DE112004003147B4 - Al-Zn-Mg-Cu-Legierung - Google Patents

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Abstract

Aluminiumlegierungsprodukt mit hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit und einer guten Korrosionsbeständigkeit, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:(a) Gießen eines Blocks mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.%):Zn6,5 bis 7,9Mg1,4 bis 2,10Cu1,2 bis < 1,5Zr0,04 bis 0,15Fe< 0,3Si< 0,20und eines oder mehrere von:Sc< 0,7Cr< 0,4Hf< 0,3Mn< 0,8Ti< 0,4,V< 0,4,und andere Verunreinigungen oder unwesentliche Elemente jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15, und wobei der Rest Aluminium ist;(b) Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Blocks nach dem Gießen;(c) Warmumformen des Blocks zu einem vorbearbeiteten Produkt durch ein oder mehrere Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Walzen, Extrudieren und Schmieden;(d) Warmumformen und Kaltumformen zu einer gewünschten Werkstückform;(e) Lösungsglühbehandeln des geformten Werkstücks bei einer Temperatur und Zeit, die ausreichen, um alle löslichen Bestandteile in der Legierung in eine feste Lösung zu platzieren;(f) Abschrecken des lösungsglühbehandelten Werkstücks durch eines von Sprühabschrecken oder Immersionsabschrecken in Wasser oder anderen Abschreckmedien;(g) künstliches Altern des abgeschreckten Werkstücks in zwei oder drei Schritten, um eine gewünschte Vergütung zu erreichen, wobei das Produkt eine Dicke von weniger als 2,54 cm (1 Zoll) aufweist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Knetlegierung vom Al-Zn-Mg-Cu-Aluminiumtyp (oder Aluminiumlegierungen der Serien 7000 oder 7xxx nach der Bezeichnung durch die Aluminium Association). Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine aushärtbare hochfeste, hoch bruchzähe und hoch korrosionsbeständige Aluminiumlegierung und Produkte, die aus dieser Legierung hergestellt sind. Produkte, die aus dieser Legierung hergestellt sind, sind sehr geeignet für Luftfahrtanwendungen, aber nicht darauf beschränkt. Die Legierung kann zu verschiedenen Produktformen verarbeitet werden, z. B. Blech, dünne Platte, dicke Platte, extrudierte oder geschmiedete Produkte.
  • Bei jeder Produktform, die aus dieser Legierung hergestellt wird, können Eigenschaftskombinationen erreicht werden, die höhere Leistungen bieten als Produkte, die aus heute bekannten Legierungen hergestellt sind. Auf Grund der vorliegenden Erfindung kann das Ein-Legierungs-Konzept nun auch für Luftfahrtanwendungen verwendet werden. Dies wird zu einer signifikanten Kostensenkung in der Luftfahrtindustrie führen. Wiederverwertbarkeit von Aluminiumabfall, der bei der Produktion des Strukturteils oder am Ende des Lebenskreislaufs des Strukturteils produziert wird, wird auf Grund des Ein-Legierungs-Konzepts erheblich einfacher.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Typen von Aluminiumlegierungen zum Formen einer Vielfalt von Produkten für strukturelle Anwendungen in der Luftfahrtindustrie verwendet. Konstrukteure und Hersteller in der Luftfahrtindustrie versuchen ständig, die Kraftstoffeffizienz und Produktleistung zu verbessern, und versuchen ständig, die Herstell- und Wartungskosten zu senken. Das bevorzugte Verfahren zum Erreichen der Verbesserungen ist, zusammen mit der Kostenreduzierung, das Ein-Legierungs-Konzept, d. h. eine Legierung, die eine verbesserte Eigenschaftsausgewogenheit in den relevanten Produktformen haben kann.
  • Die hierin verwendeten Legierungselemente und Vergütungsbezeichnungen stehen im Einklang mit den wohlbekannten Aluminiumproduktstandards der Aluminium Association. Soweit nicht anders angegeben, werden alle Prozentanteile in Gew.-Prozent genannt.
  • Zum momentanen Zeitpunkt stellen hoch schadenstolerante AA2x24 (d. h. AA2524) oder AA6x13 oder AA7x75 für Rumpfblech, AA2324 oder AA7x75 für Unterflügel, AA7055 oder AA7449 für Oberflügel und AA7050 oder AA7010 oder AA7040 für Flügelholme und -rippen oder andere Abschnitte, die aus dicker Platte gefertigt sind, den Stand der Technik dar. Der Hauptgrund für die Verwendung unterschiedlicher Legierungen für jede unterschiedliche Anwendung ist der Unterschied bei der Eigenschaftsausgewogenheit für optimale Leistung des gesamten Strukturteils.
  • Bei Rumpfaußenhaut werden schadenstolerante Eigenschaften unter Zugbelastung als sehr wichtig erachtet, das heißt eine Verbindung von Ermüdungsrisswachstumsgeschwindigkeit (FCGR), Spannungsrissbildungsfestigkeit in der Ebene und Korrosion. Auf Basis dieser Eigenschaftserfordernisse wären hoch schadenstolerante AA2x24-T351 (siehe z. B. US-5,213,639 oder EP-1026270-A1 ) oder Cu-haltige AA6xxx-T6 (siehe z. B. US-4,589,932 , US-5,888,320 , US-2002/0039664-A1 oder EP-1143027 - Al) die bevorzugte Wahl von Herstellern ziviler Luftfahrzeuge.
  • Bei Unterflügelaußenhaut wird eine ähnliche Eigenschaftsausgewogenheit gewünscht, aber etwas Zähigkeit wird in zulässiger Weise für höhere Zugfestigkeit geopfert. Aus diesem Grund werden AA2x24 in der T39- oder eine T8x-Vergütung als logische Wahlmöglichkeiten erachtet (siehe z. B. US-5,865,914 , US-5,593,516 oder EP-1114877-A1 ), obwohl außerdem AA7x75 in der derselben Vergütung manchmal Anwendung findet.
  • Beim Oberflügel, wo Druckbelastung bedeutender ist als Zugbelastung, sind Druckfestigkeit, Ermüdung (SN-Ermüdung oder Lebensdauer) und Bruchzähigkeit die kritischsten Eigenschaften. Derzeit wäre die bevorzugte Wahl AA7150, AA7055, AA7449 oder AA7x75 (siehe z. B. US-5,221,377 , US-5,865,911 , US-5,560,789 oder US-5,312,498 ). Diese Legierungen besitzen hohe Druckfestigkeit mit momentan akzeptabler Korrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit, obwohl Luftfahrzeugkonstrukteure Verbesserungen bei diesen Eigenschaftskombinationen begrüßen würden.
  • Bei dicken Abschnitten mit einer Dicke von mehr als 3 Zoll oder Teilen, die aus solch dicken Abschnitten gefertigt sind, ist eine einheitliche und zuverlässige Eigenschaftsausgewogenheit durch Dicke wichtig. Derzeit werden AA7050 oder AA7010 oder AA7040 (siehe US-6,027,582 und DE 69700330T2 ) oder C80A (siehe US2002/0150498-A1 und WO 02/052053 ) für diese Anwendungsarten verwendet. Reduzierte Abschreckempfindlichkeit, d. h. Verschlechterung von Eigenschaften durch Dicke bei geringerer Abschreckgeschwindigkeit oder dickeren Produkten, ist ein Hauptwunsch der Luftfahrzeughersteller. Im Besonderen sind die Eigenschaften in der ST-Richtung eine Hauptsorge der Konstrukteure und Hersteller von Strukturteilen. US 2002/0162609A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Knetprodukts aus AlZnMgCu-Legierung. GB 2 114 601 A beschreibt eine abblätterungs-resistente Aluminium-Legierung.
  • Eine bessere Leistung des Luftfahrzeugs, d. h. reduzierte Herstellkosten und reduzierte Betriebskosten, kann dadurch erreicht werden, dass die Eigenschaftsausgewogenheit der Aluminiumlegierungen, die bei dem Strukturteil verwendet werden, verbessert wird und vorzugsweise lediglich ein Legierungstyp verwendet wird, um die Kosten der Legierung zu reduzieren und die Kosten beim Wiederverwerten von Aluminiumschrott und -abfall zu reduzieren.
  • Entsprechend wird angenommen, dass es einen Bedarf für eine Aluminiumlegierung gibt, die die verbesserte korrekte Eigenschaftsausgewogenheit in jeder relevanten Produktform erreichen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung der Serie AA7xxx mit der Fähigkeit zum Erreichen einer Eigenschaftsausgewogenheit bei einem relevanten Produkt, die besser als die Eigenschaftsausgewogenheit der Vielzahl von handelsüblichen Aluminiumlegierungen (AA2xxx, AA6xxx, AA7xxx) ist, die heute für diese Produkte verwendet wird.
  • Eine bevorzugte Zusammensetzung der Legierung der vorliegenden Erfindung umfasst oder besteht im Wesentlichen aus (in Gew.-%) ungefähr 6,5 bis 9,5 Zink (Zn), ungefähr 1,4 bis 2,10 % Magnesium (Mg), ungefähr 1,2 bis < 1,5 % Kupfer (Cu), ungefähr 0,04 bis 0,15 % Zirconium (Zr), ungefähr 0 bis 0,7 % Scandium (Sc), ungefähr 0 bis 0,4 % Chrom (Cr), ungefähr 0 bis 0,3 % Hafnium (Hf), ungefähr 0 bis 0,4 % Titan (Ti), ungefähr 0 bis 0,8 % Mangan (Mn), wobei der Rest Aluminium (Al) und andere unwesentliche Elemente ist. Vorzugsweise gilt (0,9 Mg - 0,6) ≤ Cu ≤(0,9 Mg + 0,05).
