KR20240012514A - 7xxx-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소 - Google Patents

7xxx-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소 Download PDF

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KR20240012514A
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베른트 야코비
로렌스 크라머
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노벨리스 코블렌츠 게엠베하
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Abstract

본원은 탄도 보호가 필요한 고강도 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 민간 또는 군용 차량용 장갑 요소를 설명한다. 예를 들어, 본원은 군용 차량의 외부면에 장착되는 제거 가능한 패널인, 장갑 선체 및 애드-온 아플리케를 제조하기 위해 사용되는 장갑 요소를 설명한다.

Description

7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 7월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 제63/224,618호에 대한 이익 및 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본원은 탄도 보호가 필요한 고강도 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 민간 또는 군용 차량용 장갑 요소를 설명한다. 보다 구체적으로, 본원은 군용 차량의 외부면에 장착되는 제거 가능한 패널인 장갑 선체 및 애드-온 아플리케를 제조하기 위해 사용되는 장갑 요소를 설명한다.
일반적으로, 장갑 실드 (armour shield)는 전형적으로 강, 알루미늄, 티타늄 또는 이들의 합금의 금속 패널을 포함한다. 이러한 패널은 충돌 동안 관통탄의 운동 에너지를 흡수하는 우수한 능력을 갖는다. 그러나, 이러한 패널은 특히 강 합금으로 이루어지는 경우 무겁고, 차량에 의해 운반되는 중량과 관련된 에너지 흡수 측면에서 효과가 낮다. 알루미늄 합금은 이들의 낮은 중량으로 인해 병력 수송차와 같은 군용 차량을 비롯한 군용 응용분야에서 널리 사용된다. 알루미늄의 낮은 중량은 성능을 개선하고 군용 차량의 항공 운송을 비롯한 장비의 운송을 용이하게 한다. 일부 차량에서는 차량의 탑승자를 보호하기 위해 장갑 플레이트를 제공하여 충격에 대한 차폐 또는 보호를 제공하는 것이 좋다. 알루미늄은 장갑 플레이트로서 많이 사용되어 왔으며, 다양한 알루미늄 합금을 사용하기 위한 다수의 장갑 플레이트 사양이 존재한다.
알루미늄 합금 장갑 플레이트에 가장 관련성이 높은 요구사항은 발사체에 대한 저항, 특히 우수한 내부식성 및 내응력 부식성이며, 일부 응용 분야에서는 우수한 용접성이다. 탄도 테스트는 종종 7.62 mm AP M2와 같은 장갑 관통 ("AP (armour piercing)") 발사체, 및 일반적인 20 mm 발사체와 같은 파편 시물레이션 발사체 ("FSP (fragment simulating projectiles)")를 사용하여 수행된다. 첫 번째 테스트는 천공에 대한 저항을 특징짓기 위한 것이고, 두 번째 테스트는 파편을 생성하는 충돌을 견딜 수 있는 정도를 정량화하기 위한 것이다. 이러한 테스트 동안, 장갑 패널은 다양한 형상과 크기 (AP 테스트의 경우 스핀들 형상, FSP 테스트의 경우 짧고 굵은 형상)를 갖는 발사체의 표적이다. 각 테스트 유형에서는 테스트 패널의 두께와, 상기 장갑 패널이 보호할 위협의 성질에 따라 다양한 기하학적 형상이 발사체에 사용된다. 예를 들어, 미군 규격 MIL-DTL-46063H에 따르면, 7039 합금으로 제조되고 1.5인치보다 두꺼운 플레이트는 0.5 인치 구경 AP M2 탄환을 사용하는 AP 테스트를 받아야 하고, 1.5 인치보다 얇은 플레이트는 0.3 인치 구경 AP M2 탄환을 사용하는 AP 테스트를 받아야 한다. 그러나, 실제로는 0.3 인치 구경 AP M2 탄환이 1.5인치보다 약간 두꺼운 플레이트의 AP 테스트에도 여전히 사용되고 있다.
두 테스트 모두에 대해, 탄환을 멈추고 운동 에너지를 흡수하는 능력은 속도 차원을 갖는 "V50 탄도 한계 속도"라고 불리는 매개변수에 의해 정량화된다. V50은 예를 들어 MIL-STD-662 (1997) 표준에 정의되어 있는데: 즉 장갑 재료가 관통할 확률이 50%가 되는 속도이다. 이는 부분 관통에 해당하는 최고 속도를 갖는 결과와 완전 관통에 해당하는 최저 속도를 갖는 결과를 동일한 수로 취하여 충돌 시 발사체에 의해 얻어지는 속도의 평균을 계산함으로써 정해진다. 완전 관통은 충돌하는 발사체 또는 (발사체 또는 테스트 시편의) 임의의 파편이 테스트 시편 뒤에 위치한 얇은 목격자 플레이트를 관통할 때 발생한다.
장갑 플레이트에 대한 모든 요구사항을 충족하는 알루미늄 합금이 바람직하며, 이러한 요구사항은 다양한 정도로 충족되었다. 예를 들어, 알루미늄 합금 AA5083, AA5456 및 AA5059는 장갑 플레이트에 대한 미군 규격 MIL-DTL-46027K (2007년 7월)에서 다루어지고, 합금 AA7039는 미군 규격 MIL-DTL-46063H (1998년 9월)에서 다루어진다. 많은 응용분야에서 합금 AA7039 장갑 플레이트는 AA5083 및 AA5456 장갑 플레이트보다 우수하다는 것이 일반적으로 인식되고 있지만, 적어도 군사 규격에 따르면 장갑 관통 탄도 성능에 대한 이점이 더 크고 파편 시뮬레이션 성능에 대한 이점은 적다. 그러나, 합금 AA7039는 AA5083 및 AA5456보다 훨씬 큰 정도로 부식 또는 응력 부식 문제를 나타낼 수 있다. AA7039 합금은 장갑 플레이트 응용분야에 사용될 때 일반적으로 T6 템퍼에 사용되며 AA5083 및 AA5456 합금은 장갑 플레이트 응용분야에 사용될 때 H131 템퍼에 사용된다.
