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CN111247260A - 高强度高度可成型的铝合金及其制作方法 - Google Patents

高强度高度可成型的铝合金及其制作方法 Download PDF

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CN111247260A
CN111247260A CN201880068803.7A CN201880068803A CN111247260A CN 111247260 A CN111247260 A CN 111247260A CN 201880068803 A CN201880068803 A CN 201880068803A CN 111247260 A CN111247260 A CN 111247260A
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CN
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aluminum alloy
alloy
alloy product
product
stage homogenization
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S.K.达斯
A.德斯波瓦
R.G.卡马特
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Original Assignee
Novelis Inc Canada
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Abstract

本文描述了高强度、高可成型性的铝合金以及制作和加工这样的合金的方法。本文所描述的铝合金包含过渡金属合金元素，以提供高强度和高可成型性。加工方法包括多阶段均质化、热轧和冷轧以及固溶步骤。还描述了使用所述铝合金的方法。

Description

高强度高度可成型的铝合金及其制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月23日提交的美国临时申请No.62/575,573的权益，其全部内容通过引用合并于本文。
技术领域
本公开内容涉及下述领域：材料科学、材料化学、金属制造、铝合金和铝制造。特别地，本公开内容涉及高强度且高度可成型的铝合金及其制作和加工方法。
背景技术
铝合金可以表现出高强度，部分是由于合金元素的含量。例如，可以通过包括高浓度的某些元素诸如镁(Mg)、硅(Si)和/或铜(Cu)来制备高强度的6xxx系列铝合金。但是，包含高浓度的这些元素的这种铝合金显示出较差的可成型性特性。特别地，在铝基质中沿晶界可能形成沉淀物。沿晶界的沉淀形成可以增大合金中的强度，但负面地影响合金变形(例如，减小可弯曲性、可成型性或任何合适的期望的变形)。另外，合金在人工时效(age，老化)后可能表现出减小的屈服强度。
发明内容
通过权利要求而非本发明内容来限定本发明涵盖的实施方式。本发明内容是本发明的各个方面的高级概述，并且将引入在以下具体实施方式段落中进一步被描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在单独用于确定要求保护的主题的范围。主题应当通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求来理解。
本文所描述的是一种铝合金，该铝合金包括：约0.8-1.5wt.％的Si、0.1-0.5wt.％的Fe、0.5-1.0wt.％的Cu、0.5-0.9wt.％的Mg、最多至0.1wt.％的Ti、最多至0.5wt.％的Mn、最多至0.5wt.％的Cr、最多至0.5wt.％的Zr、最多至0.5wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。在一些情况中，铝合金可以包括约0.9-1.4wt.％的Si、0.1-0.35wt.％的Fe、0.6-0.9wt.％的Cu、0.6-0.9wt.％的Mg、0.01-0.09wt.％的Ti、最多至0.3wt.％的Mn、最多至0.3wt.％的Cr、最多至0.3wt.％的Zr、最多至0.3wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。在一些情况中，铝合金可以包括约1.0-1.3wt.％的Si、0.1-0.25wt.％的Fe、0.7-0.9wt.％的Cu、0.6-0.8wt.％的Mg、0.01-0.05wt.％的Ti、最多至0.2wt.％的Mn、最多至0.2wt.％的Cr、最多至0.2wt.％的Zr、最多至0.2wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。可选地，铝合金包括Mn、Cr、Zr和V中的至少一种。在一些实施例中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为至少约0.14wt.％(例如，从约0.14wt.％至约0.4wt.％或从约0.15wt.％至约0.25wt.％)。可选地，铝合金包括约0.01-0.3wt.％的V。在一些实施例中，铝合金包括过量的Si，并且该过量的Si含量为从约0.01至约1.0。
本文还描述的是一种包括如本文所描述的铝合金的铝合金产品。可选地，铝合金产品包括处于至少约5％的体积百分比的旋转立方体晶体织构。铝合金产品可以包括弥散体。可选地，弥散体以每mm2至少约1,500,000个弥散体的量存在于铝合金中。可选地，弥散体占据了铝合金产品的范围从约0.5％至约5％的面积。在一些情况中，铝合金产品包括Fe组分。Fe组分可以包括Al(Fe、X)Si相粒子。可选地，Fe组分的平均粒子大小最大至约4μm。铝合金产品在处于T6状态时可以表现出至少约300Mpa的屈服强度，和/或铝合金产品在处于T4状态时可以表现出至少约20％的均匀伸长和至少约120°的最小弯曲角。
本文进一步描述的是生产铝合金产品的方法。该方法包括铸造如本文所描述的铝合金以提供铸造制品，在两阶段均质化工艺中使该铸造制品均质化，热轧和冷轧该铸造制品以提供最终规格的铝合金产品，对最终规格的铝合金产品进行固溶热处理，并对最终规格的铝合金产品进行预时效。两阶段均质化工艺可以包括：将铸造制品加热到第一阶段均质化温度，并使铸造制品在第一阶段均质化温度保持一时间段，并且进一步将铸造制品加热到第二阶段均质化温度，并使铸造制品在第二阶段均质化温度保持一时间段。可选地，第一阶段均质化温度为从约470℃至约530℃，第二阶段均质化温度为从约525℃至约575℃。在一些实施例中，第二阶段均质化温度高于第一阶段均质化温度。
通过考虑下面的详细描述和附图，另外的方面、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的拉伸特性的图表。
图2是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的晶粒结构的显微图。
图3是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的机械特性的图表。
图4是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的机械特性的图表。
图5是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的机械特性的图表。
图6是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的再结晶织构的分布的图表。
