DE10392805T5

DE10392805T5 - A method of producing a high strength Al-Zn-Mg-Cu alloy

Info

Publication number: DE10392805T5
Application number: DE10392805T
Authority: DE
Inventors: Rinze Benedictus; Alfred Ludwig Heinz; Christian Joachim Keidel
Original assignee: Corus Aluminium Walzprodukte GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-06-02
Also published as: DE10392805B4; CN100451149C; WO2004001080A1; GB0423402D0; GB2402943A; CA2485524A1; AU2003277929A1; CN1656240A; US20050006010A1; BR0312101B1; FR2841264A1; BR0312101A; GB2402943B; FR2841264B1; CA2485524C

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Ermüdungsanrißwachstum und einer hohen Schadenstoleranz, welches folgende Schritte aufweist:
a) Gießen eines Barrens mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%).
Zn: 5,5 – 9,5
Cu: 1,5 – 3,5
Mg: 1,5 – 3,5
Mn: < 0,25
Zr: < 0,25, bevorzugt 0,06 – 0,16
Cr: < 0,10
Fe: < 0,25,
Si: < 0,25,
Ti: < 0,10
Hf und/oder V < 0,25, und andere Elemente jeweils weniger als 0,05 und weniger als 0,15 insgesamt, Rest Aluminium,
b) Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Barrens nach dem Gießen,
c) Warmbearbeiten des Barrens und gegebenenfalls Kaltbearbeiten zu einem bearbeiteten Produkt mit einer Dicke von mehr als 50 mm,
d) Lösungsglühen,
e) Abschrecken des lösungsgeglühten Produkts, und
f) künstliches Altern des bearbeiteten und wärmebehandelten Produkts, wobei der Alterungsschritt eine erste Wärmebehandlung bei...A method of producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy having improved resistance to fatigue crack growth and high damage tolerance, comprising the steps of:
a) casting a billet with the following composition (in wt .-%).
Zn: 5.5 - 9.5
Cu: 1.5-3.5
Mg: 1.5 - 3.5
Mn: <0.25
Zr: <0.25, preferably 0.06 - 0.16
Cr: <0.10
Fe: <0.25,
Si: <0.25,
Ti: <0.10
Hf and / or V <0.25, and other elements each less than 0.05 and less than 0.15 in total, balance aluminum,
b) homogenizing and / or preheating the bar after pouring,
c) hot working the billet and optionally cold working to a machined product having a thickness of more than 50 mm,
d) solution heat treatment,
e) quenching the solution-annealed product, and
f) artificial aging of the processed and heat-treated product, wherein the aging step is a first heat treatment at ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, während gleichzeitig eine hohe Schadenstoleranz aufrechterhalten wird, ein Blechprodukt aus einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung, das nach dem erfinderischen Verfahren hergestellt wurde, mit einer Dicke von mehr als 50 mm, und ein Flugzeugbauteil, das aus einer solchen Legierung hergestellt wurde. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine hochfeste Al-Zn-Cu-Mg-Legierung, die durch die Serie 7000 der internationalen Nomenklatur der Aluminium Association für strukturelle Flugzeuganwendungen bezeichnet ist. Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein dickes Aluminiumlegierungsprodukt, mit verbesserten Kombinationen von Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere eine gute Festigkeits-Korrosions-Bilanz hat.The The present invention relates to a method for producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy with improved corrosion resistance, while at the same time a high damage tolerance is maintained Sheet metal product of a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy, which after produced by the inventive method, with a thickness of more than 50 mm, and an aircraft component made of such a Alloy was made. More specifically, the present invention relates a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy produced by the 7000 series International nomenclature of the Aluminum Association for structural Aircraft applications is designated. More specifically, the present invention relates Invention a thick aluminum alloy product, with improved Combinations of strength, toughness and corrosion resistance, especially has a good strength-corrosion balance.

Im Stand der Technik ist die Verwendung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen bei einer Anzahl von Anwendungen bekannt, die relativ hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit beinhalten, wie Flugzeugrümpfe, Fahrzeugelemente und andere Anwendungen. Die Aluminiumlegierungen AA7050 und AA7150 zeigen hohe Festigkeit in Wärmebehandlungen vom Typ T6, vgl. z.B. die US-6,315,842. Auch ausscheidungsgehärtete AA7x75-Legierungsprodukte zeigen hohe Festigkeitswerte in der T6-Wärmebehandlung. Die T6-Wärmebehandlung verbessert bekanntlich die Festigkeit der Legierung, wobei die oben erwähnten AA7050-, AA7x50- und AA7x75-Legierungsprodukte, die hohe Mengen von Zink, Kupfer und Magnesium enthalten, für ihre hohen Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnisse bekannt sind und deshalb insbesondere in der Flugzeugindustrie Anwendung finden. Allerdings bringen diese Anwendungen das Aussetzen an viele verschiedene klimatische Bedingungen mit sich, die eine sorgfältige Kontrolle von Arbeits- und Alterungsbedingungen erfordern, um eine adäquate Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit vorzusehen, einschließlich der Spannungskorrosion und des Abblätterns.in the The prior art is the use of hardenable aluminum alloys known in a number of applications, the relatively high strength, high tenacity and corrosion resistance involve, like fuselages, Vehicle elements and other applications. The aluminum alloys AA7050 and AA7150 show high strength in T6 heat treatments, see. e.g. US 6,315,842. Also precipitation hardened AA7x75 alloy products show high strength values in the T6 heat treatment. The T6 heat treatment is known to improve the strength of the alloy, the above mentioned AA7050, AA7x50 and AA7x75 alloy products, the high volumes of zinc, copper and magnesium, for their high strength-to-weight ratios are known and therefore in particular in the aircraft industry application Find. However, these applications are exposing to many Various climatic conditions are involved, requiring careful control from working and aging conditions to adequate strength and corrosion resistance including, stress corrosion and peeling.

Um die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion und Abblättern sowie die Bruchzähigkeit zu verbessern, ist es bekannt, diese Legierungen der Serie 7000 künstlich zu überaltern. Wenn sie künstlich zu einer Wärmebehandlung vom Typ T79, T76, T74 oder T73 überaltert werden, verbessern sich ihre Beständigkeit gegen Spannungskorrosion, Abblätterungskorrosion und Bruchzähigkeit in der angegebenen Reihenfolge (wobei T73 am besten ist und T79 nahe an T6), aber auf gewisse Kosten auf die Festigkeit im Vergleich zu dem T6-Wärmebehandlungszustand. Ein aktzeptabler Wärmebehandlungszustand ist die T74- Wärmebehandlung, die eine begrenzter überalterter Zustand ist, zwischen T73 und T76, um ein akzeptables Niveau von Zugfestigkeit, Spannungskorrosionsbeständigkeit, Abblätterungskorrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit zu erhalten. Eine solche T74-Wärmebehandlung wird durchgeführt, indem das Aluminiumlegierungsprodukt bei Temperaturen von 121°C für 6 bis 24 Stunden und 171°C für etwa 14 Stunden überaltert wird.Around the durability against stress corrosion and flaking as well as the fracture toughness To improve, it is known, these alloys of the series 7000 artificially to over age. If they are artificial to a heat treatment obsolete type T79, T76, T74 or T73 improve their resistance to stress corrosion, exfoliation corrosion and fracture toughness in the order given (where T73 is best and T79 close to T6), but at some cost on the strength in comparison to the T6 heat treatment state. An acceptable heat treatment condition is the T74 heat treatment, the a limited age State is between T73 and T76 to an acceptable level of Tensile strength, stress corrosion resistance, exfoliation corrosion resistance and fracture toughness to obtain. Such a T74 heat treatment is carried out, by placing the aluminum alloy product at temperatures of 121 ° C for 6 to 24 hours and 171 ° C for about 14 hours old becomes.