미국 특허 제8,206,517-B1호는 본질적으로 (중량%로) 7.0-9.5% Zn, 1.3-1.68% Mg, 1.2-1.9% Cu, 최대 0.4%의 적어도 하나의 결정립 구조 원소, 나머지로서 알루미늄 및 부수 원소 및 불순물을 함유하는 7xxx-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된, 1-4 인치 (25.4-101.6 mm)의 두께를 갖는 플레이트 형태의 장갑 요소를 개시한다. 상기 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 3 단계 시효 프로세스틀 통해 과시효 처리되어 68 ksi (455.6 MPa) 이하의 항복 강도, FSP 성능 및 폭열 저항과 관련된 세 가지 조건을 동시에 준수해야 한다. 미국 특허 제8,206,517호의 7XXX-시리즈 합금의 화학적 성질은 합금 AA7085의 화학적 성질과 대부분이 겹친다. 미군 규격 MIL-DTL-32375 (MR)는 0.500 내지 3.000 인치의 공칭 두께의 비융합 용접 응용분야를 위한 7085 단조 알루미늄 장갑 플레이트를 다루고 있다.
미국 특허 제8,747,580-B1호는 알루미늄 합금을 1-4 인치 (25.4-101.6 mm)의 두께를 갖는 장갑 요소로 단조하는 단계, 이어서 단조된 장갑 요소를 용체화 열처리하는 단계, 및 켄칭하는 단계, 및 70 ksi (469 MPa) 이하의 종방향 항복 강도 및 정의된 폭열 저항을 동시에 준수하도록 인공적인 과시효 처리하는 단계를 포함하는 내탄도성 알루미늄 합금의 제조 방법을 개시하며, 여기서 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 본질적으로 (중량%로) 7.0-9.5% Zn, 1.3-1.68% Mg, 1.2-1.9% Cu, 최대 0.4%의 적어도 하나의 결정립 구조 원소, 나머지로서 알루미늄 및 부수 원소 및 불순물을 함유한다. 미국 특허 제8,747,580호의 7XXX-시리즈 합금의 화학적 성질은 합금 AA7085의 화학적 성질과 대체로 겹친다.
미국 특허 제8,758,530-B1호는 2XXX- 또는 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소의 제조 방법을 개시하며, 여기서 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금 제품의 최대 강도 시효 버전보다 더 나은 소정의 탄도 성능을 생성하기 위해 미달 시효 처리 (Under-ageing)된다. 특히 FSP 저항은 미달 시효 처리에 의해 개선되는 것으로 보고되었다. AP 저항 및 FSP 저항은 길항 특성이다: 장갑 재료의 FSP 저항이 높으면 AP 저항이 감소한다. 7XXX-시리즈 알루미늄 합금의 미달 시효 처리는 과시효 처리에 비해 내부식성의 감소를 유도한다.
특허 문헌 제10,308,998-B2호는 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소를 개시하며, 여기서 알루미늄 합금은 본질적으로 (중량%로) 8.4-10.5% Zn, 1.3-2% Mg, 1.2-2% Cu, 적어도 0.05-0.3%의 (Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn)로 이루어진 그룹으로부터의 분산질 형성 원소, 나머지로서 대체로 알루미늄, 부수 원소 및 불순물로 이루어지고, 여기서 7XXX 합금은 0.5 내지 3인치 (12.7-76.2 mm)의 두께를 갖는 플레이트의 형태이고, 7XXX 합금은 AP 및 FSP 저항 모두에 대해 정의된 하한을 달성하도록 시효 처리된다. 미국 특허 제10,308,998호의 7XXX-시리즈 합금의 화학적 성질은 합금 AA7056의 화학적 성질과 대체로 겹친다. 미군 규격 MIL-DTL-32375 (MR)은 0.500 내지 3.000 인치의 공칭 두께의 비융합 용접 응용분야에 대한 7056 단조 알루미늄 장갑 플레이트를 다룬다.
특허 문헌 WO-2017/044471-A1호는 7XXX-시리즈 알루미늄 합금을 주조하여 잉곳을 수득하는 단계, 균질화하는 단계; 균질화된 잉곳을 열간 가공하여 제1 두께 T1을 갖는 플레이트를 수득하는 단계; 제1 두께를 갖는 플레이트를 냉간 가공하여 제2 두께 T2를 갖는 플레이트를 수득하는 단계 (여기서, T2 = T1 - (x1*T2)/100 및 0.5≤x1≤15)); 용체화 열처리하는 단계; 켄칭하는 단계 및 시효 처리하는 단계를 포함하는 장갑 요소의 제조 방법을 개시하며, 여기서 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 (중량%로) 8.4-10.5% Zn, 1.3-2% Mg, 1.2-2% Cu, 적어도 0.04-0.3%의 (Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn)로 이루어진 그룹으로부터의 분산질 형성 원소, 나머지로서 대체로 알루미늄, 부수 원소 및 불순물을 포함하거나 본질적으로 이로 이루어진다. 냉간 가공 작업의 조합, 즉 냉간 압연과 연신의 조합 및 0.04-0.10%, 바람직하게는 0.05-0.08% 범위의 분산질 형성 원소로서 Zr을 사용하면, 특히 개선된 폭열 저항을 제공한다. WO-2017/044471-A1호의 7XXX-시리즈 합금의 화학적 성질은 합금 AA7056의 화학적 성질과 대체로 겹친다.
본 발명의 적용되는 실시양태는 본 요약이 아닌 청구범위에 의해 정의된다. 본 요약은 본 발명의 다양한 측면에 대한 높은 수준의 개요이며 하기의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 도입한다. 본 요약은 청구된 주제의 주요 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하기 위한 것도 아니다. 주제는 전체 명세서, 일부 또는 모든 도면, 각 청구범위의 적절한 부분을 참조하여 이해되어야 한다.
