JP2023085484A - 7xxxシリーズアルミニウム合金製品 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度と高SCC耐性のバランスが改良され、水素脆化に対する耐性が向上した展伸7xxxシリーズのアルミニウム合金製品を提供する。【解決手段】重量%でZn 6.20~7.50、Mg 2.15~2.75、Cu 1.20~2.00の組成を有する展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品であって、Cu+Mg<4.50、及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)であり、Feが最大0.25、Siが最大0.25であり、さらに、任意選択で、(Zr最大0.3、Cr最大0.3、Mn最大0.45、Ti最大0.25、Sc最大0.5、Ag最大0.5)からなる群から選択される1つ以上の要素を含み、残部がアルミニウムと不純物から成る組成を有する、展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品である。【選択図】なし
Description
本発明は、展伸Al-Zn-Mg-Cuアルミニウムタイプ(またはアルミニウム協会指定の7000または7xxxシリーズのアルミニウム合金)に関する。より具体的には、本発明は、水素脆化に耐性のある、時効硬化性、高強度、高応力腐食耐性のアルミニウム合金、及びそのアルミニウム合金製の製品に関する。この合金から作られた製品は、航空宇宙用途に非常に適しているが、それに限定されない。アルミニウム合金は、例えば、薄いプレート、厚いプレート、押し出し製品、鍛錬(forged)製品などの様々な製品形態に加工することができる。
アルミニウム-亜鉛-マグネシウム-銅系に基づく高強度アルミニウム合金は、多くの用途で使用されている。通常、これらの合金の特性プロファイルは用途に合わせて調整する必要があり、他の特性に悪影響を与えずに1つの特性を改善することは困難である。例えば、強度と腐食耐性は、目的の用途に最適な質別を適用することによってバランスをとる必要がある。関連性のある別の特性は、水素脆化に対する耐性であり、この場合、高湿度雰囲気内において影響を受けやすい合金がST方向に長時間持続的な応力を受けるとき、材料の脆性割れが発生する可能性がある。この現象は、環境支援割れ(「EAC」)としても知られ、特定の条件下では構造の完全性に影響を及ぼす可能性があるため、部品メーカーにとって課題となり得る。この形態のEACに対する感受性は、特に高Zn含有高強度アルミニウム合金で観察されている。したがって、高強度と優れたSCC腐食耐性を兼ね備え、同時に水素脆化現象に対する耐性を高めたアルミニウム合金が必要である。
特許文書EP-0863220-A1(Alusuisse)には、定義された組成の7XXXシリーズ合金製の接続要素、特にねじまたはリベットが開示されている。この接続要素の製造方法は、ビレットの鋳造、ビレットの均質化及び押し出し、溶体化焼鈍及び焼入れ、冷間成形及び人工時効を含み、それにより、冷間成形の前に、焼き戻しを180℃~260℃の温度で5秒~120分間実施する。この製品のEAC耐性については言及されていない。
本明細書中で理解されているように、別段示される場合を除き、アルミニウム合金の指定及び質別の指定は、2018年にアルミニウム協会によって公開されているように、アルミニウム規格及びデータならびに登録記録におけるアルミニウム協会による指定を指し、当業者に周知である。質別の指定は、欧州規格EN515に規定されている。
合金組成物または好ましい合金組成物の任意の記載について、パーセンテージに対するすべての言及は、別段示されない限り、重量パーセントである。
本明細書中で使用する場合、用語「約」とは、合金添加元素の組成範囲または量を記載するために使用する場合、当業者によって理解されているように、標準的な処理のバリエーションなどの要因によって、合金添加元素の実際の量が、公称の意図された量に対して変動し得ることを意味する。
本明細書中で使用する場合、用語「最大」及び「最大約」とは、それが言及する特定の合金化成分がゼロ重量パーセントである可能性を明示的に含んでいるが、限定されない。例えば、最大0.5%のScには、Scを含まないアルミニウム合金が含まれ得る。
本発明の目的は、高強度と高SCC耐性のバランスが改良され、水素脆化に対する耐性が向上した展伸7xxxシリーズのアルミニウム合金製品を提供することである。
この目的及び他の目的ならびにさらなる利点は、展伸7xxxシリーズのアルミニウム合金製品を提供する本発明によって満たされ、達成され、合金製品は、好ましくは少なくとも12.7mm(0.5インチ)のゲージを有し、重量%で以下の組成を有する。
Zn 6.20%~7.50%、
Mg 2.15%~2.85%、
Cu 1.20%~2.00%、
ただし、Cu及びMg含有量が、Cu+Mg<4.50%及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)である。
Fe 最大0.25%、好ましくは最大0.15%、
Si 最大0.25%、好ましくは最大0.15%、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 最大0.3%、
Cr 最大0.3%、
Mn 最大0.45%、
Ti 最大0.25%、好ましくは最大0.15%、
Sc 最大0.5%、
Ag 最大0.5%、
残部はアルミニウム及び不純物である。典型的には、そのような不純物はそれぞれ、<0.05%及び合計<0.15%で存在する。
Zn 6.20%~7.50%、
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ただし、Cu及びMg含有量が、Cu+Mg<4.50%及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)である。
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及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