  • Eine bevorzugtere Legierungszusammensetzung nach der Erfindung besteht im Wesentlichen aus (in Gew.-%) ungefähr 6,5 bis 7,9 % Zn, ungefähr 1,4 bis 2,10 % Mg, ungefähr 1,2 bis < 1,5 % Cu, und wobei vorzugsweise (0,9 Mg - 0,5) ≤Cu ≤ 0,9 Mg, ungefähr 0,04 bis 0,15 % Zr, ungefähr 0 bis 0,7 % Sc, ungefähr 0 bis 0,4 % Cr, ungefähr 0 bis 0,3 % Hf, ungefähr 0 bis 0,4 % Ti, ungefähr 0 bis 0,8 % Mn, wobei der Rest Al und andere unwesentliche Elemente ist.
  • Eine bevorzugtere Legierungszusammensetzung nach der Erfindung besteht im Wesentlichen aus (in Gew.-%) ungefähr 6,5 bis 7,9 Zn, ungefähr 1,4 bis 1,95 % Mg, ungefähr 1,2 bis < 1,5 % Cu, und wobei vorzugsweise (0,9 Mg - 0,5) Cu (0,9 Mg - 0,1), ungefähr 0,04 bis 0,15 % Zr, ungefähr 0 bis 0,7 % Sc, ungefähr 0 bis 0,4 % Cr, ungefähr 0 bis 0,3 % Hf, ungefähr 0 bis 0,4 % Ti, ungefähr 0 bis 0,8 % Mn, wobei der Rest Al und andere unwesentliche Elemente ist.
  • Bei einer bevorzugteren Ausführung beträgt die Untergrenze für den Zn-Gehalt 6,7 %, wobei 6,9 % stärker bevorzugt wird.
  • Bei einer bevorzugteren Ausführung beträgt die Untergrenze für den Mg-Gehalt 1,90 %, wobei 1,92 % stärker bevorzugt wird. Diese Untergrenze für den Mg-Gehalt wird im Besonderen bevorzugt, wenn das Legierungsprodukt für Blechprodukt, z. B. Rumpfblech, verwendet wird und wenn es für Abschnitte, die aus dicker Platte hergestellt sind, verwendet wird.
  • Die vorgenannten Aluminiumlegierungen können Verunreinigungen oder unwesentliche oder beabsichtigte Zusätze enthalten, wie zum Beispiel bis zu 0,3 % Fe, vorzugsweise bis zu 0,14 % Fe, bis zu 0,2 % Silizium (Si), und vorzugsweise bis zu 0,12 % Si, bis zu 1 % Silber (Ag), bis zu 1 % Germanium (Ge), bis zu 0,4 % Vanadium (V). Die anderen Zusätze werden im Allgemeinen durch die von der Aluminium Association definierten Bereiche von 0,05 bis 0,15 % geregelt, womit jede unvermeidbare Verunreinigung in einem Bereich von < 0,05 % liegt und die Verunreinigungen insgesamt < 0,15 % sind.
  • Die Eisen- und Siliziumgehalte sollten signifikant niedrig gehalten werden, so dass sie zum Beispiel 0,08 % Fe nicht überschreiten und ungefähr 0,07 % Si oder weniger betragen. In jedem Fall ist es vorstellbar, dass noch etwas höhere Niveaus beider Verunreinigungen, bis zu ungefähr 0,14 % Fe und bis zu ungefähr 0,12 % Si toleriert werden können, jedoch auf einer hierin weniger bevorzugten Basis. Im Besonderen bei den Formplatten- und Werkzeugplattenausführungen hiervon sind selbst höhere Niveaus von bis zu 0,3 % Fe und bis zu 0,2 % Si oder weniger tolerierbar.
  • Die Dispersoid-bildenden Elemente wie zum Beispiel Zr, Sc, Hf, Cr und Mn werden hinzugefügt, um die Kornstruktur und die Abschreckempfindlichkeit zu steuern. Die optimalen Niveaus an Dispersoidformern hängen von der Verarbeitung ab, aber wenn eine einzelne Chemie von Hauptelementen (Zn, Cu und Mg) innerhalb des bevorzugten Fensters gewählt wird und diese Chemie für alle relevanten Produktformen verwendet wird, dann betragen die Zr-Niveaus vorzugsweise weniger als 0,11 %.
  • Ein bevorzugtes Maximum bei dem Zr-Niveau ist ein Maximum von 0,15 %. Ein geeigneter Bereich des Zr-Niveaus ist ein Bereich von 0,04 bis 0,15 %. Eine stärker bevorzugte Obergrenze für den Zr-Zusatz ist 0,13 % und noch stärker ist nicht mehr als 0,11 % zu bevorzugen.
  • Der Zusatz von Sc beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,3 % und vorzugsweise nicht mehr als 0,18 %. In Verbindung mit Sc sollte die Summe von Sc + Zr weniger als 0,3 % betragen, vorzugsweise weniger als 0,2 %, wobei ein Maximum von 0,17 % im Besonderen dann stärker zu bevorzugen ist, wenn das Verhältnis von Zr und Sc zwischen 0,7 und 1,4 liegt.
  • Ein anderer Dispersoidformer, der allein oder mit anderen Dispersoidformern hinzugefügt werden kann, ist Cr. Die Cr-Niveaus sollten vorzugsweise unter 0,3 % liegen, wobei ein Maximum von 0,20 % stärker zu bevorzugen ist und 0,15 % noch stärker zu bevorzugen ist. In Verbindung mit Zr sollte die Summe von Zr + Cr nicht mehr als 0,20 % und vorzugsweise nicht mehr als 0,17 % betragen.
  • Die bevorzugte Summe von Sc + Zr + Cr sollte nicht über 0,4 % liegen, wobei nicht über 0,27 % stärker zu bevorzugen ist.
  • Außerdem kann Mn allein oder in Verbindung mit einem der anderen Dispersoidformer hinzugefügt werden. Ein bevorzugtes Maximum für den Mn-Zusatz ist 0,4 %. Ein geeigneter Bereich für den Mn-Zusatz liegt in dem Bereich von 0,05 bis 0,40 % und vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 0,30 %, wobei 0,12 bis 0,30 % noch stärker zu bevorzugen ist. Eine bevorzugte Untergrenze für den Mn-Zusatz beträgt 0,12 %, wobei 0,15 % stärker zu bevorzugen ist. In Verbindung mit Zr sollte die Summe von Mn + Zr nicht weniger als 0,4 % und vorzugsweise weniger als 0,32 % betragen und ein geeignetes Minimum ist 0,14 %.
  • Bei einer anderen Ausführung des Aluminiumlegierungsprodukts nach der Erfindung ist die Legierung frei von Mn, was unter praktischen Gesichtspunkten bedeuten würde, dass der Mn-Gehalt < 0,02 % und vorzugsweise < 0,01 % ist und stärker zu bevorzugen ist, dass die Legierung im Wesentlichen oder substanziell frei von Mn ist. Mit „im Wesentlichen frei“ oder „substanziell frei“ meinen wir, das kein gewollter Zusatz dieses Legierungselements für die Zusammensetzung vorgenommen wurde, aber dass auf Grund von Verunreinigungen und/oder Herauslösung im Zuge des Kontakts mit Herstellausrüstung Spuren dieses Elements dennoch ihren Weg in das fertige Legierungsprodukt finden können.
  • Bei einer besonderen Ausführung des Knetlegierungs-Produkts nach dieser Erfindung besteht die Legierung im Wesentlichen aus (in Gew.-%):
    Zn 7,2 bis 7,7 und typischerweise ungefähr 7,43
    Mg 1,79 bis 1,92 und typischerweise ungefähr 1,83
    Cu 1,43 bis < 1,5 und typischerweise ungefähr 1,48
    Zr oder Cr 0,04 bis 0,15, vorzugsweise 0,06 bis 0,10 und typischerweise 0,08
    Mn wahlweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,19 und vorzugsweise 0,09 bis 0,19 oder bei einer alternativen Ausführung < 0,02, vorzugsweise < 0,01
    Si < 0,07 und typischerweise ungefähr 0,04
    Fe < 0,08 und typischerweise ungefähr 0,05
    Ti ≤ 0,05 und typischerweise ungefähr 0,01,
    Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15.
  • Bei einer anderen besonderen Ausführung des Knetlegierungs-Produkts nach dieser Erfindung besteht die Legierung im Wesentlichen aus (in Gew.-%):
    Zn 7,2 bis 7,7 und typischerweise ungefähr 7,43
    Mg 1,90 bis 1,97, vorzugsweise 1,92 bis 1,97 und typischerweise ungefähr 1,94
    Cu 1,43 bis < 1,5 und typischerweise ungefähr 1,48
    Zr oder Cr 0,04 bis 0,15, vorzugsweise 0,06 bis 0,10 und typischerweise 0,08
    Mn wahlweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,19 und vorzugsweise 0,09 bis 0,19 oder bei einer alternativen Ausführung < 0,02, vorzugsweise < 0,01
    Si < 0,07 und typischerweise ungefähr 0,05
    Fe < 0,08 und typischerweise ungefähr 0,06
    Ti < 0,05 und typischerweise ungefähr 0,01,
    Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen mit jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15.