본원은 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소를 설명하며, 여기서 알루미늄 합금은
Zn 7.1% 내지 7.5%,
Mg 1.90% 내지 2.25%,
Cu 1.3% 내지 1.8%,
Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산질 형성 원소 적어도 0.05-0.4%,
Ti 0.01% 내지 0.06%,
Si 최대 0.15%,
Fe 최대 0.15%,
잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하고,
여기서 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 12.7 mm 내지 76.2 mm의 두께를 갖는 플레이트의 형태이고;
상기 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은
(i) LT-방향에서의 인장 항복 강도 > 497 MPa,
(ii) LT-방향에서의 최대 인장 강도 > 538 MPa,
(iii) LT-방향에서의 연신율 > 9%, 및
(iv) 미군 규격 MIL DTL-32375B (MR) (2021)의 요구사항을 충족하도록 하는 장갑 관통 V50 탄도 한계 속도의 조합을 달성하기 위해 과시효 처리된다.
선택적으로, Zn 함량은 7.20% 내지 7.5% 또는 7.30% 내지 7.5% 범위이다. 일부 경우에, Zn/Mg 비는 4 미만 (예를 들어, 3.9 미만)이다. 선택적으로, 분산질 형성 원소는 0.06% 내지 0.15% (예를 들어, 0.08% 내지 0.14% 또는 0.09% 내지 0.13%) 범위의 Zr을 포함한다. 일부 경우에, Mg 함량은 1.9% 내지 2.25% (예를 들어, 1.95% 내지 2.20%) 범위이다.
일부 경우에, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 4-20시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함한다.
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 선택적으로
a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
d. 용체화 열처리하는 단계;
e. 켄칭하는 단계;
f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
g. 과시효 처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당하는, 적어도 두 단계로 과시효 처리하는 단계로 제조될 수 있다.
선택적으로, 7XXX-시리즈 합금은, 중량%로,
Zn 7.1% 내지 7.5%, 바람직하게는 7.20% 내지 7.5%,
Mg 1.90% 내지 2.25%, 바람직하게는 1.95% 내지 2.25%,
Cu 1.3% 내지 1.8%,
Zr 0.06% 내지 0.15%, 바람직하게는 0.08% 내지 0.13%,
Ti 0.01% 내지 0.06%,
Si 최대 0.15%
Fe 최대 0.15%,
잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하거나 이들로 이루어진다.
Si 함량 또는 Fe 함량은 선택적으로 최대 0.10중량%일 수 있다. 일부 경우에, LT-방향에서의 연신율 > 9%이다.
본원은 하기를 포함하는 본원에 기술된 장갑 요소의 제조 방법을 추가로 설명한다:
a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
d. 용체화 열처리하는 단계;
e. 켄칭하는 단계;
f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
g. 과시효 열처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 열처리에 해당하는, 적어도 2 단계로 과시효 처리하는 단계.
선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다.
또한, 본원은 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소를 설명하며, 여기서 알루미늄 합금은 본질적으로
Zn 7.1% 내지 7.5%,
Mg 1.90% 내지 2.25%,
Cu 1.3% 내지 1.8%,
Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산질 형성 원소 적어도 0.05-0.4%,
Ti 0.01% 내지 0.06%,
Si 최대 0.15%,
Fe 최대 0.15%,
잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄으로 이루어지고,
여기서 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 12.7 mm 내지 76.2 mm의 두께를 갖는 플레이트 형태이고;
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은
(i) LT-방향에서의 인장 항복 강도 > 497 MPa,
(ii) LT-방향에서의 최대 인장 강도 > 538 MPa,
(iii) LT-방향에서의 연신율 > 9%, 및
(iv) 미군 규격 MIL DTL-32375B (MR) (2021)의 요구사항을 충족하도록 하는 장갑 관통 V50 탄도 한계 속도의 조합을 달성하기 위해 과시효 처리된다.
선택적으로, Zn 함량은 7.20% 내지 7.5% 또는 7.30% 내지 7.5% 범위이다. 일부 경우에, Zn/Mg 비는 4 미만 (예를 들어, 3.9 미만)이다. 선택적으로, 분산질 형성 원소는 본질적으로 0.06% 내지 0.15% (예를 들어, 0.08% 내지 0.14% 또는 0.09% 내지 0.13%) 범위의 Zr이다. 일부 경우에, Mg 함량은 1.9% 내지 2.25% (예를 들어, 1.95% 내지 2.20%) 범위이다.
일부 경우에, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 4-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다.
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 선택적으로
a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
d. 용체화 열처리하는 단계;
e. 켄칭하는 단계;
f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
g. 과시효 처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당하는, 적어도 두 단계로 과시효 처리하는 단계로 제조될 수 있다.
선택적으로, 7XXX-시리즈 합금은, 중량%로,
Zn 7.1% 내지 7.5%, 바람직하게는 7.20% 내지 7.5%,
Mg 1.90% 내지 2.25%, 바람직하게는 1.95% 내지 2.25%,
Cu 1.3% 내지 1.8%,
Zr 0.06% 내지 0.15%, 바람직하게는 0.08% 내지 0.13%,
Ti 0.01% 내지 0.06%,
Si 최대 0.15%
Fe 최대 0.15%,
잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄으로 이루어진다.
Si 함량 또는 Fe 함량은 선택적으로 최대 0.10 중량%일 수 있다. 일부 경우에, LT-방향에서의 연신율 > 9%이다.
본원은 하기를 포함하는 본원에 기술된 바와 같은 장갑 요소의 제조 방법을 추가로 설명한다:
a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
d. 용체화 열처리하는 단계;
e. 켄칭하는 단계;
f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
g. 과시효 열처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 열처리에 해당하는, 적어도 두 단계로 과시효 처리하는 단계.
선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다. 선택적으로, 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2-단계 처리에 해당한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 비제한적인 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
하기에서 인식되는 바와 같이, 달리 표시된 경우를 제외하고는, 알루미늄 합금 명칭 및 템퍼 명칭은 알루미늄 협회가 2019년에 발표하고 자주 업데이트되는 알루미늄 표준 및 데이터 및 등록 기록에서의 알루미늄 협회 명칭을 참조하며, 이는 당업자에게 잘 알려져 있다. 템퍼 명칭은 유럽 표준 EN515에 규정되어 있다. 달리 언급하지 않는 한, 정적 기계적 특성, 즉 극한 인장 강도 UTS, 인장 항복 응력 TYS 및 파단 A에서의 연신율은 표준 ASTM B557에 따른 인장 테스트에 의해 결정된다.
