(57)【要約】改善された強度及び破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品であって、アルミニウムが主材料の合金は、１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成される。
2006504871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善された破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造するステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から６インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物及びジルコニウムを含有する分散質の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、８４０から８６０°Ｆの第一の温度範囲において加熱することによって、その後に続いて、８６０°から８８０°Ｆの第二の温度範囲において加熱することによって、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しするステップ
を含み、
該押し出しすることは、６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、再結晶されない条件で該押し出し品の断面積の少なくとも８０％を維持することに十分な速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｆ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記合金は、１．９５から２．３重量％のＣｕを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記合金は、１．９から２．３重量％のＭｇを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＣｒを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記合金は、８．４５から９．４重量％のＺｎを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記合金は、０．０１から０．１重量％のＳｃを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＴｉを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
６から１８時間の間に前記第一の温度範囲において加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
４から３６時間の間に前記第二の温度範囲において加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該押し出し品を急冷することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記押し出しすることは、０．５から８フィート／分の範囲における速度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶体化処理することは、５から１２０分の間に８７０°から８９０°Ｆの温度範囲において実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記人為的に老化させることは、３から３０時間の間に１７５°から３００°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３から２４時間の間に２８０°から３６０°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記人為的に老化させることは、４から２４時間の間に２１０°から２８０°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３０分から１４時間の間に３２０°から４００°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記人為的に老化させることは、２から３０時間の間に１５０°から３２５°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、５分から３時間の間に３００°から５００°Ｆで老化させることによって、その後に続いて、２から３０時間の間に１７５°から３２５°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記人為的に老化させることは、三ステップの工程であり、
第一及び第三のステップは、強度を改善すると共に、
第二のステップは、耐腐食性を改善する
請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記人為的に老化させることは、
（ｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上の低い温度で、
（ｉｉ）前記押し出し品の耐腐食性の特性を改善するための温度で、及び
（ｉｉｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上のより低い温度で、
老化させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記押し出し品は、７０７５合金から製作された同様の押し出し品よりも少なくとも５％大きい破壊靭性を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記押し出し品は、７０７５合金から製作された同様の押し出し品よりも少なくとも８％大きい引っ張り強さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
改善された強度及び破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．３重量％のＣｕ、１．９から２．３重量％のＭｇ、８．２から９．４重量％のＺｎ、０．０５から０．２重量％のＣｒ、０．０５から０．１５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造する、ステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から６インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物並びにジルコニウム及びクロムを含有する分散質の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、６から２４時間の間に８４０から８６０°Ｆの第一の温度範囲において加熱することによって、その後に続いて、４から３６時間の間に８６０°から８８０°Ｆの第二の温度範囲において加熱することによって、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しする、ステップ
を含み、
該押し出しすることは、６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、該押し出し品の断面積の少なくとも８０％を表す再結晶されない領域を備えた押し出し品を提供するために０．５から８．０フィート／分の範囲における速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を急冷するステップ、
（ｆ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｇ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項２１】