Je nach den Entwurfskriterien für ein spezielles Flugzeugbauteil ergeben selbst kleine Verbesserungen bei der Festigkeit, Zähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit Gewichtersparnisse, die sich über die Lebenszeit des Flugzeugs in sparsamen Kraftstoffverbrauch umsetzen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind mehrere andere Legierungen der Serie AA7000 entwickelt worden.ever according to the design criteria for a special aircraft component make even small improvements in the strength, toughness or corrosion resistance Weight savings that are about Implement the lifetime of the aircraft in economical fuel consumption. To meet these requirements, Several other AA7000 series alloys have been developed.

Die US-Patentschrift Nr. 4,954,188 offenbart ein Verfahren zum Vorsehen einer hochfesten Aluminiumlegierung, gekennzeichnet durch eine verbesserte Beständigkeit gegen Abblättern unter Verwendung einer Legierung, die aus den folgenden Legierungselementen in Gew.-% besteht:
Zn: 5,9 – 8,2
Cu: 1,5 – 3,0
Mg: 1,5 – 4,0
Cr: < 0,04,
andere Elemente wie Zirkonium, Mangan, Eisen, Silicium und Titan insgesamt weniger als 0,5, Rest Aluminium, Bearbeiten der Legierung zu einem Produkt einer vorbestimmten Form, Lösungsglühen des umgeformten Produkts, Abschrecken und Altern des wärmebehandelten und abgeschreckten Produkts auf eine Temperatur von 132°C bis 140°C für einen Zeitraum von 6 bis 30 Stunden. Die erwünschten Eigenschaften hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit wurden bei dieser Legierung erreicht, indem die Alterungstemperatur gesenkt und nicht erhöht wird, wie es vorher z.B. in der US-Patentschrift Nr. 3,881,966 oder der US-Patentschrift Nr. 3,794,831 gelehrt wurde.U.S. Patent No. 4,954,188 discloses a method of providing a high strength aluminum alloy characterized by improved flaking resistance using an alloy consisting of the following alloy elements in weight percent:
Zn: 5.9 - 8.2
Cu: 1.5-3.0
Mg: 1.5 - 4.0
Cr: <0.04,
other elements such as zirconium, manganese, iron, silicon and titanium total less than 0.5, balance aluminum, machining the alloy into a product of a predetermined shape, solution annealing the reshaped product, quenching and aging the heat treated and quenched product to a temperature of 132 ° C to 140 ° C for a period of 6 to 30 hours. The desirable properties of high strength, high toughness, and high corrosion resistance were achieved in this alloy by lowering and not increasing the aging temperature, as previously taught, for example, in U.S. Patent No. 3,881,966 or U.S. Patent No. 3,794,831.

Es ist berichtet worden, daß die bekannten ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierungen AA7075 und andere Legierungen der Serie AA7000 im T6-Wärmebehandlungszustand unter bestimmten Bedingungen nicht eine ausreichende Beständigkeit gegen Korrosion ergeben haben. Die Wärmebehandlungen vom Typ T7, welche die Beständigkeit der Legierungen gegenüber Spannungskorrosionsrißbildung verbessern, vermindern jedoch die Festigkeit signifikant gegenüber dem T6-Zustand.It has been reported that the known precipitation-hardened aluminum alloys AA7075 and other AA7000 series alloys in the T6 heat-treated state have not given sufficient resistance to corrosion under certain conditions. The T7 type heat treatments, which improve the resistance of the alloys to stress corrosion cracking, reduce However, the strength is significant compared to the T6 state.

Die US-Patentschrift Nr. 4,863,528 offenbart deshalb ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Aluminiumlegierungsprodukts, wobei das Verfahren umfaßt, daß eine Legierung vorgesehen wird, die im wesentlichen in Gew.-% aus folgendem besteht:
Zn: 6 – 16
Cu: 1 – 3
Mg: 1,5 – 4,5
ein oder mehr Elemente ausgewählt aus Zr, Cr, Mn, Ti, V oder Hf, wobei die Gesamtheit der Elemente 1,0 Gew.-% nicht übersteigt, der Rest Aluminium und zufällige Verunreinigungen. Die Aluminiumlegierung wird nach dem Gießen lösungsgeglüht, ausscheidungsgehärtet, um ihre Festigkeit auf ein Niveau zu erhöhen, welches das Niveau der wie lösungsgeglühten Festigkeit um etwa 30% der Differenz zwischen der wie lösungsgeglühten Festigkeit und der Spitzenfestigkeit übersteigt, und danach einer Behandlung bei einer ausreichenden Temperatur oder Tem peraturen unterzogen wird, um ihre Korrosionsbeständigkeitseigenschaften zu verbessern. Danach wird die Legierung wieder ausscheidungsgehärtet, um ihre Fließfestigkeit anzuheben und ein korrosionsbeständiges Produkt herzustellen. Die dort offenbarten Alterungstemperaturen sind zwischen 170°C und 260°C in einem Bereich von 0,2 min bis 3 Stunden. Dem künstlichen Alterungsschritt geht ein Ausscheidungshärtungsschritt voraus und folgt ihm, auch als T77-Altern bekannt. Es wurden Zugfestigkeitswerte zwischen 460 MPa und 486 MPa und eine Fließfestigkeit von 400 MPa bis MPa erhalten.U.S. Patent No. 4,863,528 therefore discloses a method of making an improved aluminum alloy product, the method comprising providing an alloy consisting essentially in weight percent of:
Zn: 6 - 16
Cu: 1 - 3
Mg: 1.5 - 4.5
one or more elements selected from Zr, Cr, Mn, Ti, V or Hf, wherein the total of the elements does not exceed 1.0% by weight, the balance being aluminum and incidental impurities. The aluminum alloy is solution annealed after casting, precipitation hardened to increase its strength to a level exceeding the level of solution heat treated strength by about 30% of the difference between the solution heat treated strength and the tip strength, and then treatment at a sufficient temperature or tem peratures to improve their corrosion resistance properties. Thereafter, the alloy is again precipitation hardened to increase its yield strength and produce a corrosion resistant product. The aging temperatures disclosed therein are between 170 ° C and 260 ° C in a range of 0.2 minutes to 3 hours. The artificial aging step is preceded and followed by a precipitation hardening step, also known as T77 aging. Tensile strength values between 460 MPa and 486 MPa and a yield strength of 400 MPa to MPa were obtained.

