JP2006522871A - Al−Zn−Mg−Cu合金 - Google Patents
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Abstract
Description
Zn 7.2〜7.7、典型的には約7.43
Mg 1.79〜1.92、典型的には約1.83
Cu 1.43〜1.52、典型的には約1.48
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10、典型的には0.08
Mn 所望により0.05〜0.19、好ましくは0.09〜0.19、または別の実施態様では<0.02、好ましくは<0.01
Si <0.07、典型的には約0.04
Fe <0.08、典型的には約0.05
Ti <0.05、典型的には約0.01
残部アルミニウムおよび各<0.05、合計<0.15の複数の不可避不純物
から実質的になる。
Zn 7.2〜7.7、典型的には約7.43
Mg 1.90〜1.97、好ましくは1.92〜1.97、典型的には約1.94
Cu 1.43〜1.52、典型的には約1.48
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10、典型的には0.08
Mn 所望により0.05〜0.19、好ましくは0.09〜0.19、または別の実施態様では<0.02、好ましくは<0.01
Si <0.07、典型的には約0.05
Fe <0.08、典型的には約0.06
Ti <0.05、典型的には約0.01
残部アルミニウムおよび各<0.05、合計<0.15の複数の不可避不純物
から実質的になる。
a)本説明で記載した組成を有するインゴットを鋳造する工程、
b)鋳造後、該インゴットを均質化および/または予備加熱する工程、
c)圧延、押出および鍛造からなる群から選択された一種以上の方法により、該インゴットを予備加工製品に熱間加工する工程、
d)所望により該予備加工製品を再加熱する工程、
e)熱間加工および/または冷間加工を行い、所望の加工品形態にする工程、
f)該形成された加工品を、該合金中の実質的にすべての可溶性構成成分を固溶体にするのに十分な温度および時間で、溶体化熱処理(SHT)する工程、
g)該溶体化熱処理した加工品を、水または他の急冷媒体で、噴霧急冷または浸漬急冷の一方により急冷する工程、
h)所望により、該急冷した加工品を伸長または圧縮、または他の様式で冷間加工、例えばシート製品の矯正、を行い応力を除去する工程、
i)該急冷し、所望により伸長または圧縮した加工品を人工的に時効処理し、所望の焼戻し、例えばT6、T74、T76、T751、T7451、T7651、T77およびT79からなる群から選択された焼戻しを達成する工程
を含んでなる。
本発明の合金製品の好ましい範囲に関するCu−Mg範囲の角点に対する座標(重量%)
角点 (Mg、Cu) 角点 (Mg、Cu) 角点 (Mg、Cu)
広い範囲 好ましい より好ましい
範囲 範囲
A 1.20、1.00 A’ 1.40、1.10 A” 1.40、1.10
B 1.20、1.13 B’ 1.40、1.26 B” 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
F 1.77、1.00 F’ 1.78、1.10 F” 1.87、1.10
本発明の原理を立証するために、実験室規模で合金を鋳造し、4.0mmシートまたは30mmプレートに加工した。合金の組成は、表2に示すが、すべてのインゴットで、Fe<0.06、Si<0.04、Ti0.01、残りがアルミニウムである。約80x80x100mm(高さx幅x長さ)の圧延ブロックを約12kgの丸い実験室鋳造インゴットから切り出した。これらのインゴットを460±5℃で約12時間、続いて475±5℃で約24時間均質化し、続いて徐々にに空気冷却させ、工業的均質化工程を模擬した。これらの圧延インゴットを410±5℃で約6時間予備加熱した。約40〜50mmの中間厚さで、これらのブロックを410±5℃で再加熱した。幾つかのブロックを最終ゲージ30mmに熱間圧延し、他を最終ゲージ4.0mmに熱間圧延した。熱間圧延工程全体にわたって、工業規模の熱間圧延を模擬するように注意した。熱間圧延した製品を溶体化熱処理し、急冷した。大部分を水中急冷したが、一部は油中で急冷し、6インチ厚プレートの半分および四分の一厚急冷を模擬した。これらの製品を約1.5%冷間伸長し、残留応力を除去した。合金の時効処理挙動を試験した。最終製品を、ピーク近くまで時効処理した強度(例えばT76またはT77)に過時効処理した。
試料 本発明の 厚さ 焼戻し Mg Cu Zn Zr その他
番号 合金 (mm) (wt%) (wt%) (wt%) (wt%) (wt%)
(正/否)
1 正 30 T77 1.84 1.47 7.4 0.10 -
2 正 30 T76 1.66 1.27 8.1 0.09 -
3 正 4 T76 2.00 1.54 6.8 0.11 -
4 否 4 T76 2.00 1.52 5.6 0.01 0.16Cr
5 否 4 T76 2.00 1.53 5.6 0.06 0.08Cr
6 正 4 T76 1.82 1.68 7.4 0.10 -
7 正 30 T76 2.09 1.30 8.2 0.09 -
8 正 4 T77 2.20 1.70 8.7 0.11 -
9 正 4 T77 1.81 1.69 8.7 0.10 -
10 否 4 T76 2.10 1.54 5.6 0.07 -
11 否 4 T76 2.20 1.90 6.7 0.10 -
12 否 4 T76 1.98 1.90 6.8 0.09 -
13 否 4 T77 2.10 2.10 8.6 0.10 -
14 否 4 T77 2.50 1.70 8.7 0.10 -
15 否 4 T77 1.70 2.10 8.6 0.12 -
16 否 4 T77 1.70 2.40 8.6 0.11 -
17 否 4 T76 2.40 1.54 5.6 0.01 -