前記合金は、０．０１から０．１重量％のＳｃを含有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＴｉを含有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶体化処理することは、５から１２０分の間に８７０°から８９０°Ｆの温度範囲において実行される請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記人為的に老化させることは、３から３０時間の間に１７５°から３００°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３から２４時間の間に２８０°から３６０°Ｆで老化させることによって、実行される請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記人為的に老化させることは、６から２４時間の間に２４５°から２５５°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、５から１２０分の間に３６０°から３９０°Ｆで老化させることによって、実行される請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記人為的に老化させることは、三ステップの工程であり、
第一及び第三のステップは、強度を改善すると共に、
第二のステップは、耐腐食性を改善する
請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記人為的に老化させることは、
（ｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上の低い温度で、
（ｉｉ）前記押し出し品の耐腐食性の特性を改善するための温度で、及び
（ｉｉｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上のより低い温度で、
老化させることを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記押し出し品は、７０７５合金から製作された同様の押し出し品よりも少なくとも５％大きい破壊靭性を有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記人為的に老化させることは、２から３０時間の間に１５０°から３２５°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、５分から３時間の間に３００°から５００°Ｆで老化させることによって、その後に続いて、２から３０時間の間に１７５°から３２５°Ｆで老化させることによって、実行される請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
改善された強度及び破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造するステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から４インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しするステップ
を含み、
該押し出しすることは、１０から６０の範囲における押し出しの比で６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、実質的に再結晶されない条件で該押し出し品を提供するために０．５から８．０フィート／分の範囲における押し出しの速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を急冷するステップ、
（ｆ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｇ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項３１】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＣｒを含有する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＴｉを含有する請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＳｃを含有する請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記溶体化処理することは、５から１２０分の間に８７５°から８８５°Ｆの温度範囲において実行される請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記人為的に老化させることは、３から３０時間の間に１７５°から３００°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３から２４時間の間に２８０°から３６０°Ｆで老化させることによって、実行される請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記人為的に老化させることは、４から２４時間の間に２１０°から２８０°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、１から１４時間の間に３００°から４００°Ｆで老化させることによって、実行される請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記人為的に老化させることは、
（ｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上の低い温度で、
（ｉｉ）前記押し出し品の耐腐食性の特性を改善するための温度で、及び
（ｉｉｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上のより低い温度で、
老化させることを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記人為的に老化させることは、２から３０時間の間に１５０°から３２５°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、５分から３時間の間に３００°から５００°Ｆで老化させることによって、その後に続いて、２から３０時間の間に１７５°から３２５°Ｆで老化させることによって、実行される請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性を有する、又は、８％以上の降伏強度を有する合金の製品。
【請求項４０】
前記合金は、１．９５から２．３重量％のＣｕを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４１】
前記合金は、１．９から２．３重量％のＭｇを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４２】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＣｒを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４３】
前記合金は、８．４５から９．４重量％のＺｎを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４４】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＳｃを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４５】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＴｉを含有する請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４６】
当該製品は、押し出し品の製品である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４７】
当該合金の製品は、１：４から１：１８の、最も薄い区画と最も厚い区画との間のアスペクト比を有する押し出し品である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４８】
当該製品は、航空機の縦材である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項４９】
当該製品は、航空機の床受けばりである請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５０】
当該製品は、航空機の胴体のはりである請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５１】
