RU2757280C1 - Method for manufacturing plate product made of aluminum alloy of 7xxx series, which has improved fatigue resistance - Google Patents

Method for manufacturing plate product made of aluminum alloy of 7xxx series, which has improved fatigue resistance Download PDF

Info

Publication number
RU2757280C1
RU2757280C1 RU2020140617A RU2020140617A RU2757280C1 RU 2757280 C1 RU2757280 C1 RU 2757280C1 RU 2020140617 A RU2020140617 A RU 2020140617A RU 2020140617 A RU2020140617 A RU 2020140617A RU 2757280 C1 RU2757280 C1 RU 2757280C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate product
aluminum alloy
hot rolling
thickness
plate
Prior art date
Application number
RU2020140617A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Забине Мария ШПАНГЕЛЬ
Филипп МЕЙЕР
Ахим БЮРГЕР
Маттиас РЮБНЕР
Симон ЛАХНИТТ
Original Assignee
Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=62620795&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2757280(C1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх filed Critical Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх
Application granted granted Critical
Publication of RU2757280C1 publication Critical patent/RU2757280C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226Hot rolling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/10Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing a plate product.
SUBSTANCE: invention relates to a method for manufacturing a plate product made of an aluminum alloy of the 7xxx series and can be used in aerospace engineering, in particular for panels and wing skin elements. The method for manufacturing a plate product from an aluminum alloy of the 7xxx series includes casting an ingot, homogenization and/or preheating of the cast ingot, hot rolling to obtain a plate product with a thickness of less than 75 mm in several passes, while when the intermediate thickness of the plate is from 80 to 220 mm, at least one pass of hot rolling with a high degree of compression is carried out with a decrease in thickness of at least 25%, while the deformation rate during at least one pass of hot rolling with a high degree of compression is < 1 s-1. Additionally, the method includes heat treatment on a solid solution of a plate product, cooling, preferably by quenching, optionally stretching the plate product subjected to heat treatment on the solid solution and cooling, and artificial aging of the plate product subjected to heat treatment on the solid solution and cooling.
EFFECT: invention is aimed at increasing the resistance to fatigue failure.
15 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления пластинчатого изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющего улучшенное сопротивление усталостному разрушению. Пластинчатое изделие идеально подходит для применения в авиакосмическом машиностроении, например, для панелей и элементов обшивки крыльев, а также для других высокопрочных конечных изделий.The present invention relates to a method for manufacturing a 7xxx series aluminum alloy plate product having improved fatigue resistance. The plate product is ideal for aerospace engineering applications such as panels and wing skins, as well as other high strength end products.

Уровень техникиState of the art

Сплавы типа Al-Zn-Mg-(Cu) или серии АА7ххх использовались в конструкциях самолетов более 50 лет, и особенно в элементах крыла, например, среди прочего, применялись сплавы серии АА7055. Эти алюминиевые сплавы обладают необходимым балансом прочности, вязкости разрушения и коррозионной стойкости, и особенно хорошо подходят для авиакосмического машиностроения, например, в верхних панелях обшивки крыла. Это раскрыто, например, в патенте США №5221377. В этом патенте США раскрывается, что для получения таких высоких механических характеристик сплавы необходимо подвергнуть трехступенчатому процессу искусственного старения. Однако в этом патенте США не рассматривается свойство сопротивления усталостному разрушению сплавов АА7055.Al-Zn-Mg- (Cu) or AA7xxx series alloys have been used in aircraft structures for over 50 years, and especially in wing elements, for example, AA7055 series alloys have been used, among other things. These aluminum alloys offer the right balance of strength, fracture toughness and corrosion resistance, and are particularly well suited for aerospace engineering such as upper wing skins. This is disclosed, for example, in US Pat. No. 5,221,377. This US patent discloses that in order to obtain such high mechanical properties, alloys must be subjected to a three-stage artificial aging process. However, this US patent does not address the fatigue resistance property of AA7055 alloys.

Известно, что высокопрочные конструктивные компоненты, которые отличаются долговечностью и устойчивостью к повреждениям, а также сопротивлением усталостному разрушению, очень желательны для производителей самолетов. Долговечность и устойчивость к повреждениям могут привести к увеличению интервалов между осмотрами самолетов. Для самолета обычно требуются два типа осмотров: первоначальный осмотр и периодический осмотр в течение срока службы самолета. Каждый вид осмотра является очень дорогостоящим, поскольку для проведения осмотра самолет должен быть выведен из эксплуатации. Осмотры могут потребовать подробного визуального осмотра и обширных неразрушающих испытаний внешних и внутренних конструкций.It is known that high-strength structural components that are durable and resistant to damage, as well as resistance to fatigue failure, are highly desirable for aircraft manufacturers. Durability and resistance to damage can result in longer aircraft inspection intervals. An airplane typically requires two types of inspections: an initial inspection and a periodic inspection over the life of the airplane. Each type of inspection is very costly as the aircraft must be taken out of service in order for the inspection to take place. Inspections may require detailed visual inspection and extensive non-destructive testing of external and internal structures.

В патенте США №7097719 раскрыто, что сопротивление усталостному разрушению сплавов серии АА7055 может быть улучшено за счет использования оптимизированного состава сплава, позже зарегистрированного как сплав АА7255. Однако для достижения улучшенного сопротивления усталостному разрушению необходимо, чтобы сплавы АА7255 имели гораздо более жесткие верхние пределы уровней Si и Fe, чем сплав АА7055. В частности, в этом патенте США раскрывается, что изделия, изготовленные из сплава АА7255, имеющего более низкие уровни Si и Fe, чем АА7055 (т.е. концентрации Si и Fe ниже 0,06 мас. %, предпочтительно ниже 0,04 мас. %), демонстрируют лучшее сопротивление усталостному разрушению. В частности, в патенте США в разделе примеров раскрыто, что сплавы, содержащие менее 0,029 мас. % Si и менее 0,039 мас. % Fe (при сохранении содержания Cu, Mg, Zn и Zr в пределах диапазонов стандартного сплава АА7055), достигли повышения усталостной долговечности по сравнению с изделиями из стандартного сплава АА7055 при более высоком содержании Si и Fe. Соответственно, усталостная долговечность изделия из алюминиевого сплава АА7255 по сравнению с изделием из стандартного сплава АА7055 может быть улучшена. Такое улучшение увеличивает интервалы между осмотрами конструкции самолета. Однако поддержание содержания примесей Si и Fe на таком очень низком уровне увеличивает затраты на производимый алюминиевый сплав, так как необходимо использовать материалы с очень высокой степенью чистоты.US Pat. No. 7,097,719 discloses that the fatigue strength of AA7055 series alloys can be improved by using an optimized alloy composition, later registered as AA7255 alloy. However, to achieve improved fatigue resistance, AA7255 alloys need to have much tighter upper limits for Si and Fe levels than AA7055. In particular, this US patent discloses that articles made from AA7255 alloy having lower Si and Fe levels than AA7055 (i.e., Si and Fe concentrations below 0.06 wt%, preferably below 0.04 wt% .%), demonstrate better resistance to fatigue fracture. In particular, in the US patent in the example section, it is disclosed that alloys containing less than 0.029 wt. % Si and less than 0.039 wt. % Fe (while maintaining the content of Cu, Mg, Zn and Zr within the ranges of the standard alloy AA7055), achieved an increase in fatigue life compared to products from the standard alloy AA7055 with a higher content of Si and Fe. Accordingly, the fatigue life of the AA7255 aluminum alloy product compared to the AA7055 standard alloy product can be improved. This improvement extends the inspection intervals of the aircraft structure. However, keeping the content of Si and Fe impurities at such a very low level increases the cost of the aluminum alloy produced, since it is necessary to use materials with a very high degree of purity.

Поскольку усталостные характеристики, в частности сопротивление усталостному разрушению, являются важным техническим параметром для аэрокосмических материалов из алюминиевого сплава из-за циклических нагрузок, которые испытывает самолет при эксплуатации, существует необходимость в дальнейшем улучшении или дальнейшем повышении сопротивления усталостному разрушению сплавов серии АА7ххх, включая сплавы серии АА7055.Since fatigue characteristics, in particular resistance to fatigue fracture, are an important technical parameter for aerospace aluminum alloy materials due to the cyclic loads experienced by an aircraft during operation, there is a need to further improve or further increase the resistance to fatigue fracture of AA7xx series alloys, including alloys of the series AA7055.