Die US-Patentschrift Nr. 5,035,754 offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren für eine hochfeste Aluminiumlegierung, welches die Schritte des Lösungsglühens einer Aluminiumlegierung aufweist, die im wesentlichen in Gew.-% aus folgendem besteht:
Zn: 3 – 9
Cu: 1 – 3
Mg: 1 – 6
wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus folgendem besteht:
Cr: 0,1 – 0,5
Zr: 0,1 – 0,5
Mn: 0,2 – 1,0,
wobei der Rest Aluminium ist, Erwärmen der Legierung auf eine Temperatur einer niedrigeren Temperaturzone von 100°C bis 140°C, gegebenenfalls Halten der Legierung auf einer Temperatur innerhalb der niedrigeren Temperaturzone für eine bestimmte Zeitdauer, Wiedererwärmen der Legierung auf eine Temperatur einer oberen Temperaturzone von 160°C bis 200°C, gegebenenfalls Halten der Legierung auf einer Temperatur innerhalb der oberen Temperaturzone für eine zweite Zeitdauer, Abkühlen der Legierung auf eine Temperatur einer niedrigeren Temperaturzone und wenigstens zweimaliges Wiederholen der oben erwähnten Schritte. Eine solche Legierung verbessert die Eigenschaften von AA7075- und AA7050-Aluminiumlegierungen durch den Erhalt einer guten Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeitscharakteristika. Einige Proben zeigen eine Zugfestigkeit von 57 bis 62 kgf/mm² und Werte der Abblätterbewertung von P oder EA. Der Schwellenspannungswert des SCC-Tests war mehr als 50 kgf/mm².U.S. Patent No. 5,035,754 discloses a heat treatment process for a high strength aluminum alloy comprising the steps of solutionizing an aluminum alloy consisting essentially in wt% of:
Zn: 3 - 9
Cu: 1 - 3
Mg: 1 - 6
at least one element selected from the group consisting of:
Cr: 0.1-0.5
Zr: 0.1-0.5
Mn: 0.2-1.0,
the balance being aluminum, heating the alloy to a temperature of a lower temperature zone of from 100 ° C to 140 ° C, optionally maintaining the alloy at a temperature within the lower temperature zone for a certain period of time, reheating the alloy to a temperature of an upper temperature zone of 160 ° C to 200 ° C, optionally maintaining the alloy at a temperature within the upper temperature zone for a second period of time, cooling the alloy to a temperature of a lower temperature zone, and repeating the above-mentioned steps at least twice. Such an alloy improves the properties of AA7075 and AA7050 aluminum alloys by providing good corrosion resistance and high strength characteristics. Some samples show a tensile strength of 57 to 62 kgf / mm ² and values of exfoliation rating of P or EA. The threshold voltage value of the SCC test was more than 50 kgf / mm ² .

Die EP-0377779 offenbart ein Verfahren zum Herstellen für Blech- oder Dünnblechanwendungen auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt wie obere Flügelelemnte mit hoher Zähigkeit und guten Korrosionseigenschaften, welches die Schritte des Bearbeitens eines Körpers mit einer Zusammensetzung aufweist, die in Gew.-% aus folgendem besteht:
Zn: 7,6 – 8,4
Cu: 2,2 – 2,6
Mg: 1,8 – 2,1
und ein oder mehr Elemente, die ausgewählt sind aus:
Zr: 0,5 – 0,2
Mn: 0,05 – 0,4
V: 0,03 – 0,2
Hf: 0,03 – 0,5
wobei die Gesamtheit der Elemente 0,6 Gew.-% nicht überschreitet, der Rest Aluminium plus zufällige Verunreinigungen, Lösungsglühen und Abschrecken des Produkts und künstliches Altern des Produkts, entweder durch Erwärmen des Produkts dreimal hintereinander auf eine oder mehr Temperaturen von 79°C bis 163°C oder Erwärmen eines solchen Produkts zunächst auf eine oder mehr Temperaturen von 79°C bis 141°C für zwei Stunden oder mehr oder Erwärmen des Produkts auf eine oder mehr Temperaturen von 148°C bis 174°C. Diese Produkte zeigen eine verbessere Abblätterungskorrosionsbeständigkeit von "EB" oder besser mit einer etwa 15% größeren Fließfestigkeit als ähnlich bemessene AA7x50 Gegenstücke in dem T76-Wärmebehandlungszustand. Sie haben noch wenigstens eine etwa 5 % größere Festigkeit als ihr ähnlich bemessenes AA7x50-T77-Gegenstück.EP-0377779 discloses a method of manufacturing for sheet metal or thin sheet applications in the aerospace field such as upper wing members with high toughness and good corrosion properties, which comprises the steps of machining a body having a composition in% by weight. consists of the following:
Zn: 7.6 - 8.4
Cu: 2.2 - 2.6
Mg: 1.8 - 2.1
and one or more elements selected from:
Zr: 0.5-0.2
Mn: 0.05-0.4
V: 0.03 - 0.2
Hf: 0.03 - 0.5
wherein the total of the elements does not exceed 0.6% by weight, the balance being aluminum plus incidental impurities, solution heat treatment and quenching of the product and artificial aging of the product, either by heating the product three times in a row to one or more temperatures of from 79 ° C 163 ° C or heating such product initially to one or more temperatures of 79 ° C to 141 ° C for two hours or more or heating the product to one or more temperatures of 148 ° C to 174 ° C. These products show an improved exfoliation corrosion resistance of "EB" or better with about a 15% greater yield strength than similarly sized AA7x50 counterparts in the T76 heat hand treatment condition. They still have at least about a 5% greater strength than their similarly sized AA7x50-T77 counterpart.

Die US-Patentschrift Nr. 5,312,498 offenbart ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Legierungsprodukts auf Aluminiumbasis mit verbesserter Abblätterungsbeständigkeit und Bruchzähigkeit mit ausgeglichenen Zink-, Kupfer- und Magnesiumniveaus, so daß kein Überschuß an Kupfer und Magnesium vorliegt. Das Verfahren zum Herstellen des Legierungsprodukts auf Aluminiumbasis verwendet entweder einen einschrittigen oder zweischrittigen Alterungsprozeß in Verbindung mit dem stöchiometrischen Ausgleich von Kupfer, Magnesium und Zink. Eine zweischrittige Alterungssequenz ist offenbart, bei welcher die Legierung zunächst bei etwa 121°C für etwa 9 Stunden gealtert wird, worauf ein zweiter Alterungsschritt bei etwa 157°C für etwa 10 bis 16 Stunden folgt, worauf Luftkühlung folgt. Ein solches Alterungsverfahren ist auf Dünnblech- oder Blechprodukte gerichtet, die für Anwendungen bei der Haut von unteren Flügeln oder Rumpfhaut verwendet werden.The U.S. Patent No. 5,312,498 discloses another method for Making an aluminum-based alloy product with improved Chipping resistance and fracture toughness with balanced zinc, copper and magnesium levels so that there is no excess of copper and magnesium is present. The method for producing the alloy product Aluminum-based uses either a single-step or two-step aging process in Compound with the stoichiometric Compensation of copper, magnesium and zinc. A two-step aging sequence is disclosed in which the alloy is first at about 121 ° C for about 9 Hours are aged, followed by a second aging step at about 157 ° C for about 10 to 16 hours, followed by air cooling follows. Such an aging process is on thin sheet or sheet products directed for Applications used in the skin of lower wings or trunk skin become.