합금 조성 또는 바람직한 합금 조성에 대한 임의의 설명에 있어서, 달리 명시하지 않는 한, 백분율에 대한 모든 언급은 중량 퍼센트를 기준으로 한다.
본원에서 이용되는 용어 "최대" 및 "최대 약"은 그것이 지칭하는 특정 합금 원소의 제로 중량-퍼센트일 가능성을 명시적으로 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 최대 0.03% Mn은 Mn을 갖지 않는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
본원은, 플레이트 형태이며 고강도, 높은 연신 분율, 및 우수한 AP 저항의 조합을 달성하기 위해 과시효 처리된 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로부터의 장갑 요소 제품을 제공한다.
또한, 본원은, 플레이트 형태이며 고강도, 높은 연신 분율 및 우수한 AP 저항을 달성하도록 과시효 처리된 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로부터의 장갑 요소 제품의 제조 방법을 제공한다.
이러한 및 다른 목적 및 추가 장점은 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 부품을 제공하는 본 개시내용에 의해 충족되거나 초과하며, 여기서 알루미늄 합금은 본질적으로
Zn 7.1% 내지 7.5%,
Mg 1.90% 내지 2.25%,
Cu 1.3% 내지 1.8%,
Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산질 형성 원소 적어도 0.05-0.4%,
Ti 0.01% 내지 0.06%,
Si 최대 0.15%,
Fe 최대 0.15%,
잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하거나 본질적으로 이들로 이루어진다. 전형적으로, 불가피한 불순물은 각각 최대 0.05%이고, 합계는 최대 0.15%이다. 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 12.7 mm 내지 76.2 mm (0.5 내지 3 인치)의 두께를 갖는 플레이트의 형태이고; 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 하기의 목표 특성의 조합을 달성하기 위해 과시효 처리된다:
(i) 긴 횡방향 (LT-방향)에서의 인장 항복 강도 1.501 내지 2.000 인치의 두께인 경우 > 504 MPa 및 2.001 내지 3.000 인치의 두께인 경우 > 497 MPa.
(ii) LT-방향에서의 최대 인장 강도 1.501 내지 2.000 인치의 두께의 경우 > 545 MPa 및 2.001 내지 3.000 인치의 경우 > 538 MPa.
(iii) LT-방향에서의 연신율 1.501 내지 2.000 인치의 두께의 경우 >10% 및 2.001 내지 3.000 인치의 두께의 경우 > 9%.
(iv) MIL-DTL-32375B 클래스 I 유형 A의 최소 요구 사항을 충족하도록 하는 장갑 관통 V50 탄도 한계 속도.
AA7085와 비교하여, 본원에 기술된 바와 같은 합금은 각 두께 범위에 대해 적어도 1 Ksi의 더 높은 인장 강도를 갖는다. AA7056과 비교하여, 본원에 기술된 바와 같은 합금은 일반적으로 최소 2-3% 이상의 연신율을 갖는다. 7081 및 7056과 비교하여, 본원에 기술된 바와 같은 합금은 더 낮은 밀도를 갖는데, 이는 본원에 추가로 기술된 바와 같이 경량화에 유리하다.
또 다른 장점은 또한 AA7056-T711에 비해 질량 효율이 개선된 것이다. 무엇보다도, Zn 함량이 현저히 낮기 때문에, 본원에 기술된 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 제품은 AA7056 합금에 비해 20℃에서 측정된 비밀도가 더 낮아서, 유리한 강도 대 중량 비율 또는 비강도 (인장 강도를 비밀도로 나눈 값)를 나타낸다. 질량 효율은 AP 성능에 대한 척도이며 비밀도와도 관련이 있으며, 유사한 게이지의 다양한 장갑 플레이트 재료를 서로 공정하게 비교할 수 있게 한다. 질량 효율 또는 "Em"은 주어진 탄도 위협을 파괴하는 데 필요한 참조 재료, 예를 들어 AA7056-T761 대응 합금의 단위 면적당 중량을 대상 재료의 단위 면적당 중량으로 나눈 값으로 정의된다. 장갑 플레이트 요소의 질량 효율이 개선되면 다가오는 발사체에 대해 동일한 저항력을 제공하면서도 더 가벼운 차량을 제작할 수 있게 한다. 장갑 차량의 중량 절감은 다른 장점들 중에서도 차량 이동성으로 이어질 수 있다. 대안적으로, 장갑 차량을 제작할 때, 변경되지 않은 플레이트의 두께를 사용하면 다가오는 발사체에 대한 저항력이 현저히 개선되어 생존 가능성이 증가할 수 있다.
아연 (Zn), 마그네슘 (Mg) 및 구리 (Cu)는 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 장갑 요소의 주요 합금 원소이다. 정의된 조성 범위 내에서 Mg 및 Cu와 조합된 Zn은 우수한 AP 탄도 테스트 결과와 함께 높은 정적 기계적 특성을 동시에 제공한다.
Zn 함량은 7.1% 내지 7.5% 범위여야 한다. 바람직한 실시양태에서, Zn 함량은 적어도 7.20% 및 보다 바람직하게는 적어도 7.30%이다.
Mg 함량은 1.90% 내지 2.25% 범위여야 한다. 바람직한 실시양태에서, Mg 함량은 적어도 2.0%이다. 일 실시양태에서, Mg 함량은 약 2.20% 미만이다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 4 미만의 Zn/Mg 비 (중량%)를 갖는다. 일 실시양태에서, Zn/Mg 비는 3.9 미만, 및 바람직하게는 3.8 미만이다.
ASTM G34에 따른 박리 부식 테스트는 테스트가 압연된 표면에서 수행되는지 또는 표면이 두께의 90% (s/10)까지 밀링되었는지 여부에 관계없이 EB 또는 EA 등급을 나타낸다. EA 등급은 표면 부식을 나타내고, EB 등급은 중간 정도의 부식을 나타낸다.