18 否 4 T76 2.30 1.54 5.6 0.07 -
19 否 4 T76 2.30 1.52 5.5 0.14 -
20 正 4 T76 2.19 1.54 6.7 0.11 0.16Mn
21 否 4 T76 2.12 1.51 5.6 0.12 -
試料 本発明の Rp Rm UPE Ts/Rp
番号 合金 (MPa) (MPa) (kJ/m2)
(正/否)
1 正 587 627 312 1.53
2 正 530 556 259 1.76
3 正 517 563 297 1.62
4 否 473 528 232 1.45
5 否 464 529 212 1.59
6 正 594 617 224 1.44
7 正 562 590 304 1.64
8 正 614 626 115 1.38
9 正 574 594 200 1.47
10 否 490 535 245 1.53
11 否 563 608 - 1.07
12 否 559 592 - 1.32
13 否 623 639 159 1.31
14 否 627 643 117 1.33
15 否 584 605 139 1.44
16 否 598 619 151 1.42
17 否 476 530 64 1.42
18 否 488 542 52 1.54
19 否 496 543 155 1.66
20 正 521 571 241 1.65
21 否 471 516 178 1.42
工業的規模の厚さ440mm全サイズ圧延インゴットのバッチを、DC鋳造により、化学組成(重量%で)Zn7.43%Mg1.83%、Cu1.48%、Zr0.08%、Si0.02%およびFe0.04%、残りがアルミニウムおよび不可避不純物で製造した。これらのインゴットの一つを皮剥し、12時間/470℃+24時間/475℃で均質化し、周囲温度に空気冷却した。このインゴットを8時間/410℃で予備加熱し、次いで約65mmに熱間圧延した。次いで圧延ブロックを90度回転させ、約10mmにさらに熱間圧延した。最後に、圧延ブロックを5.0mmゲージに冷間圧延した。得られたシートを475℃で約40分間溶体化熱処理し、次いで水を噴霧して急冷した。得られたシートを、約1.8%の冷間伸長操作により応力除去した。2種類の時効処理変形、すなわち変形A:5時間/120℃+9時間/155℃、および変形B:5時間/120℃+9時間/165℃、を行った。
応力範囲デルタK=27.5ksi in0.5 における1サイクルあたりの亀裂成長
INV 変形A L−T 96%
INV 変形A T−L 84%
INV 変形B L−T 73%
INV 変形B T−L 74%
HDT−2x24 T351 L−T 100%
例2で得たDC鋳造バッチから採取した別の全サイズインゴットを厚さ6インチのプレートに製造した。このインゴットも皮剥し、12時間/470℃+24時間/475℃+周囲温度に冷却して均質化した。このインゴットを8時間/410℃で予備加熱し、次いで約152mmに熱間圧延した。得られた熱間圧延したプレートを475℃で約7時間溶体化熱処理し、続いて水噴霧により急冷した。これらのプレートを、約2.0%冷間伸長操作することにより、応力除去した。幾つかの異なった2工程時効処理を行った。
時効処理 L-TYS L-UTS L-A50 L-t K1C EXCO
(MPa) (MPa) (%) (MPa.m 0.5 )
5時間/120℃+11時間/165℃ 453 497 9.9 - EA
5時間/120℃+13時間/165℃ 444 492 12.5 44.4 EA
5時間/120℃+15時間/165℃ 434 485 13.0 45.0 EA
5時間/120℃+12時間/160℃ 494 523 10.5 39.1 EA
5時間/120℃+14時間/160℃ 479 213 8.3 - EA
例2で得たDC鋳造バッチから採取した別の全規模インゴットをそれぞれ厚さ63.5mmおよび30mmのプレートに製造した。鋳造インゴットを皮剥し、12時間/470℃+24時間/475℃+周囲温度に冷却して均質化した。このインゴットを8時間/410℃で予備加熱し、次いでそれぞれ63.5および30mmに熱間圧延した。得られた熱間圧延したプレートを475℃で約2〜4時間溶体化熱処理(SHT)し、続いて水噴霧により急冷した。これらのプレートを、63.5および30mmプレートに対してそれぞれ1.7%および2.1%冷間伸長操作することにより、応力除去した。幾つかの異なった2工程時効処理を行った。
例2で得たDC鋳造バッチから採取した別の全規模インゴット(以下、例5で「合金A」)を厚さ20mmのプレートに製造した。また、化学組成(重量%で)Zn7.39%、Mg1.66%、Cu1.59%、Zr0.08%、Si0.03%およびFe0.04%、残りがアルミニウムおよび不可避不純物である別の鋳造物を製造した(以下、この例では「合金B」と呼ぶ)。これらのインゴットを皮剥し、12時間/470℃+24時間/475℃+周囲温度に冷却して均質化した。その後の加工には、3種類の異なった経路を使用した。
経路1 合金AおよびBのインゴットを6時間/420℃で予備加熱し、次いで約20mmに熱間圧延した。
経路2 合金Aのインゴットを6時間/460℃で予備加熱し、次いで約20mmに熱間圧延した。
経路3 合金Bのインゴットを6時間/420℃で予備加熱し、次いで約24mmに熱間圧延し、続いてこれらのプレートを20mmに冷間圧延した。
工業的規模で、2種類の合金を、DC鋳造により、厚さ440mmで鋳造し、4mmのシート製品に加工した。合金組成を表9に示すが、合金Bは、合金製品がシート製品の形態にある、本発明の好ましい実施態様による合金組成を代表する。
試験した合金の化学組成、残りは不純物およびアルミニウムである。
合金 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr
A 0.03 0.08 1.61 - 1.86 7.4 0.03 0.08
B 0.03 0.06 1.59 0.07 1.96 7.36 0.03 0.09