Es besteht jedoch ein Bedarf auf dem Gebiet der Luftfahrt an hochfesten Legierungen der Serie AA7000 mit einer Querschnittsdicke von mehr als 50 mm, z.B. für Holme oder Stäbe von Flügeln und Anwendungen bei der Haut von oberen Flügeln mit den oben erwähnten spezifischen mechanischen Eigenschaften wie Beständigkeit gegen Spannungskorrosion oder Beständigkeit gegen Abblätterungskorrosion. Diese Teile wie Holme von Flügeln für Flugzeuge werden typischerweise aus einem Blechprodukt über Bearbeitungsoperationen hergestellt, wobei die Materialeigenschaft eine Druckfestigkeit in der L-Richtung bei S/4 von wenigstens 475 MPa ist, eine spezifische Zugfestigkeit von wenigstens 510 MPa und eine ST (kurz quer) Dehnung bei S/2 von wenigstens 3,0 %.It However, there is a need in the field of aviation on high-strength Alloys of the series AA7000 with a cross-sectional thickness of more than 50 mm, e.g. For Spars or bars of wings and upper wing skin applications with the specific ones mentioned above mechanical properties such as resistance to stress corrosion or resistance against exfoliation corrosion. These parts like spars of wings for airplanes are typically made from a sheet metal product via machining operations manufactured, wherein the material property of a compressive strength in the L direction at S / 4 is at least 475 MPa, a specific one Tensile strength of at least 510 MPa and ST (short transverse) strain at S / 2 of at least 3.0%.

Die EP-1158068A1 offenbart eine aushärtbare Aluminiumlegierung zum Herstellen von dicken Produkten mit einer Dicke von mehr als 12 mm, die Legierung ist eine Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-%:
Zn: 4 – 10
Cu: 1 – 3,5
Mg: 1 – 4
Cr: < 0,3
Zr: < 0,3
Si: < 0,5
Fe : < 0,5
andere Elemente jeweils < 0,05 und < 0,15 gesamt, Rest Aluminium. Es ist offenbart, daß herausgefunden wurde, daß für dicke Produkte mit einer nur leicht rekristallisierten Mikrostruktur eine hohe Korngröße im Gußzustand zu einer spezifischen Mikrostruktur des umgewandelten und wärmebehandelten Produkts führt, was einen günstigen Effekt auf die Zähigkeit mit keiner Reduzierung der Festigkeit oder anderer Eigenschaften hat. Deshalb ist beschrieben, die Legierung in Form eines Walz-, Schmiede- oder Stranggußbarrens zu gießen, so daß die Korngröße im Gußzustand zwischen 300 und 800 μm gehalten wird.EP-1158068A1 discloses a hardenable aluminum alloy for producing thick products with a thickness of more than 12 mm, the alloy being an Al-Zn-Cu-Mg alloy having the following composition in% by weight:
Zn: 4 - 10
Cu: 1 - 3.5
Mg: 1 - 4
Cr: <0.3
Zr: <0.3
Si: <0.5
Fe: <0.5
other elements each <0.05 and <0.15 total, balance aluminum. It is revealed that for thick products having a slightly recrystallized microstructure, a high as-cast grain size results in a specific microstructure of the converted and heat-treated product, which has a favorable effect on toughness with no reduction in strength or other properties , Therefore, it is described to cast the alloy in the form of a rolled, forged or continuously cast bar, so that the grain size in the as-cast state is maintained between 300 and 800 μm.

Deshalb liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung für dicke Blechprodukte mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Ermüdungsanrißwachstum und einer hohen Schadenstoleranz vorzusehen, welche die oben erwähnten Eigenschaften einer Druckfestigkeit (in L-Richtung bei S/4) von wenigstens 475 MPa, einer spezifischen Druckfestigkeit von wenigstens s510 MPa und einer ST-Dehnung bei S/2 von wenigstens 3,0% hat.Therefore The object of the present invention is to provide an improved A method for producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy for thick sheet products with a improved resistance against fatigue crack growth and to provide a high damage tolerance having the above-mentioned characteristics a compressive strength (in the L direction at S / 4) of at least 475 MPa, a specific compressive strength of at least s510 MPa and has an ST elongation at S / 2 of at least 3.0%.

Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Aluminiumlegierung der Serie AA7000 zu erhalten, die Festigkeit im Bereich von Wärmebehandlungen vom Typ T6 und Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Bereich von Wärmebehandlungen vom Typ T73 zeigt.A Another object is an aluminum alloy of the AA7000 series to maintain the strength in the range of T6 heat treatments and toughness and corrosion resistance in the field of heat treatments of type T73 shows.

Ferner liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine dicke Blechlegierung zu erhalten, die dazu verwendet werden kann, Strukturteile von Flugzeugen wie Holme von Flügeln mit hohen Festigkeitsniveaus und guten Korrosionsbeständigkeitseigenschaften herzustellen.Further An object of the present invention is to provide a thick To obtain sheet metal alloy that can be used to structure parts of airplanes like spars of wings with high strength levels and good corrosion resistance properties manufacture.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben und angegeben.The present invention solves These objects are achieved by the characterizing features of claim 1. Further preferred embodiments are in the subclaims described and indicated.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Ermüdungsanrißwachstum und einer hohen Schadenstoleranz offenbart, welches folgende Schritte aufweist:

a) Gießen eines Barrens mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%). Zn: 5,5 – 9,5 Cu: 1,5 – 3,5 Mg: 1,5 – 3,5 Mn: < 0,25 Zr: < 0,25, bevorzugt 0,06 – 0,16 Cr: < 0,10 Fe: < 0,25, bevorzugt < 0,15 Si: < 0,25, bevorzugt < 0,10 Ti : < 0,10 Hf und/oder V < 0,25, und andere Elemente jeweils weniger als 0,05 und weniger als 0,15 insgesamt, Rest Aluminium,
b) Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Barrens nach dem Gießen,
c) Warmbearbeiten des Barrens, bevorzugt mittels Walzen, und gegebenenfalls Kaltbearbeiten, bevorzugt mittels Walzen, zu einem bearbeiteten Produkt mit einer Dicke von mehr als 50 mm,
d) Lösungsglühen,
e) Abschrecken des lösungsgeglühten Produkts und künstliches Altern des bearbeiteten und wärmebehandelten Produkts, wobei der Alterungsschritt eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von 105°C bis 135°C für mehr als 2 Stunden und weniger als 8 Stunden und eine zweite Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als 135°C aber unter 170°C für mehr als 5 Stunden und weniger als 15 Stunden umfaßt, um ein Produkt zu erreichen mit einer Druckfestigkeit in L-Richtung bei S/4 von wenigstens 475 MPa, einer spezifischen Zugfestigkeit von wenigstens 510 MPa und einer ST-Dehnung bei S/2 von wenigstens 3,0%.