Таким образом, существует необходимость в сплавах типа Al-Zn-Mg-(Cu), имеющих желаемые свойства прочности, вязкости и коррозионной стойкости, а также высокое сопротивление усталостному разрушению. Также существует необходимость в конструктивных деталях самолета, которые демонстрируют высокое сопротивление усталостному разрушению.Thus, there is a need for alloys of the Al-Zn-Mg- (Cu) type having desirable properties of strength, toughness and corrosion resistance, as well as high fatigue resistance. There is also a need for aircraft structural parts that exhibit high fatigue resistance.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Целью настоящего изобретения является предоставление способа изготовления пластинчатого изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющего высокое сопротивление усталостному разрушению по сравнению со сплавами серии 7ххх и, в частности, с пластинчатыми изделиями из алюминиевого сплава АА7055 аналогичных размеров и степени твердости, которые получены с помощью традиционных способов.The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a 7xxx series aluminum alloy plate product having high fatigue resistance compared to 7xxx series alloys and, in particular, with AA7055 aluminum alloy plate products of similar dimensions and degrees of hardness, which are obtained using traditional methods. ...

Другой целью настоящего изобретения является предоставление пластинчатого изделия из алюминиевого сплава, имеющего улучшенное сопротивление усталостному разрушению по сравнению с пластинчатыми изделиями из АА7055.Another object of the present invention is to provide an aluminum alloy plate product having improved fatigue resistance over AA7055 plate products.

Еще одной целью является предоставление конструктивных элементов для авиакосмического применения, таких как верхние обшивки крыла, из пластинчатого изделия из алюминиевого сплава с улучшенным сопротивлением усталости.Another goal is to provide structural elements for aerospace applications, such as wing tops, of an aluminum alloy plate product with improved fatigue resistance.

Эти и другие цели и дополнительные преимущества выполняются или перевыполняются благодаря настоящему изобретению, в котором предлагается способ изготовления прокатного пластинчатого изделия из алюминиевого сплава, имеющего конечную толщину или конечный калибр менее 75 мм, предпочтительно менее 50 мм, идеально подходящего для использования в качестве пластинчатого изделия для аэрокосмического применения с улучшенным сопротивлением усталостному разрушению, причем способ включает следующие этапы, выполняемые в указанном порядке:These and other objects and additional advantages are fulfilled or surpassed by the present invention, which provides a method for making a rolled plate product from an aluminum alloy having a final thickness or final gauge less than 75 mm, preferably less than 50 mm, ideal for use as a plate product for aerospace applications with improved fatigue resistance, the method comprising the following steps in the order indicated:

(a) литье слитка из алюминиевого сплава серии 7ххх, причем алюминиевый сплав содержит (в мас. %):(a) casting an ingot from an aluminum alloy of the 7xxx series, the aluminum alloy containing (in wt%):

Figure 00000001
Figure 00000001

(b) гомогенизацию и/или предварительный нагрев отлитого слитка;(b) homogenizing and / or preheating the cast ingot;

(c) горячую прокатку слитка с получением пластинчатого изделия за счет прокатки слитка за несколько проходов прокатки, причем, когда промежуточная толщина пластины составляет от 80 до 220 мм, предпочтительно от 100 до 200 мм, осуществляют по меньшей мере один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия с уменьшением толщины по меньшей мере на 25%;(c) hot rolling the ingot into a plate product by rolling the ingot in several rolling passes, wherein when the intermediate plate thickness is 80 to 220 mm, preferably 100 to 200 mm, at least one hot rolling pass is performed with a high degree of reduction with a decrease in thickness of at least 25%;

(d) необязательно термообработку на твердый раствор и охлаждение до температуры окружающей среды, предпочтительно посредством закалки, пластинчатого изделия;(d) optionally solution heat treatment and cooling to ambient temperature, preferably by quenching, the plate product;

(e) необязательно растяжение пластинчатого изделия, подвергнутого термообработке на твердый раствор;(e) optionally stretching the solution heat treated plate product;

(f) необязательно искусственное старение пластинчатого изделия.(f) optional artificial aging of the plate product.

Термин «содержащий» в контексте алюминиевого сплава следует понимать в том смысле, что сплав может содержать дополнительные легирующие элементы, как для примера описано ниже.The term "comprising" in the context of an aluminum alloy is to be understood in the sense that the alloy may contain additional alloying elements, as described below for example.

Способ согласно настоящему изобретению может быть применен к широкому ряду алюминиевых сплавов серии 7ххх, характеризующихся следующим составом, в мас. %,The method according to the present invention can be applied to a wide range of aluminum alloys of the 7xxx series, characterized by the following composition, in wt. %,

Figure 00000002
Figure 00000002

один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:one or more elements selected from the group consisting of the following:

Figure 00000003
Figure 00000003

остаток: алюминий и примеси. Как правило, такие примеси присутствуют в количестве каждая <0,05%, всего <0,15%.residue: aluminum and impurities. Typically, such impurities are present in an amount of <0.05% each, for a total of <0.15%.

В дополнительном варианте осуществления алюминиевый сплав имеет химический состав в пределах диапазонов серий АА7010, АА7040, АА7140, АА7449, АА7050, АА7150, АА7055, АА7255, АА7081, АА7181, АА7085, АА7185, АА7090, АА7099, АА7199 и их модификаций.In a further embodiment, the aluminum alloy has a chemical composition within the ranges of the AA7010, AA7040, AA7140, AA7449, AA7050, AA7150, AA7055, AA7255, AA7081, AA7181, AA7085, AA7185, AA7090, AA7099, AA7199 and modifications thereof.

В конкретном варианте осуществления алюминиевый сплав имеет химический состав в пределах диапазонов серии АА7055.In a specific embodiment, the aluminum alloy has a chemical composition within the ranges of the AA7055 series.

Как будет описано ниже, если не указано иное, обозначения алюминиевых сплавов и обозначения степени твердости относятся к обозначениям Ассоциации производителей алюминия в стандартах и данных по алюминию и записях реестра, которые опубликованы Ассоциацией производителей алюминия в 2016 г. и хорошо известны специалисту в данной области техники.As will be described below, unless otherwise noted, aluminum alloy designations and hardness designations refer to the Aluminum Manufacturers Association designations in aluminum standards and data and registry entries published by the Aluminum Manufacturers Association in 2016 and are well known to the person skilled in the art. ...

Для любого описания составов сплавов или предпочтительных составов сплавов все ссылки на проценты даны в процентах по массе, если не указано иное.For any description of alloy compositions or preferred alloy compositions, all references to percentages are by weight, unless otherwise indicated.

Используемые в настоящем документе термины «≤» и «до» и «приблизительно до» явно предусматривают, помимо прочего, возможность нулевого массового процента конкретного легирующего компонента, к которому они относятся. Например, до 0,4% Cr может предусматривать сплав без Cr.As used herein, the terms "≤" and "before" and "approximately before" explicitly contemplate, inter alia, the possibility of zero weight percent of the particular alloying component to which they refer. For example, up to 0.4% Cr may be a Cr-free alloy.

В способе согласно настоящему изобретению предпочтительно не выполняют этап холодной прокатки при прокатке пластинчатого изделия до конечного калибра (толщины), чтобы избежать по меньшей мере частичной перекристаллизации во время последующего этапа термообработки на твердый раствор, приводящей к отрицательному влиянию на баланс технических свойств в конечном пластинчатом изделии.In the method according to the present invention, it is preferable not to carry out the cold rolling step of rolling the plate product to the final gauge (thickness) in order to avoid at least partial recrystallization during the subsequent solution heat treatment step, leading to a negative effect on the balance of technical properties in the final plate product. ...

Конечная толщина прокатного пластинчатого изделия составляет менее 75 мм, предпочтительно 50 мм, предпочтительно менее 45 мм, более предпочтительно менее 40 мм и наиболее предпочтительно менее 35 мм. В подходящих вариантах осуществления конечная толщина пластинчатого изделия составляет более 10 мм, предпочтительно более 12,5 мм, более предпочтительно более 15 мм и наиболее предпочтительно более 19 мм.The final thickness of the rolled plate product is less than 75 mm, preferably 50 mm, preferably less than 45 mm, more preferably less than 40 mm and most preferably less than 35 mm. In suitable embodiments, the final thickness of the plate product is greater than 10 mm, preferably greater than 12.5 mm, more preferably greater than 15 mm, and most preferably greater than 19 mm.