当該製品は、中空の押し出された製品である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５２】
当該製品は、中空の非縦目無しの押し出された製品である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５３】
当該製品は、中空の縦目無しの押し出された製品である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５４】
当該製品は、野球のバットである請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５５】
当該製品は、自動車の弁腕である請求項３９に記載の合金の製品。
【請求項５６】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、０．０５から０．２重量％のＳｃ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材。
【請求項５７】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＣｒを含有する請求項５６に記載の合金の製品。
【請求項５８】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＴｉを含有する請求項５６に記載の合金の製品。
【請求項５９】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性、８％以上の降伏強度を有すると共にＥＢ以上の剥脱耐性を有する合金の製品。
【請求項６０】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の航空機の部材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性及び８％以上の降伏強度を有する合金の製品。
【請求項６１】
当該部材は、航空機の縦材である請求項６０に記載の合金の製品。
【請求項６２】
当該部材は、航空機の床受けばりである請求項６０に記載の合金の製品。
【請求項６３】
当該部材は、航空機の胴体のはりである請求項６０に記載の合金の製品。
【請求項６４】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の航空機の部材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性、８％以上の降伏強度を有すると共にＥＢ以上の剥脱耐性を有する合金の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金に関し、より詳しくは、それは、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ押し出し品及び航空機の用途における使用のためにそれを作る方法に関する。さらに、本発明は、改善された破壊靭性を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の押し出し品の製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金は、適度の耐腐食性及び適度の損傷許容性又は破壊靭性において相対的に高い強度を有することができる。このような合金及び特性を得る方法は、特許に述べられている。例えば、特許文献１は、アルミニウム合金の製品並びに強度及び耐腐食性の改善された組み合わせを有する結果として生じる製品を生産するための方法を開示する。その方法は、本質的に、約６−１６％の亜鉛、約１．５−４．５％のマグネシウム、約１−３％の銅、ジルコニウム、クロム、マンガン、チタン、バナジウム、及びハフニウムから選択された一つ以上の元素、残部のアルミニウム、及び偶発的な不純物からなる合金を提供することを含み、前記元素の合計は、約１％を超えない。そして、その合金は、溶体化処理され、溶体化処理されたような強度とピーク強度との間における少なくとも３０％の差によって溶体化処理されたような強度レベルを超えるレベルまでそれの強度を増加させるために析出硬化させられ、その耐腐食性の特性を改善するための十分な単数又は複数の温度における処理に晒され、その降伏強度を上昇させると共に高い強度の高度に耐腐食性の合金の製品を生産するために再度析出硬化させられる。
【０００３】
特許文献２は、強度、密度、靭性、及び耐腐食性の改善された組み合わせを有する合金の製品を開示し、前記合金の製品は、本質的に、約７．６から８．４％の亜鉛、約１．８から２．２％のマグネシウム、約２から２．６％の銅、並びに、約０．５％を超えない合計量で存在する、ジルコニウム、バナジウム、及びハフニウムから選択される少なくとも一つの元素、好ましくは約０．０５から０．２５％のジルコニウム、残部のアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる。航空宇宙の用途に適切な合金の製品は、典型的にはそれの７Ｘ５０−Ｔ６相当品のものと同等の又はそれの７Ｘ５０−Ｔ６相当品のものよりも良好な、良好な靭性及び耐腐食性の特性を備えた、高い降伏強度、それの７Ｘ５０−Ｔ６相当品よりも少なくとも約１０％大きい降伏強度を示す。この合金から作られた上側の翼部材は、典型的には、８４ｋｓｉを超える降伏強度、良好な破壊靭性、“ＥＣ”又はより良好なＥＸＣＯの剥脱耐性レベル、典型的には“ＥＢ”を有する。
【０００４】
特許文献３は、亜鉛、マグネシウム、銅、並びに、クロム、マンガン、及びジルコニウムからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含有する溶体化処理されたアルミニウム合金を含む物品の強度及び耐腐食性を改善するための三ステップの熱老化法を開示する。その物品は、約１７５°から３２５°Ｆで析出硬化させられ、約３６０°から３９０°Ｆの温度で数分から数時間までの間熱処理され、約１７５°から３２５°Ｆで再度析出硬化させられる。好適な実施形態においては、処理された物品は、Ｔ６条件でアルミニウム合金７０７５を含む。その発明の方法は、制御することがより容易であり、他の同等の方法よりも大きい厚さの物品を処理することに適切である。
【０００５】
特許文献４は、ピーク降伏強度より下の降伏強度が得られるように最初に合金を老化させること、その後に続いて、合金の耐腐食性を改善するために、より高度に老化させること、その後に続いて、初期に達成されたものを超えて増加させられた強度まで、より低い温度で老化させることを含む、溶体化処理された析出硬化する金属の合金に対する老化の工程を開示する。
【０００６】
特許文献５は、高い機械的強度を有するＡＡ７０００系の合金及びそれらを得るための工程を開示する。合金は、重量によって、７から１３．５％のＺｎ、１から３．８％のＭｇ、０．６から２．７％のＣｕ、０から０．５％のＭｎ、０から０．４％のＣｒ、０から０．２％のＺｒ、各々０．０５％及び合計０．１５％までの他のもの、ならびに残りのＡｌを含有する。展伸用合金又は鋳造用合金のいずれかを得ることができ、製品のＤＥＡ溶融信号と関連した比エネルギーは、３Ｊ／ｇよりも低い。
【０００７】
特許文献６は、本質的に、約５．５−１０．０重量％の亜鉛、約１．７５−２．６重量％のマグネシウム、約１．８−２．７５重量％の銅、残部のアルミニウム及び他の元素からなるアルミニウムを主材料とした合金の組成物を提供することを含む、改善された剥脱耐性及び破壊靭性を有するアルミニウムを主材料とした合金の製品を生産する方法を開示する。アルミニウムを主材料とした合金は、改善された耐腐食性及び機械的特性を有する製品を生産するために、加工され、熱処理され、急冷され、老化されられる。亜鉛、マグネシウム、及び銅の量は、析出が、老化の工程の結果として本質的に完全であった後に過剰の元素が存在しないように、化学量論的に均衡がとられる。アルミニウムを主材料とした合金の製品を生産する方法は、銅、マグネシウム、及び亜鉛の化学量論的に均衡をとることと併せて一又は二ステップの老化の工程のいずれかを利用する。
【０００８】
特許文献７は、０から３．０重量％のＣｕ、０から１．５重量％のＭｎ、０．１から４．０重量％のＭｇ、０．８から８．５重量％のＺｎ、少なくとも０．００５重量％のＳｒ、最大１．０重量％のＳｉ、最大０．８重量％のＦｅ、及び最大０．４５重量％のＣｒ、０から０．２重量％のＺｒ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物を含む改善されたアルミニウムが主材料の合金の製品を開示する。
