Изделие из алюминиевого сплава серии 7xxx
Изобретение относится к деформированному изделию, в частности к прокатному, экструдированному или кованому, из алюминиевого сплава серии 7ххх и может быть использовано в аэрокосмической промышленности. Деформированное изделие выполнено из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющего следующий состав, мас.%: Zn от 6,20 до 7,50, Mg от 2,15 до 2,85, Cu от 1,20 до 2,00, причем Cu+Mg<4,50, а Mg<2,5+5/3(Cu - 1,2), Fe до 0,25, Si до 0,25 и необязательно один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из Zr до 0,3, Cr до 0,3, Mn до 0,45, Ti до 0,25, Sc до 0,5, Ag до 0,5, остальное - алюминий и примеси, и дополнительно может содержать до 0,3% одного или более из V, Ni, Со, Nb, Mo, Ge, Er, Hf, Се, Y, Dy, Sr. Изобретение направлено на получение изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющего после старения высокую прочность и стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением и к водородному охрупчиванию. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к деформируемому алюминию типа Al-Zn-Mg-Cu (или алюминиевым сплавам серий 7000 или 7ххх, как это определено Ассоциацией производителей алюминия). Более конкретно, настоящее изобретение относится к упрочняемому старением, высокопрочному, высокоустойчивому к коррозионному растрескиванию под напряжением алюминиевому сплаву, который устойчив к водородному охрупчиванию, а также к изделиям из этого алюминиевого сплава. Изделия из этого сплава очень подходят для аэрокосмической промышленности, но не ограничиваются этим. Из алюминиевого сплава можно получать различные формы изделий, например, тонкий лист, толстый лист, экструдированные или кованые изделия.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе системы алюминий-цинк-магний-медь используются во многих областях применения. Обычно профиль свойств этих сплавов необходимо адаптировать к области применения, и трудно улучшить одно свойство, не оказывая отрицательного воздействия на другие свойства. Например, необходимо сбалансировать прочность и коррозионную стойкость, применив наиболее подходящую закалку для целевого применения. Другим важным свойством является устойчивость к водородному охрупчиванию, при котором хрупкое растрескивание материала может происходить, когда чувствительный сплав подвергается длительному напряжению в направлении ST в течение более длительных периодов времени во влажной атмосфере. Это явление, также известное как растрескивание под воздействием условий окружающей среды (ЕАС - англ.: environmentally assisted cracking), может стать проблемой для производителей компонентов, поскольку при определенных условиях может быть нарушена целостность конструкции. Чувствительность к этой форме ЕАС особенно наблюдалась в высокопрочных алюминиевых сплавах с высоким содержанием Zn. Следовательно, существует потребность в алюминиевых сплавах, которые сочетают в себе высокую прочность с хорошей стойкостью к SCC и в то же время имеют повышенную стойкость к явлению водородного охрупчивания.
Патентный документ ЕР-0863220-А1 (Alusuisse) раскрывает соединительный элемент, в частности винт или заклепку, изготовленный из сплава серии 7ХХХ определенного состава. Способ изготовления этого соединительного элемента включает литье заготовки, гомогенизацию и экструзию заготовки, отжиг на твердый раствор и закалку, холодную штамповку и искусственное старение, причем обратимый отжиг проводят при температуре от 180°С до 260°С в течение от 5 с до 120 мин до холодной штамповки. Никаких ссылок на устойчивость этого изделия к ЕАС не делается.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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 2018 г. и хорошо известны специалисту в данной области техники. Обозначения степени твердости установлены в европейском стандарте EN515.
Для любого описания составов сплавов или предпочтительных составов сплавов все ссылки на проценты даны в процентах по массе, если не указано иное.
Используемый в настоящем документе термин «около», когда он используется для описания диапазона составов или количества легирующей добавки, означает, что фактическое количество легирующей добавки может отличаться от номинального предполагаемого количества из-за таких факторов, как стандартные изменения параметров технологического процесса, как их понимают квалифицированные специалисты в данной области техники.
Используемые в настоящем документе термины «до» и «приблизительно до» явно предусматривают, помимо прочего, возможность нулевого массового процента конкретного легирующего компонента, к которому они относятся. Например, до 0,5% Sc может предусматривать алюминиевый сплав без Sc.
Целью настоящего изобретения является создание деформируемого изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющего улучшенный баланс высокой прочности и высокой стойкости к SCC, и имеющего улучшенную устойчивость к водородному охрупчиванию.