According to the invention, there is disclosed a method for producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy having improved resistance to fatigue crack growth and high damage tolerance, comprising the steps of:

a) casting a billet with the following composition (in wt .-%). Zn: 5.5 - 9.5 Cu: 1.5 - 3.5 Mg: 1.5 - 3.5 Mn: <0.25 Zr: <0.25, preferably 0.06 - 0.16 Cr: <0.10 Fe: <0.25, preferably <0.15 Si: <0.25, preferably <0.10 Ti: <0.10 Hf and / or V <0.25, and other elements each less than 0.05 and less than 0.15 in total, balance aluminum,
b) homogenizing and / or preheating the bar after pouring,
c) hot working of the billet, preferably by means of rolling, and optionally cold working, preferably by means of rolling, to a machined product with a thickness of more than 50 mm,
d) solution heat treatment,
e) quenching the solution annealed product and artificially aging the processed and heat treated product, wherein the aging step comprises a first heat treatment at a temperature in a range of 105 ° C to 135 ° C for more than 2 hours and less than 8 hours and a second heat treatment a temperature higher than 135 ° C but lower than 170 ° C for more than 5 hours and less than 15 hours to obtain a product having L-direction compressive strength at S / 4 of at least 475 MPa, a specific tensile strength of at least 510 MPa and an ST elongation at S / 2 of at least 3.0%.

Die oben erwähnte Kombination von Chemie und Alterungspraxis zeigt sehr hohe Festigkeitsniveaus, sehr gute Abblätterungsbeständigkeit und hohe Spannungskorrosionsbeständigkeit für dicke Blechprodukte mit einer Dicke von mehr als 50 mm.The mentioned above Combination of chemistry and aging practice shows very high strength levels, very good exfoliation resistance and high stress corrosion resistance for thick Sheet metal products with a thickness of more than 50 mm.

Spezifisch verwendet die zweischrittige Alterungspraxis der vorliegenden Erfindung eine erste Wärmebehandlung für 2 bis 5 Stunden bei Temperaturen im Bereich von 115°C bis 125°C, bevorzugt etwa 4 Stunden bei 120°C und eine zweite Wärmebehandlung für 5 bis 15 Stunden bei Temperaturen im Bereich von 155°C bis 169°C, bevorzugt für etwa 13 Stunden bei Temperaturen zwischen 161°C bis 167°C.Specific uses the two-step aging practice of the present invention a first heat treatment for 2 to 5 hours at temperatures in the range of 115 ° C to 125 ° C, preferably about 4 hours at 120 ° C and a second heat treatment for 5 to 15 hours at temperatures in the range of 155 ° C to 169 ° C, preferably for about 13 Hours at temperatures between 161 ° C to 167 ° C.

Dem Fachmann wird unmittelbar klar, daß bei dem Verfahren nach dieser Erfindung nach dem Abschrecken des lösungsgeglühten Produkts und vor der künstlichen Alterungspraxis das Produkt gegebenenfalls gestreckt oder komprimiert oder auf andere Weise kaltbearbeitet werden kann, um Spannungen zu reduzieren, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.the One skilled in the art will immediately realize that in the method of this Invention after quenching the solution-annealed product and before the artificial one Aging practice, the product optionally stretched or compressed or otherwise can be cold worked to tensions to reduce, as is known in the art.

Bevorzugte Mengen (in Gew.-%) von Magnesium sind in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, bevorzugt in einem Bereich von 1,6 bis 2,3 und bevorzugter in dem Bereich von 1,90 bis 2,10. Bevorzugte Mengen (in Gew.-%) von Kupfer sind in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, bevorzugt in einem Bereich von 1,6 bis 2,3 und bevorzugter in dem Bereich von 1,85 bis 2,10. Bevorzugte Mengen (in Gew.-%) von Zink sind in einem Bereich von 5,9 bis 6,2 oder in einem Bereich von 6,8 bis 7,1 oder in einem Bereich von 7,8 bis 8,1.preferred Amounts (in weight percent) of magnesium are in the range of 1.5 to 2.5, preferably in a range of 1.6 to 2.3, and more preferably in the range of 1.90 to 2.10. Preferred amounts (in% by weight) of copper are in a range of 1.5 to 2.5, preferably in one Range from 1.6 to 2.3, and more preferably in the range of 1.85 to 2.10. Preferred amounts (in weight%) of zinc are in the range of 5.9 to 6.2 or in the range of 6.8 to 7.1 or in one Range from 7.8 to 8.1.

Kupfer und Magnesium sind wichtige Elemente, um der Legierung unter anderem Festigkeit mitzugeben. Der bevorzugte Bereich von Kupfer und Magnesium ist über 1,6 Gew.-% und niedriger als 2,3 Gew.-%, da zu geringe Mengen von Magnesium und Kupfer zu einer Abnahme von Festigkeit führen, während zu hohe Mengen von Magnesium und Kupfer in einer geringeren Korrosionsleistung und Problemen mit der Schweißbarkeit des Produkts resultieren. Um einen Kompromiß in Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsleistung zu erreichen, hat man herausgefunden, daß jede der Mengen für Kupfer und Magnesium (in Gew.-%) zwischen 1,6 und 2,3 mit bevorzugten engeren Bereichen eine gute Bilanz für dicke Legierungsprodukte ergeben, die oben und in den Ansprüchen dargelegt sind. Wenn die Mengen von Kupfer und Magnesium zu hoch gewählt sind, lassen die Eigenschaften bezüglich der Zähigkeit, Spannungskorrosion und Dehnung nach, besonders für dickere Produkte.copper and magnesium are important elements to the alloy among others To give strength. The preferred range of copper and magnesium is over 1.6 wt .-% and less than 2.3 wt .-%, since too small amounts of Magnesium and copper lead to a decrease in strength, while too high levels of magnesium and copper in a lower corrosion performance and problems with weldability of the product. To compromise in strength, toughness and to achieve corrosion performance, it has been found that each of the Quantities for Copper and magnesium (in wt .-%) between 1.6 and 2.3 with preferred narrower ranges a good balance for thick alloy products result set forth above and in the claims. If the Quantities of copper and magnesium are too high, let the properties in terms of toughness, Stress corrosion and elongation after, especially for thicker products.