  • Das Legierungsprodukt nach der Erfindung kann durch herkömmliches Schmelzen angefertigt werden und kann zu Blockform (direkthart)gegossen werden. Außerdem können Kornfeiner wie Titanborid und Titancarbid verwendet werden. Nach dem Schälen und möglichen Homogenisieren werden die Blöcke durch zum Beispiel Extrusion oder Schmieden oder Warmwalzen in einer oder mehreren Stufen weiterverarbeitet. Diese Verarbeitung kann für ein Zwischenglühen unterbrochen werden. Weiteres Verarbeiten kann Kaltumformen sein, das Kaltwalzen oder Strecken sein kann. Das Produkt wird lösungsglühbehandelt und durch Tauchen in oder Sprühen mit kaltem Wasser oder schnelles Abkühlen auf eine Temperatur unter 95 °C abgeschreckt. Das Produkt kann weiter verarbeitet werden, zum Beispiel durch Walzen oder Strecken, zum Beispiel bis zu 8 %, oder kann durch Strecken oder Pressen bis zu ungefähr 8 %, zum Beispiel von ungefähr 1 bis 3 %, entspannt werden und/oder zu einer End- oder Zwischenvergütung gealtert werden. Das Produkt kann vor oder nach dem abschließenden Altern oder sogar vor der Lösungsglühbehandlung zu der End-oder Zwischenstruktur geformt oder bearbeitet werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Konstruktion handelsüblicher Luftfahrzeuge erfordert unterschiedliche Sätze von Eigenschaften für unterschiedliche Arten von Strukturteilen. Eine Legierung muss, wenn sie zu verschiedenen Produktformen (d. h. Blech, Platte, dicke Platte, geschmiedetes oder extrudiertes Profil usw.) verarbeitet wird und für eine breite Vielfalt von Strukturteilen bei unterschiedlichen Belastungsabfolgen innerhalb der Lebensdauer und entsprechendem Erfüllen unterschiedlicher Materialerfordernisse für all diese Produktformen verwendet werden soll, in bisher nicht gekanntem Maße vielseitig sein.
  • Die wichtigen Materialeigenschaften für ein Rumpfblechprodukt sind die Schadenstoleranzeigenschaften unter Zugbelastungen (d. h. FCGR, Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit).
  • Die wichtigen Materialeigenschaften für eine Unterflügelaußenhaut bei einem handelsüblichen Hochleistungs-Düsenluftfahrzeug sind denen für ein Rumpfblechprodukt ähnlich, jedoch wird von den Luftfahrzeugherstellern typischerweise eine höhere Zugfestigkeit gewünscht. Außerdem wird die Ermüdungsgrenze eine wichtige Materialeigenschaft.
  • Da das Flugzeug in großer Höhe fliegt, wo es kalt ist, ist Bruchzähigkeit bei minus 54 °C (minus 65 °F) ein Anliegen bei neuen Konstruktionen von handelsüblichen Luftfahrzeugen. Zu den zusätzlich wünschenswerten Eigenschaften gehören Altersformbarkeit, wodurch das Material bei künstlicher Alterung geformt werden kann, zusammen mit gutem Korrosionsverhalten in den Bereichen Spannungskorrosionsrissbildungsbeständigkeit und Schichtkorrosionsbeständigkeit.
  • Die wichtigen Materialeigenschaften bei einem Oberflügelaußenhautprodukt sind die Eigenschaften unter Druckbelastungen, d. h. Druckfestigkeit, Ermüdungsgrenze und Korrosionsbeständigkeit.
  • Die wichtigen Materialeigenschaften für gefertigte Teile aus dicker Platte hängen von dem gefertigten Teil ab. Aber im Allgemeinen muss der Gradient bei Materialeigenschaften durch Dicke sehr klein sein und die Materialeigenschaften wie Festigkeit, Bruchzähigkeit, Ermüdung und Korrosionsbeständigkeit müssen auf einem hohen Niveau liegen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Legierungszusammensetzung, die bei Verarbeitung zu einer Vielfalt von Produkten wie Blech, Platte, dicke Platte usw., ohne darauf beschränkt zu sein, die gewünschten Materialeigenschaften erfüllt oder übertrifft. Die Eigenschaftsausgewogenheit des Produkts weist eine höhere Leistung auf als die Eigenschaftsausgewogenheit des Produkts, das aus derzeit handelsüblich verwendeten Legierungen hergestellt ist.
  • Es wurde sehr überraschend ein bisher unentdecktes Chemiefenster innerhalb des AA7000-Fensters festgestellt, das diese einzigartige Fähigkeit erfüllt.
  • Die vorliegende Erfindung resultierte aus einer Untersuchung zu der Wirkung von Cu-, Mg- und Zn-Niveaus in Verbindung mit verschiedenen Niveaus und Arten von Dispersoidformern (z. B. Zr, Cr, Sc, Mn) auf die Phasen, die während der Verarbeitung gebildet werden. Manche dieser Legierungen wurden zu Blech und Platten verarbeitet und auf Zugfestigkeit, Kahn-Reißzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit geprüft. Auswertungen dieser Ergebnisse führen zu der überraschenden Erkenntnis, dass eine Aluminiumlegierung mit einer chemischen Zusammensetzung innerhalb eines bestimmten Fensters sowohl bei Blech als auch bei Platten als auch bei dicker Platte als auch bei Extrusionen als auch bei Schmiedestücken ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.
  • Hierin wird auch ein Verfahren zum Herstellen des Aluminiumlegierungsprodukts nach der Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren zum Herstellen eines hochfesten, hochzähen Legierungsprodukts der Serie AA7000 mit einer guten Korrosionsbeständigkeit, folgende Schritte umfassend:
    • a) Gießen eines Blocks mit einer Zusammensetzung nach der Darlegung in der vorliegenden Beschreibung;
    • b) Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Blocks nach dem Gießen,
    • c) Warmumformen des Blocks zu einem vorbearbeiteten Produkt durch ein oder mehrere Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Walzen, Extrudieren und Schmieden;
    • d) wahlweise Wiedererwärmen des vorbearbeiteten Produkts und entweder
    • e) Warmumformen und/oder Kaltumformen zu einer gewünschten Werkstückform;
    • f) Lösungsglühbehandeln des geformten Werkstücks bei einer Temperatur und Zeit, die ausreichen, um im Wesentlichen alle löslichen Bestandteile in der Legierung in einer festen Lösung zu platzieren;
    • g) Abschrecken des lösungsglühbehandelten Werkstücks durch eines von Sprühabschrecken oder Immersionsabschrecken in Wasser oder anderen Abschreckmedien;
    • h) wahlweise Strecken oder Pressen des abgeschreckten Werkstücks oder sonstiges Kaltumformen zum Entspannen, zum Beispiel Richten von Blechprodukten;
    • i) künstliches Altern des abgeschreckten und wahlweise gestreckten oder gepressten Werkstücks, um eine gewünschte Vergütung zu erreichen, zum Beispiel die Vergütungen, die aus der Gruppe bestehend aus T6, T74, T76, T751, T7451, T7651, T77 und T79 ausgewählt werden.
  • Die Legierungsprodukte der vorliegenden Erfindung werden herkömmlich durch Schmelzen präpariert und können durch Direkthartgießen oder andere geeignete Gießtechniken zu Blöcken gegossen werden. Die Homogenisierungsbehandlung wird typischerweise in einem oder mehreren Schritten durchgeführt, wobei jeder Schritt eine Temperatur vorzugsweise in dem Bereich von 460 bis 490 °C aufweist. Die Vorwärmtemperatur beinhaltet Erwärmen des Walzblocks auf die Warmwalzwerk-Eingangstemperatur, die typischerweise in einem Temperaturbereich von 400 bis 460 °C liegt. Das Warmumformen des Legierungsprodukts kann erfolgen durch eine oder mehrere Verfahren, die aus der Gruppe bestehend aus Walzen, Extrudieren und Schmieden ausgewählt werden. Bei der vorliegenden Legierung wird Warmwalzen bevorzugt. Lösungsglühbehandlung wird typischerweise in demselben Temperaturbereich durchgeführt, der für Homogenisieren verwendet wird, obwohl die Tauchzeiten etwas kürzer gewählt werden können.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung umfasst der Schritt des künstlichen Alterns i) einen ersten Alterungsschritt bei einer Temperatur in einem Bereich von 105 °C bis 135 °C, vorzugsweise für 2 bis 20 Stunden, und einen zweiten Alterungsschritt bei einer Temperatur in einem Bereich von 135 °C bis 210 °C, vorzugsweise für 4 bis 20 Stunden. Bei einer weiteren Ausführung kann ein dritter Alterungsschritt bei einer Temperatur in einem Bereich von 105 °0 bis 135 00 und vorzugsweise für 20 bis 30 Stunden angewendet werden.