또한, Zn/Mg 비를 조절함으로써 수소 취성에 대한 저항이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 수소 취성은 감수성 알루미늄 합금이 특히 짧은 횡 (ST) 방향으로 습한 분위기에서 더 오랜 기간 동안 지속적인 응력을 받을 때 알루미늄 합금의 취성 균열이 발생할 수 있는 경우이다. 환경 조장 균열 ("EAC (environmentally assisted cracking)")이라고도 알려진 이 현상은 소정의 조건 하에서 구조적 무결성이 영향을 받을 수 있기 때문에 요소 제조업자에게 어려운 과제일 수 있다. 이 형태의 EAC에 대한 민감성은 특히 높은 Zn을 함유하는 고강도 알루미늄 합금에서 관찰되었다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 제품은 최대 약 1.8%, 및 바람직하게는 최대 약 1.75%, 및 보다 바람직하게는 최대 약 1.70%의 Cu-함량을 갖는다. 최소 Cu-함량은 높은 응력 및 습한 환경 하에서 EAC에 대한 낮은 민감성과 함께 파단 시 충분한 강도 및 연신율, AP 저항, 우수한 응력 부식 균열 (SCC) 저항을 제공하기 위해 약 1.3%, 및 보다 바람직하게는 1.35%이다.
알루미늄 합금은 열-기계 프로세싱 동안 결정립 구조를 제어하기 위해 적어도 약 0.05%-0.4%의, Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산질 형성 원소를 포함한다. 두 개 이상의 분산질 형성 원소를 첨가할 수 있지만, 그 합은 0.4%를 초과해서는 안 된다. 바람직한 실시양태에서, 분산질 형성 원소는 Zr이다. 바람직하게는 Zr 함량은 최대 약 0.15% 및 보다 바람직하게는 약 0.14%이다. 일 실시양태에서, Zr 함량은 적어도 0.06% 및 보다 바람직하게는 약 0.08%이다.
철 (Fe) 및 실리콘 (Si) 함량은 낮게 유지되어야 하며, 예를 들어 약 0.15% Fe를 초과하지 않고, 바람직하게는 약 0.10% Fe 미만, 및 약 0.15% Si를 초과하지 않고, 바람직하게는 약 0.10% Si 이하로 유지되어야 한다.
알루미늄 합금에서, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 전형적으로 각각 최대 0.05%, 및 합계는 최대 0.15%이다.
일 실시양태에서, 알루미늄 합금은 Zn 7.1% 내지 7.5%, Mg 1.90% 내지 2.25%, Cu 1.3% 내지 1.8%, Zr 0.06% 내지 0.15%, Ti 0.01% 내지 0.06%, Si 최대 0.15%, Fe 최대 0.15%, 잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하거나 이들로 이루어지며, 본원에 설명되고 청구된 바와 같이 더 좁은 범위를 갖는다.
장갑 요소의 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 특성의 조합을 달성하기 위해 적어도 두 단계로 과시효 처리된다.
일 실시양태에서, 과시효 열처리는 110℃ 내지 130℃에서 약 4내지 12시간 행하는 것에 이어서 140℃ 내지 160℃에서 약 2 내지 20시간 및 바람직하게는 140℃ 내지 160℃에서 약 12 내지 18시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당한다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 플레이트로부터의 장갑 요소는 MIL-DTL-32375B 클래스 1 유형 A에 의해 설명된 장갑 관통 V50 탄도 한계 속도를 달성한다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로부터의 장갑 요소는 LT-방향에서의 인장 항복 강도 > 497 MPa, 및 바람직하게는 > 504 MPa를 달성한다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로부터의 장갑 요소는 LT-방향에서의 최대 인장 강도 > 538 MPa, 및 바람직하게는 > 545 MPa를 달성한다.
일 실시양태에서, 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로부터의 장갑 요소는 LT-방향에서의 연신율 > 10%을 달성한다.
본 설명에 따르면, 장갑 요소의 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 플레이트는 약 12.7 mm 내지 약 76.2 mm (약 0.5 내지 약 3 인치) 범위, 및 바람직하게는 약 25.4 mm 내지 약 76.2 mm (약 1 내지 약 3 인치) 범위의 두께를 갖는다.
장갑 요소의 일부를 형성하는 7XXX-시리즈 플레이트 제품은 통상적인 방법으로 제조되며, 상기 방법은 다음의 단계를 순서대로 포함한다:
a. 본 개시내용에 따른 AA7XXX-시리즈 알루미늄 합금의 압연 잉곳의 스톡을 주조하는 단계;
b. 압연 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 잉곳의 압연에 의해 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
d. 플레이트를 용체화 열처리하는 단계 ("SHT");
e. 바람직하게는 물 또는 다른 켄칭 매체에서 분무 켄칭 또는 침지 켄칭 중 하나에 의해 SHT 플레이트를 냉각시키는 단계;
f. 냉각된 SHT 플레이트를 연신 또는 압축시키거나, 또는 냉각된 SHT 플레이트를 냉간 가공하여 응력을 완화하는, 예를 들어 냉각된 SHT 스톡을 레벨링 (levelling) 또는 드로잉 (drawing) 또는 냉간 압연하는 단계;
g. 적어도 두 단계로 인공적인 과시효 처리하여 목표 특성의 조합을 수득하는 단계.
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 압연 잉곳에 대한 당업계의 일반적인 주조 기술, 예를 들어 직접 냉경 (DC)-주조, 전자기-주조 (EMC)-주조, 전자기 교반 (EMS)-주조에 의해 적합한 단련 제품으로 제작하기 위한 잉곳 또는 슬래브 또는 빌렛으로서 제공될 수 있다. 연속 주조로부터 생성된 슬래브, 예를 들어 벨트 캐스터 또는 롤 캐스터 또한 사용될 수 있으며, 이는 특히 더 얇은 게이지 플레이트 제품을 제조할 때 유리할 수 있다. 티타늄 (Ti) 및 붕소 (B), 또는 티타늄 및 탄소 (C)를 함유하는 것과 같은 결정립 미세화제를 사용할 수 있다. 알루미늄 합금에서의 Ti-함량은 최대 0.15% 및 바람직하게는 약 0.01% 내지 0.06% 범위이다. 선택적으로, 주조 잉곳을, 예를 들어 이것을 약 350℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 유지한 후 주위 온도로 천천히 냉각함으로써 응력을 완화할 수 있다. 주조 후, 잉곳을 스캘핑하여 잉곳의 주조된 그대로의 표면 근처의 편석 대역을 제거하고 제품 평탄도를 개선할 수 있다.