工業的規模で、2種類の合金を、DC鋳造により、厚さ440mmで鋳造し、厚さ152mmのプレート製品に加工した。合金組成を表11に示すが、合金Cは、AA7050シリーズ範囲内に入る典型的な合金を表し、合金Dは、合金製品がプレート、例えば厚いプレート、の形態にある、本発明の好ましい実施態様による合金組成を代表する。
試験した合金の化学組成、残りは不純物およびアルミニウムである。
合金 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr
C 0.02 0.04 2.14 - 2.04 6.12 0.02 0.09
D 0.03 0.05 1.58 0.07 1.96 7.35 0.03 0.09
3試験方向に対するプレート製品の引張試験結果
合金 TYS TYS TYS UTS UTS UTS 伸長 伸長 伸長
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (%) (%) (%)
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
試験したプレート製品の他の特性
合金 L-T KIC T-L KIC S-L KIC L-T Kapp EXCO SCC
(MPa.m 0.5 ) (MPa.m 0.5 ) (MPa.m 0.5 ) (MPa.m 0.5 )
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
工業的規模で、2種類の合金を、DC鋳造により、厚さ440mmで鋳造し、厚さ63.5mmのプレート製品に加工した。合金組成を表14に示すが、合金Fは、合金製品が翼用のプレートの形態にある、本発明の好ましい実施態様による合金組成を代表する。
試験した合金の化学組成、残りは不純物およびアルミニウムである。
合金 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
3試験方向に対する供試製品の機械的特性
合金 L−方向 LT−方向 ST−方向
TYS UTS 伸長 TYS UTS 伸長 TYS UTS 伸長
(MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) (%)
E 566 599 12 521 561 11 493 565 5.3
F 569 602 13 536 573 9.5 520 586 8.1
Claims (36)
- 高い強度および破壊靱性および良好な耐食性を有するアルミニウム合金製品であって、前記合金が、重量%で、
Zn 6.5〜9.5
Mg 1.2〜2.2
Cu 1.0〜1.9
Fe <0.3、好ましくは<0.14
Si <0.20、好ましくは<0.12
所望により以下から選択される一種以上:
Zr <0.5
Sc <0.7
Cr <0.4
Hf <0.3
Mn <0.8
Ti <0.4
V <0.4
および各<0.05、合計<0.15の他の複数の不純物または不可避元素、ならびに残部アルミニウムを実質的に含んでなる、アルミニウム合金製品。 - [(0.9xMg)−0.6]≦Cu≦[(0.9xMg)+0.05]である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- [(0.9xMg)−0.5]≦Cu≦[0.9xMg]である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- [(0.9xMg)−0.5]≦Cu≦[(0.9xMg)−0.1]である、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- Zn 6.5〜7.9
Mg 1.4〜2.10
Cu 1.2〜1.80
である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。 - Zn 6.5〜7.9
Mg 1.4〜1.95
Cu 1.2〜1.75
である、請求項5に記載のアルミニウム合金製品。 - Zn含有量の下限が6.7%、好ましくは6.9%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- Zr含有量が0.3%以下、好ましくは0.15%以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- Zr含有量が0.04〜0.15%、好ましくは0.04〜0.11%である、請求項8に記載のアルミニウム合金製品。
- Cr含有量が0.3%以下、好ましくは0.15%以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- Cr含有量が0.04〜0.15%である、請求項10に記載のアルミニウム合金製品。
- Mn含有量が0.02%以下、好ましくは0.01%以下である、請求項1〜11のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- Mn含有量が0.05〜0.30%である、請求項1〜11のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- Mn含有量が少なくとも1.90%、好ましくは少なくとも1.92%である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記合金が、重量%で、
Zn 7.2〜7.7
Mg 1.79〜1.92
Cu 1.43〜1.52
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10
Mn <0.02
Si <0.07
Fe <0.08
Ti <0.05、好ましくは<0.01
各<0.05、合計<0.15の複数の不純物、および残部アルミニウムから実質的になる、請求項1〜13のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。 - 前記合金が、重量%で、
Zn 7.2〜7.7
Mg 1.79〜1.92