图7是根据本公开内容的某些方面的铝合金的一系列显微图。
图8是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的弥散体的数目密度和弥散体面积分数的图表。
图9是根据本公开内容的某些方面的铝合金的一系列显微图。
图10是示出了根据本公开内容的某些方面的铝合金的Fe组分的大小分布的图表。
图11是根据本公开内容的某些方面的铝合金的一系列显微图。
具体实施方式
本文描述了新型铝合金及其产品和制备方法。该合金表现出高强度和高可成型性。如本文中进一步描述的，溶质元素包括Cu、Mg和Si与过渡元素(例如Mn、Cr、Zn和V)结合，以用于使合金的强度和可成型性两者增大的协同效应。过渡元素有助于防止在铝合金中沿晶界形成沉淀，如下文进一步描述的。另外，用于制备合金和产品的加工方法有助于通过合金和产品表现出的高强度和可成型性。
定义和描述：
本文使用的术语“发明”、“发明(the invention)”、“该发明”和“本发明”旨在广泛地指本专利申请和所附权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述应当被理解为并非限制本文所描述的主题或限制所附专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，参考由铝工业名称(aluminum industry designation)所标识的合金，诸如“系列”或“AA6xxx”。要了解最常用于命名和标识的Al及其合金的数字名称系统，参见“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits forWrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys(可锻铝和可锻铝合金的国际合金名称和化学成分限制)”或“Registration Record of Aluminum Association AlloyDesignations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Formof Castings and Ingot(用于呈铸件和钢锭形式的铝合金的协会合金名称和化学成分限值的登记记录)”，二者由美国铝业协会出版。
如本文所使用的，除非上下文明确规定，否则“一(a)”，“一(an)”或“该(the)”的含义包含单数和复数的引用。
如本文所使用的，“室温”的含义可以包括从约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
如本文所使用的，板件通常具有大于约15mm的厚度。例如，板件可以指具有的厚度大于15mm、大于20mm、大于25mm、大于30mm、大于35mm、大于40mm、大于45mm、大于50mm或大于100mm的铝产品。
如本文所使用的，薄板材(也称为片状板件)通常具有从约4mm至约15mm的厚度。例如，薄板件可以具有的厚度为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm。
如本文所使用的，片材通常是指具有小于约4mm的厚度的铝产品。例如，片材可以具有的厚度为小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.3mm或小于0.1mm。
如本文所使用的，术语诸如“铸造金属制品”、“铸造制品”、“铸造铝合金”等的是可互换的，并且指的是通过下述生产的产品：直接冷硬铸造(包括直接冷硬共铸)或半连续铸造、连续铸造(包括，例如，通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或者任何其他连续式铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法。
在本申请中参考了合金状况或状态(temper，锻炼、回火)。为了理解最常使用的合金状态描述，参见“American National Standards(ANSI)H35 on Alloy and TemperDesignation Systems(美国国家标准(ANSI)H35对合金和回火指定系统)”。F状况或状态是指制作中的铝合金。O状况或状态是指退火后的铝合金。T1状况或状态是指从热加工冷却并经自然时效(例如，处于室温)的铝合金。T2状况或状态是指从热加工冷却、经冷加工并经自然时效的铝合金。T3状况或状态是指经固溶热处理、经冷加工并经自然时效的铝合金。T4状况或状态是指经固溶热处理并经自然时效的铝合金。T5状况或状态是指从热加工冷却并经人工时效(处于升高的温度)的铝合金。T6状况或状态是指经固溶热处理并经人工时效的铝合金。T7状况或状态是指经固溶热处理并经人工时效的铝合金。T8x状况或状态是指经固溶热处理、经冷加工并经人工时效的铝合金。T9状况或状态是指经固溶热处理、经人工时效并经冷加工的铝合金。
在基于合金的总重量的铝合金元素的成分重量百分比(wt.％)方面描述以下铝合金。在每种合金的某些实施例中，剩余部分为铝，其中，对于杂质的总和最大wt.％为0.15％。
合金成分
本文描述的是新型铝合金。该合金表现出高强度和高可成型性。在一些情况中，由于合金的元素成分，可以实现合金的特性。铝合金可以是沉淀硬化的或沉淀可硬化的合金。可选地，铝合金可以被分类为下述的铝合金：2xxx系列铝合金(例如，其中铜是主要合金元素)、6xxx系列铝合金(例如，其中，镁和硅是主要合金元素)或7xxx系列铝合金(例如，其中，锌是主要合金元素)。在一些情况中，铝合金可以是经调质的2xxx系列、6xxx系列或7xxx系列铝合金。如本文所使用的，如与一系列铝合金有关的术语“调质”是指通常将被分类在特定系列内的合金成分，但是一种或多种元素(类型或数量)的调质导致不同的主要合金元素。例如，经调质的6xxx系列铝合金可以指其中的主要合金元素是铜和硅而不是镁和硅的铝合金。
在一些情况中，铝合金可以具有如在表格1中提供的以下元素成分：
表格1
Figure BDA0002461561450000071
在其他实施例中，铝合金可以具有如在表格2中提供的以下元素成分。
表格2
Figure BDA0002461561450000081
在一个实施例中，铝合金可以具有如在表格3中提供的以下元素成分。
表格3
Figure BDA0002461561450000091
在某些实施例中，本文所描述的合金包括量为基于合金的总重量的从约0.8％至约1.5％的硅(Si)(例如，从约0.9％至约1.45％、从约0.9％至约1.4％、从约0.9％至约1.35％、从约0.9％至约1.3％、从约0.9％至约1.25％、从约0.9％至约1.2％、从约0.95％至约1.5％、从约0.95％至约1.45％、从约0.95％至约1.4％、从约0.95％至约1.35％、从约0.95％至约1.3％、从约0.95％至约1.25％、从约0.95％至约1.2％、从约1.0％至约1.5％、从约1.0％至约1.45％、从约1.0％至约1.4％、从约1.0％至约1.35％、从约1.0％至约1.3％、从约1.0％至约1.25％或从约1.0％至约1.2％)。例如，合金包括的Si可以为0.8％、0.81％、0.82％、0.83％、0.84％、0.85％、0.86％、0.87％、0.88％、0.89％、0.9％、0.91％、0.92％、0.93％、0.94％、0.95％、0.96％、0.97％、0.98％、0.99％、1.0％、1.01％、1.02％、1.03％、1.04％、1.05％、1.06％、1.07％、1.08％、1.09％、1.1％、1.11％、1.12％、1.13％、1.14％、1.15％、1.16％、1.17％、1.18％、1.19％、1.2％、1.21％、1.22％、1.23％、1.24％、1.25％、1.26％、1.27％、1.28％、1.29％、1.3％、1.31％、1.32％、1.33％、1.34％、1.35％、1.36％、1.37％、1.38％、1.39％、1.4％、1.41％、1.42％、1.43％、1.44％、1.45％、1.46％、1.47％、1.48％、1.49％或1.5％。全部以wt.％表述。
