[发明专利]具有降低的淬火敏感性的Al-Zn-Mg合金产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金产品，具体地涉及用于结构构件的可时效硬化的Al-Zn-Mg型合金产品，该合金产品同时具备高强度以及高韧性和降低的淬火敏感性。此外，本发明还涉及生产这种铝合金产品的方法。由这种铝合金产品制成的产品非常适用于航空航天应用，但并不限于此。该合金可以被加工成各种产品形式，例如板材、薄板、厚板、挤压或锻造产品。更具体地，本发明涉及具有较厚的厚度的铝合金产品，即约2至12英寸厚。由这种Al-Zn-Mg合金制成的产品也可以被用作铸造产品，即作为压铸产品。

背景技术

如从下文将理解的，除非另外说明，合金牌号和状态代号(temperdesignations)是指由铝协会(Aluminum Association)于2008年公布的在本领域所公知的铝标准和数据以及登记备案中的铝业协会名称。

对于任何合金组成或优选合金组成的描述，除非另作说明，所有提到的百分数都是指重量百分数。

在一些涉及相对高强度、高韧性以及耐腐蚀性的应用中使用可热处理的铝合金是本领域所公知的，例如飞机机身、车辆构件以及其它应用。铝合金AA7050和AA7150在T6型状态下具有较高的强度。已知T6状态能增强合金的强度，其中已经知道上述含有大量锌、铜和镁的AA7050和AA7X50合金产品具有高强度重量比，并且因此，发现它们尤其可应用于飞行器制造业。但是，这些应用导致合金产品要暴露于各种各样的气候条件下，因此需要仔细控制加工和老化的条件以提供足够的强度和耐腐蚀性，包括应力腐蚀和剥落。已知为了增强对应力腐蚀和剥落的抗性以及断裂韧性，人为地对这些7000系列合金进行过度老化。当人为地老化到例如T79、T76、T74或T73型状态时，它们对应力腐蚀、剥落腐蚀的抗性以及断裂韧性会在一定状态得到改善，但是与T6状态相比会在强度上有一些损失。一种可接受的状态条件是T74型状态，这是一种有限的过度老化条件，在T73和T76型之间，以获得可接受的拉伸强度、应力腐蚀抗性、剥落腐蚀抗性和断裂韧性。

但是，对于具有超过约3英寸厚的厚截面零件或者由这些厚截面机械加工成的零件，通过厚度获得均匀和可靠的性质平衡是非常重要的。目前，其中的AA7050或AA7010或AA7040或AA7085被用于这些类型的应用。降低的淬火敏感性，即在较低淬火速度或较厚产品时由厚度导致的性能的减退，是其中的飞行器制造业主要期望的。

在这种类型的合金锻造产品的生产中，这些产品通常先经过固溶热处理再经淬火。在对厚截面进行固溶热处理和淬火时，合金产品的淬火敏感性受到极大关注。固溶热处理后，理想的是快速冷却产品以使各种合金的元素保留在固溶体中，而不是经过缓慢冷却使其以粗粒的形式从溶液中沉淀出来。后者的发生会产生粗粒的沉淀，例如Al₂CuMg和/或Mg₂Zn，并且导致机械性能的下降。在具有厚横截面的产品中，作用于这类产品(无论电镀、挤压或锻造)的外表面的淬火介质不能有效地从内部，包括材料的中心或中平面或四分之一平面，吸取热量。这是因为到表面的物理距离和经由金属吸取热量是通过依赖距离的传导的事实。在薄的横截面(例如2英寸或更小)上，在中平面处的淬火速率必然高于较厚产品的横截面的淬火速率。因此，合金产品的整体淬火敏感性通常对于厚度较薄的产品不如厚度较厚的产品重要，至少从强度和韧性的角度看是这样的。

成为AA7040的发展基础的美国专利No.US-6,027,582公开了在添加合金元素以提高强度和其它性质的同时避免过量添加导致淬火敏感性减小之间的优化平衡。

成为AA7085合金的发展基础的美国专利申请US-2002/0121319-A1公开了另一种在添加Zn、Mg和Cu以提供改善的淬火敏感性的同时保持较好的强度-韧性性能之间的严格控制的平衡，该平衡尤其适用于厚度较厚的铝产品。

美国专利申请US-2006/0096676公开了另外一种可控的7xxx系列合金产品，该产品具有较高的Mg含量，为2.6％至3.0％，很低的Cu含量，为0.10％至0.2％，并有目的性地添加了0.05％至0.2％的Zr，通过选择将均化和固溶热处理结合，并随后进行两阶段冷却以降低板材产品的淬火敏感性，以在板材产品中获得较好的颗粒结构。

参考的一些其它现有技术如下：