Darüber hinaus wurde herausgefunden, daß der Ausgleich von Kupfer und Magnesium zu Zink, besonders der Ausgleich von Magnesium zu Zink von Bedeutung ist. Je nach der Menge von Zink ist die Menge (in Gew.-%) von Magnesium bevorzugt zwischen 2,4–0,1[Zn] und 1,5+0,1[Zn]. Dies bedeutet, daß die Menge von Magnesium von der gewählten Menge von Zink abhängt. Bei einer Menge von etwa 6 Gew.-% Zn ist die Menge (in Gew.-%) von Magnesium zwischen 1,8 und 2,1, wenn Zn etwa 7% ist, ist die Menge von Magnesium zwischen 1,7 und 2,2, und wenn Zn etwa 8% ist, ist die Menge von Magnesium zwischen 1,6 und 2,3.Furthermore It was found that the Compensation of copper and magnesium to zinc, especially the compensation of magnesium to zinc is important. Depending on the amount of zinc the amount (in% by weight) of magnesium is preferably between 2.4-0.1 [Zn] and 1.5 + 0.1 [Zn]. This means that the amount of magnesium of the chosen one Amount of zinc depends. At an amount of about 6% by weight of Zn, the amount (in weight%) of Magnesium between 1.8 and 2.1, when Zn is about 7%, is the amount of magnesium is between 1.7 and 2.2, and when Zn is about 8% the amount of magnesium between 1.6 and 2.3.

Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und dem gewählten Ausgleich von Kupfer, Magnesium und Zink ist es möglich, einen homogenisierten und/oder vorgewärmten Barren nach dem Gießen zu erhalten, der zu einem bearbeiteten Produkt mit einer Dicke von bevorzugt mehr als 60 mm, bevorzugter in einem Bereich von 110 mm bis 160 mm und sogar bis zu einer Dicke von 220 mm mit einem verbesserten Korrosionsverhalten warmbearbeitet und gegebenenfalls kaltbearbeitet wird, das wenigstens so gut wie das mit dem T77-Alterungsverfahren erreichbare, aber weniger kompliziert als die sogenannte Dreistufenalterungs-Wärmebehandlung T77.With the method of the present invention and the balance chosen Of copper, magnesium and zinc it is possible to homogenize one and / or preheated Ingots after casting to get that to a machined product with a thickness of preferably more than 60 mm, more preferably in a range of 110 mm up to 160 mm and even up to a thickness of 220 mm with an improved Corrosion behavior worked hot and possibly cold worked at least as good as that achievable with the T77 aging process, but less complicated than the so-called three-stage aging heat treatment T77.

Die Legierung der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus AA7010, AA7x50, AA7040, AA7020, AA7x75, AA7349 oder AA7x55 oder AA7x85, bevorzugt AA7055, AA7085 besteht.The Alloy of the present invention is preferably from the group selected, those from AA7010, AA7x50, AA7040, AA7020, AA7x75, AA7349 or AA7x55 or AA7x85, preferably AA7055, AA7085.

Erfindungsgemäß ist ein Blechprodukt aus einer hochfesten Aluminium-Zink-Kupfer-Magnesium-Legierung offenbart, das nach einem oben definierten Verfahren hergestellt ist und eine Dicke von mehr als 50 mm, bevorzugt 100 mm bis 220 mm hat. Ein solches Blechprodukt ist bevorzugt ein Teil eines Flugzeugs wie ein Stab oder ein Holm eines Flügels. Am bevorzugtesten ist das Blechprodukt nach der vorliegenden Erfindung ein oberes Flügelelement eines Flugzeugs.According to the invention is a Sheet metal product made of a high-strength aluminum-zinc-copper-magnesium alloy discloses that prepared according to a method as defined above is and a thickness of more than 50 mm, preferably 100 mm to 220 mm has. Such a sheet metal product is preferably a part of an aircraft like a staff or a spar of a grand piano. Most preferred the sheet product according to the present invention, an upper wing member of an airplane.

BEISPIELEEXAMPLES

Die obengenannten und weitere Merkmale und Vorteile der Legierungen nach der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich.The above and other features and advantages of the alloys According to the invention will become readily apparent from the following detailed Description of preferred embodiments clear.

In einem industriellen Maßstab wurden 7 unterschiedliche Aluminiumlegierungen zu Barren mit der folgenden chemischen Zusammensetzung gegossen, die in Tabelle 1 dargelegt ist. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung von dicken Blechlegierungen in Gew.-%, Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen, Fe = 0,08 und Si = 0,04 und Zr = 0,10, Legierungen 1 bis 5 mit Mn = 0,02 und Legierungen 6 und 7 mit Mn = 0,08

On an industrial scale, 7 different aluminum alloys were cast into bars having the following chemical composition set forth in Table 1. Table 1 Chemical composition of thick sheet metal alloys in wt%, balance aluminum and unavoidable impurities, Fe = 0.08 and Si = 0.04 and Zr = 0.10, alloys 1 to 5 with Mn = 0.02 and alloys 6 and 7 with Mn = 0.08

Aus den Barrenscheiben wurden Barren im Maßstab 1:1 gesägt, für 12 Stunden bei 470°C und für 24 Stunden bei 475°C homogenisiert, für 5 Stunden bei 410°C vorgewärmt und auf eine Dicke verschiedener Stärken warmgewalzt, wie sie in Tabelle 2 identifiziert sind. Danach wurden die Bleche lösungsgeglüht für 4 Stunden bei 475°C mit nachfolgendem Abschrecken und einem zweischrittigen Alterungsprozeß, einem ersten für 4 Stunden bei 120°C und einem zweiten für 3 Stunden bei 165°C.Out Ingots were sawn on the bar slices on a scale of 1: 1, for 12 hours at 470 ° C and for 24 hours at 475 ° C homogenized, for 5 hours at 410 ° C preheated and hot rolled to a thickness of different thicknesses, as in Table 2 are identified. Thereafter, the sheets were solution annealed for 4 hours at 475 ° C with subsequent quenching and a two-step aging process, a first for 4 hours at 120 ° C and a second for 3 hours at 165 ° C.

Die in Tabelle 1 aufgeführten Legierungen wurden bezüglich verschiedener, in Tabelle 2 identifizierter Blechdicken untersucht. Tabelle 2 Übersicht von Festigkeits-, Dehnungs- und Abblätterungseigenschaften verschiedener Dicken der Legierungen von Tabelle 1 (S/2 = halbe Dicke; S/4 = viertel Dicke); EXCO-Testen bei S/10 nach ASTM G34, Proben gezeigt für EA-ED-Klassifizierung

The alloys listed in Table 1 were tested for various sheet thicknesses identified in Table 2. Table 2 Summary of strength, elongation and exfoliation properties of various thicknesses of the alloys of Table 1 (S / 2 = half thickness, S / 4 = quarter thickness); EXCO testing at S / 10 according to ASTM G34, samples shown for EA-ED classification

Wie in Tabelle 2 gezeigt, zeigen die Legierungen von Tabelle 1 eine gute Druckfestigkeit ("Rp") in L-Richtung von mehr als 476 MPa, die meisten von ihnen mehr als 500 MPa, während die spezifische Zugfestigkeit ("Rm) in L-Richtung über 529 MPa für alle Legierungen und Dicken ist, ein Beispiel sogar über 600 MPa für 63,5 mm. Die ST-Dehnung an der Position S/2 von allen Legierungen bis auf zwei ist 3% oder darüber, sogar bis zu 6%.As shown in Table 2, the alloys of Table 1 show a good compressive strength ("Rp") in the L direction of more than 476 MPa, most of them more than 500 MPa, while the specific tensile strength ("Rm) in the L direction over 529 MPa for all alloys and thicknesses are an example even over 600 MPa for 63.5 mm. The ST strain at position S / 2 of all alloys except for two is 3% or above, even up to 6%.