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残部はアルミニウム及び不純物である。典型的には、そのような不純物はそれぞれ、<0.05%及び合計<0.15%で存在する。
改善された高強度、高SCC耐性のバランスを有し、優れた水素脆化耐性を有する展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品である。
より具体的には、本発明による展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品を、以下の特性のうちの2つ以上を達成するために時効化する。
-470-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの製品の厚さ)の1/4の厚さで測定するL方向のASTM-B557-15規格に従って測定する従来の引張降伏強度(MPaで)。好ましい実施形態では、引張降伏強度は、>485~0.12(t-100)MPA、好ましくは>500-0.12(t-100)MPA、より好ましくは>510-0.12(t-100)MPAである。
- 170MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも20日の、好ましくは少なくとも30日の、ASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命。好ましい実施形態では、厚さ方向(ST)応力レベルは、205MPa、より好ましくは240MPaである。
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも50日の、好ましくは少なくとも95日の、より好ましくは少なくとも140日の、最も好ましくは少なくとも185日の、円形ST引張試験片上で、厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、85%の降伏強度(YS)、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に準拠した定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命。
-470-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの製品の厚さ)の1/4の厚さで測定するL方向のASTM-B557-15規格に従って測定する従来の引張降伏強度(MPaで)。好ましい実施形態では、引張降伏強度は、>485~0.12(t-100)MPA、好ましくは>500-0.12(t-100)MPA、より好ましくは>510-0.12(t-100)MPAである。
- 170MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも20日の、好ましくは少なくとも30日の、ASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命。好ましい実施形態では、厚さ方向(ST)応力レベルは、205MPa、より好ましくは240MPaである。
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも50日の、好ましくは少なくとも95日の、より好ましくは少なくとも140日の、最も好ましくは少なくとも185日の、円形ST引張試験片上で、厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、85%の降伏強度(YS)、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に準拠した定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命。
一実施形態では、展伸アルミニウム合金製品のZn含有量は、最大7.30%、好ましくは最大7.10%である。好ましい最小Zn含有量は、6.40%、より好ましくは6.50%、より好ましくは6.60%、そして最も好ましくは6.75%である。
一実施形態では、展伸アルミニウム合金製品のCu含有量は、最大1.90%、好ましくは最大1.80%、より好ましくは最大1.75%、最も好ましくは最大1.70%である。好ましい最小Cu含有量は1.30%、より好ましくは1.35%である。
一実施形態では、展伸アルミニウム合金製品のMg含有量は、少なくとも2.25%、好ましくは少なくとも2.30%、より好ましくは少なくとも2.35%、最も好ましくは少なくとも2.45%である。一実施形態では、展伸アルミニウム合金製品のMg含有量は、最大2.75%、好ましくは最大2.60%、より好ましくは最大2.55%である。
好ましい実施形態では、展伸アルミニウム合金製品は、Zn 6.40%~7.30%、Mg 2.25%~2.75%、及びCu 1.25%~1.90%を有し、ただし、Cu+Mg<4.45及びMg<2.55+2(Cu-1.25)である。
より好ましい実施形態では、展伸アルミニウム合金製品は、Zn 6.50%~7.20%、Mg 2.30%~2.60%、及びCu 1.30%~1.80%を有する。
より好ましい実施形態では、展伸アルミニウム合金製品は、Zn 6.75%~7.10%、Mg 2.35%~2.55%、及びCu 1.35%~1.75%を有する。
最も好ましい実施形態では、展伸アルミニウム合金製品は、Zn 6.75%~7.10%、Mg 2.45%~2.55%、及びCu 1.35%~1.75%を有する。
本発明による展伸アルミニウム合金製品の好ましいZn、Cu及びMg範囲の概要を以下の表1に示す。
表1.本発明による展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品における好ましいZn、Cu、及びMgの範囲の概要。
表1.本発明による展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品における好ましいZn、Cu、及びMgの範囲の概要。