在某些方面中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的从约0.1％至约0.5％的铁(Fe)(例如，从约0.1％至约0.45％、从约0.1％至约0.4％、从约0.1％至约0.35％、从约0.1％至约0.3％、从约0.1％至约0.25％、从约0.1％至约0.2％、从约0.15％至约0.45％、从约0.15％至约0.4％、从约0.15％至约0.35％、从约0.15％至约0.3％、从约0.15％至约0.25％、从约0.15％至约0.2％、从约0.2％至约0.45％、从约0.2％至约0.4％、从约0.2％至约0.35％、从约0.2％至约0.3％、从约0.2％至约0.25％、从约0.25％至约0.45％、从约0.25％至约0.4％、从约0.25％至约0.35％、从约0.25％至约0.3％、从约0.3％至约0.45％、从约0.3％至约0.4％或从约0.3％至约0.35％)。例如，合金包括的Fe可以为：0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。全部以wt.％表述。
在某些实施例中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的从约0.5％至约1.0％的铜(Cu)(例如，从约0.55％至约1.0％、从约0.6％至约1.0％、从约0.65％至1.0％、从约0.7％至约1.0％、从约0.75％至约1.0％、从约0.8％至约1.0％、从约0.5％至约0.95％、从约0.55％至约0.95％、从约0.6％至约0.95％、从约0.65％至约0.95％、从约0.7％至约0.95％、从约0.75％至约0.95％、从约0.8％至约0.95％、从约0.5％至约0.9％、从约0.55％至约0.9％、从约0.6％至约0.9％、从约0.65％至约0.9％、从约0.7％至约0.9％、从约0.75％至约0.9％、从约0.8％至约0.9％、从约0.5％至约0.85％、从约0.55％至约0.85％、从约0.6％至约0.85％、从约0.65％至约0.85％、从约0.7％至约0.85％、从约0.75％至约0.85％、从约0.8％至约0.85％、从约0.5％至约0.8％、从约0.55％至约0.8％、从约0.6％至约0.8％、从约0.65％至约0.8％、从约0.7％至约0.8％或从约0.75％至约0.8％)。例如，合金包括的Cu可以为：0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74％、0.75％、0.76％、0.77％、0.78％、0.79％、0.8％、0.81％、0.82％、0.83％、0.84％、0.85％、0.86％、0.87％、0.88％、0.89％、0.9％、0.91％、0.92％、0.93％、0.94％、0.95％、0.96％、0.97％、0.98％、0.99％或1.0％。全部以wt.％表述。
在某些实施例中，本文所描述的合金包括量为基于合金的总重量的从约0.5％至约0.9％的镁(Mg)(例如，从约0.55％至约0.9％、从约0.6％至约0.9％、从约0.65％至约0.9％、从约0.7％至约0.9％、从约0.75％至约0.9％、从约0.8％至约0.9％、从约0.5％至约0.85％、从约0.55％至约0.85％、从约0.6％至约0.85％、从约0.65％至约0.85％、从约0.7％至约0.85％、从约0.75％至约0.85％、从约0.8％至约0.85％、从约0.5％至约0.8％、从约0.55％至约0.8％、从约0.6％至约0.8％、从约0.65％至约0.8％、从约0.7％至约0.8％或从约0.75％至约0.8％)。例如，合金包括的Mg可以为：0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74％、0.75％、0.76％、0.77％、0.78％、0.79％、0.8％、0.81％、0.82％、0.83％、0.84％、0.85％、0.86％、0.87％、0.88％、0.89％或0.9％。全部以wt.％表述。
在某些方面中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的最多至约0.1％的钛(Ti)(例如，从约0.01％至约0.09％、从约0.02％至约0.09％、从约0.03％至约0.09％、从约0.04％至约0.09％、从约0.05％至约0.09％、从约0.01％至约0.08％、从约0.02％至约0.08％、从约0.03％至约0.08％、从约0.04％至约0.08％、从约0.05％至约0.08％、从约0.01％至约0.07％、从约0.02％至约0.07％、从约0.03％至约0.07％、从约0.04％至约0.07％、从约0.05％至约0.07％、从约0.01％至约0.06％、从约0.02％至约0.06％、从约0.03％至约0.06％、从约0.04％至约0.06％、从约0.05％至约0.06％、从约0.01％至约0.05％、从约0.02％至约0.05％、从约0.03％至约0.05％或从约0.04％至约0.05％)。例如，合金包括的Ti可以为：0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％。在一些实施例中，合金中不存在Ti(即，0％的Ti)。全部以wt.％表述。
在某些实施例中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的最多至约0.5％的锰(Mn)(例如，从约0.01％至约0.5％、从约0.01％至约0.4％、从约0.01％至约0.3％、从约0.01％至约0.2％、从约0.01％至约0.1％、从约0.06％至约0.5％、从约0.06％至约0.4％、从约0.06％至约0.3％、从约0.06％至约0.2％、从约0.06％至约0.1％、从约0.1％至约0.5％、从约0.1％至约0.4％、从约0.1％至约0.3％或从约0.1％至约0.2％)。例如，合金包括的Mn可以为：0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。在一些实施例中，合金中不存在Mn(即，0％的Mn)。全部以wt.％表述。
在某些方面中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的最多至约0.5％的铬(Cr)(例如，从约0.01％至约0.5％、从约0.01％至约0.4％、从约0.01％至约0.3％、从约0.01％至约0.2％、从约0.01％至约0.1％、从约0.06％至约0.5％、从约0.06％至约0.4％、从约0.06％至约0.3％、从约0.06％至约0.2％、从约0.06％至约0.1％、从约0.1％至约0.5％、从约0.1％至约0.4％、从约0.1％至约0.3％或从约0.1％至约0.2％)。例如，合金包括的Cr可以为：0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。在一些实施例中，合金中不存在Cr(即，0％的Cr)。全部以wt.％表述。