Эта и другие цели, а также дополнительные преимущества достигаются или превышаются настоящим изобретением, обеспечивающим деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх, предпочтительно имеющее толщину по меньшей мере 12,7 мм (0,5 дюйма) и имеющее состав, содержащий, в мас. %,
Zn от 6,20% до 7,50%,
Mg от 2,15% до 2,85%,
Cu от 1,20% до 2,00%,
и при условии, что содержание Cu и Mg такое, что Cu+Mg<4,50% и Mg<2,5+5/3 (Cu-1,2),
Fe до 0,25%, предпочтительно до 0,15%,
Si до 0,25%, предпочтительно до 0,15%,
и необязательно один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:
Zr до 0,3%,
Cr до 0,3%,
Mn до 0,45%,
Ti до 0,25%, предпочтительно до 0,15%,
Sc до 0,5%,
Ag до 0,5%,
остаток: алюминий и примеси. Как правило, такие примеси присутствуют в количестве каждая <0,05% и всего <0,15%.
Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющее улучшенный баланс высокой прочности и высокой стойкости к SCC, и имеющее хорошую устойчивость к водородному охрупчиванию.
В частности, деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх согласно настоящему изобретению подвергают старению для достижения двух или более из следующих свойств:
- условный предел текучести при растяжении (в МПа), измеренный в соответствии со стандартом ASTM-B557-15 в L-направлении, измеренный на четверть толщины более 470-0,12*(t-100) МПа (t - толщина изделия в мм). В предпочтительном варианте осуществления предел текучести при растяжении составляет >485-0,12 (t-100) МПа, предпочтительно >500-0,12 (t-100) МПа и более предпочтительно >510-0,12 (t-100) МПа.
- минимальный срок службы без разрушения из-за коррозионного растрескивания под напряжением (SCC - англ.: stress corrosion cracking), измеренный в соответствии с ASTM G47-98, по меньшей мере 20 дней, предпочтительно по меньшей мере 30 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST - англ.: short transverse) 170 МПа. В предпочтительном варианте осуществления при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) 205 МПа, а более предпочтительно 240 МПа.
- минимальный срок службы без разрушения из-за растрескивания под воздействием условий окружающей среды (ЕАС) во влажной атмосфере без хлорида натрия, измеренный с использованием конфигураций для испытания под постоянной нагрузкой в соответствии с ASTM G47-98 на круглых образцах для испытаний на растяжение ST, по меньшей мере 50 дней, предпочтительно по меньшей мере 95 дней, более предпочтительно по меньшей мере 140 дней, наиболее предпочтительно по меньшей мере 185 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) под постоянной нагрузкой 85% предела текучести (YS - англ.: Yield Strength) и при непрерывном воздействии температуры 70°С, и при относительной влажности (RH -англ.: relative humidity) 85%.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава имеет содержание Zn максимум 7,30% и предпочтительно максимум 7,10%. Предпочтительное минимальное содержание Zn составляет 6,40%, более предпочтительно 6,50%, более предпочтительно 6,60% и наиболее предпочтительно 6,75%.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава имеет содержание Cu максимум 1,90%, предпочтительно максимум 1,80%, более предпочтительно максимум 1,75% и наиболее предпочтительно максимум 1,70%. Предпочтительное минимальное содержание Cu составляет 1,30% и более предпочтительно 1,35%.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава имеет содержание Mg по меньшей мере 2,25%, предпочтительно по меньшей мере 2,30%, более предпочтительно по меньшей мере 2,35% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 2,45%. В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава имеет содержание Mg максимум 2,75%, предпочтительно максимум 2,60% и более предпочтительно максимум 2,55%.
В предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава содержит Zn от 6,40% до 7,30%, Mg от 2,25% до 2,75% и Cu от 1,25% до 1,90%, и при условии, что Cu+Mg<4,45 и Mg<2,55+2(Cu - 1,25).
В более предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава содержит Zn от 6,50% до 7,20%, Mg от 2,30% до 2,60% и Cu от 1,30% до 1,80%.
В более предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава содержит Zn от 6,75% до 7,10%, Mg от 2,35% до 2,55% и Cu от 1,35% до 1,75%.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава содержит Zn от 6,75% до 7,10%, Mg от 2,45% до 2,55% и Cu от 1,35% до 1,75%.