一実施形態では、展伸アルミニウム合金製品は、V、Ni、Co、Nb、Mo、Ge、Er、Hf、Ce、Y、Dy、及びSrの群から選択される1つ以上の元素を、最大0.3%、さらに含む。
鉄及びシリコンの含有量は、例えば、Feが約0.15%を超えない、好ましくはFeが0.10%未満であり、及びSiが約0.15%を超えない、好ましくはSiが0.10%以下であるように、有意に低く保つべきである。いずれにせよ、本明細書ではあまり好ましくない基準ではあるが、依然としてわずかに高いレベルの両方の不純物、すなわち、最大で約0.25%のFe、及び最大で約0.25%のSiが許容され得ると考えられる。
展伸アルミニウム合金製品は、任意選択で、粒子構造と急冷感受性を制御するために、最大0.3%のZr、最大0.3%のCr、最大0.45%のMn、最大0.25%のTi、最大0.5%のScからなる群から選択される1つ以上の分散質形成元素を含む。
Zrレベルの好ましい最大値は0.25%である。Zrレベルの適切な範囲は、約0.03%~0.25%、より好ましくは約0.05%~0.18%、最も好ましくは約0.05%~0.13%である。Zrは、本発明によるアルミニウム合金製品における好ましい分散質形成合金元素である。
Scの添加は、好ましくは約0.5%以下、より好ましくは約0.3%以下、最も好ましくは約0.25%以下である。好ましいSc添加の下限は、0.03%、より好ましくは0.05%である。一実施形態では、Zrと組み合わせるとき、Sc+Zrの合計は、0.35%未満、好ましくは0.30%未満とするべきである。
単独で、または他の分散質形成剤と一緒に添加することができる別の分散質形成元素は、Crである。Crレベルは、好ましくは0.3%未満、より好ましくは最大約0.25%、最も好ましくは最大約0.22%とするべきである。好ましいCrの下限は、約0.04%であろう。
本発明によるアルミニウム合金展伸製品の別の実施形態では、合金はCrを含まず、これは、実際にはCrが不純物とみなされ、Cr含有量は、最大0.05%、好ましくは最大0.04%、より好ましくは最大でも0.03%に過ぎないことを意味する。
Mnは、単一の分散質形成剤として、または他の言及された分散質形成剤のいずれかと組み合わせて添加することができる。Mn添加の最大値は約0.4%である。Mn添加の実用的な範囲は、約0.05%~0.4%の範囲であり、好ましくは約0.05%~0.3%の範囲である。好ましいMn添加の下限は、約0.12%である。Zrと組み合わせるとき、MnとZrの合計は、約0.4%未満、好ましくは約0.32%未満とするべきであり、適切な最小値は約0.12%である。
本発明によるアルミニウム合金展伸製品の別の実施形態では、合金はMnを含まず、これは、実際にはCrが不純物とみなされ、Mn含有量は、最大0.05%、好ましくは最大0.04%、より好ましくは最大でも0.03%に過ぎないことを意味する。
別の実施形態では、Cr及びMnのそれぞれは、アルミニウム合金展伸製品中に不純物レベルでのみ存在する。好ましくは、CrとMnは合計で、最大0.05%、好ましくは最大0.04%、より好ましくは最大0.02%のみ存在する。
最大約0.5%の範囲の銀(Ag)を合目的に添加して、時効中に強度をさらに向上させることができる。合目的なAg添加の好ましい下限は、約0.05%、より好ましくは約0.08%であろう。好ましい上限は、約0.4%であろう。
一実施形態では、Agは、不純物元素であり、それは最大で0.05%、好ましくは最大で0.03%存在し得る。
一実施形態では、展伸7XXX系アルミニウム合金製品は、好ましくは少なくとも12.7mm(0.5インチ)のゲージを有し、重量%で、以下からなる組成を有する。
Zn 6.20%~7.50%、
Mg 2.15%~2.85%、
Cu 1.20%~2.00%、
ただし、Cu+Mg<4.50及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)、
Fe 最大0.25%、
Si 最大0.25%、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 最大0.3%、
Cr 最大0.3%、
Mn 最大0.45%、
Ti 最大0.25%、
Sc 最大0.5%、
Ag 最大0.5%、
残部は、アルミニウムと不純物がそれぞれ<0.05%、合計で<0.15%であり、本明細書に記載し、請求されているように、より狭い組成範囲が好ましい。
Zn 6.20%~7.50%、
Mg 2.15%~2.85%、
Cu 1.20%~2.00%、
ただし、Cu+Mg<4.50及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)、
Fe 最大0.25%、
Si 最大0.25%、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 最大0.3%、
Cr 最大0.3%、
Mn 最大0.45%、
Ti 最大0.25%、
Sc 最大0.5%、
Ag 最大0.5%、
残部は、アルミニウムと不純物がそれぞれ<0.05%、合計で<0.15%であり、本明細書に記載し、請求されているように、より狭い組成範囲が好ましい。
強度、SCC耐性、及び水素脆化耐性の最適なバランスを提供するために、展伸製品を、過時効したT7状態で提供することが好ましい。より好ましくは、T7状態は、T73、T74、T76、T77、及びT79、からなる群から選択される。
好ましい実施形態では、展伸製品を、T74質別で、より具体的にはT7451質別で、またはT76質別で、より具体的にはT7651質別で提供する。
好ましい実施形態では、展伸製品を、T77質別で、より具体的にはT7751質別で、またはT79質別で、より具体的にはT7951質別で提供する。
好ましい実施形態では、本発明による展伸製品は、少なくとも12.7mm(0.5インチ)の公称厚さを有する。さらなる実施形態では、厚さは、少なくとも25.4mm(1.0インチ)である。さらに別の実施形態では、厚さは、少なくとも38.1mm(1.5インチ)、好ましくは少なくとも76.2mm(3.0インチ)である。一実施形態では、最大厚さは、304.8mm(12.0インチ)である。好ましい実施形態では、最大厚さは、254mm(10.0インチ)であり、より好ましくは最大203.2mm(8.0インチ)である。