  • Eine überraschend ausgezeichnete Eigenschaftsausgewogenheit wird erzielt, welche Dicke auch immer hergestellt wird. Bei dem Blechdickenbereich von bis zu 1,5 Zoll sind die Eigenschaften ausgezeichnet für Rumpfblech, und vorzugsweise beträgt die Dicke bis zu 1 Zoll. In dem dünnen Plattendickenbereich von 0,7 bis 3 Zoll sind die Eigenschaften ausgezeichnet für eine Flügelplatte, z. B. Unterflügelplatte. Der dünne Plattendickenbereich kann außerdem für Holme oder zum Formen eines integralen Flügelplattenfelds und Holms zur Verwendung bei einer Luftfahrzeugflügelstruktur verwendet werden. Stärker spitzengealtertes Material ergibt eine ausgezeichnete Oberflügelplatte, während etwas stärkere Überalterung ausgezeichnete Eigenschaften für eine Unterflügelplatte ergibt. Bei Verarbeitung zu dickeren Maßen von mehr als 2,5 Zoll bis zu ungefähr 11 Zoll oder mehr werden ausgezeichnete Eigenschaften für integrale Teile, die aus Platten gefertigt sind, oder zum Formen eines integralen Holms zur Verwendung bei einer Luftfahrzeugflügelstruktur oder in der Form einer Rippe zur Verwendung bei einer Luftfahrzeugflügelstruktur erzielt. Die Produkte mit dickerem Maß können außerdem als Werkzeugplatte oder Formplatte, z. B. Formen zum Herstellen geformter Kunststoffprodukte, zum Beispiel durch Druckguss oder Spritzguss, verwendet werden. Wenn hierin oben Dickenbereiche angegeben werden, ist für eine erfahrene Person sofort offensichtlich, dass dies die Dicke an dem Punkt des dicksten Querschnitts bei dem Legierungsprodukt, das aus einem solchen Blech, einer solche dünnen Platte oder dicken Platte hergestellt wird, ist. Die Legierungsprodukte nach der Erfindung können außerdem in der Form einer gestuften Extrusion oder eines extrudierten Holms zur Verwendung bei einer Luftfahrzeugstruktur oder in der Form eines geschmiedeten Holms in einer Luftfahrzeugflügelstruktur bereitgestellt werden. Überraschenderweise können all diese Produkte mit ausgezeichneten Eigenschaften aus einer Legierung mit einer einzigen Chemie erzielt werden.
  • Bei der Ausführung, mit der Strukturbauteile, wie z. B. Rippen, aus dem Legierungsprodukt nach der Erfindung mit einer Dicke von 2,5 Zoll oder mehr hergestellt werden, erhöhte das Bauteil im Vergleich zu seinem Gegenstück aus AA7050-Aluminiumlegierung die Streckung. Im Besonderen beträgt die Streckung (oder A50) in der ST-Prüfrichtung 5 % oder mehr und bei den besten Ergebnissen 5,5 % oder mehr.
  • Des Weiteren weist bei der Ausführung, mit der Strukturbauteile aus dem Legierungsprodukt nach der Erfindung mit einer Dicke von 2,5 Zoll oder mehr hergestellt werden, das Bauteil eine Bruchzähigkeit Kapp in der L-T-Prüfrichtung bei Umgebungs-Raumtemperatur auf und zeigte bei Messung mit S/4 nach ASTM E561 unter Verwendung von 16-Zoll-Mittenrissplatten (M(T) oder CC(T)) eine wenigstens 20%ige Verbesserung im Vergleich zu seinem Gegenstück aus AA7050-Aluminiumlegierung und bei den besten Beispielen wird eine Verbesserung von 25 % oder mehr festgestellt.
  • Bei der Ausführung, bei der das Legierungsprodukt extrudiert wurde, wurden die Legierungsprodukte vorzugsweise zu Profilen extrudiert, die an dem Punkt ihres dicksten Querschnitts eine Dicke in dem Bereich von bis zu 10 mm und vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 7 mm aufweisen. In extrudierter Form kann das Legierungsprodukt außerdem dickes Plattenmaterial ersetzen, das herkömmlich mittels Hochgeschwindigkeits-Fertigungs- oder Bearbeitungstechniken zu einem geformten Strukturbauteil gefertigt wird. Bei dieser Ausführung weist das extrudierte Legierungsprodukt vorzugsweise an dem Punkt seines dicksten Querschnitts eine Dicke in einem Bereich von 2 bis 6 Zoll auf.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Mg-Cu-Diagramm, das den Cu-Mg-Bereich für die Legierung nach dieser Erfindung zusammen mit engeren bevorzugten Bereichen darlegt;
    • 2 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Bruchzähigkeit mit der technischen Streckgrenze für das Legierungsprodukt nach der Erfindung gegenüber mehreren Referenzen zieht;
    • 3 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Bruchzähigkeit mit der technischen Streckgrenze für das Legierungsprodukt nach dieser Erfindung bei einem Maß von 30 mm gegenüber zwei Referenzen zieht;
    • 4 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Spannungsrissbildungsfestigkeit in der Ebene mit der technischen Streckgrenze für die Legierungsprodukte nach der Erfindung unter Verwendung unterschiedlicher Verarbeitungswege zieht.
  • 1 zeigt schematisch die Bereiche für Cu und Mg für die Legierung nach der vorliegenden Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungen nach der Darlegung in den Unteransprüchen 2 bis 4. Außerdem werden zwei engere bevorzugte Bereiche gezeigt. Die Bereiche können außerdem durch Verwendung der Eckpunkte A, B, C, D, E und F eines Sechseckkastens gekennzeichnet werden. Bevorzugte Bereiche sind mit A' bis F' und stärker bevorzugte Bereiche mit A'' bis F'' gekennzeichnet. Die Koordinaten sind in Tabelle 1 aufgeführt. In 1 werden außerdem die Legierungszusammensetzungen nach dieser Erfindung, wie in den hierin nachfolgenden Beispielen angegeben, als Einzelpunkte dargestellt. Tabelle 1 Koordinaten (in Gew.-%) für die Eckpunkte der Cu-Mg-Bereiche für die bevorzugten Bereiche des Legierungsprodukts nach der Erfindung.
    Eckpunkt (Mg, Cu) breiter Bereich Eckpunkt (Mg, Cu) bevorzugter Bereich Eckpunkt (Mg, stär bevorz Bere Cu) -ker ugter ich
    A 1,20, 1,00 A' 1,40, 1,10 A '' 13, 1,40, 1,10
    B 1,20, 1,13 B' 1,40, 1,26 1,40, 1,16
    C 2, 05, 1,90 C' 2, 05, 1,80 C'' 2, 05, 1,75
    D 2,20, 1,90 D' 2, 10, 1,80 D'' 2, 10, 1,75
    E 2,20, 1,40 E' 2, 10, 1,40 E'' 2, 10, 1,40
    E 2,20, 1,40 E' 2, 10, 1,40 E'' 2, 10, 1,40
    F 1,77, 1,00 F' 1,78, 1, 10 F'' 1,87, 1,10
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Auf Laborebene wurden Legierungen gegossen, um das Prinzip der aktuellen Erfindung nachzuweisen, und zu 4,0-mm-Blech oder 30mm-Platte verarbeitet. Die Legierungszusammensetzungen werden in Tabelle 2 aufgeführt, wobei für alle Blöcke Fe < 0,06, Si < 0,04, Ti 0,01, Rest Aluminium, gilt. Walzblöcke von ungefähr 80 mal 80 mal 100 mm (Höhe x Breite x Länge) wurden von runden Labor-Gussblöcken von ungefähr 12 kg geschnitten. Die Blöcke wurden ungefähr 12 Std. bei 460 ± 5 °C und nachfolgend ungefähr 24 Std. bei 475 ± 5 °C homogenisiert und nachfolgend langsam luftgekühlt, um einen industriellen Homogenisierungsprozess nachzuahmen. Die Walzblöcke wurden ungefähr 6 Stunden bei 410 ± 5 °C vorgewärmt. Bei einem Zwischendickebereich von ungefähr 40 bis 50 mm wurden die Blöcke bei 410 ± 5 °C wiedererwärmt. Manche Blöcke wurden zu dem Endmaß von 30 mm warmgewalzt, andere wurden zu einem Endmaß von 4,0 mm warmgewalzt. Während des gesamten Warmwalzprozesses wurde darauf geachtet, ein Warmwalzen auf industrieller Ebene nachzuahmen. Die warmgewalzten Produkte wurden lösungsglühbehandelt und abgeschreckt. Die meisten wurden in Wasser abgeschreckt, aber manche wurden außerdem in Öl abgeschreckt, um die Mittel- und Vierteldicken-Abschreckgeschwindigkeit einer 6 Zoll dicken Platte nachzuahmen. Die Produkte wurden um ungefähr 1,5 % kaltgestreckt, um die Restspannungen zu entspannen. Das Alterungsverhalten der Legierungen wurde untersucht. Die Endprodukte wurden zu einer fast spitzengealterten Festigkeit überaltert (z. B. T76- oder T77-Vergütung) überaltert.
  • Die Zugfestigkeitseigenschaften wurden nach EN10.002 geprüft. Die Zug-Prüfkörper aus 4 mm dickem Blech waren flache EURONORM-Prüfkörper mit 4 mm Dicke. Die Zug-Prüfkörper aus der 30mm-Platte waren runde Zug-Prüfkörper, die aus mittlerer Dicke entnommen wurden. Die Zugprüfungsergebnisse in Tabelle 1 kommen von der L-Richtung. Die Kahn-Reißzähigkeit wird nach ASTM B871-96 geprüft. Die Prüfrichtung der Ergebnisse in Tabelle 2 ist die T-L-Richtung. Die sogenannte Kerbzähigkeit kann ermittelt werden, indem die Reißfestigkeit, die durch die Kahn-Reißprüfung ermittelt wurde, durch die technische Streckgrenze geteilt wird (TS/Rp). Dieses typische Ergebnis aus der Kahn-Reißprüfung ist auf dem Gebiet dafür bekannt, ein guter Indikator für echte Bruchzähigkeit zu sein. Die Einheitsausbreitungsenergie (UPE), die ebenfalls durch die Kahn-Reißprüfung ermittelt wurde, ist die Energie, die für Risswachstum erforderlich ist. Es wird angenommen, dass, je höher die UPE ist, desto schwieriger ist es, dass der Riss wächst, was ein gewünschtes Merkmal des Materials ist.