Обзор предпочтительных диапазонов Zn, Cu и Mg для деформируемого изделия из алюминиевого сплава согласно изобретению приведен в таблице 1 ниже.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава дополнительно содержит до 0,3% одного или более элементов, выбранных из группы, состоящей из V, Ni, Со, Nb, Mo, Ge, Er, Hf, Се, Y, Dy и Sr.
Содержание железа и кремния должно поддерживаться на значительном низком уровне, например, не более около 0,15% Fe, предпочтительно менее 0,10% Fe и не более около 0,15% Si и предпочтительно 0,10% Si или менее. В любом случае можно допустить еще немного более высокие уровни обеих примесей, максимум около 0,25% Fe и максимум около 0,25% Si, хотя в настоящем изобретении они являются менее предпочтительными.
Деформируемое изделие из алюминиевого сплава может содержать один или более образующих дисперсоид элементов для управления зернистой структурой и чувствительностью к закалке, выбранных из группы, состоящей из: Zr до 0,3%, Cr до 0,3%, Mn до 0,45%, Ti до 0,25%, Sc до 0,5%.
Предпочтительный максимум для уровня Zr составляет 0,25%. Подходящий диапазон уровня Zr составляет от около 0,03% до 0,25%, более предпочтительно от около 0,05% до 0,18% и наиболее предпочтительно от около 0,05% до 0,13%. Zr является предпочтительным образующим дисперсоид легирующим элементом в изделии из алюминиевого сплава согласно настоящему изобретению.
Добавление Sc предпочтительно составляет не более около 0,5%, более предпочтительно не более около 0,3% и наиболее предпочтительно не более около 0,25%. Предпочтительный нижний предел для добавления Sc составляет 0,03% и более предпочтительно 0,05%. В одном варианте осуществления в сочетании с Zr общее содержание Sc+Zr должно составлять менее 0,35%, предпочтительно менее 0,30%.
Другим образующим диспресоид элементом, который может быть добавлен отдельно или вместе с другими дисперсоидообразователями, является Cr. Уровни Cr должны быть предпочтительно ниже 0,3%, более предпочтительно максимум около 0,25% и наиболее предпочтительно максимум около 0,22%. Предпочтительный нижний предел для Cr будет составлять около 0,04%.
В другом варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава согласно изобретению не содержит Cr, с практической точки зрения это означало бы, что Cr считается примесью, и содержание Cr составляет до 0,05%, предпочтительно до 0,04% и более предпочтительно только до 0,03%.
Mn может быть добавлен как единственный дисперсоидообразователь или в комбинации с любым из других упомянутых дисперсоидообразователей. Максимум добавления Mn составляет около 0,4%. Практический диапазон добавления Mn составляет от около 0,05% до 0,4% и предпочтительно от около 0,05% до 0,3%. Предпочтительный нижний предел для добавления Mn составляет около 0,12%. В сочетании с Zr общее содержание Mn плюс Zr должно составлять менее около 0,4%, предпочтительно менее около 0,32%, а подходящий минимум составляет около 0,12%.
В другом варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава согласно изобретению не содержит Mn, с практической точки зрения это означало бы, что Mn считается примесью, и содержание Mn составляет до 0,05%, предпочтительно до 0,04% и более предпочтительно только до 0,03%.
В другом варианте осуществления каждый из Cr и Mn присутствует только на уровне примесей в изделии из деформируемого алюминиевого сплава. Предпочтительно совместное присутствие Cr и Mn составляет только до 0,05%, предпочтительно до 0,04% и более предпочтительно до 0,02%.
Серебро (Ag) в диапазоне до 0,5% может быть целенаправленно добавлено для дополнительного повышения прочности во время старения. Предпочтительный нижний предел для целевого добавления Ag будет составлять около 0,05% и более предпочтительно около 0,08%. Предпочтительный верхний предел будет составлять около 0,4%.
В одном варианте осуществления Ag представляет собой примесный элемент, и он может составлять до 0,05% и предпочтительно до 0,03%.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх, предпочтительно имеющее толщину по меньшей мере 12,7 мм (0,5 дюйма), имеет состав, содержащий, в мас. %,
Zn от 6,20% до 7,50%,
Mg от 2,15% до 2,85%,
Cu от 1,20% до 2,00%,
и при условии, что Cu+Mg<4,50 и Mg<2,5+5/3(Cu - 1,2),
Fe до 0,25%,
Si до 0,25%,
и необязательно один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:
Zr до 0,3%,
Cr до 0,3%,
Mn до 0,45%,
Ti до 0,25%,
Sc до 0,5%,
Ag до 0,5%,
Остаток: алюминий и примеси, каждая 0,05%, всего <0,15%, и с предпочтительными более узкими диапазонами состава, как описано и заявлено в настоящем документе.