【０００９】
特許文献８は、約０．１％から３％より下の任意の量の銅、約０．１％から約２％のチタン、約６％から約１６％の亜鉛、好ましくは０．６％を超えない（商業的なアルミニウムの不純物として存在する）鉄、好ましくは０．４％を超えない（商業的なアルミニウムの不純物として存在する）ケイ素、好ましくは０．４％を超えない他の元素（不純物）、残りのアルミニウムからなる改善されたアルミニウム合金を開示する。
【００１０】
特許文献９は、約２％から２０％までの範囲、約３％と１５％との間にある好適な範囲にわたる量で存在するアルミニウム、亜鉛、及びマグネシウムの三元化合物を有する改善されたアルミニウム合金を開示する。室温で、その三元化合物は、約２％の量でアルミニウム合金における固溶体の状態になる。固溶体における百分率は、高い温度で増加し、冷却で減少し、余剰なものは、すっかり沈殿する。
【００１１】
特許文献１０は、高い横向きの降伏強度及び高い応力腐食割れの耐性の改善された組み合わせを有するアルミニウムが主材料の粉末の金属学的な合金の物品を開示する。その合金は、基本的な析出硬化する元素、亜鉛、マグネシウム、及び銅に加えて分散を補強する元素、鉄及びニッケルを含有する。加えて、それは、クロム及び／又はマンガンを含有してもよい。その合金は、それら元素の溶融物の噴霧化、熱間加工、溶体化処理、急冷、及び人為的老化によって調製される。アルミニウムに加えて、重量百分率での合金の成分は、少なくとも６．５から１３までの亜鉛、１．７５から６のマグネシウム、０．２５から２．５の銅、０．７５から４．２５の鉄、及び０．７５から６のニッケル、３までのマンガン、及び０．７５までのクロムである。鉄対ニッケルの比は、０．２：１から２．０：１までである。
【００１２】
特許文献１１は、重量で、１−１０％のＺｎ、１−１５％のＳｉ、０．１−５％のＣｕ、０．１−５％のＰｂ、０．００５−０．５％のＳｒ、並びに残部のＡｌ及び偶発的な不純物からなる、耐疲労性及び焼付き防止性に優れた、滑り材料としての使用のためのＡｌを主材料とした合金を開示する。
【００１３】
特許文献１２は、重量％で、５．７＜Ｚｎ＜８．７、１．７＜Ｍｇ＜２．５、１．２＜Ｃｕ＜２．２、Ｆｅ＜０．１４、Ｓｉ＜０．１１、０．０５＜Ｚｒ＜０．１５、Ｍｎ＜０．０２、Ｃｒ＜０．０２、Ｃｕ＋Ｍｇ＜４．１及びＭｇ＞Ｃｕ、各々が＜０．０５で合計が＜０．１０の他の元素を含む組成を有する、＞６０ｍｍの厚さの、圧延された、押し出された、又は鍛造されたＡｌＺｎＭｇＣｕアルミニウム合金の製品で作られたプラスチック用の型を開示し、製品は、溶体化処理、急冷、及びＴ６の焼き戻し高度までの老化によって処理される。
【００１４】
これらの開示にもかかわらず、高いレベルの強度、耐腐食性、破壊靭性、及び疲労亀裂の成長に対する良好な耐性を有する航空宇宙の用途に、改善された合金及びそれから製作される押し出し品に対する大きな要望がまだある。本発明は、このような押し出し品を提供する。
【特許文献１】米国特許第４，８６３，５２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２２１，３７７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４７７，２９２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１０８，５２０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５６０，７８９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３１２，４９８号明細書
【特許文献７】米国特許第４，７１１，７６２号明細書
【特許文献８】米国特許第１，４１８，３０３号明細書
【特許文献９】米国特許第２，２９０，０２０号明細書
【特許文献１０】米国特許第３，６３７，４４１号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，０２８，３９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，３１５，８４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、航空機における使用のための改善されたＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の押し出し品を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、高い強度レベルを有するのみならず改善された破壊靭性を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の押し出し品を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、改善された強度特性、破壊靭性、及び疲労亀裂の成長に対する耐性を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の押し出し品を生産するための方法を提供することである。
【００１８】
本発明のまた別の目的は、改善された強度特性、破壊靭性、耐腐食性の良好なレベルを有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の製品を生産するための方法を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、本発明の合金からの押し出し品のような航空宇宙の構造部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
これらの目的に従って、改善された破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法が提供され、その方法は、１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、及び凝固した本体を提供するためにアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を鋳造するステップを含み、溶融したアルミニウムが主材料の合金は、２５から７５μｍの範囲における微粒子の大きさを有する凝固した本体を提供するために、６００°から８００°Ｋ毎秒の範囲における液相線の温度と固相線の温度との間におけるある速度で凝固させられる。その後、その本体は、８４０°から８６０°Ｆの第一の温度範囲で加熱すること、その後に続いて、ＭｇＺｎ２又はη沈殿物の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために６８０°から８８０°Ｆの第二の温度範囲で加熱することによって均質化される。そして均質化された本体は、押し出し品を提供するために、押し出され、その押し出しは、６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、再結晶されない条件で前記押し出し品の少なくとも８０％を維持することに十分な速度で、実行される。その押し出し品は、溶体化強度特性を改善するために、及び、改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するために、処理されると共に人為的に老化させられる。
【００２１】
改善されたアルミニウムが主材料の合金の押し出し品の製品は、同様の大きさの７ｘｘｘ製品よりも８％以上の破壊靭性及び３％以上の降伏強度を有することができる。
【００２２】
また、本発明は、本質的に、１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、０．０５から０．２重量％のＳｃ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる押し出し品の製品のような、改善されたアルミニウムが主材料合金の展伸材を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１を参照して、本発明におけるステップのフローチャートが示される。一般に、それらステップにおいて、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金の溶融した本体は、鋳造された本体において特定の微粒子の大きさの範囲を得るために、制御された凝固の速度で鋳造される。その後、鋳造された本体は、ＭｇＺｎ２又はη沈殿物の一様な分布を得るために、制御された条件の下で均質化される。その本体は、再結晶されない条件でそれの大部分、例えば少なくとも８０％、を有する押し出し品を得るために、特定の速度の範囲及び温度で押し出しされる。そして、押し出し品は、強度、破壊靭性、及び耐腐食性の非常に高いレベルまで溶体化処理されると共に老化させられる。