在某些方面中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的最多至约0.5％的锆(Zr)(例如，从约0.01％至约0.5％、从约0.01％至约0.4％、从约0.01％至约0.3％、从约0.01％至约0.2％、从约0.01％至约0.1％、从约0.06％至约0.5％、从约0.06％至约0.4％、从约0.06％至约0.3％、从约0.06％至约0.2％、从约0.06％至约0.1％、从约0.1％至约0.5％、从约0.1％至约0.4％、从约0.1％至约0.3％或从约0.1％至约0.2％)。例如，合金包括的Zr可以为：0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。在一些实施例中，合金中不存在Zr(即，0％)。全部以wt.％表述。
在某些方面中，本文描述的合金包括量为基于合金的总重量的最多至约0.5％的钒(V)(例如，从约0.01％至约0.5％、从约0.01％至约0.4％、从约0.01％至约0.3％、从约0.01％至约0.2％、从约0.01％至约0.1％、从约0.06％至约0.5％、从约0.06％至约0.4％、从约0.06％至约0.3％、从约0.06％至约0.2％、从约0.06％至约0.1％、从约0.1％至约0.5％、从约0.1％至约0.4％、从约0.1％至约0.3％或从约0.1％至约0.2％)。例如，合金包括的V可以为：0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。在某些方面中，合金中不存在V(即，0％的V)。全部以wt.％表述。
可选地，合金成分可以进一步包含其他次要元素，有时称为杂质，每种的量为约0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下。这些杂质可以包括但不限于Ni、Sc、Sn、Ga、Ca、Hf、Sr或上述的组合。因此，Ni、Sc、Sn、Ga、Ca、Hf或Sr可以以下述的量存在于合金中：0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下。在某些方面中，所有杂质的总和不超过0.15％(例如，0.1％)。全部以wt.％表述。合金成分还包括铝。在某些方面中，合金的剩余百分比是铝。
适合的合金的一个非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.13％Mn、0.07％Cr和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。在一些情况中，适合的合金的另一个非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.14％Cr和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。在一些情况中，适合的合金的另一非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.07％Cr、0.11％Zr和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。在一些情况中，适合的合金的另一个非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.08％Cr、0.11％V和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。在一些情况中，适合的合金的另一个非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.09％Zr、0.10％V和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。在一些情况中，适合的合金的另一非限制性实施例包括1.20％Si、0.18％Fe、0.80％Cu、0.70％Mg、0.02％Ti、0.09％Mn,0.10％V和最多至0.15％的总的杂质，其中，剩余部分为Al。
合金的显微结构和特性
在某些方面中，控制Si、Mg和Cu的含量和比例以增强强度和可成型性。可选地，控制过渡元素(例如，Mn、Cr、Zr和/或V)的含量以增强强度和可成型性。
在某些情况中，本文所描述的合金包括过量的Si。可选地，控制Si和Mg的含量，使得如本文所描述的在合金中存在过量的Si。过量的Si含量可以根据在美国专利No.4,614,552，卷4,第49至52行中描述的方法来计算，其通过引用合并于本文。简要地，Mg和Si以Mg2Si结合，在时效硬化后，带来显著的强度改进。另外，可以形成包含硅的组分，诸如Al(FeMn)Si。当Si含量在Mg2Si的化学计量比以上并且在Al(FeMn)Si组分中所包括的量以上时，存在过量的Si。可以通过从总的Si含量中减去Mg2Si(Mg/1.73)和包含Fe的相(Fe/3)所需要的Si来计算过量的Si含量。过量的Si含量可以为1.0或更少(例如，从约0.01至约1.0、从约0.1至约0.9或从约0.5至0.8)。例如，过量的Si含量可以是0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.0或上述之间的任何位置。
在一些方面中，本文所描述的合金包括至少一种过渡元素(例如，Mn、Cr、Zr和/或V中的至少一种)。可选地，本文所描述的合金中的过渡元素的组合的含量为至少约0.14wt.％。例如，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量可以为从约0.14wt.％至约0.40wt.％(例如，从约0.15wt.％至约0.35wt.％或者从约0.25wt.％至约0.30wt.％)。在某些情况中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为约0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％或0.4％。在一些情况中，只要存在的过渡元素的总重量百分比为至少0.14wt.％，过渡元素中的一种或多种过渡元素就可以不存在。
过渡元素中的一种或多种过渡元素诸如Mn、Cr、Zr和/或V的存在可以有利地在本文所描述的加工方法期间诸如在均质化步骤期间形成弥散体。弥散体可以在工艺步骤期间诸如在固溶热处理步骤期间充当用于沉淀物的异相成核位点。在某些方面中，由于有利于沉淀成核的GB定向错误而发生晶界(GB)沉淀。弥散体减小或消除了GB沉淀物，并且还减小了应变局部化，从而在变形期间使应变分布扩散。在变形期间减小或消除了的GB沉淀物和/或扩散的应变分布会引起所得到的合金和合金产品的改进的可弯曲性。
在一些非限制性实施例中，本文所描述的弥散体可以包含Al和如以上所描述的合金成分中发现的合金元素中的一种或多种合金元素。在一些实施例中，弥散体可以具有根据以下分子式中的一种或多种分子式的成分：AlX、AlXX、AlXSi、Al(Fe,X)、Al(Fe,X)Si等，其中，每个X选自由Fe、Si、Mn、Cr、V或Zr构成的组。
弥散体的平均大小和分布是重要的因素，其使本文所描述的合金和合金产品表现出所期望的强度和可成型性特性。大小和分布受如以上所描述的过渡元素的存在的影响，并且还受处理合金的方法影响，如以下进一步描述的。在一些实施例中，弥散体可以以每平方毫米(mm2)至少约1,500,000个弥散体的平均量存在于铝合金中。例如，弥散体可以以下述量存在：每mm2至少约1,600,000个弥散体、每mm2至少约1,700,000个弥散体、每mm2至少约1,800,000个弥散体、每mm2至少约1,900,000个弥散体，每mm2至少约2,000,000个弥散体、每mm2至少约2,100,000个弥散体、每mm2至少约2,200,000个弥散体、每mm2至少约2,300,000个弥散体、每mm2至少约2,400,000个弥散体、每mm2至少约2,500,000个弥散体、每mm2至少约2,600,000个弥散体、每mm2至少约2,700,000个弥散体、每mm2至少约2,800,000个弥散体、每mm2至少约2,900,000个弥散体或每mm2至少约3,000,000个弥散体。在一些实施例中，铝合金中存在的弥散体的平均数可以是从每mm2约1,500,000个弥散体到每mm2约5,000,000个弥散体(例如，从每mm2约1,750,000个弥散体到每mm2约4,750,000个弥散体或从每mm2约2,000,000个弥散体到每mm2约4,500,000个弥散体)。铝合金中的弥散体可以占据合金的范围从约0.5％至约5％(例如，合金的从约1％至约4％或从约1.5％至约2.5％)的面积。