展伸製品は、様々な形態で、特に圧延製品、押し出し製品または鍛錬製品として提供することができる。
好ましい実施形態では、展伸製品を、圧延製品として、より具体的には圧延プレート製品として提供する。
一実施形態では、展伸製品は、航空宇宙製品、より具体的には、航空機構造部品、例えば、翼桁、翼リブ、翼外板、床梁、または胴体フレームである。
特定の実施形態では、展伸製品を、38.4mm(1.5インチ)~307.2mm(12.0インチ)の範囲の、本明細書中に記載し請求するような好ましい狭い範囲の厚さを有する圧延製品として、理想的には航空機構造部品として提供し、T7状態で、より好ましくはT74またはT76状態で提供する。この実施形態では、圧延製品は、本明細書に記載し、請求するような特性を有する。
特定の実施形態では、展伸製品を、38.1mm(1.5インチ)~304.8mm(12.0インチ)の範囲の、本明細書中に記載し請求するような好ましい狭い範囲の厚さを有する圧延製品として、理想的には航空機構造部品として提供し、T76状態で、より好ましくはT7651状態で提供する。この実施形態では、圧延製品は、本明細書に記載し、請求するような特性を有する。
本発明のさらなる態様では、それは、好ましくは少なくとも12.7mm(0.5インチ)のゲージを有する展伸7xxx系アルミニウム合金製品の製造方法に関し、方法は、
a. 本発明によるAA7000シリーズアルミニウム合金のインゴットの素材を鋳造し、
b. 鋳造した素材を予備加熱及び/または均質化し、
c. 圧延、押し出し、及び鍛錬からなる群から選択される1つ以上の方法により、素材を熱間加工し、
d. 任意選択で、熱間加工した素材を冷間加工し、
e. 熱間加工し、任意選択で冷間加工した素材を溶体化熱処理(「SHT」)し、
f. 好ましくは、スプレー焼入れまたは水もしくは他の焼入れ媒体へのずぶ焼入れのうちの1つにより、SHT素材を冷却し、
g. 任意選択で、冷却したSHT素材を延伸または圧縮するか、あるいは冷却したSHT素材を冷間加工、例えば、冷却したSHT素材をレベリングまたは延伸または冷間圧延して応力を緩和し、
h. 冷却し、任意選択で延伸または圧縮するか、あるいは冷間加工したSHT素材を人工的に時効させて、所望の質別を達成し、好ましくはT7状態とする、
工程を順に含む。
a. 本発明によるAA7000シリーズアルミニウム合金のインゴットの素材を鋳造し、
b. 鋳造した素材を予備加熱及び/または均質化し、
c. 圧延、押し出し、及び鍛錬からなる群から選択される1つ以上の方法により、素材を熱間加工し、
d. 任意選択で、熱間加工した素材を冷間加工し、
e. 熱間加工し、任意選択で冷間加工した素材を溶体化熱処理(「SHT」)し、
f. 好ましくは、スプレー焼入れまたは水もしくは他の焼入れ媒体へのずぶ焼入れのうちの1つにより、SHT素材を冷却し、
g. 任意選択で、冷却したSHT素材を延伸または圧縮するか、あるいは冷却したSHT素材を冷間加工、例えば、冷却したSHT素材をレベリングまたは延伸または冷間圧延して応力を緩和し、
h. 冷却し、任意選択で延伸または圧縮するか、あるいは冷間加工したSHT素材を人工的に時効させて、所望の質別を達成し、好ましくはT7状態とする、
工程を順に含む。
アルミニウム合金は、鋳造製品のための当技術分野で一般的な鋳造技術、例えば直接チル(DC)鋳造法、電磁鋳造(EMC)法、電磁攪拌(EMS)鋳造法により、適切な展伸製品に製造するためのインゴット、スラブ、またはビレットとして提供することができる。連続鋳造から生じるスラブ、例えば、ベルトキャスターまたはロールキャスターもまた使用してよく、これは特により薄いゲージの最終製品を製造するときに有利であり得る。当技術分野で周知のように、例えば、チタンとホウ素、またはチタンと炭素を含有する結晶粒微細化剤もまた使用してもよい。アルミニウム合金のTi含有量は、最大0.25%、好ましくは最大0.15%、より好ましくは0.01%~0.1%の範囲である。任意選択で、鋳造インゴットは、例えば、それを約350℃~450℃の範囲の温度に保持し、続いて周囲温度までゆっくりと冷却することによって、応力を軽減することができる。合金素材を鋳造した後、一般的に、インゴットの表面を削ってインゴットの鋳放し表面近くの分離ゾーンを取り除く。
均質化熱処理の目的は、少なくとも以下の目的を有する。(i)凝固中に形成される粗い可溶性相を可能な限り溶解すること、及び(ii)溶解工程を容易にするために濃度勾配を低減すること。予熱処理はまた、これらの目的のうちのいくつかも達成する。
一般的に、予熱とは、インゴットを設定温度に加熱し、この温度で設定時間浸漬した後、ほぼその温度で熱間圧延を開始することを指す。均質化とは、圧延インゴットに適用する、1つ以上の浸漬工程を含む加熱、浸漬、及び冷却サイクルを指し、均質化後の最終温度は周囲温度である。
本発明による方法で用いるAA7xxxシリーズ合金についての一般的な予熱処理は、2~50時間、より一般的には2~20時間の範囲の浸漬時間で、390℃~450℃の温度であろう。
最初に、合金素材のS相、T相、及びM相などの可溶性共晶相及び/または金属間相を、通常の業界慣行を使用して溶解する。これは、AA7xxxシリーズ合金ではS相(Al2MgCu相)の融点が約489℃であり、M相(MgZn2相)の融点が約478℃であることから、通常、素材を500℃未満の温度、通常は450℃~485℃の範囲で加熱することによって実行する。これは、当該温度範囲で均質化処理し、熱間圧延温度まで冷却するか、または均質化後、素材を引き続き冷却し、熱間圧延の前に再加熱することによって達成することができる。均質化プロセスは、所望の場合、2つ以上の工程で行ってもよく、これは、一般的には、AA7xxxシリーズ合金では430℃~490℃の温度範囲で実行される。例えば、2工程プロセスでは、正確な合金組成に応じて様々な相の溶解プロセスを最適化するために、455℃~470℃の第1工程、及び470℃~485℃の第2工程が存在する。
