cu，或至少1.95重量％的Cu，或至少2.00重量％的Cu。
8.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含至少1.35重量％的Mg，或至少1.40重量％的Mg。
9.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造7xxx铝合金产品包含不超过1.65重量％的Mg，或不超过1.60重量％的Mg，或不超过1.55重量％的Mg，或不超过1.50重量％的Mg，或不超过1.45重量％的Mg。
10.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少63ksi、或至少64ksi、或至少65ksi、或至少66ksi、或至少67ksi、或至少68ksi、或至少69ksi、或至少70ksi、或至少71ksi、或至少72ksi、或至少73ksi的典型拉伸屈服强度(L)。
11.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少57ksi、或至少58ksi、或至少59ksi、或至少60ksi、或至少61ksi、或至少62ksi、或至少63ksi、或至少64ksi、或至少65ksi、或至少66ksi的典型拉伸屈服强度(ST)。
12.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少25ksi-sqrt-inch、或至少26ksi-sqrt-inch、或至少27ksi-sqrt-inch、或至少28ksi-sqrt-inch、或至少29ksi-sqrt-inch、或至少30ksi-sqrt-inch、或至少31ksi-sqrt-inch、或至少32ksi-sqrt-inch、或至少33ksi-sqrt-inch、或至少34ksi-sqrt-inch、或至少35ksi-sqrt-inch、或至少36ksi-sqrt-inch、或至少37ksi-sqrt-inch、或至少38ksi-sqrt-inch、或至少39ksi-sqrt-inch、或至少40ksi-sqrt-inch、或至少41ksi-sqrt-inch、或至少42ksi-sqrt-inch、或至少43ksi-sqrt-inch、或至少44ksi-sqrt-inch、或至少45ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(L-T)。
13.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少20ksi-sqrt-inch、或至少22ksi-sqrt-inch、或至少24ksi-sqrt-inch、或至少26ksi-sqrt-inch、或至少28ksi-sqrt-inch、或至少30ksi-sqrt-inch、或至少32ksi-sqrt-inch、或至少34ksi-sqrt-inch、或至少38ksi-sqrt-inch、或至少38ksi-sqrt-inch、或至少40ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)。
14.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少6％、或至少7％、或至少8％、或至少9％、或至少10％、或至少11％、或至少12％、或至少13％、或至少14％、或至少15％、或至少16％的典型伸长率(L)。
15.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少3％、或至少4％、或至少5％、或至少6％、或至少7％、或至少8％、或至少9％、或至少10％的典型伸长率(ST)。
16.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品实现至少25ksi-sqrt-inch、或至少27ksi-sqrt-in、或至少29ksi-sqrt-in、或至少31ksi-sqrt-in、或至少33ksi-sqrt-in、或至少35ksi-sqrt-in、或至少37ksi-sqrt-in、或至少39ksi-sqrt-in、或至少41ksi-sqrt-in、或至少43ksi-sqrt-in、或至少45ksi-sqrt-in、或至少47ksi-sqrt-in、或至少49ksi-sqrt-in、或至少50ksi-sqrt-in的典型L-S抗裂纹开裂性(Kmax-dev)。
17.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品通过70℃下100天或90℃下10天的HHSCC-G49测试。
18.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品通过70℃下150天或90℃下15天的HHSCC-G49测试。
19.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品具有至少3.0英寸、或至少3.5英寸、或至少4.0英寸、或至少4.5英寸、或至少5.0英寸的厚度。
20.如前述权利要求中任一项所述的锻造7xxx铝合金产品，其中所述7xxx铝合金产品具有不大于10.0英寸、或不大于9.0英寸、或不大于8.0英寸的厚度。
21.一种航空航天结构组件，其由如权利要求1至20所述的锻造7xxx铝合金产品中的任一种制成。
22.一种锻造7xxx铝合金的方法，所述方法包括：