【００２４】
本発明の合金は、約８．２から１０重量％のＺｎ、１．９から２．５重量％のＭｇ、１．９５から２．５重量％のＣｕ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物を含有する。
【００２５】
好ましくは、その合金は、１．９５から２．３重量％のＣｕ、１．９から２．３重量％のＭｇ、８．４５から９．４重量％のＺｎ、０．０５から０．２重量％のＣｒ、及び０．０５から０．１５重量％のＺｒを含有する。Ｃｒは、０．０５から０．０８重量％までの範囲にわたり得る。再結晶を遅らせる目的で、それら合金は、０．０１から０．２重量％、好ましくは０．０１から０．１重量％のＳｃを含有することができる。このような合金は、本発明に従って加工されるとき、例えばＡＡ７０７５−Ｔ６のような従来の７ｘｘｘ合金と比較して許容可能なレベル又はいっそう高いレベルの強度及び耐腐食性で、破壊靭性における著しい改善を所有する。ＡＡ７ｘｘｘ合金の組成は、１９９３年１２月付けの“Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ”と題されたＴｈｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎの出版物に述べられている。用語“７ｘｘｘ”は、主要な合金を作る構成要素としての亜鉛を含有するアルミニウム合金を意味する。ＡＡ７０７５−Ｔ６は、Ｔｈｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎに登録されているようなＡＡ組成の限界を指す。７０７５に対する典型的なＴ６の老化の実践は、２４時間の間に約２５０°Ｆでの加熱であり、典型的な温度範囲は、３から３０時間の間に約１７５°から３３０°Ｆである。
【００２６】
本発明の目的のために、本発明の溶融したアルミニウム合金は、制御されたミクロ構造又は微粒子の大きさを提供する速度で凝固した本体に鋳造される。このような溶融したアルミニウム合金は、押し出し品の製品を生産することが望まれるとき、典型的には、小鋼片の形態に鋳造される。さらに、典型的には、このような凝固した本体は、約１から６インチ毎分、好ましくは２から４インチ毎分の速度で鋳造され、典型的には、小鋼片は、約１から７インチの範囲における直径を有する。本発明の目的のために、凝固した本体が、２５から１００μｍ、好ましくは３５から７５μｍの範囲における平均の微粒子の大きさを有することは、好適である。本発明の合金が、本発明に従って制御された速度で鋳造されると共に熱的に機械的に加工されるとすれば、非常に高い引っ張り強さ及び圧縮強さ、破壊靭性、及び耐腐食性を得ることができる。すなわち、本発明に従って熱的な機械的な加工のために所望のミクロ構造を得る目的で、溶融したアルミニウムは、制御された凝固の速度で鋳造される。開示したアルミニウム合金の制御された凝固の速度が、その後の制御された熱的な機械的な加工との組み合わせで、優れた特性、すなわち、非常に高い引っ張り強さ、良好な耐腐食性及びくぼみ抵抗を有する押し出しされた製品に帰着することを、発見してきた。
【００２７】
本アルミニウム合金の強度を、分散硬化によって、又は、ひずみ硬化によって、改善することができることに留意するべきである。ひずみ硬化は、プラスチックの変形の結果であり、変形の自由度に依存する。分散硬化は、（Ｇｕｉｎｅｒ−Ｐｒｅｓｔｏｎ又はＧＰゾーンと呼ばれる）原子のクラスターの形成を通じて生じさせられる。加えて、分散硬化は、転位の運動に対する障壁を形成する、合金における新しい相又は沈殿物の形成から結果として生じ得る。これは、合金の強度を顕著に増加させることができる。Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金において、新しい補強相は、Ｍ又はη相としてもまた知られているＭｇＺｎ２、Ｔ相としてもまた知られているＭｇ３Ｚｎ３Ａｌ２、Ｓ相としてもまた知られているＣｕＭｇＡｌ２を含む。新しい相の沈殿物から結果として生じる補強は、ＧＰゾーンの形成による補強よりも有効である。しかしながら、新しい相の沈殿物による補強は、損傷許容性又は破壊靭性に副作用を有し得る。通常、沈殿物の相における体積分率が、大きいほど、損傷許容性は、より低い。比較によって、ＧＰゾーンの形成から結果として生じる補強は、損傷許容性を犠牲にしては行われない。このように、改善された強度及び損傷許容性を提供するために、本発明は、溶液に超過の亜鉛を維持する一方で、最終生産物において沈殿物の体積分率及びＧＰゾーン又は亜鉛が豊富なクラスターの体積分率の均衡をとる。本発明の目的のために、ＧＰゾーンの大きさは、２から３５ｎｍの範囲にあるべきであり、ＧＰゾーンの密度は、４×１０１８から５×１０１８ゾーン毎ｃｍ３の範囲にあるべきである。
【００２８】
本発明に従った小鋼片を生産する目的のために、所望の微粒子の大きさ又は構造を提供する制御された速度で小鋼片を凝固させるための空気及び液体の冷媒によって冷却された型を使用して、鋳造を、成し遂げてもよい。微粒子は、３５から７５μｍの範囲における大きさを有することができる。型と共に使用される空気及び冷媒の混合物は、１から６インチの直径を有する小鋼片に対して５°から５０°Ｃ毎秒の凝固の速度を得るために、溶融したアルミニウム合金の本体から熱を抽出することに特に適合したものである。本発明の溶融したアルミニウム合金を鋳造するための冷却速度を制御することに適切である空気及び冷媒の混合物を使用する型は、米国特許第４，５９８，７６３号明細書に記載されている。本発明用のこれらの型との使用のための冷媒は、気体及び液体で構成され、ここで気体は、小さな別個の溶解してない泡として液体の中へ注入され、その組み合わせは、出現するインゴットの表面に向けられる。泡が混入された冷媒は、熱の抽出の増加した速度で金属を冷却するように作用する、及び、必要ならば、定常状態の鋳造段階の間を含む、鋳造の操作における任意の段階で冷却の速度を制御するために、抽出の増加した速度を、冷媒の吐出の速度と一緒に、使用することができる。
【００２９】
本発明の目的に適したミクロ構造を提供するための金属、例えばアルミニウム合金を鋳造するために、溶融した金属は、一方の端の開口を通じて、輪状の型の空洞に導入され、金属が、空洞の他方の端の開口に隣接した支持体上でそれの本体を形成するために、型において部分的な凝固をうける一方で、型及び支持体は、空洞の後者の開口を通じて金属の本体を伸長させるために、空洞の端を接して互いに関して往復させられる。液体の冷媒は、型の本体における空洞のまわりに取り巻いて配置される輪状の流れの通路に導入され、直接冷却用の金属の出現する本体に突き当たるカーテンとしての冷媒を吐出するための前記の対向する端の開口に隣接した型の周囲の雰囲気に開口する。それに対して、冷媒の液体に実質的に不溶である気体は、型の本体における通路のまわりに配置されると共に冷媒の流れの周囲における通路の吐出の開口から上流に配置される輪状の溝穴を通じて通路へ開口する、輪状分布の空洞の中へ圧力の下で給気される。空洞における気体の本体は、溝穴を通じて通路の中へ放出され、溝穴を通じた気体の吐出として多数の気体の噴流に細分される。噴流は、気体が、通路の開口を通じた同じ吐出のカーテンとしての、冷媒において別個で溶解してないままである傾向にある、多量の泡として流れに混入されると共に金属の出現する本体に突き当たる、温度及び圧力で冷媒の流れの中へ放出される。その中に混入された多量の泡で、カーテンは、増加した速度を有し、この増加を、それが、冷媒の熱伝導率における任意の減少を相殺することにとどまらないので、冷媒の液体の冷却速度を規制するために使用することができる。実際には、冷媒の高い速度の泡が混入されたカーテンは、任意の膜を壊すと共に膜沸騰が金属の表面で起こる傾向を減少させる、金属における洗浄効果を有するように思われ、このように、必要であれば、その工程が、核沸騰のより望まれるレベルで作用することを可能にする。また、泡の添加は、冷媒のカーテンにおいて、より多くの冷媒の蒸気を生じさせ、加えられた蒸気は、通常金属の本体と金属をそのレベルに冷却するためのカーテンの真上における型の壁との間に形成される間隙の中にまで上昇する傾向がある。結果として、金属は、上述したような様式で達成されるより高い冷却速度の結果としてだけでなく、間隙における冷媒の蒸気の集積の結果としてもまた、壁の上方へ別に期待されるよりも遠くで凝固する傾向がある。より高いレベルは、金属が、潤滑油が存在するレベルで型の壁で凝固することになることと共に、これらの効果の全てが、インゴットの全長にわたって金属の本体に優れたサテン様の薬剤のない面を生じさせることを、保証し、特に熱変換に適合したものである。