  • Um sich für gutes Korrosionsverhalten zu eignen, muss die Schichtkorrosionsbeständigkeit (EXCO) bei Messung nach ASTM G34-97 wenigstens EA oder besser sein.
  • Die interkristalline Korrosion (IGC) ist bei Messung nach MILH-6088 vorzugsweise nicht vorhanden. Etwas Lochfraß ist akzeptabel, aber sollte vorzugsweise ebenfalls nicht vorhanden sein.
  • Um eine vielversprechende Kandidatenlegierung zu erzielen, die sich für eine Vielfalt von Produkten eignet, musste sie die folgenden Anforderungen auf Laborebene erfüllen: eine technische Streckgrenze von wenigstens 510 MPa, eine spezifische Festigkeit von wenigstens 560 MPa, eine Kerbzähigkeit von wenigstens 1,5 und eine Einheitsausbreitungsenergie (UPE) von wenigstens 200 kJ/m2. Die Ergebnisse für die verschiedenen Legierungen als Funktion von etwas Verarbeitung werden ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt.
  • Um all diese gewünschten Materialeigenschaften zu erfüllen, muss die Chemie der Legierung sorgfältig ausgewogen sein. Nach den vorliegenden Ergebnissen wurden zu hohe Werte für Cu-, Mg-und Zn-Gehalte als nachteilig für Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit festgestellt. Dagegen wurden zu niedrige Werte als nachteilig für hohe Festigkeitsniveaus festgestellt. Tabelle 2
    Prüfkörpe r Nr. Erfindungs legierung (J/N) Dicke (mm) Vergü tung Mg (Gew. -%) Cu (Gew. -%) Zn (Gew. -%) Zr (Gew. -%) Andere (Gew.%)
    1 ja 30 T77 1,84 1,47 7,4 0,10 -
    2 ja 30 T76 1, 66 1,27 8,1 0, 09 -
    3 ja 4 T76 2,00 1,54 6,8 0,11 -
    4 nein 4 T76 2,00 1,52 5,6 0, 01 0,16 Cr
    5 nein 4 T76 2,00 1,53 5,6 0,06 0,08 Cr
    6 ja 4 T76 1,82 1,68 7,4 0,10 -
    7 ja 30 T76 2,09 1,30 8,2 0, 09 -
    8 ja 4 T77 2,20 1,70 8,7 0,11 -
    9 ja 4 T77 1, 81 1, 69 8, 7 0,10 -
    10 nein 4 T76 2,10 1,54 5, 6 0,07 -
    11 nein 4 T76 2,20 1,90 6,7 0,10 -
    12 nein 4 T76 1,98 1,90 6, 8 0, 09 -
    13 nein 4 T77 2, 10 2,10 8, 6 0,10 -
    14 nein 4 T77 2,50 1,70 8,7 0,10 -
    15 nein 4 T77 1,70 2,10 8, 6 0,12 -
    16 nein 4 T77 1,70 2,40 8, 6 0,11 -
    17 nein 4 T76 2,40 1,54 5, 6 0, 01 -
    18 nein 4 T76 2,30 1,54 5, 6 0,07 -
    19 nein 4 T76 2,30 1,52 5,5 0,14 -
    20 ja 4 T76 2,19 1,54 6,7 0,11 0,16 Mn
    21 nein 4 T76 2,12 1,51 5, 6 0,12 -
    Tabelle 2 Fortsetzung
    Prüfkörpe r Nr. Erfindungslegierung (J/N) Rp (MPa) Rm (MPa) UPE (kJ/m2) Ts/Rp
    1 ja 587 627 312 1,53
    2 ja 530 556 259 1,76
    3 ja 517 563 297 1, 62
    4 nein 473 528 232 1,45
    5 nein 464 529 212 1,59
    6 ja 594 617 224 1,44
    7 ja 562 590 304 1, 64
    8 ja 614 626 115 1,38
    9 ja 574 594 200 1,47
    10 nein 490 535 245 1,53
    11 nein 563 608 - 1,07
    12 nein 559 592 - 1,32
    13 nein 623 639 159 2, 10
    14 nein 627 643 117 1,33
    15 nein 584 605 139 1,44
    16 nein 598 619 151 1,42
    17 nein 476 530 64 1,42
    18 nein 488 542 52 1,54
    19 nein 496 543 155 1,66
    20 ja 521 571 241 1,65
    21 nein 471 516 178 1,42
  • Aber sehr überraschend erhöht ein höheres Zn-Niveau die Zähigkeit und Risswachstumsbeständigkeit. Daher ist es wünschenswert, höhere Zn-Niveaus zu verwenden und diese mit niedrigeren Mg- und Cu-Niveaus zu verbinden. Es wurde festgestellt, dass der Zn-Gehalt nicht unter 6,5 % und vorzugsweise nicht unter 6,7 % liegen sollte, wobei nicht unter 6,9 % noch stärker zu bevorzugen ist.
  • Mg muss akzeptable Festigkeitsniveaus aufweisen. Es wurde festgestellt, dass ein Mg/Zn-Verhältnis von ungefähr 0,27 oder niedriger die beste Festigkeit-Zähigkeit-Verbindung zu ergeben scheint. Die Mg-Niveaus sollten jedoch 2,2 % nicht überschreiten und vorzugsweise 2,1 % nicht überschreiten, wobei noch stärker zu bevorzugen ist, dass sie 1,97 % nicht überschreiten und ein bevorzugteres oberes Niveau bei 1,95 % liegt. Diese Obergrenze ist niedriger als bei den herkömmlichen AA-Fenstern oder Bereichen von derzeit verwendeten handelsüblichen Luftfahrtlegierungen wie AA7050, AA7010 und AA7075.
  • Um eine wünschenswerte sehr hohe Risswachstumsbeständigkeit (oder UPE) zu erhalten, müssen die Mg-Niveaus sorgfältig ausgewogen sein und sollten vorzugsweise in derselben Größenordnung wie die Cu-Niveaus oder leicht darüber liegen und vorzugsweise (0,9 Mg - 0,6) Cu (0,9 Mg + 0,05) betragen. Der Cu-Gehalt sollte nicht zu hoch sein. Es wurde festgestellt, dass der Cu-Gehalt nicht höher als 1,9 % sein sollte und vorzugsweise 1,80 % nicht überschreiten sollte, wobei stärker zu bevorzugen ist, dass er 1,75 % nicht überschreitet.
  • Die Dispersoidformer, die bei Legierungen der Serie AA7xxx verwendet werden, sind typischerweise Cr, wie z. B. bei AA7x75, oder Zr, wie z. B. bei AA7x50 und AA7x10. Herkömmlicherweise wird von Mn angenommen, dass es für Zähigkeit nachteilig ist, aber zu unserer großen Überraschung zeigt eine Verbindung von Mn und Zr immer noch eine sehr gute Ausgewogenheit von Festigkeit und Zähigkeit.
  • Beispiel 2
  • Es wurde ein Los von Walzblöcken voller Größe mit einer Dicke von 440 mm auf einer industriellen Ebene durch Direkthartgießen produziert, die die chemische Zusammensetzung (in Gew.-%) aufwiesen: 7,43 % Zn, 1,83 % Mg, 1,48 % Cu, 0,08 % Zr, 0,02 % Si und 0,04 % Fe, Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen. Einer dieser Blöcke wurde geschält, 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Dieser Block wurde 8 Std. bei 410 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 65 mm warmgewalzt. Der Walzblock wurde dann um 90 Grad gedreht und weiter auf ungefähr 10 mm warmgewalzt. Zuletzt wurde der Walzblock zu einem Maß von 5,0 mm kaltgewalzt. Das erzielte Blech wurde ungefähr 40 Minuten bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die resultierenden Bleche wurden durch einen Kaltstreckvorgang von ungefähr 1,8 % entspannt. Es wurden zwei Alterungsvarianten produziert, Variante A: 5 Std./120 °C + 9 Std./155 °C und Variante B: 5 Std./120 °C + 9 Std./165 °C.
  • Die Zugfestigkeitsergebnisse wurden nach EN 10.002 gemessen. Die Druckfestigkeit (CYS) wurde nach ASTM E9-89a gemessen. Die Scherfestigkeit wurde nach ASTM B831-93 gemessen. Die Bruchzähigkeit, Kapp, wurde nach ASTM E561-98 an 16 Zoll breiten Mittenrissplatten [M(T) oder CC(T)] gemessen. Kapp wurde bei Umgebungs-Raumtemperatur (RT) und bei -65 °F gemessen. Als Referenzmaterial wurde außerdem ein hoch schadenstolerantes (HDT) AA2x24-T351 geprüft. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3
    Alterung L-TYS (MPa) LT-TYS (MPa) L-UTS (MPa) LT-UTS (MPa) L-T CYS (MPa) L-T CYS (MPa)
    ERF Variante A 544 534 562 559 554 553
    ERF Variante A 489 472 526 512 492 500
    HDT-2x24 T351 360 332 471 452 329 339
    Alterung L-T Scheren (MPa) T-L Scheren (MPa) RT L-T Kapp (MPa.m) RT L-T Kapp (MPa.m 0,5 ) -65 °F L-T Kapp MPa.m 0,5 -65 °F L-T Kapp MPa.m 0,5
    ERF Variante A 372 373 103 100 -
    ERF Variante A 340 338 132 127 102 103
    HDT-2x24 T351 328 312 - 101 - 103
  • Die Schichtkorrosionsbeständigkeit wurde nach ASTM G34-97 gemessen. Die beiden Varianten A und B zeigten die Einstufung EA.