Алюминиевый сплав может быть предоставлен в виде прокатываемого слитка или сляба с помощью методик литья, известных в области литья изделий, например, литье DC (литье с прямым охлаждением), литье ЕМС (электромагнитное литье), литье EMS (литье с электромагнитным перемешиванием), и предпочтительно имеет толщину в диапазоне 300 мм или более, например 400 мм, 500 мм или 600 мм. Менее предпочтительно также могут использоваться слябы, полученные в результате непрерывного литья, например, на установках для ленточного литья или установках для литья в валках, которые, в частности, могут быть преимущественными при изготовлении конечных изделий меньшего калибра. Также можно использовать добавки, измельчающие зерна, например, содержащие титан и бор или титан и углерод, что хорошо известно в данной области техники. После литья прокатного материала из сплава, со слитка обычно удаляют поверхностный слой для удаления зон сегрегации возле литой поверхности слитка.The aluminum alloy can be provided as a rolled ingot or slab using casting techniques known in the casting art, such as DC casting (direct chill casting), EMC casting (electromagnetic casting), EMS casting (electromagnetic stirring casting), and preferably has a thickness in the range of 300 mm or more, for example 400 mm, 500 mm or 600 mm. Less preferably, slabs obtained from continuous casting can also be used, for example in strip casters or roll casters, which, in particular, can be advantageous in the manufacture of finished products of a smaller caliber. It is also possible to use grain refining additives, for example containing titanium and boron or titanium and carbon, as is well known in the art. After casting the rolled alloy material, the surface layer is usually removed from the ingot to remove segregation zones near the casting surface of the ingot.

Затем прокатываемый слиток подвергают гомогенизации и/или предварительному нагреву.The rolled ingot is then subjected to homogenization and / or preheating.

В данной области техники известно, что термообработка с гомогенизацией преследует следующие цели: (i) растворить как можно больше грубых растворимых фаз, образующихся во время затвердевания, и (ii) уменьшить градиенты концентрации для упрощения этапа растворения. Обработка с предварительным нагревом также позволяет достичь некоторых из этих целей.It is known in the art that homogenization heat treatment has the following objectives: (i) to dissolve as much of the coarse soluble phases formed during solidification as possible, and (ii) to reduce concentration gradients to simplify the dissolution step. Preheating treatment also achieves some of these goals.

Обычно предварительный нагрев относится к нагреву слитка до заданной температуры и выдержке при этой температуре в течение заданного времени, за которым следует начало горячей прокатки приблизительно при этой температуре. Гомогенизация относится к циклу нагрева и охлаждения, применяемому к прокатываемому слитку, в котором конечная температура после гомогенизации равна температуре окружающей среды.Typically, preheating refers to heating an ingot to a predetermined temperature and holding at that temperature for a predetermined time, followed by the initiation of hot rolling at approximately that temperature. Homogenization refers to a heating and cooling cycle applied to a rolled ingot in which the final temperature after homogenization is equal to the ambient temperature.

Обычную обработку с предварительным нагревом для сплавов серии АА7ххх, используемых в способе согласно настоящему изобретению, осуществляют при температуре от 400°С до 460°С с временем выдержки в диапазоне от 2 до 50 часов, обычно в течение 2-20 часов.Typical preheat treatments for the AA7xxx series alloys used in the process of the present invention are carried out at temperatures from 400 ° C to 460 ° C with holding times ranging from 2 to 50 hours, typically 2-20 hours.

Сначала растворимые эвтектические фазы, такие как S-фаза, Т-фаза и М-фаза в материале сплава, растворяют с использованием стандартной промышленной практики. Это, как правило, осуществляют за счет нагрева материала до температуры менее 500°С, как правило, в диапазоне от 450°С до 490°С, поскольку S-фаза и эвтектическая фаза (фаза Al2MgCu) имеют температуру плавления приблизительно 489°С в сплавах серии АА7ххх, а М-фаза (фаза MgZn2) имеет температуру плавления приблизительно 478°С. Как известно в данной области техники, это может быть достигнуто обработкой с гомогенизацией в указанном диапазоне температур и охлаждением до температуры горячей прокатки, или после гомогенизации материал затем охлаждают и повторно нагревают перед горячей прокаткой. Обычный процесс гомогенизации также может быть выполнен за два или более этапов, если это необходимо, которые обычно осуществляются в диапазоне температур от 430°С до 490°С для сплавов серии АА7ххх. Например, в двухэтапном процессе первый этап осуществляют в диапазоне температур от 455°С до 465°С, а второй этап осуществляют в диапазоне температур от 470°С до 485°С для оптимизации процесса растворения различных фаз в зависимости от точного состава сплава.First, soluble eutectic phases such as S-phase, T-phase and M-phase in the alloy material are dissolved using standard industrial practice. This is usually done by heating the material to a temperature of less than 500 ° C, typically in the range of 450 ° C to 490 ° C, since the S-phase and the eutectic phase (Al 2 MgCu phase) have a melting point of approximately 489 ° C in alloys of the AA7xxx series, and the M-phase (MgZn 2 phase) has a melting point of approximately 478 ° C. As is known in the art, this can be achieved by homogenizing treatment in the specified temperature range and cooling to hot rolling temperature, or, after homogenizing, the material is then cooled and reheated before hot rolling. The conventional homogenization process can also be carried out in two or more steps, if necessary, which are usually carried out in the temperature range from 430 ° C to 490 ° C for AA7xxx series alloys. For example, in a two-stage process, the first stage is carried out in the temperature range from 455 ° C to 465 ° C, and the second stage is carried out in the temperature range from 470 ° C to 485 ° C to optimize the dissolution process of various phases depending on the exact composition of the alloy.

Время выдержки при температуре гомогенизации согласно промышленной практике зависит от сплава, как хорошо известно специалисту, и обычно находится в диапазоне от 1 до 50 часов. Скорости нагрева, которые могут применяться, являются обычными в данной области техники.The holding time at homogenization temperature according to industrial practice depends on the alloy, as is well known to the skilled person, and is usually in the range of 1 to 50 hours. Heating rates that can be applied are common in the art.

Горячую прокатку слитка осуществляют за несколько проходов горячей прокатки, обычно в стане горячей прокатки. Количество проходов горячей прокатки, как правило, составляет от 15 до 35, предпочтительно от 20 до 29. После достижения горячекатаным пластинчатым изделием промежуточной толщины от 80 мм до 220 мм, предпочтительно от 100 мм до 200 мм, согласно способу применяют по меньшей мере один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия с уменьшением толщины по меньшей мере на приблизительно 25%, предпочтительно по меньшей мере на приблизительно 30% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на приблизительно 35%. В подходящих вариантах осуществления уменьшение толщины на этом проходе с высокой степенью обжатия составляет менее 70%, предпочтительно менее 60%, более предпочтительно менее 50%. Термин «уменьшение толщины» в проходе прокатки, также называемый степенью обжатия, предпочтительно обозначает процентную долю, на которую уменьшается толщина пластины за один проход прокатки.Hot rolling of the ingot is carried out in several hot rolling passes, usually in a hot rolling mill. The number of hot rolling passes is generally 15 to 35, preferably 20 to 29. After the hot rolled plate reaches an intermediate thickness of 80 mm to 220 mm, preferably 100 mm to 200 mm, the method uses at least one pass hot rolling at a high reduction ratio with a thickness reduction of at least about 25%, preferably at least about 30%, and most preferably at least about 35%. In suitable embodiments, the thickness reduction in this high reduction pass is less than 70%, preferably less than 60%, more preferably less than 50%. The term "thickness reduction" in a rolling pass, also called a reduction ratio, preferably denotes the percentage by which the plate thickness is reduced in one rolling pass.