【００３０】
冷媒を、米国特許第４，５９８，７６３号明細書に記載されている装置及び技術と併せて用いるとき、この鋳造方法は、カーテンから間隙の中へ放出された任意の気体及び／又は蒸気が、型の空洞から吐出された流体の輪と混ざると共に、流体の断続的なパルスとして起こる吐出よりもむしろ後者の吐出のより多くの定常的な流れを生じさせるというさらなる利点を有する。
【００３１】
示したように、気体は、液体における低い溶解度を有するべきであり、ここで液体は、水であり、気体は、安価及び入手し易さのために空気であってもよい。
【００３２】
鋳造の操作の間に、分布空洞における気体の本体を、残片を形成する段階及び定常状態の鋳造の段階の両方の間に、溝穴を通じた冷媒の流れの通路中へ放出してもよい。あるいは、気体の本体を、定常状態の鋳造の段階の間にのみ、溝穴を通じて通路の中へ放出してもよい。例えば、残片を形成する段階の間に、冷媒の吐出の速度を、膜沸騰の効果を発生させることによってインゴットを過冷却するために、調節してもよく、気体の本体を、金属の温度が、冷却速度が、金属における所望の面の温度を維持するために増加することを要求するレベルに到達するとき、溝穴を通じて通路の中へ放出してもよい。そして、面の温度が、前述のレベルより下に、下がるとき、気体の本体を、もう一度金属を過冷却するために、溝穴を通じて通路の中へもはや放出しなくてもよい。最終的に、定常状態の鋳造が、始められるとき、気体の本体を、もう一度通路の中へ、溝穴を通じて及び不定の基礎原料に、鋳造の操作を完了するまで、放出してもよい。代わりに、冷媒の吐出速度を、金属の温度を規定の範囲内に維持するために、残片を形成する段階の間に、調節してもよく、気体の本体を、冷媒の吐出速度を増加させると共に定常状態の鋳造段階が始められるまで、溝穴を通じて通路の中へ放出しなくてもよい。
【００３３】
冷媒、型、及び鋳造方法は、ここでは参照によって組み込まれる、米国特許第４，５９８，７６３号明細書及び米国特許第４，６９３，２９８号明細書にさらに述べられている。
【００３４】
本発明のための通常の手順を、本発明に従った熱変換に必要な構造を有する小鋼片を生産するために、詳細に記載してきた一方で、本発明に必要な微粒子の構造に帰着する凝固の速度を提供するために他の鋳造方法を使用することができることは、理解されるべきである。先に留意したように、このような凝固を、ベルト、ブロック、又はロール鋳造及び電磁鋳造によって得ることができる。
【００３５】
３５°から５０°Ｆ毎秒の冷却速度で、空気及び水の冷媒を使用する型を用いて鋳造される、８．９重量％のＺｎ、２．１重量％のＭｇ、２．３重量％のＣｕ、０．１１重量％のＺｒ、アルミニウムを含む残りを含有する合金の七インチの小鋼片は、本発明に従って押し出すと共に熱的に機械的に加工するための満足な微粒子の構造を提供する。
【００３６】
鋳造を、小鋼片に関して記載してきた一方で、ここに記載した原理を、インゴット又はアルミニウム合金の電磁鋳造に適用してもよいことは、認識されると思われる。
【００３７】
小鋼片を鋳造した後に、それは、均質化処理に晒される。好ましくは、小鋼片は、二つの均質化処理に晒される。第一の均質化処理においては、小鋼片は、好ましくは、６から１８時間の周期で８４０°から８８０°Ｆの温度範囲で処理される。そして、その後、小鋼片は、好ましくは、４から３６時間の周期で８８０°から９００°Ｆの温度範囲に晒される。小鋼片を、記載したような二重の均質化処理に晒すことは、小鋼片に、亜鉛及びクロムを含有する分散質のみならずＭｇＺｎ２の沈殿物又はＭ若しくはη相のより一様な分布を提供する。
【００３８】
均質化の後に、小鋼片は、押し出し品の部材を提供するために、押し出される。押し出しの目的で、小鋼片は、６００°から８５０°Ｆの温度範囲まで加熱され、押し出し品の間、この温度範囲に維持される。好ましくは、小鋼片は、０．８から８フィート／分の範囲における速度で、好ましくは、１０から６０の範囲における押し出しの比で、押し出される。これらの条件は、押し出し品を得るために、重要であり、ここで押し出し品の少なくとも８０％、好ましくは９０％は、再結晶されない条件に維持される。押し出し品は、１：４から１：１８までの、最も薄い区画と最も厚い区画との間のアスペクト比を有することができる。
【００３９】
押し出しの後に、製品は、８７０°から８９０°Ｆである好適な温度範囲と共に、約８４５°Ｆから約９００°Ｆの温度範囲で加熱することによって、溶体化処理される。これらの温度における典型的な時間は、５から１２０分までの範囲にわたり得る。溶体化処理は、合金を作る元素の実質的な部分を溶解させるための十分な時間で、実行されるべきである。すなわち、亜鉛、マグネシウム、及び銅の実質的に全てを、固溶体を提供するために、溶解させる。
【００４０】
溶体化処理の後に、押し出し品は、例えば冷水による液浸又は吹きつけによって、急速に冷却される又は急冷される。急冷の後に、押し出し品を、ひずみ矯正してもよい、及び／又は、延伸してもよい。すなわち、押し出し品は、強度特性を改善するための老化させるより先に、ひずみ矯正される。
【００４１】
溶体化処理の後に、押し出し品は、強度、腐食、及び破壊靭性のような特性を改善するために、処理される。
【００４２】
このように、押し出し品を、所望の特性に依存して、異なる熱処理に晒してもよい。例えば、押し出し品を、Ｔ６タイプの焼き戻し硬度と呼ばれるような、高い又はピークの強度を達成するために、単一のステップの熱処理に晒してもよい。しかしながら、このような焼き戻し硬度は、応力腐食割れに敏感であり得る。Ｔ６の焼き戻し硬度は、３から３０時間の間に、１７５°から３２５°Ｆの温度範囲で老化させることによって、得られる。二ステップの老化の工程を、用いてもよく、ここで第一の老化のステップは、３から３０時間の時間周期で１７５°から３００°Ｆで実行され、３から２４時間の時間周期で３００°から３６０°Ｆで実行される第二の老化のステップが後に続けられる。この老化の工程は、Ｔ７ｘの焼き戻し硬度と呼ばれる老朽化した焼き戻し硬度を生じさせる。この条件は、応力腐食割れを改善するが、強度を減少させ得る。
【００４３】
強度及び耐腐食性を改善するために、押し出し品を、三ステップの老化の工程に晒してもよい。老化のステップ又はフェーズは、低い−高い−低い老化の連続を含む。第一の又は低い老化のステップにおいて、押し出し品は、その沈殿物が、ピーク強度での又はピーク強度付近の点まで押し出し品を硬化させる、ある時間周期にある温度に晒される。これを、押し出し品を、典型的には２から３０時間の間の時間に、約１５０°から３２５°Ｆの温度範囲に析出硬化に晒すことによって、果たすことができる。そして、押し出し品は、耐腐食性を改善するための第二の処理に晒される。第二の処理は、押し出し品を、例えば５分から約３時間の間に、３００°から５００°Ｆの温度範囲に晒すことを含む。第三のステップにおいて、押し出し品は、別の補強ステップに晒される。第三の熱処理は、押し出し品を、約２から３０時間の間に、１７５°から３２５°Ｆの温度に晒すことを含む。
【００４４】
本発明の合金の剥脱腐食（ＥＸＣＯ）の挙動を、７０７５Ｔ６５１１合金及び７０７５Ｔ７６５１１合金と比較した。Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓは、２ｘｘｘ及び７ｘｘｘ系のアルミニウム合金用の加速させられた剥脱腐食の試験を提供する方法（ＡＳＴＭ  Ｇ３４−９９）を開発した。剥脱に対する感受性は、標準的な写真に対する参照によって確立された性能の格付けを伴った目視の検査によって決定される。この試験の方法に従って試験したとき、本発明の合金は、Ｔ７６の焼き戻し硬度まで老化したとき、典型的なＥＡの剥脱腐食の格付けを示す。Ｔ７７の焼き戻し硬度まで老化したとき、本発明の合金は、典型的なＥＢの剥脱腐食の格付けを示す。
【００４５】
合金を、押し出し品の製品に関して記載してきた一方で、それは、シート及びプレートの製品としての使用を見出すと共に、このようなものは、ここでは予期される。
