[发明专利]合金组合物及其制备

说明书

技术领域

本公开提供了显示出极高强度的铝-锌-镁-铜-锆合金组合物Al-(8～12.5)重量％Zn-(1.2～2.0)重量％Mg-(1.4～2.2)重量％Cu-(0.10～0.18)重量％-Zr。本公开还提供了被进一步加工为高强度合金挤压材或高强度合金薄板材的合金半成品的制备方法。

背景技术

航空航天和国防领域中强度至关重要的各种应用大量需要铝-锌-镁-铜-锆(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金。为了各种结构应用常常将这些合金加工为板材、平板材、挤压材和锻件等形式。在航空航天应用中，一个要求是将这些合金加工为厚度小于0.3mm的薄板材形式，其中将Al合金薄板材与纤维(优选玻璃纤维)组合使用而形成纤维-金属层压(FML)复合物。用于FML复合物中的Al合金薄板材的强度性质在决定FML复合物的拉伸屈服强度中起着重要作用[Ad Viot和J.W.Gunnink，Fibre Metal Laminates：An Introduction，Kluwer Academic Publishers，TheNetherlands，2001]。此外，由于厚度小于0.3mm的Al合金板改善了悬垂性(drapability)而优选将其用于上述目的。

美国专利第4,477,292号和第4,832,758号公开了作为能通过铸锭冶金路线生产的一类极高强度铝合金的铝-锌-镁-铜-锆(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金。这类合金的提高的强度性质改善了特定性质(就单位密度的强度和单位杨氏模量的强度等而言)并因此使得能极大地节省重量，对这些合金的开发努力的主要重点被放在通过各种冶金工艺对强度的改善上。

美国专利第4,699,673号；第4,988,394号和美国专利申请第20060191609号公开了厚度最高达1.2mm的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金薄板材的制备方法。但是尚未有任何有关制备厚度低至≤0.3mm的高强度Al-Zn-Mg-Cu-Zr板材的信息。与在这类产品中保留高强度相关的问题是，随着板材被制得越来越薄，导致破裂的重结晶的发生变得越来越显著。然而，出于这种薄板材的加工细节的专利性质，在文献中还没有有关这一主题的信息。

本领域内已知的一种高强度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金即AA 7055[美国铝业公司(ALCOA)，技术数据可获自www.millproducts-alcoa.com]的组成为Al-(7.6～8.4)重量％Zn-(1.8～2.3)重量％Mg-(2～2.6)重量％Cu-(0.08～0.25)重量％Zr。7055T7751挤压材在纵向(即沿着挤压方向)的典型拉伸性质是：0.2％弹性极限应力(proof stress)＝655MPa，UTS＝669MPa，伸长率＝11％。T77回火(temper)拥有相当于峰时效T6回火的强度性质，但其应力腐蚀断裂抗性与T76回火相似[ALCOApublication.Light Metal Age，October，1991，第14页]。

美国专利申请第20040099352号公开了包含8.2％～10％Zn、1.95％～2.5％Cu、1.9％～2.5％Mg和0.05％～0.25％Zr的另一种高强度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金。当通过挤压加工和峰时效处理时该合金给出703MPa的0.2％P.S.。另一种以挤压材形式加工并热处理至峰时效化T6回火的含钪高强度Al-Zn-Mg-Cu-Zr类合金具有Al-8.6Zn-2.6Mg-2.4Cu-0.2重量％Sc的组成和未公开的Zr量[Metall.Mater.Trans.A，3OA，1017，1999]。该材料的典型拉伸性质是：0.2％PS＝689MPa，UTS＝715MPa且伸长率＝11.8％。然而，近期研究已显示，含有不超过8.5重量％的Zn且Mg和Cu含量各自不超过2重量％的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金能在峰时效化回火中获得相似甚至更高的0.2％P.S.[Minerals & Metals Review，10，2005，第65页]。其意义在于，既不需添加Sc也无需超过8.5重量％的Zn含量而可在这些合金的峰时效化挤压材中获得约700MPa的0.2％P.S.。