Такой по меньшей мере один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия не осуществляют в обычных промышленных методиках горячей прокатки при изготовлении пластинчатых изделий из сплавов серии 7ххх. Таким образом, проходы горячей прокатки от 80 мм до 220 мм согласно не имеющему ограничительного характера примеру настоящего изобретения могут быть описаны следующим образом: (если смотреть на промежуточную толщину пластины): 203 мм - 190 мм - 177 мм - 167 мм - 117 мм - 102 мм - 92 мм. Проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия от 167 мм до 117 мм соответствует уменьшению толщины приблизительно на 30%. Для пластин из алюминиевого сплава, полученных с помощью традиционного процесса горячей прокатки, уменьшение толщины при каждом проходе горячей прокатки, как правило, составляет от 9% до 18%, когда промежуточная толщина составляет от 80 мм до 220 мм. Соответственно, проходы горячей прокатки от 80 мм до 220 мм согласно примерам традиционного способа могут быть описаны следующим образом (если смотреть на промежуточную толщину пластины): 203 мм - 188 мм - 166 мм - 144 мм - 124 мм -104 мм - 92 мм. Соответственно, способ согласно настоящему изобретению включает этап горячей прокатки, на котором осуществляют по меньшей мере один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия. Этот проход с высокой степенью обжатия характеризуется уменьшением толщины по меньшей мере на приблизительно 25%, предпочтительно по меньшей мере на приблизительно 30% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на приблизительно 35%.Such at least one high reduction hot rolling pass is not performed in conventional industrial hot rolling techniques for the manufacture of 7xxx series alloy plate products. Thus, hot rolling passes from 80 mm to 220 mm according to a non-limiting example of the present invention can be described as follows: (when looking at the intermediate plate thickness): 203 mm - 190 mm - 177 mm - 167 mm - 117 mm - 102 mm - 92 mm. A hot roll pass with a high reduction ratio of 167 mm to 117 mm corresponds to a thickness reduction of approximately 30%. For aluminum alloy plates produced by the traditional hot rolling process, the thickness reduction with each hot rolling pass is typically 9% to 18% when the intermediate thickness is 80 mm to 220 mm. Accordingly, hot rolling passes from 80 mm to 220 mm according to the examples of the conventional method can be described as follows (when looking at the intermediate plate thickness): 203 mm - 188 mm - 166 mm - 144 mm - 124 mm - 104 mm - 92 mm. Accordingly, the method of the present invention includes a hot rolling step in which at least one high reduction hot rolling pass is performed. This high reduction pass is characterized by a thickness reduction of at least about 25%, preferably at least about 30%, and most preferably at least about 35%.

Проходы горячей прокатки в способе согласно настоящему изобретению до и после прохода с высокой степенью обжатия имеют степень обжатия, которая сравнима со степенью обжатия проходов горячей прокатки в традиционном способе горячей прокатки. Соответственно, каждый проход горячей прокатки до и после прохода горячей прокатки с высокой степенью обжатия может характеризоваться уменьшением толщины от 8% до 18%. Поскольку значения уменьшения толщины варьируют в зависимости от толщины пластины, например, в толстых пластинах с толщиной более 300 мм или в тонких пластинах с толщиной менее 30 мм, особенностью заявляемого способа является то, что этап с высокой степенью обжатия осуществляют, когда промежуточная толщина пластинчатого изделия достигает значения от 220 мм до 80 мм, предпочтительно от 200 мм до 100 мм, наиболее предпочтительно от 200 мм до 120 мм. Эта толщина выбирается так, чтобы обеспечить постоянную высокую деформацию/сдвиг по всей толщине пластинчатого изделия. Для пластинчатых изделий с толщиной более 220 мм сложнее обеспечить постоянную деформацию по всей пластине. Как правило, в пластинчатых изделиях большей толщины деформация в центре (половина толщины) пластинчатого изделия будет меньше, чем в положении на четверть толщины или подповерхностной области.The hot rolling passes in the method of the present invention before and after the high reduction pass have a reduction ratio that is comparable to the reduction ratio of the hot rolling passes in the conventional hot rolling method. Accordingly, each hot rolling pass before and after the high reduction hot rolling pass may have a thickness reduction of 8% to 18%. Since the values of the thickness reduction vary depending on the thickness of the plate, for example, in thick plates with a thickness of more than 300 mm or in thin plates with a thickness of less than 30 mm, a feature of the proposed method is that the stage with a high degree of reduction is carried out when the intermediate thickness of the plate product reaches a value from 220 mm to 80 mm, preferably from 200 mm to 100 mm, most preferably from 200 mm to 120 mm. This thickness is chosen so as to ensure a constant high deformation / shear throughout the thickness of the plate product. For plate products with a thickness of more than 220 mm, it is more difficult to ensure constant deformation throughout the plate. Typically, in thicker plate products, the deformation at the center (half the thickness) of the plate product will be less than at the quarter-thickness position or subsurface region.

Предпочтительно осуществляют один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия. В альтернативном варианте осуществления осуществляют два прохода горячей прокатки с высокой степенью обжатия. Если применяют один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия, этот проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия предпочтительно представляет собой один из последних семи или восьми проходов из множества проходов горячей прокатки.Preferably, one pass of high reduction hot rolling is carried out. In an alternative embodiment, two high reduction hot rolling passes are performed. If one high reduction hot rolling pass is used, this high reduction hot rolling pass is preferably one of the last seven or eight passes of the plurality of hot rolling passes.

Перед началом процесса горячей прокатки прокатываемый слиток предварительно нагревают до температуры, обычной в данной области техники и известной специалисту, например от 390°С до 480°С, предпочтительно от 400°С до 460°С, наиболее предпочтительно от 400°С до 430°С, например до 410°С. Соответственно, можно поддерживать температуру на входе в стан горячей прокатки более 380°С, предпочтительно более 390°С. Максимальная температура для проходов горячей прокатки составляет не более 450°С, поскольку было замечено, что выше этой температуры может произойти укрупнение S-фазы и что существует риск начала плавления.Before starting the hot rolling process, the rolled ingot is preheated to a temperature common in the art and known to the person skilled in the art, for example from 390 ° C to 480 ° C, preferably from 400 ° C to 460 ° C, most preferably from 400 ° C to 430 ° C, for example up to 410 ° C. Accordingly, the temperature at the entrance to the hot rolling mill can be kept above 380 ° C, preferably above 390 ° C. The maximum temperature for hot rolling passes is not more than 450 ° C, since it has been observed that coarsening of the S-phase can occur above this temperature and that there is a risk of starting melting.

Было обнаружено, что в случае изготовления пластинчатого изделия, имеющего конечную толщину менее 50 мм, скорость деформации во время процесса горячей прокатки также имеет влияние на свойства конечного пластинчатого изделия. Таким образом, скорость деформации во время по меньшей мере одного прохода с высокой степенью обжатия в подходящем варианте осуществления способа предпочтительно ниже <1 с-1, предпочтительно ≤0,8 с-1. Считается, что этот интенсивный сдвиг вызывает разрушение составляющих частиц, например, интерметаллидов с высоким содержанием Fe.It has been found that in the case of manufacturing a plate product having a final thickness of less than 50 mm, the deformation rate during the hot rolling process also has an effect on the properties of the final plate product. Thus, the strain rate during at least one pass with a high reduction ratio in a suitable embodiment of the method is preferably below <1 s-1, preferably ≤ 0.8 s-1. It is believed that this intense shear causes the destruction of constituent particles, for example, intermetallic compounds with a high Fe content.

Скорость деформации во время горячей прокатки на проход прокатки может быть описана с помощью следующей формулы:The strain rate during hot rolling per rolling pass can be described using the following formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

гдеwhere

Figure 00000005
скорость деформации (в с-1),
Figure 00000005
strain rate (in s -1) ,

h0 толщина пластины на входе (в мм),h 0 plate thickness at the entrance (in mm),

h1 толщина пластины на выходе (в мм),h 1 output plate thickness (in mm),

v1 скорость прокатки рабочих валков (в мм/с),v 1 rolling speed of the work rolls (in mm / s),

R радиус рабочих валков (в мм).R is the radius of the work rolls (in mm).

Скорость деформации представляет собой изменение напряжения (деформации) материала относительно времени. Иногда ее также называют «скоростью распространения механических напряжений». Эта формула демонстрирует, что на скорость деформации влияет не только толщина на входе и толщина на выходе пластины из алюминиевого сплава, но также скорость прокатки рабочих валков.Strain rate is the change in stress (strain) of a material over time. It is sometimes also referred to as the "speed of propagation of mechanical stresses". This formula demonstrates that the deformation rate is influenced not only by the thickness at the entrance and the thickness at the exit of the aluminum alloy plate, but also by the rolling speed of the work rolls.