【００４６】
ここで述べた全ての範囲は、まるで具体的に述べたかのように、範囲内の全ての数を含む。
【００４７】
本発明に従ったここで記載した製品又は部材は、航空宇宙の用途に特に適切であり、商業的及び軍事的な航空機のような大きい航空機において多くの使用を見出す。製品を、翼の構成部品、尾翼、胴体の区画において、又は航空機を含む部分組み立て品若しくは他の構成部品において、使用することができる。すなわち、航空機組み立て品は、翼組み立て品又は翼部分組み立て品、中央の翼の箱の組み立て品又は部分組み立て品、座席の溝、床受ばり、支柱、貨物甲板組み立て品及び部分組み立て品、床上板、貨物床上板、胴体組み立て品又は部分組み立て品、胴体の枠、胴体の縦材などを含む床の組み立て品又は部分組み立て品を含むことができる。さらに、製品を、縦目無し管又は非縦目無し管として生産してもよく、野球のバットのようなスポーツ用品に使用してもよい。
【００４８】
【表１】
2006504871.tif 000003
以下の例は、本発明のまたさらなる例示である。
【実施例１】
【００４９】
［例１］
８．９重量％のＺｎ、２．１重量％のＭｇ、２．３重量％のＣｕ、０．１１重量％のＺｒ、偶発的な元素及び不純物、残部のアルミニウムを含有する合金の小鋼片を、七インチの直径の小鋼片に鋳造した。小鋼片を、空気及び（Ｗａｇｓｔａｆｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．，Ｓｐｏｋａｎｅ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎから入手可能な）液体の冷媒を利用する鋳込型を使用して、鋳造した。空気／水の冷媒を、溶融したアルミニウム合金の本体を、４インチ毎分の速度で鋳造するために、調節した。鋳造されたような構造は、３５μｍの平均の微粒子の大きさを有した。小鋼片を、８７０°Ｆで８時間の間、そして、８９０°Ｆで２４時間の間に、均質化した。その後、小鋼片を、７２５°Ｆの温度までもってきて、２．６５インチの外側の直径及び０．０８０インチの壁の厚さを備えた中空管に押し出した。
【００５０】
押し出し品は、再結晶されてない微粒子の構造を有した。押し出し品を、８８０°Ｆで２５分の間に溶体化処理し、水−１５％グリコールの溶液で急冷した。その後、急冷した押し出し品を、２５０°Ｆで２４時間の間に析出硬化させ、そして、耐腐食性及び降伏強度の特性を改善するために、６時間の間に３１５°Ｆの温度に晒した。そして、押し出し品を、引っ張り強さ及び降伏強度について試験し、ＡＡ７０７５Ｔ６と比較した。結果を表１に再現する。
【００５１】
そして、押し出し品を、くぼみ抵抗又は損傷許容性について試験した。くぼみ抵抗の試験を、押し出しされた管に一定の大きさ及び重量のボールを投げることによって行った。押し出しされた管における第一のくぼみへの投げの回数は、くぼみ抵抗を表す。押し出し品を、同様の様式で処理されたＡＡ７０５５合金と比較した。本発明の合金は、ＳＳＬＬＣとしてのＭ７０３及び７０５５と呼ばれる（図２参照）。両方の合金を、同一に老化させた。図２から、Ｍ７０３が、優れたくぼみ抵抗を有したことがわかると思われる。
【実施例２】
【００５２】
［例２］
８．９重量％のＺｎ、２．１重量％のＭｇ、２．３重量％のＣｕ、０．１１重量％のＺｒ、偶発的な元素及び不純物、残部のアルミニウムを含有する合金の小鋼片を、七インチの直径の小鋼片に鋳造した。小鋼片を、空気及び（Ｗａｇｓｔａｆｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．，Ｓｐｏｋａｎｅ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎから入手可能な）液体の冷媒を利用する鋳込型を使用して、鋳造した。空気／水の冷媒を、溶融したアルミニウム合金の本体を、４インチ毎分の速度で鋳造するために、調節した。鋳造されたような構造は、３５μｍの平均の微粒子の大きさを有した。小鋼片を、８７０°Ｆで８時間の間、そして、８９０°Ｆで２４時間の間に、均質化した。その後、小鋼片を、７２５°Ｆの温度までもってきて、“Ｔ”の形状をした断面及び０．２４５インチの壁の厚さを有する航空機の縦材に押し出した。
【００５３】
押し出し品は、再結晶されてない微粒子の構造を有した。押し出し品を、８８０°Ｆで３５分の間に溶体化処理し、水−１５％グリコールの溶液で急冷した。その後、急冷した押し出し品を、２５０°Ｆで２４時間の間に、その後に続いて、３８０°Ｆで２５から３５分の間に、析出硬化させ、そして、２４時間の間に２５０°Ｆの温度に晒した。そして、押し出し品を、引っ張り強さ及び降伏強度、並びに破壊靭性、疲労亀裂の成長について試験し、ＡＡ７０７５Ｔ６５１１及びＡＡ７１５０Ｔ７７５１１と比較した。結果を表１に再現する。本発明の合金が、ＡＡ７０７５Ｔ６５１１及びＡＡ７１５０Ｔ７７５１１と比較したとき、優れた強度及び破壊靭性を有することがわかると思われる。また、押し出し品は、引っ張り強さ、耐腐食性、及び損傷許容性（すなわち、破壊靭性及び疲労亀裂の成長）の特有の組み合わせを有する。
【００５４】
現在好適な実施形態を記載してきたが、本発明を、添付した特許請求の範囲の範囲内で別な具合に具現化してもよいことは、理解されることである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明のステップを示すフローチャートである。
【図２】図２は、高い強度の７ｘｘｘ合金（ＳＳＬＬＣ）と比較した本発明の合金（Ｍ７０３）の損傷許容性（規格化されたへこませるスピード）の結果を図説する。
【図１】
2006504871.tif 000004
【図２】
2006504871.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月30日(2005.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善された破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造するステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から６インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物及びジルコニウムを含有する分散質の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、８４０から８６０°Ｆの第一の温度範囲において加熱することによって、その後に続いて、８６０°から８８０°Ｆの第二の温度範囲において加熱することによって、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しするステップ
を含み、
該押し出しすることは、６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、再結晶されない条件で該押し出し品の断面積の少なくとも８０％を維持することに十分な速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｆ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記合金は、１．９５から２．３重量％のＣｕを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記合金は、１．９から２．３重量％のＭｇを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記合金は、０．０５から０．２重量％のＣｒを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記合金は、８．４５から９．４重量％のＺｎを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記合金は、０．０１から０．１重量％のＳｃを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記合金は、０．０１から０．２重量％のＴｉを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
６から１８時間の間に前記第一の温度範囲において加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