可选地，弥散体可以具有从约10nm至约600nm(例如，从约50nm至约500nm、从约100nm至约450nm、从约200nm至约400nm、从约10nm至约200nm或从约500nm至约600nm)的平均直径。例如，弥散体可以具有的直径为约10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm、600nm或上述之间的任何位置。
本文所描述的合金还包括Fe组分，其在本文也称为包含Fe的粒子。可选地，除Fe外，Fe组分可以包括Al、Mn、Si、Cu、Ti、Zr、Cr和/或Mg中的一种或多种。在一些实施例中，Fe组分可以是Al(Fe，X)Si相粒子，其中,X可以是Mn、Cr、Zr和/或V和/或AlFeSi相粒子。例如，Fe组分可以包括下述中的一种或多种：Al3Fe、Alx(Fe,Mn)、Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al7Cu2Fe、Al(Fe,Mn)2Si3、Alx(Mn,Fe)和Al12(Mn,Fe)3Si。本文所描述的过渡元素的存在使AlFeSi粒子转变成Al(Fe、X)Si粒子。在一些实施例中，为椭球状粒子的Al(Fe、X)Si相粒子的数目大于为片状或针状粒子的AlFeSi相粒子的数目。可选地，至少50％的铁组分以Al(Fe，X)Si粒子存在(例如，至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％的铁组分以Al(Fe，X)Si粒子存在)。铁组分可以具有最高至约4μm的平均粒子大小。例如，平均而言，铁组分在大小方面的范围可以从约0.1μm至约4μm(例如，从约0.5μm至约3.5μm或从约1μm至约3μm)。
可选地，控制Cr、Mn、Zr和/或V的含量和比例，以形成期望的弥散体的大小、类型和分布，这会产生改进的可成型性和强度。在一些非限制性实施例中，Cr与Mn的比例(在本文也称为Cr/Mn比例)可以为从约0.15:1至约0.7:1(例如，从约0.3:1至约0.6:1或从约0.4:1至约0.55:1)。例如，Cr/Mn的比例可以为约0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1、0.20:1、0.21:1、0.22:1、0.23:1、0.24:1、0.25:1、0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1、0.30:1、0.31:1、0.32:1、0.33:1、0.34:1、0.35:1、0.36:1、0.37:1、0.38:1、0.39:1、0.40:1、0.41:1、0.42:1、0.43:1、0.44:1、0.45:1、0.46:1、0.47:1、0.48:1、0.49:1、0.50:1、0.51:1、0.52:1、0.53:1、0.54:1、0.55:1、0.56:1、0.57:1、0.58:1、0.59:1、0.60:1、0.61:1、0.62:1、0.63:1、0.64:1、0.65:1、0.66:1、0.67:1、0.68:1、0.69:1或0.70:1。
在一些非限制性实施例中，Cr与V的比例(在本文也称为Cr/V比例)可以为从约0.5:1至约1.5:1(例如，从约0.6:1至约1.4:1或从约0.7:1至约1.3:1)。例如，Cr/V的比例可以为约0.50:1、0.51:1、0.52:1、0.53:1、0.54:1、0.55:1、0.56:1、0.57:1、0.58:1、0.59:1、0.60:1、0.61:1、0.62:1、0.63:1、0.64:1、0.65:1、0.66:1、0.67:1、0.68:1、0.69:1、0.70:1、0.71:1、0.72:1、0.73:1、0.74:1、0.75:1、0.76:1、0.77:1、0.78:1、0.79:1、0.80:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.90:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1。
在一些非限制性实施例中，Cr与Zr的比例(在本文也称为Cr/Zr比例)可以为从约0.5:1至约1.5:1(例如，从约0.6:1至约1.4:1或从约0.7:1至约1.3:1)。例如，Cr/Zr的比例可以为约0.50:1、0.51:1、0.52:1、0.53:1、0.54:1、0.55:1、0.56:1、0.57:1、0.58:1、0.59:1、0.60:1、0.61:1、0.62:1、0.63:1、0.64:1、0.65:1、0.66:1、0.67:1、0.68:1、0.69:1、0.70:1、0.71:1、0.72:1、0.73:1、0.74:1、0.75:1、0.76:1、0.77:1、0.78:1、0.79:1、0.80:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.90:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1。
在一些非限制性实施例中，V与Mn的比例(在本文也称为V/Mn比例)可以为从约0.8:1至约1.4:1(例如，从约0.9:1至约1.3:1或从约0.9:1至约1.2:1)。例如，V/Mn比例可以为约0.80:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.90:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1或1.4:1。
在一些非限制性实施例中，V与Zr的比例(在本文也称为V/Zr比例)可以为从约0.8:1至约1.4:1(例如，从约0.9:1至约1.3:1或从约0.9:1至约1.2:1)。例如，V/Zr比例可以为约0.80:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.90:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1或1.4:1。
在一些非限制性实施例中，V与Cr的比例(在本文也称为V/Cr比例)可以为从约0.8:1至约1.4:1(例如，从约0.9:1至约1.3:1或从约0.9:1至约1.2:1)。例如，V/Cr比例可以为约0.80:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.90:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1或1.4:1。