Для традиционных методик горячей прокатки в производственных масштабах скорость деформации каждого прохода прокатки, как правило, равна 2 с-1 или более. Как уже было упомянуто выше, согласно варианту осуществления способа согласно настоящему изобретению во время прохода с высокой степенью обжатия скорость деформации снижается до <1 с-1, предпочтительно до ≤0,8 с-1. За счет использования низкой скорости деформации можно достичь более интенсивного сдвига в материале пластины.For traditional production-scale hot rolling techniques, the strain rate of each rolling pass is typically 2 s -1 or more. As mentioned above, according to an embodiment of the method according to the present invention, during the high reduction pass, the strain rate is reduced to <1 s -1 , preferably to ≤ 0.8 s -1 . By using a low strain rate, a more intense shear can be achieved in the plate material.

Кроме того, пластинчатое изделие из алюминиевого сплава, изготовленное согласно настоящему изобретению, может быть, при необходимости, подвергнуто термообработке на твердый раствор (SHT), охлаждению, предпочтительно посредством закалки, растяжению и искусственному старению после этапа горячей прокатки до конечного калибра. Если осуществляют термообработку на твердый раствор (SHT), пластинчатое изделие должно быть нагрето, аналогично как для термообработки с гомогенизацией перед горячей прокаткой, до температуры, как правило, в диапазоне от 430°С до 490°С, для превращения всех или по существу всех частей растворимого цинка, магния и меди в раствор. После истечения заданного времени выдержки при повышенной температуре пластинчатое изделие следует быстро охладить или закалить, чтобы завершить процедуру термообработки на твердый раствор. Такую закалку предпочтительно осуществляют посредством закалки в воде, например, посредством погружения в воду или водяных струй.In addition, the aluminum alloy plate product made according to the present invention may, if necessary, be solution heat treated (SHT) cooled, preferably by quenching, stretching and artificial aging after the hot rolling step to the final gauge. If solution heat treatment (SHT) is carried out, the plate product must be heated, similarly to the homogenization heat treatment prior to hot rolling, to a temperature typically in the range of 430 ° C to 490 ° C, to convert all or substantially all parts of soluble zinc, magnesium and copper in solution. After the specified holding time at the elevated temperature has elapsed, the plate product must be rapidly cooled or quenched to complete the solution heat treatment procedure. Such quenching is preferably carried out by quenching in water, for example by immersion in water or water jets.

После охлаждения до температуры окружающей среды пластинчатые изделия могут быть дополнительно подвергнуты холодной деформации посредством растяжения в диапазоне от 0,5% до 8% от исходной длины для снятия остаточных напряжений в них и улучшения ровности изделия. Предпочтительно растяжение находится в диапазоне от 0,5% до 5%, более предпочтительно от 1% до 3%.After cooling to ambient temperature, the plate products can be additionally subjected to cold deformation by stretching in the range from 0.5% to 8% of the original length to relieve residual stresses in them and improve the flatness of the product. Preferably, the elongation is in the range from 0.5% to 5%, more preferably from 1% to 3%.

В предпочтительном варианте осуществления пластинчатые изделия, полученные согласно настоящему изобретению, подвергают искусственному старению. Все методики старения, которые известны в данной области техники и которые могут быть впоследствии разработаны, могут применяться к изделиям из сплава серии АА7000, полученным с помощью способа согласно настоящему изобретению, для обеспечения необходимой прочности и других технических свойств.In a preferred embodiment, the plate products obtained according to the present invention are artificially aged. All aging techniques that are known in the art and which may subsequently be developed can be applied to AA7000 series alloy products produced by the process of the present invention to provide the required strength and other technical properties.

В конкретном предпочтительном варианте осуществления пластинчатое изделие подвергают искусственному старению до достижения степени твердости Т7, предпочтительно до достижения степени твердости Т79 или Т77. Искусственное старение можно осуществлять за один этап или за несколько этапов. Предпочтительно осуществляют двухэтапную процедуру старения.In a particular preferred embodiment, the plate product is artificially aged to a T7 hardness, preferably to a T79 or T77 hardness. Artificial aging can be carried out in one step or in several steps. Preferably, a two-stage aging procedure is carried out.

Желаемый конструкционный профиль затем получают в результате механической обработки из этих пластинчатых секций, подвергнутых тепловой обработке, чаще после искусственного старения, например, цельный лонжерон крыла.The desired structural profile is then machined from these heat-treated plate sections, usually after artificial aging, for example a one-piece wing spar.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что изделие из алюминиевого сплава демонстрирует улучшенное сопротивление усталостному разрушению без необходимости в поддержании содержания железа и кремния на чрезвычайно низком уровне. Согласно данным из уровня техники, в целом считается, что Fe и Si отрицательно влияют на сопротивление усталостному разрушению. Однако пластинчатые изделия из алюминиевого сплава, изготовленные с помощью способа по настоящему изобретению, намного более устойчивы к присутствию Fe и Si, и при этом по-прежнему обеспечивают необходимый баланс свойств, в том числе высокое сопротивление усталостному разрушению. В варианте осуществления сплав может содержать более 0,05%, предпочтительно более 0,06% Fe. В варианте осуществления он может содержать более 0,05%, предпочтительно более 0,06% Si. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления содержание каждого из Fe и Si равно 0,07 мас. % или более. В другом варианте осуществления содержание Si составляет от 0,06% до 0,10%, а содержание Fe находится в диапазоне от 0,06% до 0,15%. Соответственно, например, в заявляемом способе может использоваться доступный в продаже алюминиевый сплав АА7055.An advantage of the present invention is that the aluminum alloy product exhibits improved fatigue resistance without the need to keep the iron and silicon contents extremely low. According to the prior art, it is generally believed that Fe and Si adversely affect fatigue resistance. However, the aluminum alloy plate products made by the method of the present invention are much more resistant to the presence of Fe and Si while still providing the desired balance of properties, including high fatigue resistance. In an embodiment, the alloy may contain more than 0.05%, preferably more than 0.06% Fe. In an embodiment, it may contain more than 0.05%, preferably more than 0.06% Si. In a further preferred embodiment, the content of each of Fe and Si is 0.07 wt. % or more. In another embodiment, the Si content is from 0.06% to 0.10% and the Fe content is from 0.06% to 0.15%. Accordingly, for example, a commercially available AA7055 aluminum alloy may be used in the inventive method.

В других вариантах осуществления Fe и Si поддерживают на очень низких уровнях для достижения дополнительного улучшения свойств. Например, содержание Fe может поддерживаться на уровне менее 0,05%, предпочтительно менее 0,03%, а содержание Si может быть на уровне менее 0,05%, предпочтительно менее 0,03%.In other embodiments, Fe and Si are kept at very low levels to achieve further improvement in properties. For example, the Fe content can be kept less than 0.05%, preferably less than 0.03%, and the Si content can be less than 0.05%, preferably less than 0.03%.

Пластинчатое изделие из сплава серии АА7000, изготовленное согласно настоящему изобретению, может использоваться в качестве конструктивного элемента для авиакосмического применения, среди прочего в качестве элемента каркаса фюзеляжа, верхней пластины крыла, нижней пластины крыла, толстой пластины для механически обработанных деталей, тонкого листа для стрингеров, элемента лонжерона, элемента нервюры, элемента балки пола и элемента переборки.The AA7000 series alloy plate product made according to the present invention can be used as a structural member for aerospace applications, inter alia, as a fuselage frame member, wing top plate, wing bottom plate, thick plate for machined parts, thin plate for stringers, spar member, rib member, floor beam member, and bulkhead member.

В конкретном варианте осуществления пластинчатое изделие из алюминиевого сплава используется в качестве панели или элемента крыла, более конкретно в качестве верхней панели или элемента крыла.In a particular embodiment, an aluminum alloy plate product is used as a panel or wing member, more specifically as a top panel or wing member.

Соответственно, пластинчатое изделие, изготовленное согласно настоящему изобретению, обеспечивает улучшенные свойства по сравнению с пластинчатым изделием, изготовленным согласно традиционным стандартным способам для алюминиевых сплавов этого типа, имеющих, в ином случае, те же размеры и обработанные до той же степени твердости.Accordingly, a plate product made according to the present invention provides improved properties over a plate product made according to conventional conventional methods for aluminum alloys of this type, otherwise the same dimensions and machined to the same degree of hardness.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны в качестве не имеющих ограничительного характера примеров, а также будут предоставлены сравнительные примеры из уровня техники.The embodiments of the present invention will be described as non-limiting examples, and comparative examples of the prior art will also be provided.