Для обеспечения оптимального баланса прочности, стойкости к SCC и устойчивости к водородному охрупчиванию деформируемое изделие предпочтительно предоставляется в передержанном состоянии Т7. Более предпочтительно состояние Т7 выбрано из группы, состоящей из: Т73, Т74, Т76, Т77 и Т79.
В предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие предоставляется со степенью твердости Т74, более конкретно со степенью твердости Т7451 или со степенью твердости Т76, более конкретно со степенью твердости Т7651.
В предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие предоставляется со степенью твердости Т77, более конкретно со степенью твердости Т7751 или со степенью твердости Т79, более конкретно со степенью твердости Т7951.
В предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие согласно настоящему изобретению имеет номинальную толщину по меньшей мере 12,7 мм (0,5 дюйма). В дополнительном варианте осуществления толщина составляет по меньшей мере 25,4 мм (1,0 дюйма). В еще одном дополнительном варианте осуществления толщина составляет по меньшей мере 38,1 мм (1,5 дюйма) и предпочтительно по меньшей мере 76,2 мм (3,0 дюйма). В одном варианте осуществления максимальная толщина составляет 304,8 мм (12,0 дюйма). В предпочтительном варианте осуществления максимальная толщина составляет 254 мм (10,0 дюйма) и более предпочтительно 203,2 мм (8,0 дюйма).
Деформируемое изделие может быть предоставлено в различных формах, в частности в виде прокатного изделия, экструдированного изделия или кованого изделия.
В предпочтительном варианте осуществления деформируемое изделие предоставляется в виде прокатного изделия, в частности, в виде прокатного листового изделия.
В одном варианте осуществления деформируемое изделие представляет собой изделие для авиакосмической техники, в частности конструктивную деталь самолета, например, лонжерон крыла, нервюру крыла, обшивку крыла, балку пола или шпангоут фюзеляжа.
В конкретном варианте осуществления деформируемое изделие предоставляется в виде прокатного изделия, в идеале в виде конструктивной части самолета, имеющей толщину в диапазоне от 38,4 мм (1,5 дюйма) до 307,2 мм (12,0 дюйма) и с предпочтительными более узкими диапазонами, как описано и заявлено в настоящем документе, и предоставляется в состоянии Т7, более предпочтительно в состоянии Т74 или Т76. В этом варианте осуществления прокатное изделие имеет свойства, описанные и заявленные в настоящем документе.
В конкретном варианте осуществления деформируемое изделие предоставляется в виде прокатного изделия, в идеале в виде конструктивной части самолета, имеющей толщину в диапазоне от 38,1 мм (1,5 дюйма) до 304,8 мм (12,0 дюйма) и с предпочтительными более узкими диапазонами, как описано и заявлено в настоящем документе, и предоставляется в состоянии Т76, более предпочтительно в состоянии Т7651. В этом варианте осуществления прокатное изделие имеет свойства, описанные и заявленные в настоящем документе.
В дополнительном аспекте изобретения оно относится к способу производства деформируемого изделия из алюминиевого сплава серии 7ххх, предпочтительно имеющего толщину по меньшей мере 12,7 мм (0,5 дюйма), причем способ включает этапы в указанном порядке:
a. отливка материала в виде слитка из алюминиевого сплава серии АА7000 согласно настоящему изобретению;
b. предварительный нагрев и/или гомогенизация литого материала;
c. горячая обработка материала одним или несколькими способами, выбранными из группы, состоящей из прокатки, экструзии и ковки;
d. необязательно холодная обработка обработанного горячим способом материала;
e. термообработка на твердый раствор (SHT - англ.: solution heat treatment) обработанного горячим способом и необязательно обработанного холодным способом материала;
f. охлаждение материала SHT, предпочтительно путем закалки распылением или закалки погружением в воду или другую закалочную среду;
g. необязательное растяжение или сжатие охлажденного материала SHT или иная холодная обработка охлажденного материала SHT для снятия напряжений, например, выравнивание, вытягивание или холодная прокатка охлажденного материала SHT;
h. искусственное старение охлажденного и необязательно растянутого или сжатого или иным образом обработанного холодным способом материала SHT для достижения требуемой степени твердости, предпочтительно до состояния Т7.