(a)将具有如权利要求1至9中任一项的组成的合金铸造为铸锭或铸坯；
(b)使所述铸锭或铸坯均匀化；
(c)将所述铸锭或铸坯热加工成中间规格产品或最终规格产品；
(d)任选地将所述中间规格产品冷加工成所述最终规格产品；
(e)固溶热处理所述最终规格产品，随后淬火；
(f)任选地将固溶热处理和淬火的产品拉伸或压缩1-5％；
(g)人工老化所述固溶热处理和淬火的产品。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述均匀化步骤包括将所述铸锭或铸坯加热到至少850°F、或至少855°F、或至少860°F、或至少865°F、或至少870°F、或至少875°F、或至少880°F、或至少885°F、或至少890°F的均匀化温度。
24.如权利要求22至23中任一项所述的方法，其中所述固溶热处理步骤包括将所述最终规格产品加热到至少850°F、或至少855°F、或至少860°F、或至少865°F、或至少870°F、或至少875°F、或至少880°F、或至少885°F、或至少890°F的固溶热处理温度。
25.如权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述均匀化温度为至少T(homog.)，其中T(homog.)根据式614.4+55.2*Cu+83.1*Mg-1.8*Zn以华氏度计算，其中所述Cu、所述Mg和所述Zn分别是所述锻造7xxx合金中的铜、镁和锌的重量百分数。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述均匀化温度比T(homog.)高至少5°F，或比T(homog.)高至少10°F，或比T(homog.)高至少15°F，或比T(homog.)高至少20°F，或比T(homog.)高至少25°F，或比T(homog.)高至少30°F，或比T(homog.)高至少35°F，或比T(homog.)高至少40°F，或比T(homog.)高至少45°F，或比T(homog.)高至少50°F。
27.如权利要求22至26中任一项所述的方法，其中所述均匀化温度比所述锻造7xxx铝合金的初熔温度低至少10°F。
28.如权利要求22至27中任一项所述的方法，其中所述人工老化包含在200-300°F的第一老化温度下的第一老化，随后在250-350°F的第二老化温度下的第二老化，其中所述第二老化温度比所述第一老化温度高至少10°F。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述第二老化温度比所述第一老化温度高至少20°F，或比所述第一老化温度高至少30°F，或比所述第一老化温度高至少40°F，或比所述第一老化温度高至少50°F，或比所述第一老化温度高至少60°F，或比所述第一老化温度高至少70°F。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述第二老化温度为至少305°F、或至少310°F、或至少315°F、或至少320°F。
31.如权利要求28至30中任一项所述的方法，其中所述第一老化温度不大于280°F、或不大于270°F、或不大于260°F、或不大于250°F。
32.如权利要求28至31中任一项所述的方法，所述方法包括在所述第二老化之后的第三老化，其中所述第三老化包括在200-300°F的第三老化温度下的老化。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述第三老化温度比第二老化温度低至少10°F，或比第二老化温度低至少20°F，或比第二老化温度低至少30°F，或比第二老化温度低至少40°F，或比第二老化温度低至少50°F，或比第二老化温度低至少60°F，或比第二老化温度低至少70°F。
34.如权利要求32至33中任一项所述的方法，其中所述第三老化温度不大于280°F、或不大于270°F、或不大于260°F、或不大于250°F。
35.如权利要求22至34中任一项所述的方法，其中总等效人工老化时间为t(eq.)，其中t(eq.)为7至20小时，其中t(eq.)由下式计算
Figure FDA0003418571830000061
其中T是在所述人工老化期间以°K为单位的瞬时温度，并且其中Tref是选择为160℃(433.15°K)的参考温度。
36.如权利要求35所述的方法，其中t(eq)不大于19小时、或不大于18小时、或不大于17小时、或不大于16小时、或不大于15小时、或不大于14小时、或不大于13.5小时、或不大于13小时、或不大于12.5小时、或不大于12小时、或不大于11小时。
37.一种轧制7xxx铝合金板产品，其包含：
5.9-6.2重量％的Zn；
1.4-1.7重量％的Mg；
2.0-2.3重量％的Cu；
0.05-0.15重量％的Zr；
最多0.20重量％的Cr；
最多0.15重量％的Ti；和
不大于0.04重量％的Mn；
余量为铝和不可避免的杂质；
其中所述轧制7xxx铝合金板产品具有3至12英寸的厚度；并且
其中所述轧制7xxx铝合金板产品实现以下至少三个方面：
(a)至少57ksi的典型拉伸屈服强度(ST)；
(b)至少20ksi-sqrt-inch的典型KIC平面应变断裂韧性(S-L)；
(c)至少5％的典型伸长率(ST)；以及
(d)通过90℃下15天的HHSCC-G49测试。
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