На фиг. 1 представлен график зависимости максимального результирующего напряжения от числа циклов до разрушения для пластин, полученных с помощью способа по настоящему изобретению, и пластин, полученных с помощью традиционных способов.FIG. 1 is a graph showing the maximum net stress versus the number of cycles to failure for wafers obtained using the method of the present invention and those obtained using conventional methods.

На фиг. 2 представлен график, на котором показана средняя логарифмическая усталостная долговечность пластин, полученных с помощью способа по настоящему изобретению, и пластин, полученных с помощью традиционных способов, причем линии, соединяющие точки данных, соответствуют средним значениям.FIG. 2 is a graph showing the average log fatigue life of plates produced using the method of the present invention and plates produced using conventional methods, with the lines connecting the data points being the average.

Пример осуществления изобретенияAn example of implementation of the invention

Прокатываемые слитки были получены литьем DC из алюминиевого сплава АА7055 с составом, приведенным в таблице 1.The rolled ingots were obtained by DC casting from AA7055 aluminum alloy with the composition shown in Table 1.

Figure 00000006
Figure 00000006

Прокатываемые слитки имели толщину приблизительно 400 мм. Гомогенизацию слитков осуществляли в двухэтапной процедуре гомогенизации при температуре 465°С (первый этап) и 475°С (второй этап) с последующим охлаждением до температуры окружающей среды. После удаления поверхностного слоя слитки предварительно нагревали до 410°С для горячей прокатки. Горячую прокатку осуществляли на стане горячей прокатки, рабочие валки которого имеют радиус приблизительно 575 мм. Партии А и В обрабатывали в соответствии с настоящим изобретением, т.е. обе партии подвергали проходу с высокой степенью обжатия во время процесса горячей прокатки. Во время прохода прокатки с высокой степенью обжатия партия А подверглась уменьшению толщины на приблизительно 30% (с 167 мм до 117 мм), а партия В подверглась уменьшению толщины на приблизительно 28% (с 165 мм до 118 мм). Скорость прокатки во время этого прохода с высокой степенью обжатия составляла приблизительно 25 м/мин, что дает скорость деформации приблизительно 0,53 с-1. Партии С, D и Е обрабатывали согласно традиционному способу горячей прокатки (уменьшение толщины от 9% до 18% для каждого прохода горячей прокатки от 220 мм до 80 мм). Скорость прокатки во время стандартных проходов горячей прокатки составляла приблизительно 105 м/мин, что дало скорость деформации от 1,61 с-1 (толщина на входе 188 мм) до 2,27 с-1 (толщина на входе 123 мм). Пластина А была подвергнута 27 проходам горячей прокатки, причем проход с высокой степенью обжатия был проходом номер 19. Пластина В была подвергнута 25 проходам горячей прокатки, причем проход с высокой степенью обжатия был проходом номер 17.The rolled ingots were approximately 400 mm thick. Homogenization of the ingots was carried out in a two-stage homogenization procedure at a temperature of 465 ° C (first stage) and 475 ° C (second stage), followed by cooling to ambient temperature. After removing the surface layer, the ingots were preheated to 410 ° C for hot rolling. Hot rolling was carried out in a hot rolling mill whose work rolls have a radius of approximately 575 mm. Batches A and B were processed in accordance with the present invention, i. E. both batches were subjected to a high reduction pass during the hot rolling process. During the high reduction rolling pass, batch A underwent a thickness reduction of about 30% (from 167 mm to 117 mm) and batch B underwent a thickness reduction of about 28% (from 165 mm to 118 mm). The rolling speed during this high reduction pass was approximately 25 m / min, giving a deformation rate of approximately 0.53 s -1 . Batches C, D and E were processed according to the conventional hot rolling method (thickness reduction from 9% to 18% for each hot rolling pass from 220 mm to 80 mm). The rolling speed during standard hot rolling passes was approximately 105 m / min, giving a strain rate of 1.61 s -1 (entry thickness 188 mm) to 2.27 s -1 (entry thickness 123 mm). Plate A was subjected to 27 hot rolling passes, with the high reduction pass being pass number 19. Plate B was subjected to 25 hot rolling passes, with the high reduction pass being pass number 17.

Пластины А, С и Е имели конечную толщину 19 мм после процесса горячей прокатки, а пластины В и D имели конечную толщину 25,4 мм после процесса горячей прокатки. После горячей прокатки все пластины с конечной толщиной были подвергнуты термообработке на твердый раствор при температуре приблизительно 470°С, закалке и растяжению на приблизительно 2%. Применяли этап искусственного старения с доведением пластинчатых изделий до состояния Т7951.Plates A, C and E had a final thickness of 19 mm after the hot rolling process, and plates B and D had a final thickness of 25.4 mm after the hot rolling process. After hot rolling, all final thickness plates were solution heat treated at about 470 ° C., quenched and stretched by about 2%. The stage of artificial aging was used to bring the plate products to the T7951 state.

Испытание на усталость выполняли согласно стандарту DIN EN 6072 с использованием испытательного образца с одним отверстием, имеющего коэффициент концентрации результирующих напряжений Kt, равный 2,3. Испытательные образцы имели длину 150 мм, ширину 30 мм и толщину 3 мм с одним отверстием диаметром 10 мм. Отверстие было раззенковано до глубины 0,3 мм с каждой стороны. Испытательные образцы подвергали осевому напряжению с коэффициентом напряжения (минимальная нагрузка/максимальная нагрузка) R=0,1. Частота испытаний составляла 25 Гц, причем испытания выполняли на воздухе с высокой влажностью (RH ≥ 90%). Отдельные результаты этих испытаний показаны в таблице 2 и на фиг. 1 и 2. Линии на фиг. 2 представляют собой интерполяцию по вычисленным средним логарифмическим точкам данных.The fatigue test was carried out according to DIN EN 6072 using a single hole test piece having a stress concentration factor Kt of 2.3. The test pieces were 150 mm long, 30 mm wide and 3 mm thick with one 10 mm diameter hole. The hole was countersunk to a depth of 0.3 mm on each side. The test pieces were subjected to axial stress with a stress ratio (minimum load / maximum load) R = 0.1. The test frequency was 25 Hz, and the tests were carried out in air with high humidity (RH ≥ 90%). The individual results of these tests are shown in Table 2 and in FIG. 1 and 2. The lines in FIG. 2 represent interpolation over the calculated log mean data points.

Figure 00000007
Figure 00000007

На фиг. 1 изображено, что благодаря способу по настоящему изобретению можно существенно повысить усталостную долговечность и, таким образом, сопротивление усталостному разрушению по сравнению с пластинами из сплава АА7055, полученными с помощью традиционных способов. Например, при приложенном напряжении в рабочем сечении 175 МПа, пластина А имеет долговечность 470421 цикл, что представляет собой улучшение долговечности в 3,2 раза по сравнению со сплавом АА7055, т.е. сплавами С и Е, которые имеют долговечность 142655 циклов. Соответственно, в сплавах, полученных с помощью способа по настоящему изобретению и имеющих конечную толщину 19 мм, долговечность 200000 циклов (см. логарифмическую среднюю кривую на фиг. 2) соответствует максимальному результирующему напряжению приблизительно 210 МПа для настоящего изобретения по сравнению с 175 МПа в сплаве 7055, полученном согласно традиционному стандартному процессу. Это представляет улучшение более чем на 20%, которое производитель самолетов может использовать для увеличения расчетных напряжений самолета, тем самым снижая массу, при сохранении того же интервала между осмотрами самолета.FIG. 1 shows that the method of the present invention can significantly improve the fatigue life and thus the fatigue fracture resistance compared to AA7055 plates produced by conventional methods. For example, at an applied stress in the working section of 175 MPa, plate A has a service life of 470 421 cycles, which represents an improvement in the service life by a factor of 3.2 in comparison with the AA7055 alloy, i.e. alloys C and E, which have a durability of 142655 cycles. Accordingly, in the alloys prepared by the method of the present invention and having a final thickness of 19 mm, a durability of 200,000 cycles (see the log average curve in FIG. 2) corresponds to a maximum net stress of about 210 MPa for the present invention, compared to 175 MPa in the alloy. 7055 prepared according to a traditional standard process. This represents an improvement of more than 20% that an aircraft manufacturer can use to increase the design stresses of the aircraft, thereby reducing weight while maintaining the same aircraft inspection interval.