  • Die interkristalline Korrosion wurde nach MIL-H-6088 bei Variante A mit ungefähr 70 pm und für Variante B mit ungefähr 45 pm gemessen. Beide waren signifikant niedriger als die typischen 200 pm, die für die Referenz AA2x24-T351 gemessen wurden.
  • Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass es eine signifikante Verbesserung bei der Legierung nach der Erfindung gibt. Ein signifikanter Anstieg bei der Festigkeit bei vergleichbaren oder sogar höheren Bruchzähigkeitsniveaus. Außerdem zeigt die Legierung nach der Erfindung bei einer niedrigen Temperatur von -65 °F eine höhere Leistung als die nach derzeitigem Standard hoch schadenstolerante Rumpflegierung AA2x24-T351. Es ist außerdem zu beachten, dass die Korrosionsbeständigkeit der erfinderischen Legierung signifikant besser ist als bei AA2x24-T351.
  • Die Ermüdungsrisswachstumsgeschwindigkeit (FCGR) wurde nach ASTM E647-99 an 4 Zoll breiten Kompaktspannungsplatten [C(T)] mit einem R-Verhältnis von 0,1 gemessen. In Tabelle 3 wurde das da/dn pro Takt mit einem Spannungsbereich von 8K = 27,5 (= ungefähr 30 MPa.m°'5) der erfinderischen Legierung mit der Referenz hoch schadenstolerantes AA2x24-T351 verglichen.
  • Aus den Ergebnissen in Tabelle 4 ist klar ersichtlich, dass das Risswachstum der erfinderischen Legierung besser ist als das des hoch schadenstoleranten AA2x24-T351. Tabelle 4 Risswachstum pro Takt bei einem Spannungsbereich von deltaK = 27,5 ksi
    ERF Variante A L-T 96 %
    ERF Variante A T-L 84 %
    ERF Variante B L-T 73 %
    ERG Variante B T-L 74 %
    HDT-2x24 T-351 L-T 100 %
  • Beispiel 3
  • Ein anderer vollmaßstäblicher Block, der dem direkthartgegossenen Los aus Beispiel 2 entnommen wurde, wurde zu einer Platte mit einer Dicke von 6 Zoll produziert. Auch dieser Block wurde geschält, 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Der Block wurde 8 Std. bei 410 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 152 mm warmgewalzt. Die erzielte warmgewalzte Platte wurde dann ungefähr 7 Stunden bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die Platten wurden durch einen Kaltstreckvorgang von ungefähr 2,0 % entspannt. Es wurden mehrere verschiedene zweistufige Alterungsprozesse angewendet.
  • Die Zugfestigkeitsergebnisse wurden nach EN 10.002 gemessen. Die Prüfkörper wurden aus der T/4-Position entnommen. Die Dehnungsbruchzähigkeit in der Ebene, Kg, wurde nach ASTM E39990 gemessen. Wenn die Gültigkeitserfordernisse nach der Vorgabe in ASTM E399-90 erfüllt werden, sind diese Kg-Werte eine echte Materialeigenschaft und werden K10 genannt. Kic wurde bei Umgebungs-Raumtemperatur (RT) gemessen. Die Schichtkorrosionsbeständigkeit wurde nach ASTM G34-97 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 5 aufgeführt. Alle in Tabelle 5 gezeigten Alterungsvarianten zeigten die Einstufung „EA“.
  • In 2a wird ein Vergleich mit Ergebnissen angegeben, die in US-2002/0150498-A1 , Tabelle 2, vorgelegt werden und hierin als Referenz aufgenommen wurden. Bei dieser US-Patentanmeldung wird ein Beispiel (Beispiel 1) für ein ähnliches Produkt angegeben, das jedoch eine unterschiedliche Chemie aufweist und für das angegeben wird, dass es für Abschreckempfindlichkeit optimiert ist. Bei unserer erfinderischen Legierung haben wir eine ähnliche Ausgewogenheit von Zugfestigkeit und Zähigkeit wie bei dieser US-Patentanmeldung erzielt. Jedoch zeigen unsere erfinderischen Legierungen wenigstens überlegene Schichtkorrosionsbeständigkeit (EXCO).
  • Des Weiteren ist außerdem die Streckung unserer erfinderischen Legierung der in US2-2002/0150498-A1 , Tabelle 2, offenbarten überlegen. Die gesamte Eigenschaftsausgewogenheit von Legierung nach der vorliegenden Erfindung ist bei Verarbeitung zu einer 6 Zoll dicken Platte besser als die in US-2002/0150498-A1 offenbarte. In 2 werden außerdem dokumentierte Daten für dicke Maße von 75 bis 200 mm für die Legierung AA7050/7010 (siehe AIMS 03-02-022, Dezember 2001), die Legierung AA7050/7040 (siehe AIMS 03-02-019, September 2001) und die Legierung AA7085 (siehe AIMS 03-02-025, September 2002) gezeigt. Tabelle 5
    Alterungsprozess L-TYS (MPa) L-UTS (MPa) LT-A50 (%) L-T K1C (MPa.m°'5) EXCO
    5 Std./120 °C + 11 Std./165 °C 453 497 9,9 - EA
    5 Std./120 °C + 13 Std./165 °C 444 492 12,5 44,4 EA
    5 Std./120 °C + 15 Std./165 °C 434 485 13, 0 45, 0 EA
    5 Std./120 °C + 12 Std./160 °C 494 523 10,5 39, 1 EA
    5 Std./120 °C + 14 Std./160 °C 479 213 8,3 - EA
  • Beispiel 4
  • Ein anderer vollmaßstäblicher Block, der dem direkthartgegossenen Los aus Beispiel 2 entnommen wurde, wurde zu Platten mit einer Dicke von 63,5 mm bzw. 30 mm produziert. Der gegossene Block wurde geschält, 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Der Block wurde 8 Std. bei 410 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 63,5 bzw. 30 mm warmgewalzt. Die erzielten warmgewalzten Platten wurden dann ungefähr 2 bis 4 Stunden bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die Platten wurden durch einen Kaltstreckvorgang von 1,7 % bzw. 2,1 % bei den 63,5-mm- und 30-mm-Platten entspannt. Es wurden mehrere verschiedene zweistufige Alterungsprozesse angewendet.
  • Die Zugfestigkeitsergebnisse wurden nach EN 10.002 gemessen. Die Dehnungsbruchzähigkeit in der Ebene, Kq, wurde nach ASTM E399-90 an CT-Prüfkörpern gemessen. Wenn die Gültigkeitserfordernisse nach der Vorgabe in ASTM E399-90 erfüllt werden, sind diese Kq-Werte eine echte Materialeigenschaft und werden K1c genannt. K1c wurde bei Umgebungs-Raumtemperatur (RT) gemessen. Die Schichtkorrosionsbeständigkeit (EXCO) wurde nach ASTM G34-97 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 aufgeführt. Alle in Tabelle 6 gezeigten Alterungsvarianten zeigten die Einstufung „EA“. Tabelle 6
    Dicke (mm) Alterung (°c-Std) TYS MPa UTS MPa A50 (%) L-T K1C MPa.vm TYS (MPa) UTS (MPa) A50 (%) T-L K1C MPa.m 0,5
    L-Richtung LT-Richtung
    63,5 120-5/ 150-12 566 594 10,7 42,4 532 572 9,8 32,8
    63,5 120-5/ 155-12 566 599 11,9 40,7 521 561 11,2 33,0
    63,5 120-5/ 160-12 528 569 13,0 51,6 497 516 11,6 40,2
    30 120-5/ 150-12 565 590 14,2 46,9 558 582 13,9 36,3
    30 120-5/ 155-12 557 589 14,4 51, 0 547 572 13, 39, 2
    30 120-5/ 160-12 501 548 15,1 65, 0 493 539 14,3 46,8
  • Die Werte in Tabelle 7 werden für handelsübliche Oberflügellegierungen nach dem derzeitigen Stand der Technik angegeben und sind typische Daten nach dem Zulieferer dieses Materials (Legierung 7150-T7751-Platte und 7150-T77511-Extrusionen, Alcoa Mill Products, Inc., ACRP-069-B). Tabelle 7 Typische Werte von technischem Blech von ALCOA für AA7150-T77 und AA7055-T77, beide Platten 25 mm.
    Dicke (mm) Alterung TYS MPa UTS MPa A50 (%) L-T K1C MPa.m 0,5 TYS (MPa) UTS (MPa) A50 (%) T-L K1C MPa.m 0,5
    L-Richtung LT-Richtung
    25 7150-T77 572 607 12, 0 29,7 565 607 11,0 26,4
    25 7055-T77 614 634 11, 0 28,6 614 641 10,0 26,4
  • In 3 wird ein Vergleich der erfinderischen Legierung mit AA7150-T77 und AA7055-T77 angegeben. Aus 3 ist klar ersichtlich, dass die Ausgewogenheit von Zugfestigkeit gegenüber Zähigkeit der aktuellen erfinderischen Legierung im Handel erhältlichem AA7150-T77 und außerdem AA7055-T77 überlegen ist.
  • Beispiel 5
  • Ein anderer vollmaßstäblicher Block, der dem direkthartgegossenen Los aus Beispiel 2 entnommen wurde (hierin nachfolgend in Beispiel 5 „Legierung A“), wurde zu Platten mit einer Dicke von 20 mm produziert. Außerdem wurde ein anderer Guss hergestellt (in diesem Beispiel als „Legierung B“ bezeichnet), der die folgende chemische Zusammensetzung (in Gew.-%) aufwies: 7,39 % Zn, 1,66 % Mg, 1,59 % Cu, 0,08 % Zr, 0,03 % Si und 0,04 % Fe, Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen. Diese Blöcke wurden geschält, 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Zur weiteren Verarbeitung wurden drei unterschiedliche Wege verwendet.
