[发明专利]低内应力的Al－Zn－Cu－Mg合金高强度板材

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种减小高强度7xxx系列铝合金板材厚度上的残余应力水平的方法，所述合金经过永久伸长的拉伸。

                      背景技术

已知在7xxx系列铝合金中，淬火后立即开始时效(maturation)(自然时效处理(vieillissement naturel))。其依据的微结构机理与通过成核作用形成纪尼埃-普雷斯顿区(zone Guinier-Preston)相关，还与从过饱和铝基体中沉积出的亚稳相的形成相关。成核作用和这些沉积物的生长导致弹性极限的迅速增加，因为这些沉积物阻止位错在晶体网格间移动。通过这些机制而在厚板材中给定点的硬化作用程度取决于化学组成、淬火速度、金属晶粒和亚晶粒结构以及晶体织构(texture cristallographique)。

高强度7xxx系列合金板材(含有或不含铜的Al-Zn-Mg型合金)在其经过固溶热处理后必须迅速淬火，以使其在回火后在其整个厚度中表现出高水平的机械特性。淬火时临近高强度板材表面的高的热梯度导致不均匀塑性应变。因此，当板材完全冷却后，含有残余应力(内应力)。更具体而言，压缩应力位于表面附近，而拉伸应力位于中间位置。应力的大小取决于合金和材料结构，以及固溶热处理和淬火方法；其数量级为200MPa。对于7xxx型合金中的残余应力的详细描述可见于下列文献：

J.C.Chevrier，F.Moreaux，G.Beck，J.Bouvaist，″Contribution  à l′étude des contraintes thermiques detrempe.Application aux alliages d′aluminium.″MémoiresScientifiques-Revue de Métallurgie vol 72，No.1，p.83-94(1975)；P.Jeanmart，J.Bouvaist，″Finite elementcalculation and measurement of thermal stresses inquenched plate of high-strength 7075 aluminium alloy″，Materials Science and Technology Vol.1，No.10，p.765-769(1985)；D.Godard，Doctoral thesis，InstitutNational Polytechnique de Lorraine，Nancy 1999，particularly pages 285-290 and 209-250.

减小7xxx系列合金板材残余应力的最常用方法利用了塑性应变，即通过在L方向上拉伸或者在ST方向上压缩。这些方法的优点是在之后的回火步骤中不显著影响材料的硬化潜能。一般认为拉伸比压缩更有效，因为其通常导致更均匀的塑性应变。

美国专利6,159,315和6,406,567(Corus Aluminum WalzprodukteGmbH)公开了将经过固溶热处理和淬火的板材的应力减小的方法，包括首先在L方向上的冷拉伸步骤并继之以ST方向上的冷压步骤。

专利申请WO2004/053180(Pechiney Rhenalu)公开了一种通过边缘压缩减小板材中的残余应力的方法。但是，尽管其能够获得具有低残余能量的板材，但这种压缩方法难于实施。

塑性应变一般能够将残余应力减小到约十分之一。这在图2中有所显示。然而在实践中，被认为相同的较厚半成品中，残余应力也会差异显著。这可能与其化学组成的不同有关，而且主要与生产中的工艺参数例如铸造、轧制、淬火、拉伸和回火的不同有关；这些工艺参数对成品中的残余应力水平的影响目前还未完全了解。工艺的某些改变确实导致残余应力水平的降低(例如选择更慢的淬火或更高的回火温度)，但其也改变一些特性之间的平衡关系，而这种平衡关系对于结构上的应用是很重要的，所述特性典型的例如机械强度、损伤容限以及耐蚀性。该现有技术可从以下文章中得知：