균질화 열처리의 목적은 적어도 다음과 같은 목적을 갖는다: (i) 응고 동안 형성된 조대한 가용성 상을 가능한 한 많이 용해시키는 것, 및 (ii) 용해 단계를 촉진하기 위해 농도 구배를 감소시키는 것. 예열 처리는 또한 이들 목적 중 일부를 달성한다.
첫 번째로, 알루미늄 합금 잉곳의 가용성 공정상 및/또는 금속간 상, 예컨대, S-상, T-상 및 M상을 정규 업계 관행을 이용하여 용해시킨다. 이는 전형적으로 S-상 (Al2MgCu-상)이 AA7XXX-시리즈 합금에서 약 489℃의 용해 온도를 가지고 M-상 (MgZn2-상)이 약 478℃의 용해 온도를 가지기 때문에 스톡을 500℃ 미만, 전형적으로 450℃ 내지 485℃ 범위의 온도로 가열함으로써 수행된다. 이는 상기 온도 범위에서 균질화 처리에 의해 달성되고 열간 압연 온도까지 냉각되거나, 또는 균질화 후 스톡이 후속적으로 열간 압연 전에 냉각되고 재가열된다. 균질화 프로세스는 또한 원하는 경우 둘 이상의 단계로 수행될 수 있고, 이는 전형적으로 AA7XXX-시리즈 합금의 경우 440℃ 내지 490℃의 온도 범위에서 수행된다. 특히 바람직한 실시예에서는 2-단계 균질화 프로세스가 적용된다. 여기에는 정확한 알루미늄 합금 조성에 따라 다양한 상의 용해 프로세스를 최적화하기 위해 455℃ 내지 470℃의 제1 단계, 및 470℃ 내지 485℃의 제2 단계가 있다.
균질화 온도에서 침지 시간은 1 내지 50시간 범위, 및 보다 전형적으로 2 내지 20시간 범위이다. 적용될 수 있는 가열 속도는 당업계에서 정규적인 것이다.
열간 가공, 및 특히 열간 압연은 12.7 mm 내지 76.2 mm의 거의 최종 게이지까지 수행될 수 있다.
일 실시양태에서, 플레이트 재료는 제1 열간 압연 단계에서 중간 열간 압연 게이지까지 열간 압연된 후에 중간 어닐링 단계가 이어지며, 그런 다음 제2 열간 압연 단계에서 거의 최종 열간 압연 게이지까지 열간 압연된다.
또 다른 실시양태에서 플레이트 재료는 제1 열간 압연 단계에서 중간 압연 게이지까지 열간 압연된 후에 최대 SHT 온도 범위까지의 온도에서 재결정화 어닐링 처리가 이어지며, 그런 다음 제2 열간 압연 단계에서 거의 최종 열간 압연 게이지까지 열간 압연된다.
다음 프로세스 단계는 열간 압연된 플레이트의 용체화 열처리("SHT")이다. 이 제품을 가열하여 가용성 아연, 마그네슘 및 구리의 모든 또는 실질적으로 모든 부분이 용액에 많이 포함되도록 해야 한다. SHT는 바람직하게는 본 설명에 제시된 바와 같은 균질화 처리와 동일한 온도 범위 및 시간 범위, 즉 약 460-490℃에서 수행된다. 그러나, 또한 예를 들어 약 2 내지 180분 범위의 더 짧은 침지 시간도 여전히 매우 유용할 수 있다고 여겨진다. SHT는 전형적으로 배치 또는 연속로에서 수행된다. SHT 후에, 알루미늄 합금을 90℃ 이하의 온도, 바람직하게는 주위 온도까지 높은 냉각 속도로 냉각하여 2차 상, 예를 들어 Al2CuMg 및 Al2Cu 및/또는 MgZn2의 제어되지 않은 침전을 방지하거나 최소화하는 것이 중요하다. 반면, 냉각 속도는 제품의 충분한 평탄도와 낮은 수준의 잔류 응력을 허용하기 위해 너무 높지 않아야 한다. 적합한 냉각 속도는 물을 사용하여, 예를 들어 물 침지 또는 워터 제트로 달성될 수 있다. 냉각 속도는 제품의 중간 두께에서 측정했을 때 바람직하게는 약 1℃/초 내지 9℃/초, 및 바람직하게는 약 2℃/초 내지 5℃/초 범위이다.
플레이트는 예를 들어 그 안의 잔류 응력을 완화하고 플레이트 제품의 평탄도를 개선하기 위해 약 1% 내지 6% 범위로 연신함으로써 추가로 냉간 가공된다. 바람직하게는 연신은 약 1% 내지 3% 범위이다. 냉각 후, 플레이트는 특성의 조합을 달성하기 위해 적어도 두 단계로 인공적으로 과시효 처리된다. 일 실시양태에서, 과시효 처리는 다음의 2-단계 시효 열처리에 해당한다: 110℃ 내지 130℃에서 약 4 내지 12시간 행하는 것에 이어서 140℃ 내지 160℃에서 약 12 내지 20시간, 및 약 바람직하게는 12-18시간 행하는 것.