На фиг. 2 показано среднее логарифмическое партий А и В, изготовленных с помощью способа согласно настоящему изобретению, по сравнению со средним логарифмическим партий С, D и Е, изготовленных с помощью традиционного способа, из одного и того сплава, представленного на фиг. 1, причем линии показывают интерполяцию по вычисленным логарифмическим средним точкам данных. Глядя на эту фигуру становится очевидно, что способ по настоящему изобретению ведет к улучшению усталостной долговечности по сравнению с традиционными способами при использовании того же состава сплава.FIG. 2 shows the log average of batches A and B made using the method of the present invention compared to the log average of batches C, D and E made using the conventional method from the same alloy shown in FIG. 1, with the lines showing interpolation from the calculated log averages of the data. Looking at this figure, it becomes apparent that the method of the present invention leads to improved fatigue life compared to conventional methods using the same alloy composition.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными ранее вариантами осуществления, которые могут широко варьироваться в пределах объема настоящего изобретения, определенного следующей приложенной формулой изобретения.The present invention is not limited to the previously described embodiments, which may vary widely within the scope of the present invention as defined by the following appended claims.

Claims (27)

1. Способ изготовления пластинчатого изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, причем способ включает следующие этапы:1. A method of manufacturing a plate product from an aluminum alloy of the 7xxx series, the method comprising the following steps: (a) литье слитка из алюминиевого сплава серии 7ххх, причем алюминиевый сплав, в мас. %:(a) casting an ingot from an aluminum alloy of the 7xxx series, where the aluminum alloy, in wt. %: ZnZn 5-95-9 MgMg 1-31-3 CuCu 0-30-3 FeFe до 0,20up to 0.20 SiSi до 0,15up to 0.15 ZrZr до 0,5, предпочтительно 0,03-0,20up to 0.5, preferably 0.03-0.20 Алюминй и примеси Aluminum and impurities остальное rest
(b) гомогенизацию и/или предварительный нагрев отлитого слитка;(b) homogenizing and / or preheating the cast ingot; (c) горячую прокатку слитка с получением пластинчатого изделия за счет прокатки слитка за несколько проходов прокатки, отличающийся тем, что, когда промежуточная толщина пластины составляет от 80 до 220 мм, осуществляют по меньшей мере один проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия с уменьшением толщины по меньшей мере на 25%, при этом скорость деформации во время по меньшей мере одного прохода горячей прокатки с высокой степенью обжатия составляет < 1 с-1,(c) hot rolling the ingot into a plate product by rolling the ingot in several rolling passes, characterized in that when the intermediate plate thickness is 80 to 220 mm, at least one hot rolling pass is performed at a high reduction ratio with a decrease in thickness by at least 25%, wherein the deformation rate during at least one pass of hot rolling with a high reduction ratio is <1 s -1 , причем пластинчатое изделие имеет конечную толщину менее 75 мм, предпочтительно менее 50 мм.moreover, the plate product has a final thickness of less than 75 mm, preferably less than 50 mm. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ дополнительно включает следующие этапы:2. The method according to claim 1, wherein the method further comprises the following steps: (d) термообработка на твердый раствор пластинчатого изделия;(d) solution heat treatment of the plate product; (e) охлаждение, предпочтительно посредством закалки, пластинчатого изделия, подвергнутого термообработке на твердый раствор;(e) cooling, preferably by quenching, the solution heat treated plate product; (f) необязательно растяжение пластинчатого изделия, подвергнутого термообработке на твердый раствор и охлаждению, и(f) optionally stretching the solution heat treated plate product and cooling, and (g) искусственное старение пластинчатого изделия, подвергнутого термообработке на твердый раствор и охлаждению.(g) artificial aging of the plate product subjected to solution heat treatment and cooling. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что проход горячей прокатки с высокой степенью обжатия осуществляют с уменьшением толщины по меньшей мере на 30%, предпочтительно по меньшей мере на 35%.3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the hot rolling pass with a high reduction ratio is performed with a thickness reduction of at least 30%, preferably at least 35%. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что скорость деформации во время прохода горячей прокатки с высокой степенью обжатия составляет ≤0,8 с-1.4. A method according to any one of claims. 1-3, characterized in that the deformation rate during the hot rolling pass with a high reduction ratio is ≤0.8 s -1 . 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что промежуточная толщина пластины до прохода горячей прокатки с высокой степенью обжатия составляет от 100 мм до 200 мм, предпочтительно от 120 мм до 200 мм.5. The method according to any one of claims. 1-4, characterized in that the intermediate plate thickness before the hot rolling pass with a high reduction ratio is from 100 mm to 200 mm, preferably from 120 mm to 200 mm. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что содержание Si и/или содержание Fe в алюминиевом сплаве равно 0,05 мас. % или более.6. The method according to any one of claims. 1-5, characterized in that the Si content and / or the Fe content in the aluminum alloy is 0.05 wt. % or more. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что алюминиевый сплав содержит, мас.%:7. A method according to any one of claims. 1-6, characterized in that the aluminum alloy contains, wt%: ZnZn 5-9, предпочтительно 5,5-8,55-9, preferably 5.5-8.5 MgMg 1-31-3 CuCu 0-3, предпочтительно 0,3-30-3, preferably 0.3-3 SiSi до 0,15, предпочтительно до 0,10up to 0.15, preferably up to 0.10 FeFe до 0,20, предпочтительно до 0,15up to 0.20, preferably up to 0.15
один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:one or more elements selected from the group consisting of the following: Ti Ti до 0,3 up to 0.3 Cr Cr до 0,4 up to 0.4 Sc Sc до 0,5 up to 0.5 Hf Hf до 0,3up to 0.3 Mn Mn до 0,4up to 0.4 V V до 0,4 up to 0.4 Ag Ag до 0,5 up to 0.5 Алюминий и примеси Aluminum and impurities остальноеrest
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что алюминиевый сплав имеет состав, соответствующий АА7055.8. The method according to any one of claims. 1-7, characterized in that the aluminum alloy has a composition corresponding to AA7055. 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что конечная толщина пластинчатого изделия составляет менее 45 мм, предпочтительно менее 40 мм и более предпочтительно менее 35 мм.9. A method according to any one of claims. 1-8, characterized in that the final thickness of the plate product is less than 45 mm, preferably less than 40 mm, and more preferably less than 35 mm. 10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что конечная толщина пластинчатого изделия составляет более 10 мм, предпочтительно более 12,5 мм, более предпочтительно более 15 мм и наиболее предпочтительно более 19 мм.10. The method according to any one of claims. 1-9, characterized in that the final thickness of the plate product is more than 10 mm, preferably more than 12.5 mm, more preferably more than 15 mm and most preferably more than 19 mm. 11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что на этапе (с) способа температура на входе в стан горячей прокатки составляет более 380°С, предпочтительно более 390°С.11. The method according to any one of claims. 1-10, characterized in that in step (c) of the method, the temperature at the entrance to the hot rolling mill is more than 380 ° C, preferably more than 390 ° C. 12. Способ по любому из пп. 2-11, отличающийся тем, что пластинчатое изделие подвергают искусственному старению до достижения степени твердости Т7, предпочтительно до достижения степени твердости Т79 или Т77.12. The method according to any one of claims. 2-11, characterized in that the plate-like product is artificially aged until the hardness level T7 is reached, preferably until the hardness level T79 or T77 is reached. 13. Пластинчатое изделие из алюминиевого сплава, отличающееся тем, что оно изготовлено посредством способа по любому из пп. 1-12.13. A plate product made of an aluminum alloy, characterized in that it is made by means of a method according to any one of claims. 1-12. 14. Конструктивный элемент для авиакосмического применения, изготовленный из пластинчатого изделия из алюминиевого сплава, полученного с помощью способа по любому из пп. 1-12.14. Structural element for aerospace applications, made of a plate product from an aluminum alloy obtained using the method according to any one of paragraphs. 1-12. 15. Применение пластинчатого изделия из алюминиевого сплава, изготовленного по любому из пп. 1-12, для изготовления конструктивного элемента для авиакосмического применения.15. The use of a plate product from an aluminum alloy made according to any one of paragraphs. 1-12 for the manufacture of a structural member for aerospace applications.
RU2020140617A 2018-06-12 2019-06-05 Method for manufacturing plate product made of aluminum alloy of 7xxx series, which has improved fatigue resistance RU2757280C1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18177389.6 2018-06-12
EP18177389 2018-06-12
PCT/EP2019/064719 WO2019238509A1 (en) 2018-06-12 2019-06-05 Method of manufacturing a 7xxx-series aluminium alloy plate product having improved fatigue failure resistance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757280C1 true RU2757280C1 (en) 2021-10-12