Die Ablätterungseigenschaften sind EA oder EC. Das Abblätterungstesten wurde nach ASTM G34 an der S/10-Position durchgeführt. Die Abblätterungseigenschaften sind ähnlich für ähnliche Alterungsschritte, wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind, aber verschlechtern sich überraschend, wenn die erste Wärmebehandlung länger und die zweite Wärmebehandlung kürzer ist. Tabelle 3 Abblätterungseigenschaften ("EXCO") von ausgewählten Legierungen von Tabelle 1 nach ASTM G34 ("-" bedeutet nicht gemessen).

The flaking properties are EA or EC. Exfoliation testing was performed according to ASTM G34 at the S / 10 position. The exfoliation properties are similar for similar aging steps as shown in Table 3, but surprisingly deteriorate when the first heat treatment is longer and the second heat treatment is shorter. Table 3 Exfoliation properties ("EXCO") of selected alloys of Table 1 according to ASTM G34 ("-" means not measured).

Die Legierung 4 wurde mit einer Blechdicke von 110 mm getestet. Die Ergebnisse von Zähigkeit und Dehnung sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Zähigkeit und Dehnungseigenschaften von ausgewählten Legierungen von Tabelle 1, alle Bleche mit einer Dicke von 110 mm, Altern nach einem Zweischrittverfahren, erste Wärmebehandlung bei 120°C für vier Stunden, zweite Wärmebehandlung bei 165°C für 13 Stunden, Legierung 5 mit einem Kupfergehalt von 2,25; K_IC gemessen nach Norm ASTM E399-90 C(T) Probestücke, Dicke von 38,1 mm (1,5") für SL, SL-Proben genommen aus der Mittendicke (S/2).

The alloy 4 was tested with a sheet thickness of 110 mm. The results of toughness and elongation are shown in Table 4. Toughness and elongation properties of selected alloys of Table 1, all sheets having a thickness of 110 mm, aging by a two-step method, first heat treatment at 120 ° C for four hours, second heat treatment at 165 ° C for 13 hours, alloy 5 with a Copper content of 2.25; K _IC measured according to standard ASTM E399-90 C (T) specimens, thickness of 38.1 mm (1.5 ") for SL, SL samples taken from the center thickness (S / 2).

Alle oben erwähnten Legierungen zeigten eine Abblätterungsbewertung von EA für die ausgewählte Blechdicke von 110 mm.All mentioned above Alloys showed a delamination rating from EA for the selected sheet thickness of 110 mm.

Schließlich wurden die Spannungskorrosionseigenschaften ("SCC") untersucht. Zunächst wurden die Legierungen 1 und 4 mit einer Dicke von 152 mm getestet. Zwei unterschiedliche Alterungsprozeduren wurden nach Tabelle 5 ausgewählt. Das Lastniveau war 172 MPa. Die Testrichtung ist SL. Proben wurden aus der S/2-Position genommen. Tabelle 5 zeigt die Anzahl von Tagen, bis Ausfall gegeben wurde. Nach 30 Tagen wurde der Test abgeschlossen. "NF" bedeutet kein Ausfall nach 30 Tagen, "30" bedeutet Ausfall nach 30 Tagen. Insgesamt werden wenigstens drei Proben pro Variante getestet. Der Test wurde nach ASTM G47 durchgeführt. Tabelle 5 SCC-Eigenschaften für eine Dicke von 152 mm für zwei Legierungen.

Finally, the stress corrosion properties ("SCC") were examined. First, alloys 1 and 4 were tested with a thickness of 152 mm. Two different aging procedures were selected according to Table 5. The load level was 172 MPa. The test direction is SL. Samples were taken from the S / 2 position. Table 5 shows the number of days until failure was given. After 30 days, the test was completed. "NF" means no failure after 30 days, "30" means failure after 30 days. In total, at least three samples per variant are tested. The test was performed according to ASTM G47. Table 5 SCC properties for a thickness of 152 mm for two alloys.

Schließlich wurden 5 andere Legierungen bezüglich der Spannungskorrosionseigenschaften getestet, wobei Bleche mit einer Dicke von 125 mm verwendet wurden. Proben wurden aus der S-L-Richtung bei einem Lastniveau von 180 MPa genommen. Tabelle 6 zeigt die Chemie und die Ergebnisse jener Legierungen bezüglich der Spannungskorrosionseigenschaften. Tabelle 6 SCC-Eigenschaften von S-L-Probestücken mit einer Dicke von 125 mm, Fe = 0,08, Si = 0,04 und Zr = 0,10

Finally, 5 other alloys were tested for stress corrosion properties using sheets 125 mm thick. Samples were taken from the SL direction at a load level of 180 MPa. Table 6 shows the chemistry and results of those alloys in terms of stress corrosion properties. Table 6 SCC properties of SL specimens with a thickness of 125 mm, Fe = 0.08, Si = 0.04 and Zr = 0.10

Wie aus Tabelle 6 zu ersehen ist, wird die Zähigkeit der erfinderischen Legierung durch die Kupfer- und Magnesiumniveaus kontrolliert, während Zink insbesondere einen Einfluß auf die Zugeigenschaften hat. Der bevorzugte Ausgleich von Kupfer sowie Magnesium liegt zwischen 1,6 und 2,0 Gew.-%.As from Table 6, the toughness of the inventive Alloy controlled by the copper and magnesium levels, while zinc especially an influence on has the tensile properties. The preferred balance of copper as well Magnesium is between 1.6 and 2.0 wt .-%.