또 다른 실시양태에서, 장갑 요소의 일부를 형성하는 7XXX-시리즈 플레이트 제품은 다음에 의해 제조될 수 있다:
a. 본 개시내용에 따른 AA7XXX-시리즈 알루미늄 합금의 압연 잉곳의 스톡을 주조하는 단계;
b. 압연 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 잉곳을 톱질하거나 기계가공하는 단계;
d. 잉곳을 예열하는 단계;
e. 잉곳을 압연하여 플레이트를 형성하는 단계;
f. 플레이트를 톱질하는 단계;
g. 대략 470℃에서 플레이트를 용체화 열처리 (또는 SHT)하는 단계;
h. 플레이트를 길이에 대해 대략 2% 내지 3% 연신시키는 단계;
i. 플레이트를 120℃에서 일정 기간 (예를 들어, 최대 8시간) 동안 열처리한 다음 155℃에서 일정 기간 (예를 들어, 최대 6시간) 동안 열처리하는 단계;
j. 플레이트를 마킹하거나 톱질하는 단계;
k. 플레이트의 특성 및 성능을 테스트하는 단계; 및
l. 플레이트를 검사 및 포장하는 단계.
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 상기 설명한 바와 같이 제공되고 주조될 수 있다. 균질화는 상기 설명한 바와 같이 잉곳에 대해 수행될 수 있다. 잉곳은 상기 설명한 바와 같이 또는 다른 적합한 톱질 또는 기계가공 기술을 사용하여 톱질되거나 기계가공될 수 있다. 잉곳은 압연에 적합한 온도로 잉곳을 가열하기 위해 피트 노 (pit furnace)를 사용하거나, 또는 다른 적절한 기술에 의해 예열될 수 있다. 잉곳은 상기 설명한 바와 같이 또는 다른 적합한 압연 기술을 사용하여, 압연하여 플레이트를 형성할 수 있다. 플레이트는 대략 470℃에서 용체화 열처리 (또는 SHT)될 수 있으며, 2% 내지 3%까지 연신될 수 있다. 플레이트는 본원에 설명된 기술을 사용하여, 또는 다른 적합한 기술을 사용하여 열처리될 수 있다. 플레이트는 적합한 기술을 사용하여 마킹되거나 톱질될 수 있다. 플레이트는 탄도 특성 또는 성능, 정적 특성 또는 성능에 대해, 또는 다른 적합한 특성 또는 성능에 대해 테스트될 수 있다. 플레이트는 플레이트에 결함이 없는지 확인하기 위해 검사될 수 있고 포장될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 장갑 요소의 일부를 형성하는 7XXX-시리즈 플레이트 제품은 다음에 의해 제조될 수 있다:
a. 본원에 설명된 바와 같은 AA7XXX-시리즈 알루미늄 합금의 압연 잉곳의 스톡을 주조하는 단계;
b. 압연 잉곳을 균질화하는 단계;
c. 잉곳을 톱질하거나 기계가공하는 단계;
d. 잉곳을 예열하는 단계;
e. 잉곳을 압연하여 플레이트를 형성하는 단계;
f. 플레이트를 톱질하는 단계;
g. 대략 470℃에서 플레이트를 용체화 열처리 (또는 SHT)하는 단계;
h. 플레이트를 길이에 대해 대략 2% 내지 3% 연신시키는 단계;
i. 플레이트를 120℃에서 일정 기간 (예를 들어, 최대 8시간) 동안 열처리한 다음 155℃에서 일정 기간 (예를 들어, 14, 16, 또는 18시간) 동안 열처리하는 단계;
j. 플레이트를 마킹하거나 톱질하는 단계;
k. 플레이트의 특성 및 성능을 시험하는 단계;
l. 플레이트를 검사 및 포장하는 단계.
7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 상기 설명한 바와 같이 제공되고 주조될 수 있다. 균질화는 상기 설명한 바와 같이 잉곳에 대해 수행될 수 있다. 잉곳은 상기 설명한 바와 같이, 또는 다른 적합한 톱질 또는 기계가공 기술을 사용하여 톱질되거나 기계가공될 수 있다. 잉곳은 압연에 적합한 온도로 잉곳을 가열하기 위해 피트 노를 사용하거나, 또는 다른 적합한 기술에 의해 예열될 수 있다. 잉곳은 상기 기술된 바와 같이 또는 다른 적합한 압연 기술을 사용하여, 압연되어 플레이트를 형성할 수 있다. 플레이트는 대략 470℃에서 용체화 열처리 (또는 SHT)될 수 있고 2% 내지 3%까지 연신될 수 있다. 플레이트는 본원에 설명된 기술을 사용하여, 또는 다른 적합한 기술을 사용하여 120℃에서 일정 기간 (예를 들어, 8시간) 동안 열처리된 다음 155℃에서 일정 기간 (예를 들어, 14, 16, 또는 18시간) 동안 열처리될 수 있다. 플레이트는 적합한 기술을 사용하여 마킹되거나 톱질될 수 있다. 플레이트는 탄도 특성 또는 성능, 정적 특성 또는 성능에 대해 또는 다른 적합한 특성 또는 성능에 대해 테스트될 수 있다. 플레이트는 플레이트에 결함이 없는지 확인하기 위해 검사될 수 있고 포장될 수 있다.
일부 예에서, 플레이트는 상기 설명한 프로세스 중 임의의 것에 의해 제조될 수 있고, T76 템퍼 또는 T79 템퍼로 템퍼링될 수 있다. T76 템퍼는 높은 수준의 박리 부식 저항을 달성하기 위해 플레이트를 용체화 열처리하고 플레이트를 인공적으로 과시효 처리하는 것을 포함할 수 있다. T79 템퍼에는 높은 수준의 박리 부식 저항을 달성하기 위해 플레이트를 용체화 열처리하고 T76 템퍼보다 낮은 정도로 플레이트를 인공적으로 과시효 처리하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 이제 본 발명에 따른 비제한적인 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
실시예 1.
다양한 두께 (38.1, 50.8 및 76.2 mm)를 갖는 알루미늄 합금 플레이트가 생산되었으며, 다양한 과시효 열처리를 수행한 후 다양한 특성에 대해 테스트하였다.
모든 알루미늄 합금 플레이트는 7.38% Zn, 2.03% Mg, 1.55% Cu, 0.12% Zr, 0.03% Ti, 0.07% Fe, 0.04% Si, <0.001% Mn, 잔부로서 알루미늄 및 불가피한 불순물의 공칭 조성 (중량%)을 가졌다. 7XXX-시리즈 알루미늄 합금 플레이트의 합금 조성은 본 개시내용에 따른다. 합금의 Zn/Mg 비는 3.63이다.