均質化温度での浸漬時間は1~50時間の範囲であり、より典型的には2~20時間である。適用し得る加熱速度は、当技術分野で一般的なものである。
予熱及び/または均質化の実施に続いて、圧延、押し出し、及び鍛錬からなる群から選択される1つ以上の方法によって素材を熱間加工する。本発明には熱間圧延法が好ましい。
熱間加工、特に熱間圧延は、好ましくは12.7mm(0.5インチ)以上の最終ゲージまで実施してもよい。
一実施形態では、プレート材を、第1の熱間圧延工程において中間熱間圧延ゲージに熱間圧延し、続いて中間焼鈍工程、次いで第2の熱間圧延工程において熱間圧延して最終熱間圧延ゲージとする。
別の実施形態では、プレート材を第1の熱間圧延工程において中間熱間圧延ゲージに圧延し、続いて最大でSHT温度範囲の温度で再結晶焼鈍処理し、次いで第2の熱間圧延工程において熱間圧延して最終的な熱間圧延ゲージとする。これにより、特性の等方性が向上し、EACによって破損することなく最小寿命をさらに延ばすことができる。
あるいは、熱間加工工程を実施して、中間ゲージで素材を提供することもできる。その後、中間ゲージのこの素材を、例えば圧延によって、最終ゲージまで冷間加工することができる。冷間加工の量に応じて、冷間加工作業の前または最中に中間焼鈍を使用してもよい。
次のプロセス工程は、熱間加工及び任意選択で冷間加工した素材の溶体化熱処理(「SHT」)である。製品を加熱して、可能な限り、可溶性の亜鉛、マグネシウム、及び銅のすべてまたは実質的にすべての部分を溶液内に入れるべきである。SHTは、好ましくは、本明細書に記載の本発明による均質化処理と同じ温度範囲及び時間範囲で、好ましいより狭い範囲と共に実施される。しかしながら、より短い浸漬時間もまた、例えば、約2~180分の範囲において、依然として非常に有用であり得ると考えられる。SHTは通常、バッチまたは連続炉で実施する。SHT後、アルミニウム合金を高い冷却速度で175℃以下の温度、好ましくは周囲温度まで冷却して、二次相、例えば、Al2CuMg及びAl2Cu、及び/またはMgZn2の制御不能な析出を防止または最小限に抑えることが重要である。一方、冷却速度は、製品における十分な平坦性及び低レベルの残留応力を可能とするために、高過ぎるべきではない。好適な冷却速度は、水の使用、例えば、水浸漬または水ジェットを用いて達成され得る。
素材を、例えば、元の長さの約0.5%~8%の範囲で延伸することによってさらに冷間加工して、内部の残留応力を緩和し、製品の平坦性を向上させてもよい。好ましくは、延伸は、約0.5%~6%、より好ましくは約1%~3%の範囲である。冷却後、素材を人工時効して、好ましくはT7状態、より好ましくはT7x51状態を提供する。
次いで、これらの熱処理したプレートの切片から、より一般的には、例えば、人工時効後に、所望の構造形状または最終製品に近い構造形状に機械加工する。
押し出しまたは鍛錬加工工程で作製する切片の製造において、続いて、SHT、急冷、任意選択の応力緩和操作、及び人工時効も行う。
本発明について十分に記載してきたが、本明細書に記載するような、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、多くの変更及び改変を行い得ることは、当業者には明らかとなるであろう。
本発明は、以下の態様を含む。
[1]
鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品であって、重量%で、
Zn 6.20~7.30、
Mg 2.15~2.85、
Cu 1.20~1.90、
及びCu+Mg<4.50、及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)であり、
Fe 最大で0.25、
Si 最大で0.25、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 0.03~0.3、
Cr 最大で0.3、
Mn 最大で0.45、
Ti 0.01~0.25、
Sc 最大で0.5、
Ag 最大で0.5、
アルミニウム及び不純物である残部、
から成る組成を有する、
前記鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[2]
前記Mg含有量が、少なくとも2.25%である、上記[1]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[3]
前記Zn含有量が、少なくとも6.50%である、上記[1]または[2]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[4]
Zn 6.40~7.30、
Mg 2.25~2.75、
Cu 1.25~1.90、
及びCu+Mg<4.45、及びMg<2.55+2(Cu-1.25)である、上記[1]~[3]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[5]
Zn 6.50~7.20、
Mg 2.30~2.60、
Cu 1.30~1.80である、上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[6]
Zn 6.75~7.10、
Mg 2.35~2.55、
Cu 1.35~1.75である、上記[1]~[5]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[7]
Zn 6.75~7.10、
Mg 2.45~2.55、
Cu 1.35~1.75である、上記[1]~[6]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[8]
V、Ni、Co、Nb、Mo、Ge、Er、Hf、Ce、Y、Dy、Srの1つ以上を最大0.3%、さらに含む、上記[1]~[7]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[9]
前記製品が、0.03%~0.25%の範囲のZr含有量を有する、上記[1]~[8]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[10]