Алюминиевый сплав может быть предоставлен в виде слитка, сляба или заготовки для изготовления подходящего деформируемого изделия с помощью методов литья, обычных в данной области техники для литых изделий, например, литья с прямым охлаждением (DC - англ.: direct chill), электромагнитного литья (ЕМС - англ.: electromagnetic casting), литья с электромагнитным перемешиванием (EMS - англ.: electromagnetic stirring). 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 меньшей толщины. Также можно использовать добавки, измельчающие зерна, например, содержащие титан и бор или титан и углерод, что хорошо известно в данной области техники. Содержание Ti в алюминиевом сплаве составляет до 0,25%, предпочтительно до 0,15% и более предпочтительно в диапазоне от 0,01% до 0,1%. Необязательно, в литом слитке можно снять напряжения, например, выдерживая его при температуре в диапазоне от около 350°С до 450°С с последующим медленным охлаждением до температуры окружающей среды. После литья материала сплава со слитка обычно снимают поверхностный слой для удаления зон сегрегации возле литой поверхности слитка.
Термообработка с гомогенизацией преследует по меньшей мере 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.
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, выдержки и охлаждения с одним или более этапами выдержки применяемому к прокатываемому слитку, в котором конечная температура после гомогенизации равна температуре окружающей среды.
Обычную обработку с предварительным нагревом для сплава серии АА7ххх, используемого в способе согласно настоящему изобретению, осуществляют при температуре от 390°С до 450°С с временем выдержки в диапазоне от 2 до 50 часов, обычно в течение 2-20 часов.
Сначала растворимые эвтектические фазы и/или интерметаллические фазы, такие как S-фаза, Т-фаза и М-фаза в материале сплава, растворяют с использованием стандартной промышленной практики. Это, как правило, осуществляют путем нагрева материала до температуры менее 500°С, как правило, в диапазоне от 450°С до 485°С, поскольку S-фаза (фаза Al2MgCu) имеет температуру плавления приблизительно 489°С в сплавах серии АА7ххх, а М-фаза (фаза MgZn2) имеет температуру плавления приблизительно 478°С. Это может быть достигнуто посредством обработки с гомогенизацией в указанном диапазоне температур и охлаждения до температуры горячей прокатки, или после гомогенизации материал затем охлаждают и повторно нагревают перед горячей прокаткой. 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 сплава серии АА7ххх. Например, в двухэтапном процессе первый этап осуществляют в диапазоне температур от 455°С до 470°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.
Время выдержки при температуре гомогенизации находится в диапазоне от 1 до 50 часов, а более типично от 2 до 20 часов. Скорости нагрева, которые могут применяться, являются обычными в данной области техники.
После предварительного нагрева и/или гомогенизации материал подвергают горячей обработке одним или более способами, выбранными из группы, состоящей из прокатки, экструзии и ковки. Для настоящего изобретения предпочтителен способ горячей прокатки.
Горячая обработка и, в частности, горячая прокатка могут выполняться до конечной толщины предпочтительно 12,7 мм (0,5 дюйма) или более.
В одном варианте осуществления листовой материал подвергают горячей прокатке на первом этапе горячей прокатки до промежуточной толщины после горячей прокатки с последующим этапом промежуточного отжига и затем горячей прокаткой на втором этапе горячей прокатки до конечной толщины после горячей прокатки.
В другом варианте осуществления листовой материал подвергают горячей прокатке на первом этапе горячей прокатки до промежуточной толщины после горячей прокатки с последующей обработкой рекристаллизационным отжигом при температуре до диапазона температур SHT и затем горячей прокаткой на втором этапе горячей прокатки до конечной толщины после горячей прокатки. Это улучшит изотропность свойств и может дополнительно увеличить минимальный срок службы без разрушения из-за ЕАС.
Альтернативно этап горячей обработки может быть выполнен для получения материала промежуточной толщины. После этого материал промежуточной толщины может быть подвергнут холодной обработке, например, прокаткой до конечной толщины. В зависимости от объема холодной обработки может использоваться промежуточный отжиг до или во время операции холодной обработки.