    • Weg 1: Der Block von Legierung A und B wurde 6 Std. bei 420 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 20 mm warmgewalzt.
    • Weg 2: Der Block von Legierung A wurde 6 Std. bei 460 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 20 mm warmgewalzt.
    • Weg 3: Der Block von Legierung B wurde 6 Std. bei 420 °C vorgewärmt und dann auf ungefähr 24 mm warmgewalzt, wobei diese Platten nachfolgend auf 20 mm kaltgewalzt wurden.
  • Somit wurden vier Varianten produziert und als A1, A2, B1 und B3 gekennzeichnet. Die resultierenden Platten wurden 2 bis 4 Stunden bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die Platten wurden durch einen Kaltstreckvorgang von ungefähr 2,1 % entspannt. Es wurden mehrere unterschiedliche zweistufige Alterungsprozesse angewendet, wobei zum Beispiel „120-5/150-10“ 5 Std. bei 120 °C, gefolgt von 10 Std. bei 150 °C bedeutet.
  • Die Zugfestigkeitsergebnisse wurden nach EN 10.002 gemessen. Die Dehnungsbruchzähigkeit in der Ebene, Kg, wurde nach ASTM E399-90 an CT-Prüfkörpern gemessen. Wenn die Gültigkeitserfordernisse nach der Vorgabe in ASTM E399-90 erfüllt werden, sind diese Kq-Werte eine echte Materialeigenschaft und werden K1C oder KIC genannt. Es ist zu beachten, dass die meisten Bruchzähigkeitsmessungen bei diesem Beispiel die Gültigkeitskriterien für Prüfkörperdicke nicht erfüllten. Die berichteten Kq-Werte sind in Bezug auf K1C konservativ, mit anderen Worten, die berichteten Kq-Werte sind tatsächlich im Allgemeinen niedriger als die Standard-K1C-Werte, die ermittelt werden, wenn die prüfkörpergrößenbezogenen Gültigkeitskriterien von ASTM E39990 erfüllt werden. Die Schichtkorrosionsbeständigkeit wurde nach ASTM G34-97 gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 8 aufgeführt. Alle in Tabelle 8 gezeigten Alterungsvarianten zeigten Einstufung „EA“ bei der Schichtkorrosionsbeständigkeit (EXCO).
  • Die Ergebnisse von Tabelle 8 werden grafisch in 4 gezeigt. In 4 wurden die Daten mit Linien verbunden, um einen Eindruck von den Unterschieden zwischen A1, A2, B1 und B3 zu erhalten. Aus dieser grafischen Darstellung ist klar ersichtlich, dass Legierung A und B bei Vergleich von A1 und B1 ein ähnliches Verhalten bei Festigkeit gegenüber Zähigkeit aufweisen. Die beste Festigkeit gegenüber Zähigkeit konnte entweder durch B3 (d. h. Kaltwalzen zur Enddicke) oder durch A2 (d. h. Vorwärmen bei einer höheren Temperatur) erzielt werden. Es ist außerdem zu beachten, dass die Ergebnisse von Tabelle 8 eine signifikant bessere Ausgewogenheit von Festigkeit gegenüber Zähigkeit als AA7150-T77 und AA7055-T77 zeigen, wie in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 8
    Legierung Alterung (°C-Std) TYS MPa UTS (MPa) A50 (%) TYS MPa UTS MPa A50 (%) T-L K1C MPa.m0,5
    L-Richtung LT-Richtung
    33 120-5/ 150-10 563 586 13,7 548 581 12,5 38,4
    B3 120-5/ 155-12 558 581 14,4 538 575 13,1 38,7
    B3 120-5/ 160-10 529 563 14,6 517 537 13,7 40,3
    B1 120-5/ 150-10 571 595 13,4 549 581 13,4 36,5
    B1 120-5/ 155-12 552 582 14,3 528 568 13, 9 37,1
    B1 120-5/ 160-12 510 552 15, 1 493 542 14,5 39,4
    Al 120-5/ 150-10 574 597 13,7 555 590 14, 0 33,7
    Al 120-5/ 155-12 562 594 14,4 548 586 13, 9 37,1
    A1 120-5/ 160-12 511 556 15, 0 502 550 14,3 37,6
    A2 120-5/ 150-10 574 600 14, 0 555 595 13,9 36,7
    A2 120-5/ 155-12 552 584 14,3 541 582 13, 1 38,0
    A2 120-5/ 160-12 532 572 14, 8 527 545 12,4 39,8
  • Beispiel 6
  • Auf industrieller Ebene wurden zwei Legierungen mittels Direkthartgießen mit einer Dicke von 440 mm gegossen und zu Blechprodukt von 4 mm verarbeitet. Die Legierungszusammensetzungen werden in Tabelle 9 aufgeführt, wobei Legierung B eine Legierungszusammensetzung nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt, wenn das Legierungsprodukt die Form eines Blechprodukts aufweist.
  • Die Blöcke wurden geschält, 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und dann auf ein Zwischenmaß von 65 mm warmgewalzt und abschließend auf 9 mm warmgewalzt. Zuletzt wurden die warmgewalzten Zwischenprodukte auf ein Maß von 4 mm kaltgewalzt. Die erzielten Blechprodukte wurden ungefähr 20 Minuten bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die resultierenden Bleche wurden durch einen Kaltstreckvorgang von ungefähr 2 % entspannt. Die gestreckten Bleche wurden danach für 5 Std. bei 120 °C und 8 Std. bei 165 °C gealtert. Die mechanischen Eigenschaften wurden analog zu Beispiel 1 geprüft und die Ergebnisse werden in Tabelle 10 aufgeführt.
  • Die Ergebnisse dieses Großversuchs bestätigen die Ergebnisse von Beispiel 1, dass der positive Zusatz von Mn in dem definierten Bereich signifikant die Zähigkeit (sowohl UPE als auch Ts/Rp) des Blechprodukts verbessert, was zu einer sehr guten und wünschenswerten Ausgewogenheit von Festigkeit und Zähigkeit führt. Tabelle 9 Chemische Zusammensetzung der geprüften Legierungen, Rest Verunreinigungen und Aluminium.
    Legierung Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr
    A 0,03 0,08 1, 61 - 1,86 7,4 0,03 0,08
    0,03 0,06 1,59 0,07 1,96 7,36 0,03 0,09
    Tabelle 10 Mechanische Eigenschaften der geprüften Legierungsprodukte in zwei Prüfrichtungen.
    Legierung L-Richtung LT-Richtung
    Rp MPa Rm MPa A50 (%) TS UPE Ts/Rp Rp MPa Rm MPa A50 (%) TS UPE Ts/Rp
    A 497 534 11, 0 694 90 1,40 479 526 12, 0 712 134 1,49
    B 480 527 12, 9 756 152 1,58 477 525 12,8 712 145 1,49
  • Beispiel 7
  • Auf industrieller Ebene wurden zwei Legierungen mittels Direkthartgießen mit einer Dicke von 440 mm gegossen und zu einem Plattenprodukt mit einer Dicke von 152 mm verarbeitet. Die Legierungszusammensetzungen werden in Tabelle 11 aufgeführt, wobei Legierung C eine typische Legierung, die in den Bereich der Serie AA7050 fällt, darstellt, und Legierung D eine Legierungszusammensetzung nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung darstellt, wenn das Legierungsprodukt die Form einer Platte, z. B. einer dicken Platte, aufweist.
  • Die Blöcke wurden geschält, in einem Zweistufen-Takt 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Der Block wurde 8 Std. bei 410 °C vorgewärmt und dann auf Endmaß warmgewalzt. Die erzielten Plattenprodukte wurden ungefähr 6 Stunden bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die resultierenden Platten wurden durch einen Kaltstreckvorgang für ungefähr 2 % gestreckt. Die gestreckten Platten wurden unter Verwendung einer zweistufigen Alterungspraktik zuerst 5 Std. bei 120 °C, gefolgt von 12 Std. bei 165 °C gealtert. Die mechanischen Eigenschaften wurden analog zu Beispiel 3 in drei Prüfrichtungen geprüft und die Ergebnisse werden in Tabelle 12 und 13 aufgeführt. Die Prüfkörper wurden für die L- und LT-Prüfrichtung aus der S/4-Position aus der Platte entnommen und für die ST-Prüfrichtung aus S/2. Kapp wurde an S/2- und S/4-Stellen in der L-T-Richtung unter Verwendung von Platten mit einer Breite von 160 mm, Mittenrissplatten, und einer Dicke von 6,3 mm nach Bearbeitung gemessen. Diese Kapp-Messungen wurden bei Raumtemperatur nach ASTM E561 durchgeführt. Die Bezeichnung ok'' bei SRK bedeutet, dass kein Ausfall bei 180 MPa/45 Tage auftrat.
  • Aus den Ergebnissen der Tabellen 12 und 13 ist ersichtlich, dass die Legierung nach der Erfindung im Vergleich zu AA7050 ähnliches Korrosionsverhalten aufweist, wobei die Festigkeit (Streckgrenze und Zugfestigkeit) mit AA7050 vergleichbar oder etwas besser ist, vor allem in der ST-Richtung. Jedoch noch wichtiger ist, dass die Legierung der vorliegenden Erfindung signifikant bessere Ergebnisse bei der Streckung (oder A50) in der ST-Richtung zeigte. Die Streckung (oder A50), und im Besonderen die Streckung in der ST-Richtung, ist ein wichtiger Konstruktionsparameter unter anderem für Rippen zur Verwendung bei einer Luftfahrzeugflügelstruktur. Das Legierungsprodukt nach der Erfindung zeigt des Weiteren eine signifikante Verbesserung bei der Bruchzähigkeit (sowohl K1C als auch Kapp) . Tabelle 11 Chemische Zusammensetzung der geprüften Legierungen, Rest Verunreinigungen und Aluminium.