Family

ID=62620795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140617A RU2757280C1 (en) 2018-06-12 2019-06-05 Method for manufacturing plate product made of aluminum alloy of 7xxx series, which has improved fatigue resistance

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20210246523A1 (en)
EP (1) EP3807434B1 (en)
JP (1) JP7282106B2 (en)
KR (1) KR102547038B1 (en)
CN (1) CN112262223B (en)
BR (1) BR112020023249A2 (en)
CA (1) CA3100242C (en)
ES (1) ES2929839T3 (en)
PT (1) PT3807434T (en)
RU (1) RU2757280C1 (en)
WO (1) WO2019238509A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2929001T3 (en) * 2019-12-23 2022-11-24 Novelis Koblenz Gmbh Manufacturing process of an aluminum alloy rolled product
CN111118418B (en) * 2019-12-27 2020-12-29 燕山大学 Aging treatment method for improving toughness of Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy, high-toughness aluminum alloy and preparation method thereof
CN113528866B (en) * 2021-06-16 2022-05-20 天津忠旺铝业有限公司 Preparation method of high-strength corrosion-resistant 7xxx aluminum alloy plate for aviation
CN113430431B (en) * 2021-06-16 2022-08-05 山东南山铝业股份有限公司 High-damage-tolerance 7-series aluminum alloy thick plate for aviation and preparation method thereof
CN113667867A (en) * 2021-07-30 2021-11-19 宁波吉胜铸业有限公司 High-strength connecting piece

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2425902C2 (en) * 2005-02-10 2011-08-10 АЛКАН РОЛЛД ПРОДАКТС-РЕЙВЕНСВУД ЭлЭлСи Al-Zn-Cu-Mg ALLOYS ON BASE OF ALUMINIUM, PROCEDURES FOR THEIR PRODUCTION AND IMPLEMENTATION
RU2443797C2 (en) * 2006-07-07 2012-02-27 Алерис Алюминум Кобленц Гмбх Products from aluminium alloy of aa7000 series and their manufacturing method
US20140224386A1 (en) * 2003-04-10 2014-08-14 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Al-Zn-Mg-Cu ALLOY WITH IMPROVED DAMAGE TOLERANCE-STRENGTH COMBINATION PROPERTIES
RU2569275C1 (en) * 2014-11-10 2015-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Plate from high-strength aluminium alloy and method of its production
EP3101149A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-07 Kaiser Aluminum Fabricated Products, LLC High strength 7xxx series aluminum alloy products and methods of making such products

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221377A (en) 1987-09-21 1993-06-22 Aluminum Company Of America Aluminum alloy product having improved combinations of properties
FR2715408A1 (en) 1994-01-25 1995-07-28 Pechiney Rhenalu Structurally hardenable aluminium@ alloy plate
US5772800A (en) * 1994-06-09 1998-06-30 Hoogovens Aluminium Walzprodukte Gmbh Aluminium alloy plate and method for its manufacture
JPH11140610A (en) 1997-11-13 1999-05-25 Furukawa Electric Co Ltd:The Production of aluminum alloy structural material excellent in toughness and weldability
JP3926934B2 (en) * 1998-10-15 2007-06-06 株式会社神戸製鋼所 Aluminum alloy plate
NL1018817C2 (en) 2001-08-24 2003-02-25 Corus Technology B V Method for processing a continuously cast metal slab or belt, and plate or belt thus produced.
EP1565586B1 (en) 2002-11-15 2009-06-10 Alcoa Inc. Aluminum alloy product having improved combinations of properties
JP2007182628A (en) * 2006-12-25 2007-07-19 Kobe Steel Ltd Aluminum alloy sheet and method of producing the same
JP2009167464A (en) * 2008-01-16 2009-07-30 Furukawa-Sky Aluminum Corp Method for producing aluminum alloy material having excellent toughness
US9469892B2 (en) 2010-10-11 2016-10-18 Engineered Performance Materials Company, Llc Hot thermo-mechanical processing of heat-treatable aluminum alloys
JP5758676B2 (en) * 2011-03-31 2015-08-05 株式会社神戸製鋼所 Aluminum alloy plate for forming and method for producing the same
CN103540880B (en) * 2013-09-30 2015-08-26 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 A kind of Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy strengthens tough aging process
CN103469035B (en) * 2013-10-08 2015-08-19 湖南大学 A kind of high-strength, lightweight, anti-corrosion, the Al-Zn-Mg alloy that can weld and preparation method
WO2015132932A1 (en) 2014-03-06 2015-09-11 株式会社Uacj Structural aluminum alloy and process for producing same
CN108220699B (en) * 2018-01-12 2019-10-22 北京科技大学 The preparation method of body structural member High-strength high-plasticity aluminum alloy double-layer composite board

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140224386A1 (en) * 2003-04-10 2014-08-14 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Al-Zn-Mg-Cu ALLOY WITH IMPROVED DAMAGE TOLERANCE-STRENGTH COMBINATION PROPERTIES
RU2425902C2 (en) * 2005-02-10 2011-08-10 АЛКАН РОЛЛД ПРОДАКТС-РЕЙВЕНСВУД ЭлЭлСи Al-Zn-Cu-Mg ALLOYS ON BASE OF ALUMINIUM, PROCEDURES FOR THEIR PRODUCTION AND IMPLEMENTATION
RU2443797C2 (en) * 2006-07-07 2012-02-27 Алерис Алюминум Кобленц Гмбх Products from aluminium alloy of aa7000 series and their manufacturing method
RU2569275C1 (en) * 2014-11-10 2015-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Plate from high-strength aluminium alloy and method of its production
EP3101149A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-07 Kaiser Aluminum Fabricated Products, LLC High strength 7xxx series aluminum alloy products and methods of making such products

Also Published As

Publication number Publication date
EP3807434B1 (en) 2022-09-14
KR20210020992A (en) 2021-02-24
BR112020023249A2 (en) 2021-02-23
PT3807434T (en) 2022-10-06
WO2019238509A1 (en) 2019-12-19
JP7282106B2 (en) 2023-05-26
EP3807434A1 (en) 2021-04-21
CN112262223A (en) 2021-01-22
KR102547038B1 (en) 2023-06-26
CA3100242A1 (en) 2019-12-19
CN112262223B (en) 2023-02-14
ES2929839T3 (en) 2022-12-02
CA3100242C (en) 2023-08-08
JP2021526591A (en) 2021-10-07
US20210246523A1 (en) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2757280C1 (en) Method for manufacturing plate product made of aluminum alloy of 7xxx series, which has improved fatigue resistance
JP7216200B2 (en) Method for producing 2xxx series aluminum alloy plate product with improved fatigue fracture resistance
KR102580143B1 (en) 7XXX-Series Aluminum Alloy Products
JP5149629B2 (en) Al-Zn-Cu-Mg alloy mainly composed of aluminum and method for producing and using the same
US8608876B2 (en) AA7000-series aluminum alloy products and a method of manufacturing thereof
KR102565183B1 (en) 7xxx-series aluminum alloy products
JP2020525649A (en) Al-Zn-Cu-Mg alloy and methods for producing the same
EP2662467A1 (en) Ultra-thick high strength 7xxx series aluminum alloy products and methods of making such products
US20210207254A1 (en) Al-Cu-Li-Mg-Mn-Zn ALLOY WROUGHT PRODUCT
JP2023549190A (en) Manufacturing method of 2XXX aluminum alloy products
JPWO2020148140A5 (en)
RU2778434C1 (en) 7xxx SERIES ALUMINUM ALLOY PRODUCT
RU2778466C1 (en) 7xxx SERIES ALUMINUM ALLOY PRODUCT