Следующим этапом процесса является термообработка на твердый раствор (SHT) обработанного горячим способом и необязательно обработанного холодным способом материала. Изделие необходимо нагреть, чтобы перевести в раствор как можно больше всех или по существу всех порций растворимого цинка, магния и меди. SHT предпочтительно проводят в том же диапазоне температур и времени, что и обработку гомогенизацией согласно настоящему изобретению, как изложено в этом описании, вместе с предпочтительными более узкими диапазонами. Однако считается, что также более короткое время выдержки все еще может быть очень полезным, например, в диапазоне от около 2 до 180 минут.SHT обычно проводят в печи периодического или непрерывного действия. После SHT важно, чтобы алюминиевый сплав был охлажден с высокой скоростью охлаждения до температуры 175°С или ниже, предпочтительно до температуры окружающей среды, чтобы предотвратить или свести к минимуму неконтролируемое выделение вторичных фаз, например, Al2CuMg и Al2Cu, и/или MgZn2. С другой стороны, скорости охлаждения предпочтительно не должны быть слишком высокими, чтобы обеспечить достаточную плоскостность и низкий уровень остаточных напряжений в изделии. Подходящие скорости охлаждения могут быть достигнуты с использованием воды, например, погружение в воду или водяные струи.
Материал может быть подвергнут дополнительной холодной обработке, например, растяжением в диапазоне от около 0,5% до 8% от его исходной длины, чтобы снять в нем остаточные напряжения и улучшить плоскостность изделия. Предпочтительно растяжение находится в диапазоне от около 0,5% до 6%, более предпочтительно от около 1% до 3%. После охлаждения материал подвергают искусственному старению, предпочтительно для обеспечения состояния Т7, более предпочтительно состояния Т7х51.
Требуемый конструкционный профиль или конструкционный профиль близкий к заданному затем получают в результате механической обработки из этих пластинчатых секций, подвергнутых тепловой обработке, чаще, например, после искусственного старения.
SHT, закалка, необязательные операции по снятию напряжений и искусственное старение также используются при производстве секций, изготовленных посредством этапов обработки экструзией или ковкой.
После этого полного описания изобретения для специалиста в данной области техники будет очевидно, что многие изменения и модификации могут быть выполнены без отступления от сущности или объема изобретения, как описано в настоящем документе.
1. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющее состав, содержащий, мас. %:
Zn от 6,20 до 7,50,
Mg от 2,15 до 2,85,
Cu от 1,20 до 2,00,
и причем Cu+Mg<4,50, и причем Mg<2,5+5/3(Cu - 1,2),
Fe до 0,25,
Si до 0,25,
и необязательно один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:
Zr до 0,3,
Cr до 0,3,
Mn до 0,45,
Ti до 0,25,
Sc до 0,5,
Ag до 0,5,
остаток - алюминий и примеси.
2. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх, имеющее состав, содержащий, мас. %:
Zn от 6,20 до 7,50,
Mg от 2,15 до 2,85,
Cu от 1,20 до 2,00,
и причем Cu+Mg<4,50, и причем Mg<2,5+5/3(Cu - 1,2),
Fe до 0,25,
Si до 0,25,
дополнительно содержащее до 0,3% одного или более из V, Ni, Со, Nb, Mo, Ge, Er, Hf, Се, Y, Dy, Sr
и необязательно один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из следующего:
Zr до 0,3,
Cr до 0,3,
Mn до 0,45,
Ti до 0,25,
Sc до 0,5,
Ag до 0,5,
остаток - алюминий и примеси.
3. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по п. 1 или 2, отличающееся тем, что содержание Mg составляет по меньшей мере 2,25% и предпочтительно по меньшей мере 2,30%.
4. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что содержание Zn составляет по меньшей мере 6,50% и предпочтительно >6,70%.
5. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит, мас.%:
Zn от 6,40 до 7,30,
Mg от 2,25 до 2,75,
Cu от 1,25 до 1,90,
и причем Cu+Mg<4,45, и причем Mg<2,55+2(Cu - 1,25).
6. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что содержит, мас.%:
Zn от 6,50 до 7,20,
Mg от 2,30 до 2,60,
Cu от 1,30 до 1,80.
7. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что содержит, мас.%:
Zn от 6,75 до 7,10,
Mg от 2,35 до 2,55,
Cu от 1,35 до 1,75.
8. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что содержит, мас.%:
Zn от 6,75 до 7,10,
Mg от 2,45 до 2,55,
Cu от 1,35 до 1,75.
9. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что указанное изделие имеет содержание Zr в диапазоне от 0,03 до 0,25% и предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,18%.
10. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что указанное изделие имеет содержание Cr в диапазоне от 0,04 до 0,3% и предпочтительно в диапазоне от 0,04 до 0,25%.
11. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что указанное изделие имеет содержание Cr до 0,05%, предпочтительно до 0,03%.
12. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что указанное изделие имеет содержание Mn в диапазоне от 0,05 до 0,4% и предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,3%.
13. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что указанное изделие имеет содержание Mn до 0,05% и предпочтительно до 0,03%.
14. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по пп. 11 и 13, отличающееся тем, что указанное изделие имеет общее содержание Mn+Cr до 0,05%.
15. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-14, отличающееся тем, что указанное изделие имеет толщину по меньшей мере 12,7 мм.
16. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой изделие для авиакосмической техники.
17. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-16, отличающееся тем, что указанное изделие находится в состоянии Т7.
18. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по п. 17, отличающееся тем, что изделие находится в состоянии Т7, выбранном из группы, состоящей из Т73, Т74, Т76, Т77 и Т79, и предпочтительно выбранном из группы, состоящей из Т7451, Т7651, Т7751 и Т7951.
19. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-18, отличающееся тем, что изделие имеет толщину по меньшей мере 25,4 мм, более предпочтительно по меньшей мере 38,1 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 76,8 мм и предпочтительно не более 304,8 мм.
20. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-19, отличающееся тем, что указанное изделие имеет форму прокатного, экструдированного или кованого изделия.
21. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-20, отличающееся тем, что изделие имеет форму прокатного изделия.
22. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-21, отличающееся тем, что указанное изделие подвергнуто старению для достижения:
- условного предела текучести при растяжении (в МПа), измеренного в L-направлении на четверть толщины, более 470-0,12*(t-100) МПа, где t - толщина изделия в мм;
- минимального срока службы без разрушения из-за коррозионного растрескивания под напряжением (SCC), измеренного в соответствии с ASTM G47-98, по меньшей мере 20 дней, предпочтительно по меньшей мере 30 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) 170 МПа;
- минимального срока службы без разрушения из-за растрескивания под воздействием условий окружающей среды (ЕАС) во влажной атмосфере без хлорида натрия, измеренного с использованием конфигураций для испытания под постоянной нагрузкой в соответствии с ASTM G47-98 на круглых образцах для испытаний на растяжение ST, по меньшей мере 50 дней, предпочтительно по меньшей мере 95 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) под постоянной нагрузкой 85% предела текучести (YS) и при непрерывном воздействии температуры 70°С, и при относительной влажности (RH) 85%.
23. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-22, отличающееся тем, что указанное изделие подвергнуто старению для достижения:
- условного предела текучести при растяжении (в МПа), измеренного в L-направлении на четверть толщины, более 485-0,12*(t-100) МПа, где t - толщина изделия в мм, и предпочтительно более 500-0,12*(t-100) МПа;
- минимального срока службы без разрушения из-за коррозионного растрескивания под напряжением (SCC), измеренного в соответствии с ASTM G47-98, по меньшей мере 30 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) 205 МПа и предпочтительно при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) 240 МПа;
- минимального срока службы без разрушения из-за растрескивания под воздействием условий окружающей среды (ЕАС) во влажной атмосфере без хлорида натрия, измеренного с использованием конфигураций для испытания под постоянной нагрузкой в соответствии с ASTM G47-98 на круглых образцах для испытаний на растяжение ST, по меньшей мере 140 дней, предпочтительно по меньшей мере 185 дней при уровне напряжения в поперечном по высоте направлении (ST) под постоянной нагрузкой 85% предела текучести (YS) и при непрерывном воздействии температуры 70°С, при относительной влажности (RH) 85%.
24. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-23, отличающееся тем, что деформируемое изделие представляет собой конструктивную деталь самолета.
25. Деформируемое изделие из алюминиевого сплава серии 7ххх по любому из пп. 1-24, отличающееся тем, что деформируемое изделие представляет собой конструктивную деталь самолета, выбранную из группы, состоящей из лонжерона крыла, нервюры крыла, обшивки крыла, балки пола и шпангоута фюзеляжа.