前記製品が、0.04%~0.3%の範囲のCr含有量を有する、上記[1]~[9]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[11]
前記製品が、最大0.05%のCr含有量を有する、上記[1]~[9]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[12]
前記製品が、0.05%~0.4%の範囲のMn含有量を有する、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[13]
前記製品が、最大0.05%のMn含有量を有する、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[14]
前記製品が、最大0.05%のMn+Crの合計を有する、上記[11]及び[13]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[15]
前記製品が、少なくとも12.7mmの厚さを有する、上記[1]~[14]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[16]
前記製品が航空宇宙製品である、上記[1]~[15]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[17]
前記製品がT7状態にある、上記[1]~[16]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[18]
前記製品が、T73、T74、T76、T77、及びT79からなる群から選択されるT7状態にある、上記[17]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[19]
前記製品が、少なくとも25.4mmの厚さを有する、上記[1]~[18]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[20]
前記製品が、圧延、押し出し、または鍛錬製品の形態である、上記[1]~[19]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[21]
前記製品が、圧延製品の形態である、上記[1]~[20]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[22]
前記製品が、
- 470-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 170MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも20日のASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも50日の円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従って定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、
上記[1]~[21]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[23]
前記製品が、
- 485-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 205MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも30日の、ASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも140日の、円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従った定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、
上記[1]~[22]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[24]
前記製品が航空機構造部品である、上記[1]~[23]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[25]
前記製品が、翼桁、翼リブ、翼外板、床梁、及び胴体フレームの群から選択される航空機構造部品である、上記[1]~[24]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[1]
鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品であって、重量%で、
Zn 6.20~7.30、
Mg 2.15~2.85、
Cu 1.20~1.90、
及びCu+Mg<4.50、及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)であり、
Fe 最大で0.25、
Si 最大で0.25、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 0.03~0.3、
Cr 最大で0.3、
Mn 最大で0.45、
Ti 0.01~0.25、
Sc 最大で0.5、
Ag 最大で0.5、
アルミニウム及び不純物である残部、
から成る組成を有する、
前記鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[2]
前記Mg含有量が、少なくとも2.25%である、上記[1]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[3]
前記Zn含有量が、少なくとも6.50%である、上記[1]または[2]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[4]
Zn 6.40~7.30、
Mg 2.25~2.75、
Cu 1.25~1.90、