４から３６時間の間に前記第二の温度範囲において加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該押し出し品を急冷することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記押し出しすることは、０．５から８フィート／分の範囲における速度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶体化処理することは、５から１２０分の間に８７０°から８９０°Ｆの温度範囲において実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記人為的に老化させることは、３から３０時間の間に１７５°から３００°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３から２４時間の間に２８０°から３６０°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記人為的に老化させることは、４から２４時間の間に２１０°から２８０°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、３０分から１４時間の間に３２０°から４００°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記人為的に老化させることは、２から３０時間の間に１５０°から３２５°Ｆの温度範囲において老化させることによって、その後に続いて、５分から３時間の間に３００°から５００°Ｆで老化させることによって、その後に続いて、２から３０時間の間に１７５°から３２５°Ｆで老化させることによって、実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記人為的に老化させることは、三ステップの工程であり、
第一及び第三のステップは、強度を改善すると共に、
第二のステップは、耐腐食性を改善する
請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記人為的に老化させることは、
（ｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上の低い温度で、
（ｉｉ）前記押し出し品の耐腐食性の特性を改善するための温度で、及び
（ｉｉｉ）前記押し出し品を析出硬化させるための、室温より上のより低い温度で、
老化させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記押し出し品は、７０７５合金から製作された同様の押し出し品よりも少なくとも５％大きい破壊靭性を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記押し出し品は、７０７５合金から製作された同様の押し出し品よりも少なくとも８％大きい引っ張り強さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
改善された強度及び破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．３重量％のＣｕ、１．９から２．３重量％のＭｇ、８．２から９．４重量％のＺｎ、０．０５から０．２重量％のＣｒ、０．０５から０．１５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造する、ステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から６インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物並びにジルコニウム及びクロムを含有する分散質の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、６から２４時間の間に８４０から８６０°Ｆの第一の温度範囲において加熱することによって、その後に続いて、４から３６時間の間に８６０°から８８０°Ｆの第二の温度範囲において加熱することによって、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しする、ステップ
を含み、
該押し出しすることは、６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、該押し出し品の断面積の少なくとも８０％を表す再結晶されない領域を備えた押し出し品を提供するために０．５から８．０フィート／分の範囲における速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を急冷するステップ、
（ｆ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｇ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項２１】
改善された強度及び破壊靭性を有するアルミニウム合金の押し出し品の製品を生産する方法であって、
当該方法は、
（ａ）１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物で構成されるアルミニウムが主材料の合金の溶融した本体を提供するステップ、
（ｂ）凝固した本体を提供するために該アルミニウムが主材料の合金の該溶融した本体を鋳造するステップ
を含み、
該溶融したアルミニウムが主材料の合金は、１から４インチ毎分の範囲における速度で鋳造され、
当該方法は、
（ｃ）η沈殿物の一様な分布を有する均質化された本体を提供するために、該本体を均質化するステップ、
（ｄ）押し出し品を提供するために該均質化された本体を押し出しするステップ
を含み、
該押し出しすることは、１０から６０の範囲における押し出しの比で６００°から８５０°Ｆの温度範囲で、及び、実質的に再結晶されない条件で該押し出し品を提供するために０．５から８．０フィート／分の範囲における押し出しの速度で、実行され、
当該方法は、
（ｅ）該押し出し品を急冷するステップ、
（ｆ）該押し出し品を溶体化処理するステップ、並びに
（ｇ）改善された破壊靭性を有する押し出し品の製品を提供するための強度の特性を改善するために該製品を人為的に老化させるステップ
を含む方法。
【請求項２２】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性を有する、又は、８％以上の降伏強度を有する合金の製品。
【請求項２３】
当該製品は、航空機の縦材である請求項２２に記載の合金の製品。
【請求項２４】
当該製品は、航空機の床受けばりである請求項２２に記載の合金の製品。
【請求項２５】
当該製品は、航空機の胴体のはりである請求項２２に記載の合金の製品。
【請求項２６】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、０．０５から０．２重量％のＳｃ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材。
【請求項２７】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の展伸材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性、８％以上の降伏強度を有すると共にＥＢ以上の剥脱耐性を有する合金の製品。
【請求項２８】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の航空機の部材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性及び８％以上の降伏強度を有する合金の製品。
【請求項２９】
本質的に１．９５から２．５重量％のＣｕ、１．９から２．５重量％のＭｇ、８．２から１０重量％のＺｎ、０．０５から０．２５重量％のＺｒ、最大０．１５重量％のＳｉ、最大０．１５重量％のＦｅ、最大０．１重量％のＭｎ、残りのアルミニウム、並びに偶発的な元素及び不純物からなる改善されたアルミニウムが主材料の合金の航空機の部材であって、
当該合金の製品は、同様の大きさに作られた７０７５の製品よりも、５％以上の破壊靭性、８％以上の降伏強度を有すると共にＥＢ以上の剥脱耐性を有する合金の製品。
【国際調査報告】
2006504871.tif 000006