Cu 1.43〜1.52
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10
Mn 0.05〜0.19、好ましくは0.09〜0.19
Si <0.07
Fe <0.08
Ti <0.05、好ましくは<0.01
各<0.05、合計<0.15の複数の不純物、および残部アルミニウムから実質的になる、請求項1〜13のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。 - 前記合金が、重量%で、
Zn 7.2〜7.7
Mg 1.90〜1.97、好ましくは1.92〜1.97
Cu 1.43〜1.52
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10
Mn <0.02、好ましくは<0.01
Si <0.07
Fe <0.08
Ti <0.05、好ましくは<0.01
各<0.05、合計<0.15の複数の不純物、および残部アルミニウムから実質的になる、請求項1〜14のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。 - 前記合金が、重量%で、
Zn 7.2〜7.7
Mg 1.90〜1.97、好ましくは1.92〜1.97
Cu 1.43〜1.52
ZrまたはCr 0.04〜0.15、好ましくは0.06〜0.10
Mn 0.05〜0.19、好ましくは0.09〜0.19
Si <0.07
Fe <0.08
Ti <0.05、好ましくは<0.01
各<0.05、合計<0.15の複数の不純物、および残部アルミニウムから実質的になる、請求項1〜14のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。 - 前記製品のEXCO剥離腐食耐性が「EB」以上、好ましくは「EA」以上である、請求項1〜18のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、シート、プレート、鍛造物または押出物の形態にある、請求項1〜19のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、航空機構造部品の部分としてシート、プレート、鍛造物または押出物の形態にある、請求項1〜20のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、機体シート、上側翼プレート、下側翼プレート、機械加工された部品用の厚いプレート、鍛造物またはストリンガー用の薄いシートである、請求項1〜21のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、その最も厚い断面地点で0.7〜3インチの厚さを有する、請求項1〜22のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、1.5インチ未満の厚さを有する、好ましくは1.0インチ未満の厚さを有する、請求項1〜22のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、2.5インチを超える厚さを有する、好ましくは2.5〜11インチの厚さを有する、請求項1〜22のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 商業的ジェット航空機用のアルミニウム合金構造部品であって、請求項1〜24のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品から製造された、アルミニウム合金構成部品。
- 請求項25に記載の厚いアルミニウム合金プレート製品から製造された、型プレート。
- 良好な耐食性を有する、高強度、高靱性AA7xxxシリーズ合金製品の製造方法であって、
a)請求項1〜17のいずれか一項に記載の組成を有するインゴットを鋳造する工程、
b)鋳造後、前記インゴットを均質化および/または予備加熱する工程、
c)圧延、押出および鍛造からなる群から選択された一種以上の方法により、前記インゴットを予備加工製品に熱間加工する工程、
d)所望により前記予備加工製品を再加熱する工程、
e)熱間加工および/または冷間加工を行い、所望の加工品形態にする工程、
f)前記形成された加工品を、前記合金中の実質的にすべての可溶性構成成分を固溶体にするのに十分な温度および時間で、溶体化熱処理する工程、
g)前記溶体化熱処理した加工品を、水または他の急冷媒体で、噴霧急冷または浸漬急冷の一方により急冷する工程、
h)所望により、前記急冷した加工品を伸長または圧縮する工程、
i)前記急冷し、所望により伸長または圧縮した加工品を人工的に時効処理し、所望の焼戻しを達成する工程
を含んでなる、製造方法。 - 前記合金製品が、機体シートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、厚さ1.5インチ未満の機体シートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、下側翼プレートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、上側翼プレートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、押出製品に加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、鍛造製品に加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、厚さ0.7〜3インチの薄いプレートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
- 前記合金製品が、厚さ11インチ以下の厚いプレートに加工されている、請求項27に記載の製造方法。
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