Nach der vollständigen Beschreibung der Erfindung wird dem Fachmann klar, daß viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der hier beschriebenen Erfindung zu verlassen.To the complete Description of the invention will be apparent to those skilled in the art that many changes and Modifications can be made without the scope of here to leave the described invention.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Ermüdungsanrißwachstum und einer hohen Schadenstoleranz, welches folgende Schritte aufweist: Gießen eines Barrens mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) Zn 5,5 – 9,5, Cu 1,5 – 3,5, Mg 1,5 – 3,5, Mn < 0,25, Zr < 0,25, Cr < 0,10, Fe < 0,25, Si < 0,25, Ti < 0,10, Hf und/oder V < 0,25, andere Elemente jeweils weniger als 0,05 und weniger als 0,15 insgesamt, Rest Aluminium, Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Barrens nach dem Gießen, Warmbearbeiten des Barrens und gegebenenfalls Kaltbearbeiten zu einem bearbeiteten Produkt mit einer Dicke von mehr als 50 mm, Lösungsglühen, Abschrecken des lösungsgeglühten Produkts, und künstliches Altern des bearbeiteten und wärmebehandelten Produkts, wobei der Alterungsschritt eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von 105°C bis 135°C für mehr als 2 Stunden und weniger als 8 Stunden und eine zweite Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als 135°C aber unter 170°C für mehr als 5 Stunden und weniger als 15 Stunden umfaßt. Das mittels des Verfahrens erhaltene Produkt zeigt eine Druckfestigkeit von wenigstens 510 MPa und eine ST-Dehnung bei S/2 von wenigstens 3,0 %. Die Erfindung betrifft ein schweißbares Blechprodukt aus einer solchen hochfesten Al-Zn-Cu-Mg-Legierung mit einer Dicke von mehr als 50 mm und ein aus einer solchen Legierung hergestelltes Flugzeugbauteil.The The present invention relates to a method for producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy with improved durability against fatigue crack growth and a high damage tolerance, which comprises the following steps: to water of a billet having the following composition (in% by weight): Zn 5.5-9.5, Cu 1.5 - 3.5, Mg 1.5 - 3.5, Mn <0.25, Zr <0.25, Cr <0.10, Fe <0.25, Si <0.25, Ti <0.10, Hf and / or V <0.25, others Each less than 0.05 and less than 0.15 in total, Rest aluminum, homogenize and / or preheat the billet after casting, hot working the ingot and optionally cold working to a machined Product with a thickness of more than 50 mm, solution heat treatment, quenching of the solution-annealed product, and artificial Aging of the processed and heat treated Product, wherein the aging step is a first heat treatment at a temperature in a range of 105 ° C to 135 ° C for more than 2 hours and less than 8 hours and a second heat treatment at a higher Temperature as 135 ° C but below 170 ° C for more than 5 hours and less than 15 hours. The by the method The product obtained shows a compressive strength of at least 510 MPa and a ST elongation at S / 2 of at least 3.0%. The invention relates to a weldable sheet metal product from such a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy having a thickness of more than 50 mm and an aircraft component made from such an alloy.

Claims

A method of producing a high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy having improved resistance to fatigue crack growth and high damage tolerance, comprising the steps of: a) casting a billet having the following composition (in weight percent). Zn: 5.5 - 9.5 Cu: 1.5 - 3.5 Mg: 1.5 - 3.5 Mn: <0.25 Zr: <0.25, preferably 0.06 - 0.16 Cr: <0.10 Fe: <0.25, Si: <0.25, Ti: <0.10 Hf and / or V <0.25, and other elements each less than 0.05 and less than 0.15 in total , Balance aluminum, b) homogenizing and / or preheating the billet after casting, c) hot working the billet and optionally cold working to a machined product having a thickness of more than 50 mm, d) solution annealing, e) quenching the solution annealed product, and f) artificially aging the processed and heat treated product, wherein the aging step comprises a first heat treatment a temperature in a range of 105 ° C to 135 ° C for more than 2 hours and less than 8 hours and a second heat treatment at a temperature higher than 135 ° C but below 170 ° C for more than 5 hours and less than 15 hours to obtain a product having L-direction compressive strength at S / 4 of at least 475 MPa, a specific tensile strength of at least 510 MPa and an ST elongation at S / 2 of at least 3.0%.

The method of claim 1, wherein the aging step from two heat treatments exists, the first heat treatment for 2 to 5 hours at temperatures ranging from 105 ° C to 135 ° C and the second heat treatment for 5 to 15 hours at temperatures ranging from 155 ° C to 169 ° C is performed.

The method of claim 1 or 2, wherein the first heat treatment at temperatures in the range of 115 ° C up to 125 ° C carried out becomes.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the first heat treatment for 2 to 5 hours at about 120 ° C carried out becomes.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the second heat treatment at temperatures between 161 ° C up to 167 ° C carried out becomes.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the second heat treatment for about 13 hours becomes.

Method according to one of claims 1 or 6, in which the improved corrosion resistance exfoliation properties ("EXCO") from EB or better according to ASTM G34.

Method according to one of the preceding claims, in which is the amount of Mg in a range of 1.5 to 2.5, preferably in a range of 1.6 to 2.3, and more preferably in one range from 1.90 to 2.10.

Method according to one of the preceding claims, in which is the amount of Cu in a range of 1.5 to 2.5, preferably in a range of 1.6 to 2.3, and more preferably in one range from 1.85 to 2.10.

Method according to one of the preceding claims, in in which the amount of Mg depends on the amount of Zn as follows: [Mg] is between 2.4-0.1 [Zn] and 1.5 + 0.1 [Zn].

Method according to one of the preceding claims, in wherein the amount of Zn is in a range of 5.9 to 6.2 or in a range of 6.8 to 7.1 or in a range of 7.8 to Is 8.1.

Method according to one of the preceding claims, in which is the high strength Al-Zn-Cu-Mg alloy from the group of AA7010, AA7x50, AA7040, AA720, AA7x75, AA7349, AA7x55, AA7x85.

Method according to one of the preceding claims, in which after homogenizing and / or preheating the bar after pouring the Ingots are hot worked and optionally cold worked, and wherein the processing is preferably carried out by means of rollers.

The method of claim 14, wherein after Homogenizing and / or preheating of the billet after pouring ingot to a machined product of 60 to 160 mm, and more preferably from 110 to 160 mm and optionally worked is cold-worked, and wherein the processing preferably by means of Rolling performed becomes.

A high-strength Al-Zn-Cu-Mg alloy sheet product produced by a method as defined in any one of claims 1 to 14 and having a thickness of more than 50 mm, preferably more than 60 mm.

A sheet product according to claim 15, wherein the sheet product is a component of an aircraft.

A sheet product according to claim 15, wherein the sheet product a rod or a spar of a wing of a Plane is.

A sheet product according to claim 15, wherein the sheet product an upper wing element of an airplane.

Aircraft component, made of a high-strength Al-Zn-Cu-Mg alloy, that according to a method as defined in any one of claims 1 to 14 is made.

Aircraft component with a thickness of at least 50 mm and preferably in a range of 50 to 160 mm, from a rolled product of an alloy having a composition is made, which consists in wt .-% of the following: Zn: 5.5 - 9.5 Cu: 1.5 - 3.5 mg: 1.5 - 3.5 Mn: <0.25 Zr: <0.25, preferably 0.06 - 0.16 Cr: <0.10 Fe: <0.25, Si: <0.25, Ti: <0.10 Hf and / or V <0.25, and other Each less than 0.05 and less than 0.15 in total, Rest of aluminum, and treated by solution annealing, quenching and an aging practice, from a first heat treatment at a temperature in a range of 105 ° C to 135 ° C for more than 2 hours and less than 8 hours and a second heat treatment at a higher temperature as 135 ° C but below 170 ° C for more than 5 hours and less than 15 hours, the product being a compressive strength in the L direction at S / 4 of at least 475 MPa, a specific tensile strength of at least 510 MPa and an ST elongation at S / 2 of at least 3.0%.

An aircraft component according to claim 20, wherein the improved corrosion resistance Abblätterungseigenschaften ("EXCO") from EB or better according to ASTM G34.

An aircraft component according to claim 20, which is part of a upper wing of an airplane.

An aircraft component according to claim 20, which is part of a Holms or bar of an airplane wing is.