取决于期望的用途，可以通过各种时效状况来控制铝合金的机械特性。作为一个实施例，可以生产(或提供)处于T4状态或T6状态的合金。在一些非限制性实施例中，所提出的合金在T4状态下具有非常高的可成型性和可弯曲性，并且在T6状态下具有非常高的强度。在某些方面中，铝合金具有可以从约150Mpa至约250Mpa的范围(例如，约150MPa、约160MPa、约170MPa、约180MPa、约190MPa、约200MPa、210MPa、约220MPa、约230MPa、约240MPa或约250MPa)的T4屈服强度。在某些情况中、屈服强度为从约185MPa至约195MPa。
在某些方面中，处于T4状态的合金提供至少约20％(例如，从约20％至约30％或从约22％至约26％)的均匀伸长。例如，均匀伸长可以为约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％或约30％。可选地，在纵向(L)方向上测量均匀伸长。
可选地，如根据VDA 238-100测试的，处于T4状态的合金提供至少为120°的弯曲角。例如，弯曲角可以为从约120°至约140°(例如、120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°或140°)。在一些非限制性实施例中，包括V可以改善合金的可成型性。例如，包括V的合金与不包含V的合金相比较表现出在弯曲角方面增大最高至10°(例如，显示出改进至少约5°、至少约6°、至少约7°、至少约8°、至少约9°、至少约10°或上述之间的任何位置)。
在某些方面中，铝合金可以具有至少约200MPa的T6屈服强度。在非限制性实施例中、屈服强度为至少约200MPa、至少约210MPa、至少约220MPa、至少约230MPa、至少约240MPa、至少约250MPa、至少约260MPa MPa、至少约270MPa、至少约280MPa、至少约290MPa、或至少约300MPa、至少约310MPa、至少约320MPa、至少约330MPa、至少约340MPa至少约350MPa、至少约360MPa、至少约370MPa或至少约375MPa。在一些情况中、屈服强度为从约200MPa至约400MPa(例如、约200MPa、约210MPa、约220MPa、约230MPa、约240MPa、约250MPa、约260MPa、约270MPa、约280兆帕、约290兆帕、约300MPa的、约310MPa、约320MPa、约330MPa、约340MPa、约350MPa、约360MPa、约370MPa或约375MPa)。
在某些方面中，处于T6状态的合金提供至少约5％(例如，从约5％至约10％或从约6％至约9％)的均匀伸长。例如、均匀伸长可以为约5％、约6％、约7％、约8％、约9％或约10％。可选地，在纵向(L)方向上测量均匀伸长。
合金产品在合金产品的表面上还包括再结晶织构组分。例如，合金产品包括以下再结晶织构组分中的一种或多种再结晶织构组分：立方体、戈斯、黄铜、S、Cu和旋转立方体(称为“RC”)。可选地、在合金产品中存在至少约5体积％的旋转立方体织构组分(例如，从约5vol.％至约20vol.％、从约6vol.％至约18vol.％、从约8vol.％至约15vol.％、从约10vol.％至约13vol％或从约5vol.％至约6vol.％)。这样的旋转立方体织构组分可以引起合金产品中期望的弯曲度。
铝合金的制备方法
在不旨在限制本发明的情况下，通过合金制备期间的显微结构的形成部分地确定铝合金的特性。在某些方面中，用于合金成分的制备的方法可以影响，或者甚至确定合金是否将具有适于期望的应用的特性。
铸造
可以使用任何合适的铸造方法将本文所描述的合金铸造成铸造制品。例如，铸造工艺可以包括直接冷硬(DC)铸造工艺。可选地，铸造工艺可以包括连续铸造(CC)工艺。然后可以使铸造制品经受另外的工艺步骤。例如，本文中所描述的加工方法可以包括均质化、热轧、冷轧和固溶步骤。在一些情况中，加工方法还可以包括预时效步骤和/或人工时效步骤。
均质化
均质化步骤可以包括两阶段的加热工艺。在均质化工艺的第一阶段中，可以将从本文所描述的合金成分制备出的铸造制品加热到第一阶段均质化温度(例如，弥散体成核的温度)。第一阶段均质化温度可以为从约470℃至约530℃(例如，约470℃、约480℃、约490℃、约500℃、约510℃、约520℃、约530℃、或上述之间的任何温度)。在一些情况中，到第一阶段均质化温度的加热速率可以为约100℃/小时或更小、约75℃/小时或更小、约50℃/小时或更小、约40℃/小时或更小、约30℃/小时或更小、约25℃/小时或更小、约20℃/小时或更小或约15℃/小时或更小。在其他情况中，到第一阶段均质化温度的加热速率可以从为从约10℃/min至约100℃/min(例如，从约15℃/min至约90℃/min、从约20℃/min至约80℃/min、从约30℃/min至约80℃/min、从约40℃/min至约70℃/min或从约45℃/min至约65℃/min)。
然后允许铸造制品均热(即，保持处于指示的温度)一时间段。根据一个非限制性实施例，允许对铸造制品均热最多至约6小时(例如，包括从约30分钟至约6小时)。例如，可以使铸造制品在约470℃至约530℃的温度被均热30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时或上述之间的任何时间。
在均质化工艺的第二阶段中，使铸造制品的温度增大到比用于均质化工艺的第一阶段的温度高的温度。可以使铸造制品温度在均质化工艺的第一阶段期间增大到例如比铝合金铸造制品温度高至少5℃的温度。例如，可以将铸造制品进一步加热到从约525℃至约575℃(例如，从约530℃至约570℃或从约535℃至约565℃)的第二阶段均质化温度(例如，弥散体粗化温度)。在一些实施例中，第二阶段均质化温度可以为约525℃、约530℃、约535℃、约540℃、约545℃、约550℃、约555℃、约560℃、约565℃、约570℃、约575℃或上述之间的任何温度)在第二均质化步骤中。在一些情况中，到第二阶段均质化温度的加热速率可以为约50℃/小时或更小、30℃/小时或更小或者25℃/小时或更小。
然后，在第二阶段期间允许铸造制品均热一时间段。根据一个非限制性实施例，允许铸造制品均热最多至约5小时(例如，包括从约20分钟至约5小时)。例如，可以使铸造制品在约525℃至约575℃的温度被均热约15分钟、约20分钟、约30分钟、约45分钟、约1小时、约1.5小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时或上述之间的任何时间。
热轧
在均质化步骤之后，可以执行热轧步骤。在某些情况中，以范围约500℃至560℃的进口温度(例如，从约510℃至约550℃或从约520℃至约540℃)将铸造制品放下并进行热轧。进口温度可以是例如约505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃、550℃、555℃、560℃或上述之间的任何温度。在某些情况中，热轧出口温度范围可以从约250℃至约380℃(例如，从约275℃至约370℃或从约300℃至约360℃)。例如，热轧出口温度可以为约255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃或380℃。
在某些情况中，将铸造制品热轧成被称为热带材的约4mm至约15mm规格(例如，从约5mm至约12mm规格)。例如，可以将铸造制品热轧成15mm规格、14mm规格、13mm规格、12mm规格、11mm规格、10mm规格、9mm规格、8mm规格、7mm规格、6mm规格、5mm规格或4mm规格。轧制态的热带材的状态称为F状态。
冷轧
在固溶步骤之前可选地执行冷轧步骤。在某些方面，将热带材冷轧成最终规格的铝合金片材。在一些实施例中，最终规格铝合金片材具有的厚度为4mm或更小、3mm或更小、2mm或更小、1mm或更小、0.9mm或更小、0.8mm或更小、0.7mm或更小、0.6mm或更小、0.5mm或更小、0.4mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小或者0.1mm。