及びCu+Mg<4.45、及びMg<2.55+2(Cu-1.25)である、上記[1]~[3]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[5]
Zn 6.50~7.20、
Mg 2.30~2.60、
Cu 1.30~1.80である、上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[6]
Zn 6.75~7.10、
Mg 2.35~2.55、
Cu 1.35~1.75である、上記[1]~[5]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[7]
Zn 6.75~7.10、
Mg 2.45~2.55、
Cu 1.35~1.75である、上記[1]~[6]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[8]
V、Ni、Co、Nb、Mo、Ge、Er、Hf、Ce、Y、Dy、Srの1つ以上を最大0.3%、さらに含む、上記[1]~[7]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[9]
前記製品が、0.03%~0.25%の範囲のZr含有量を有する、上記[1]~[8]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[10]
前記製品が、0.04%~0.3%の範囲のCr含有量を有する、上記[1]~[9]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[11]
前記製品が、最大0.05%のCr含有量を有する、上記[1]~[9]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[12]
前記製品が、0.05%~0.4%の範囲のMn含有量を有する、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[13]
前記製品が、最大0.05%のMn含有量を有する、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[14]
前記製品が、最大0.05%のMn+Crの合計を有する、上記[11]及び[13]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[15]
前記製品が、少なくとも12.7mmの厚さを有する、上記[1]~[14]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[16]
前記製品が航空宇宙製品である、上記[1]~[15]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[17]
前記製品がT7状態にある、上記[1]~[16]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[18]
前記製品が、T73、T74、T76、T77、及びT79からなる群から選択されるT7状態にある、上記[17]に記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[19]
前記製品が、少なくとも25.4mmの厚さを有する、上記[1]~[18]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[20]
前記製品が、圧延、押し出し、または鍛錬製品の形態である、上記[1]~[19]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[21]
前記製品が、圧延製品の形態である、上記[1]~[20]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[22]
前記製品が、
- 470-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 170MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも20日のASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも50日の円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従って定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、
上記[1]~[21]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[23]
前記製品が、
- 485-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 205MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも30日の、ASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも140日の、円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従った定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、
上記[1]~[22]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[24]
前記製品が航空機構造部品である、上記[1]~[23]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
[25]
前記製品が、翼桁、翼リブ、翼外板、床梁、及び胴体フレームの群から選択される航空機構造部品である、上記[1]~[24]のいずれか一つに記載の鍛造7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
Claims (21)
- 展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品であって、重量%で、