    Legierung; Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr
    C 0,02 0,04 2,14 - L, 04 6, 12 0,02 0,09
    D 0,03 0,05 1,59 0,07 1,96 7,35 0,03 0,09
    Tabelle 12 Zugprüfungseraebnisse der geprüften Plattenprodukte in drei Prüfrichtungen.
    Legierung TYS (MPa) TYS (MPa) TYS (MPa) UTS (MPa) UTS (MPa) UTS (MPa Strckg (%) Strckg (%) Strckg (%)
    L LT ST L LT ST L LT ST
    C 483 472 440 528 537 513 9, 0 7,3 3,3
    D 496 486 460 531 542 526 9, 2 8, 0 5, 8
    Tabelle 13 Weitere Eigenschaften der geprüften Plattenprodukte.
    Legierung L-T KIC (MPa.m0,5) T-L KIC (MPa.m0,5) S-L KIC (MPa.m0,5) L-T Kapp (MPa.m0,5) EXCO SRK
    C 27, 8 26,3 26,2 45,8 (s/4) 52 (s/2) EA ok
    D 30,3 29,4 29,1 62,6(s/4) 78,1 (s/2) EA ok
  • Beispiel 8
  • Auf industrieller Ebene wurden zwei Legierungen mittels Direkthartgießen mit einer Dicke von 440 mm gegossen und zu einem Plattenprodukt mit einer Dicke von 63,5 mm verarbeitet. Die Legierungszusammensetzungen werden in Tabelle 14 aufgeführt, wobei Legierung F eine Legierungszusammensetzung nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung darstellt, wenn das Legierungsprodukt die Form einer Platte für Flügel aufweist.
  • Die Blöcke wurden geschält, in einem Zweistufen-Takt 12 Std. bei 470 °C und 24 Std. bei 475 °C homogenisiert und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Der Block wurde 8 Std. bei 410 °C vorgewärmt und dann auf Endmaß warmgewalzt. Die erzielten Plattenprodukte wurden ungefähr 4 Stunden bei 475 °C lösungsglühbehandelt, gefolgt von Wassersprüh-Abschreckung. Die resultierenden Platten wurden durch einen Kaltstreckvorgang für ungefähr 2 % gestreckt. Die gestreckten Platten wurden unter Verwendung einer zweistufigen Alterungspraktik zuerst 5 Std. bei 120 °C, gefolgt von 10 Std. bei 155 °C, gealtert.
  • Die mechanischen Eigenschaften wurden analog zu Beispiel 3 in drei Prüfrichtungen geprüft und werden in Tabelle 15 aufgeführt. Die Prüfkörper wurden aus der T/2-Position entnommen. Beide Legierungen wiesen ein Schichtkorrosionsbeständigkeitsergebnis (EXCO) von „EB“ auf.
  • Aus den Ergebnissen der Tabelle 15 ist ersichtlich, dass der positive Zusatz von Mn zu einem Anstieg der Zugfestigkeitseigenschaften führt. Am wichtigsten ist jedoch, dass die Eigenschaften und im Besonderen die Streckung (oder A50) in der ST-Richtung signifikant verbessert werden. Die Streckung (oder A50) in der ST-Richtung ist ein wichtiger Konstruktionsparameter für Strukturteile eines Luftfahrzeugs, z. B. Flügelplattenmaterial. Tabelle 14 Chemische Zusammensetzung der geprüften Legierungen, Rest Verunreinigungen und Aluminium.
    Legierung Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr
    E 0,02 0,04 1,49 - 1,81 7,4 0,03 0,08
    F 0,03 0,05 1,58 0,07 1,95 7,4 0,03 0,09
    Tabelle 15 Mechanische Eigenschaften der geprüften Produkte in drei Prüfrichtungen.
    Legierung L-Richtung LT-Richtung ST-Richtung
    TYS (MPa) UTS (MPa) Strckg (%) TYS (MPa) UTS (MPa) Strckg (%) TYS (MPa) UTS (MPa) Strckg (%)
    E 566 599 12 521 561 11 493 565 5,3
    F 569 602 13 536 573 9,5 520 586 8, 1
  • Nachdem die Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, ist für eine Person mit gewöhnlicher Erfahrung offensichtlich, dass viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Umfang der hierin beschriebenen Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Aluminiumlegierungsprodukt mit hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit und einer guten Korrosionsbeständigkeit, hergestellt durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte: (a) Gießen eines Blocks mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.%): Zn 6,5 bis 7,9 Mg 1,4 bis 2,10 Cu 1,2 bis < 1,5 Zr 0,04 bis 0,15 Fe < 0,3 Si < 0,20
    und eines oder mehrere von: Sc < 0,7 Cr < 0,4 Hf < 0,3 Mn < 0,8 Ti < 0,4, V < 0,4,
    und andere Verunreinigungen oder unwesentliche Elemente jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15, und wobei der Rest Aluminium ist; (b) Homogenisieren und/oder Vorwärmen des Blocks nach dem Gießen; (c) Warmumformen des Blocks zu einem vorbearbeiteten Produkt durch ein oder mehrere Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Walzen, Extrudieren und Schmieden; (d) Warmumformen und Kaltumformen zu einer gewünschten Werkstückform; (e) Lösungsglühbehandeln des geformten Werkstücks bei einer Temperatur und Zeit, die ausreichen, um alle löslichen Bestandteile in der Legierung in eine feste Lösung zu platzieren; (f) Abschrecken des lösungsglühbehandelten Werkstücks durch eines von Sprühabschrecken oder Immersionsabschrecken in Wasser oder anderen Abschreckmedien; (g) künstliches Altern des abgeschreckten Werkstücks in zwei oder drei Schritten, um eine gewünschte Vergütung zu erreichen, wobei das Produkt eine Dicke von weniger als 2,54 cm (1 Zoll) aufweist.
  2. Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 1 , wobei Fe < 0,14 und Si < 0,12 ist.
  3. Aluminiumlegierungsprodukt nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach dem Schritt (c) und vor dem Schritt (d) das vorbearbeitete Produkt wiedererwärmt wird.
  4. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach dem Schritt (f) und vor dem Schritt (g) das abgeschreckte Werkstück gestreckt oder gepresst wird.
  5. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei [(0,9 x Mg) - 0,6] ≤ Cu ≤ [(0,9 x Mg) + 0,05].
  6. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei [(0,9 x Mg) - 0,5] ≤ Cu ≤ [0,9 x Mg],
  7. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei [(0,9 x Mg) - 0,5] ≤ Cu ≤ [(0,9 x Mg) - 0,1].
  8. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Untergrenze für den Zn-Gehalt 6,7% und vorzugsweise 6,9% beträgt.
  9. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zr-Gehalt in einem Bereich von 0,04 bis 0,11 % liegt.
  10. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Cr-Gehalt in einem Bereich von bis zu 0,3%, vorzugsweise in einem Bereich von bis zu 0,15% liegt.
  11. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,wobei der Mn-Gehalt in einem Bereich von bis zu 0,02% und vorzugsweise bis zu 0,01% liegt.
  12. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Mn-Gehalt in einem Bereich von 0,05 bis 0,30% liegt.
  13. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mg-Gehalt wenigstens 1,92% beträgt.
  14. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Legierung folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%): Zn 7,2 bis 7,7 Mg 1,90 bis 1,97, vorzugsweise 1,92 bis 1,97 Cu 1,43 bis < 1,5 Zr 0,04 bis 0,15, vorzugsweise 0,06 bis 0,10 Mn < 0,02, vorzugsweise < 0,01 Si < 0,07 Fe < 0,08 Ti < 0,05, vorzugsweise < 0,01 ,
    Verunreinigungen jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15, und Rest Aluminium.
  15. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Legierung folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%): Zn 7,2 bis 7,7 Mg 1,90 bis 1,97, vorzugsweise 1,92 bis 1,97 Cu 1,43 bis < 1,5 Zr 0,04 bis 0,15, vorzugsweise 0,06 bis 0,10 Mn 0,05 bis 0,19, vorzugsweise 0,09 bis 0,19 Si < 0,07 Fe < 0,08 Ti < 0,05, vorzugsweise < 0,01
    Verunreinigungen jeweils < 0,05, insgesamt < 0,15, und Rest Aluminium.
  16. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Produkt eine Schichtkorrosionsbeständigkeit (EXCO) von „EB“ oder besser und vorzugsweise von „EA“ oder besser aufweist.
  17. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Produkt in Form eines Blechs, einer Platte, eines Schmiedestücks oder einer Extrusion darstellt.
  18. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Produkt in Form eines Blechs, einer Platte, eines Schmiedestücks oder einer Extrusion als Teil eines Luftfahrzeug-Strukturteils darstellt.
  19. Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Produkt Rumpfblech, Oberflügelplatte, Unterflügelplatte, eine dicke Platte für bearbeitete Teile, Schmiedestück oder dünnes Blech für Holme ist.
  20. Aluminiumlegierungs-Strukturbauteil für ein handelsübliches Düsenluftfahrzeug, wobei das Strukturbauteil aus einem Aluminiumlegierungsprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 19 hergestellt ist.
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