산업 제조 프로세스는 압연 잉곳을 DC 주조하는 단계, 잉곳을 균질화하는 단계, 균질화된 잉곳을 중간 두께에 도달하도록 열간 압연하는 단계, 플레이트를 약 470℃에서 용체화 열처리하는 단계, 켄칭하는 단계, 플레이트를 최종 두께에 도달하도록 약 2.5% 연신시키는 단계, 표 1, 2, 3 및 4에 나타낸 바와 같이 연신된 플레이트를 인공적인 과시효 처리하는 단계를 포함한다.
플레이트 제품을 미군 규격 MIL DTL-32375B (MR) (2021)에 따라 이들의 탄도 특성에 대해 테스트하였다. 이 사양에 따라, Cal. 50 AP M2 발사체를 38.1 및 50.8 mm 플레이트의 탄도 테스트에 사용하였으며 14.5-mm BS-41 발사체를 각각 76.1 mm 플레이트의 탄도 테스트에 사용하였다. 결과는 표 1 및 4에 나열되어 있다.
플레이트 제품을 LT- 및 종 (L)-방향 모두에서의 이들의 정적 기계적 특성 (총 항복 강도 (TYS), 최대 인장 강도 (UTS), 및 퍼센트 연신율 (A))에 대해 테스트하였다. 결과 ([3개] 테스트에 대한 평균)는 각각 표 2 및 표 3에 나열되어 있다.
[표 1] 다양한 두께 및 열처리에 따른 플레이트의 탄도 특성
[표 2] 플레이트 두께 및 과시효 실시에 따른 LT-방향에서의 기계적 특성.
[표 3] 플레이트 두께 및 과시효 실시에 따른 L-방향에서의 기계적 특성.
[표 4] 다양한 두께를 갖는 플레이트의 다양한 로트의 탄도 특성.
본원에 설명된 기술의 다양한 실시양태가 상세히 설명되었지만, 이러한 실시양태의 수정 및 적용이 당업자에게 일어날 수 있다는 것은 명백하다. 그러나 그러한 수정 및 적용은 현재 개시된 기술의 정신 및 범위 내에 있다는 것이 명백히 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 7XXX-시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 장갑 요소로서, 상기 알루미늄 합금은
    Zn 7.1% 내지 7.5%,
    Mg 1.90% 내지 2.25%,
    Cu 1.3% 내지 1.8%,
    Zr, Sc, V, Hf, Ti, Cr 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산질 형성 원소 적어도 0.05-0.4%,
    Ti 0.01% 내지 0.06%,
    Si 최대 0.15%,
    Fe 최대 0.15%,
    잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하고,
    상기 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은 12.7 mm 내지 76.2 mm의 두께를 갖는 플레이트 형태이고;
    상기 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은
    (i) LT-방향에서의 인장 항복 강도 > 497 MPa,
    (ii) LT-방향에서의 최대 인장 강도 > 538 MPa,
    (iii) LT-방향에서의 연신율 > 9%, 및
    (iv) 미군 규격 MIL DTL-32375B (MR) (2021)의 요구사항을 충족하는 장갑 관통 V50 탄도 한계 속도의 조합을 달성하기 위해 과시효 처리되는, 장갑 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Zn 함량은 7.20% 내지 7.5% 범위인, 장갑 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Zn 함량은 7.30% 내지 7.5% 범위인, 장갑 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Zn/Mg 비는 4 미만인, 장갑 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Zn/Mg 비는 3.9 미만인, 장갑 요소.
  6. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산질 형성 원소는 0.06% 내지 0.15% 범위의 Zr을 포함하는, 장갑 요소.
  7. 제6항에 있어서, 상기 Zr 함량은 0.08% 내지 0.14% 범위인, 장갑 요소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 Zr 함량은 0.09% 내지 0.13% 범위인, 장갑 요소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Mg 함량은 1.9% 내지 2.25% 범위인, 장갑 요소.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Mg 함량은 1.95% 내지 2.20% 범위인, 장갑 요소.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 4-20시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함하는, 장갑 요소.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함하는, 장갑 요소.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함하는, 장갑 요소.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 7XXX-시리즈 알루미늄 합금은
    a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
    b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
    c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
    d. 용체화 열처리하는 단계;
    e. 켄칭하는 단계;
    f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
    g. 과시효 처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리에 해당하는, 적어도 두 단계로 과시효 처리하는 단계로 제조되는, 장갑 요소.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 7XXX-시리즈 합금은, 중량%로,
    Zn 7.1% 내지 7.5%, 바람직하게는 7.20% 내지 7.5%,
    Mg 1.90% 내지 2.25%, 바람직하게는 1.95% 내지 2.25%,
    Cu 1.3% 내지 1.8%,
    Zr 0.06% 내지 0.15%, 바람직하게는 0.08% 내지 0.13%,
    Ti 0.01% 내지 0.06%,
    Si 최대 0.15%
    Fe 최대 0.15%,
    잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하는, 장갑 요소.
  16. 제15항에 있어서, 상기 Si 또는 Fe 함량은 최대 0.10 중량%인, 장갑 요소.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LT-방향에서의 연신율 > 9%인, 장갑 요소.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 상기 합금을 잉곳 형태로 주조하는 단계;
    b. 상기 잉곳을 균질화하는 단계;
    c. 상기 잉곳을 열간 가공하여 플레이트를 수득하는 단계;
    d. 용체화 열처리하는 단계;
    e. 켄칭하는 단계;
    f. 1% 내지 3%의 영구 연신율을 수득하도록 연신시키는 단계; 및
    g. 과시효 열처리가 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 열처리에 해당하는, 적어도 두 단계로 과시효 처리하는 단계를 포함하는, 장갑 요소.
  19. 제18항에 있어서, 상기 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-20시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함하는, 장갑 요소.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 과시효 처리는 110℃-130℃에서 4-12시간 행하는 것에 이어서 140℃-160℃에서 12-18시간 행하는 것의 2 단계 처리를 포함하는, 장갑 요소.
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