Zn 6.50~7.10、
Mg 2.30~2.55、
Cu 1.35~1.80、
及びCu+Mg<4.50、及びMg<2.5+5/3(Cu-1.2)であり、
Fe 最大で0.25、
Si 最大で0.25、
及び、任意選択で以下からなる群から選択される1つ以上の元素、
Zr 0.03~0.3、
Cr 最大で0.3、
Mn 最大で0.45、
Ti 0.01~0.25、
Sc 最大で0.5、
Ag 最大で0.5、
アルミニウム及び不純物である残部、
から成る組成を有し、
前記製品が、
- 470-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の、1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 170MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも20日のASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも50日の円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従って定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、前記展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。 - Cu+Mg<4.45、及びMg<2.55+2(Cu-1.25)である、請求項1に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- Zn 6.75~7.10、
Mg 2.35~2.55、
Cu 1.35~1.75である、請求項1または2に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。 - Zn 6.75~7.10、
Mg 2.45~2.55、
Cu 1.35~1.75である、請求項1~3のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。 - V、Ni、Co、Nb、Mo、Ge、Er、Hf、Ce、Y、Dy、Srの1つ以上を最大0.3%、さらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、0.03%~0.25%の範囲のZr含有量を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、0.04%~0.3%の範囲のCr含有量を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、最大0.05%のCr含有量を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、0.05%~0.4%の範囲のMn含有量を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、最大0.05%のMn含有量を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、最大0.05%のMn+Crの合計を有する、請求項8及び10に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、少なくとも12.7mmの厚さを有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が航空宇宙製品である、請求項1~12のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品がT7状態にある、請求項1~13のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、T73、T74、T76、T77、及びT79からなる群から選択されるT7状態にある、請求項14に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、少なくとも25.4mmの厚さを有する、請求項1~15のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、圧延、押し出し、または鍛錬製品の形態である、請求項1~16のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、圧延製品の形態である、請求項1~17のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、
- 485-0.12*(t-100)MPa超(tはmmでの前記製品の厚さ)の、1/4の厚さで測定する、L方向に測定する従来の引張降伏強度(MPaで)、
- 205MPaの厚さ方向(ST)応力レベルで、少なくとも30日の、ASTM G47-98に従って測定する応力腐食割れ(SCC)による破損のない最小寿命、
- 塩化ナトリウムを含まない高湿度雰囲気内において、少なくとも140日の、円形ST引張試験片上で、85%の降伏強度(YS)の厚さ方向(ST)定荷重応力レベル、及び70℃の温度に継続的にさらしながら、湿度85%(RH)で、ASTM G47-98に従った定荷重試験構成によって測定する、環境支援割れ(EAC)による破損のない最小寿命、
を達成するために時効された、
請求項1~18のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。 - 前記製品が航空機構造部品である、請求項1~19のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
- 前記製品が、翼桁、翼リブ、翼外板、床梁、及び胴体フレームの群から選択される航空機構造部品である、請求項1~20のいずれか一項に記載の展伸7xxxシリーズアルミニウム合金製品。
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