固溶
固溶步骤可以包括将铝合金片材或其他轧制制品从室温加热到峰值金属温度。可选地，金属峰值温度可以为从约520℃至约590℃(例如，从约520℃至约580℃、从约530℃至约570℃、从约545℃至约575℃、从约550℃至约570℃、从约555℃到约565℃、从约540到约560℃、从约560到约580℃或从约550到约575℃)。铝合金片材可以在金属峰值温度被均热一时间段。在某些方面中，允许铝合金片材均热最多至大约2分钟(例如，包括从约10秒至约120秒)。例如，可以使片材在从约520℃至约590℃的温度被均热10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒、55秒、60秒、65秒、70秒、75秒、80秒、85秒、90秒、95秒、100秒、105秒、110秒、115秒、120秒或上述之间的任何时间。
时效
铝合金片材可选地可以经历预时效热处理。在一些实施例中，预时效可以包括将铝合金片材加热到从约80℃至约120℃的温度(例如，约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约105℃、约110℃、约115℃、约120℃或上述之间的任何温度)并卷绕铝合金薄片材。可以使经卷绕的铝合金片材冷却(即，执行盘管冷却)最多至约24小时的一时间段(例如，约1小时、约2小时、约6小时、约12小时、约18小时、约24小时或上述之间的任何时间)。
然后可以将铝合金片材自然时效和/或人工时效。在一些实施例中，可以将铝合金片材自然时效一时间段以产生T4状态。例如，可以将铝合金片材自然时效1星期或更久、2星期或更久、3星期或更久或者4星期或更久。
在某些方面中，可以对在T4状态下的处于从约180℃至约225℃(例如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃或225℃)的温度的铝合金片材进行人工时效一时间段，以产生T6状态。例如，可以将铝合金片材人工时效从约15分钟至约3小时(例如15分钟、30分钟、60分钟、90分钟、105分钟、2小时、2.5小时、3小时或上述之间的任何时间)的一时间段，以产生T6状态。
使用方法
本文所描述的合金、产品和方法可以用于汽车、电子设备和运输应用，诸如商用车辆、飞机或铁路应用。例如，合金可以用于底盘、横向构件和内部底盘部件(包括但不限于商用车辆底盘中两个C通道之间的所有部件)以增加强度，用作高强度钢的全部的或部分的替代品。在某些实施方式中，合金可以在F、T4、T6或T8x状态下使用。在某些方面中，合金与加强肋一起使用以提供附加的强度。在某些方面中，合金在工艺和运行温度为大约或低于150℃的应用中是有用的。
在某些方面中，合金和方法可以用于制备机动车辆本体零件的产品。例如，所公开的合金和方法可以用于制备机动车辆本体零件，诸如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A支柱、B支柱和C支柱)、内部板、侧板、地板、管道、结构板、加强板、内机罩或后备箱盖板。所公开的铝合金和方法也可以用于飞机或铁路车辆应用中，以制备例如外板和内板。
所描述的合金和方法还可以用于制备用于包括移动电话和平板计算机的电子设备的壳体。例如，该合金可以用于在有或者没有阳极氧化的情况下制备用于移动电话(例如，智能电话)的外部罩壳和平板电脑底部机壳的壳体。示例性消费电子产品包括移动电话、音频设备、视频设备、照相机、手提计算机、台式计算机、平板计算机、电视、显示器、家用电器、视频回访和记录设备等。示例性消费电子产品零件包括用于消费电子产品的外部壳体(例如，外观面)和内部件。
例示
例示1是一种铝合金，包括：约0.8-1.5wt.％的Si、0.1-0.5wt.％的Fe、0.5-1.0wt.％的Cu、0.5-0.9wt.％的Mg、最多至0.1wt.％的Ti、最多至0.5wt.％的Mn、最多至0.5wt.％的Cr、最多至0.5wt.％的Zr、最多至0.5wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
例示2是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，包括：约0.9-1.4wt.％的Si、0.1-0.35wt.％的Fe、0.6-0.9wt.％的Cu、0.6-0.9wt.％的Mg、0.01-0.09wt.％的Ti、最多至0.3wt.％的Mn、最多至0.3wt.％的Cr、最多至0.3wt.％的Zr、最多至0.3wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
例示3是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，包括：约1.0-1.3wt.％的Si、0.1-0.25wt.％的Fe、0.7-0.9wt.％的Cu、0.6-0.8wt.％的Mg、0.01-0.05wt.％的Ti、最多至0.2wt.％的Mn、最多至0.2wt.％的Cr、最多至0.2wt.％的Zr、最多至0.2wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
例示4是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，铝合金包括Mn、Cr、Zr和V中的至少一种。
例示5是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为至少约0.14wt.％。
例示6是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为从约0.14wt.％至约0.4wt.％。
例示7是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为从约0.15wt.％至约0.25wt.％。
例示8是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，铝合金包括约0.01-约0.3wt.％V。
例示9是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金，其中，铝合金包括过量的Si,并且其中,过量的Si含量为从约0.01至约1.0。
例示10是包括根据任一前述或随后的例示所述的铝合金的铝合金产品。
例示11是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，铝合金产品包括处于至少约5％的体积百分比的旋转立方体晶体织构。
例示12是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，铝合金产品包括量为每mm2至少约1,500,000个弥散体的弥散体。
例示13是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，弥散体占据铝合金的范围从约0.5％至约5％面积。
例示14是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，铝合金产品包括Fe组分。
例示15是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，Fe组分包括Al(Fe,X)Si相粒子。
例示16是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，Fe组分的平均粒子大小为最高至4μm。
例示17是根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品，其中，铝合金产品在处于T6状态可以包括至少约300Mpa的屈服强度。
例示18是根据任一前述或随后的例示的所述铝合金产品，其中，铝合金产品处于T4状态时包括至少约20％的均匀伸长和至少约120°的最小弯曲角。
例示19是一种生产根据任一前述或随后的例示所述的铝合金产品的方法，包括：铸造根据例示1所述的铝合金以提供铸造制品；在两阶段均质化工艺中使铸造制品均质化，其中，两阶段均质化工艺包括：将铸造制品加热到第一阶段均质化温度并使铸造制品在第一阶段均质化温度保持一时间段，并且进一步加热铸造制品到第二阶段均质化温度并使铸造制品在第二阶段均质化温度保持一时间段；热轧和冷轧以提供最终规格的铝合金产品；对最终规格的铝合金产品进行固溶热处理；以及对最终规格的铝合金产品进行预时效。
例示20是根据任一前述例示所述的方法，其中，第一阶段均质化温度为从约470℃至约530℃，并且第二阶段均质化温度为从约525℃至约575℃，并且其中，第二阶段均质化温度高于第一阶段均质化温度。
以下实施例将用于进一步例示本发明，但并不构成对本发明的任何限制。相反，应该清楚地理解，在不脱离本发明的精神的情况下，在阅读本文的描述之后，可以采取可以向本领域技术人员提出的各种实施方式、修改和等同体。在以下实施方式中描述的研究期间，除非另有说明，否则遵循常规程序。下面出于例示性目的对程序中的一些程序进行描述。
实施例
实施例1：铝合金特性
准备用于强度和可成型性测试的合金。在以下的表格4中提供了用于这些合金的成分。合金成分中的每个合金成分在表格4中，剩余部分为Al。
表格4
Figure BDA0002461561450000291
元素的值呈wt.％形式。根据本文所描述的计算方法获得的*过量的Si值。
通过将DC铸造成铸块并以如本文所描述的两步式均质化步骤来对铸块进行均质化，以制备合金。第一步骤提供了最大数量的微细弥散体(例如，具有小于约10nm的直径的弥散体)的成核。第二步骤将微细弥散体粗化。然后根据本文所描述的方法将经均质化的铸块放下并热轧成10mm规格。将热带材卷绕并冷却，然后冷轧成2mm规格。然后在560℃执行固溶热处理步骤35秒。通过将片材加热到100℃并均热1小时(例如，以模拟如上所描述的盘管冷却)来执行预时效步骤，随后通过自然时效以实现T4状态。然后通过在200℃对T4合金进行时效30分钟来实现T6状态。
确定了T4状态下的D1至D6合金的包括屈服强度、均匀伸长和弯曲角的特性。根据ASTM B557，在相对于合金片材的轧制方向的三个方向上执行拉伸测试，以评估在再结晶期间可能发生的各向异性的特性。在图1中沿轧制方向的纵向方向(称为“L”并通过竖向条纹指示)，与轧制方向呈90°的横向方向(称为“T”并通过水平条纹指示)，以及与轧制方向呈45°的对角线方向(称为“D”并通过双向影线指示)示出了屈服强度(称为“YS”并通过直方图指示)和均匀伸长(称为“UE”并通过点指示)。在基于屈服强度和均匀伸长的图表中明显的是，甚至在具有伸长的再结晶的晶粒结构的情况下，在三个方向上经受拉升测试的合金表现出各向同性性能，如在图2中观察到的。均匀伸长值在从约24％至26％的范围，屈服强度为从185MPa至195MPa。
图3示出了处于T4和T6状态的合金D1至D6的屈服强度和均匀伸长。处于T4状态的合金D1至D6，成分具有对屈服强度和均匀伸长可忽略不计的影响。处于T6状态的合金D1至D6，成分具有对均匀伸长可忽略不计的影响，而对于包括V成分的合金屈服强度降低了约10MPa。屈服强度的降低可以归因于在固溶期间通过在包含V的弥散体上的溶质沉淀物的异质成核所致的溶质损失(例如，Si、Mg和/或Cu)。
图4是示出处于T4状态的合金D1至D6的弯曲角测试结果的图表。Cr和V的添加产生大量的微细弥散体，上述微细弥散体通过在变形(例如，弯曲、成型、冲压或任何适当的变形工艺)期间使应变分布扩散来改进弯曲度。在一些情况中，由于Mn与Zr、Cr和/或V相比的高的扩散性，因此Mn与Fe和Si结合以形成球化的Fe组分，而不是形成弥散体。Fe组分的球化作用通过消除在变形期间可能引发裂纹的伸长的(即针状)粒子，改进了弯曲度。此外，由于Fe组分的球化作用，包含V的合金(例如，合金D4至D6)与不含V的变体相比显示出改进的弯曲度。图5将处于T4和T6状态的合金D1至D6的屈服强度(YS)与弯曲角(VDA)进行比较。
实施例2：铝合金的显微结构
图6示出了包括立方体、戈斯、黄铜、S、Cu和旋转立方体(称为“RC”)的合金D1至D6的再结晶织构组分。每个合金D1至D6都表现出相似的织构组分分布，并且成分具有对再结晶织构可忽略不计的影响。令人惊讶地，每种合金都表现出相对大量的旋转立方体织构，产生了显著改进的弯曲角，如在图4和图5中示出的。
图7示出处于T4状态的合金D1至D6的透射电子显微镜(TEM)图像。在TEM图像中明显的是，在每个合金中的弥散体形成(示出为亮白色粒子)。合金D4(包括Cr和V)由于Cr和V的相对低的扩散性而表现出较高的弥散体量。同样地，合金D5和D6由于Mn和Zr的相对较高的扩散性而表现出较低数目的弥散体。因此，合金D6表现出归因于待合并到Fe组分中的锰的亲和力而不仅仅是形成的Mn弥散体所致的较少量的弥散体。图8示出了处于T4状态的合金D1至D6的弥散体数目密度(直方图)和面积分数(空心圆)。不包含V的合金(合金D1至D3)表现出相似的弥散体数目密度。与合金D1和D3(合并了Mn和Cr(D1)以及Zr和Cr(D3))相比，合金D2(仅合并了作为过渡金属合金元素的Cr)显示出较高的弥散体面积分数。合金D4(合并了Cr和V)表现出最高的弥散体数目密度和最高的弥散体面积分数。
图9示出处于T4状态的合金D1至D6的扫描电子显微(TEM)图像。SEM图像中明显的是，Fe组分形成(示出为亮白色的伸长的粒子)。如在图10中示出的，合金D1至D6中的每种合金都显示出相似量的Fe组分形成物和相似的Fe组分粒子大小分布。如以上所描述的，采用过渡金属合金元素通过替代一部分Fe而减少了Fe组分(例如，AlFeSi)的形成物，从而形成了球形Al(Fe、X)Si组分。由于存在过量的Si和在低均质化温度(例如，约500℃)进行的工艺，每个合金继续表现出AlFeSi(延伸的粒子)，其中，合金中减小的大小和大小分布不采用过渡金属合金元素。在一些方面中，合金中不包含过渡金属合金元素的AlFeSi组分表现出比在包含过渡金属合金元素的合金中观察到的AlFeSi组分较大的大小。在距铝合金片材的表面约0.5mm的深度处评估Fe组分的大小和大小分布(称为四分之一厚度，在图表中指示为“QT”)。
图11示出了合金D1的光学显微镜(称为“OM”)和SEM图像。合金D1在铸造之后经受包括下述的一步式均质化：50℃每小时到560℃的热斜度、均热2小时、随后热轧、冷轧、固溶、预时效和自然时效，如以上所描述的。在OM图像中明显的是，在合金D1中Mg2Si的初熔和/或共晶熔化(示出为深色区域)。SEM图像示出了深色区域是在均质化期间在合金中形成的空隙。能量色散X射线光谱(EDXS)示出了在空隙中存在的Fe组分(示出为亮粒子)。当将过渡金属合金元素合并到铝合金成分中时，采用如本文所描述的示例性两步式均质化可以消除初熔和/或共晶熔化。
以上引用的所有专利、出版物和摘要均通过引用以其整体合并到本文中。为了满足本发明的各个目的，已经描述了本发明的各个实施方式。应该认识到，这些实施方式仅是本发明原理的例示。在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，本发明的许多修改和调整对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种铝合金，包括：0.8-1.5wt.％的Si、0.1-0.5wt.％的Fe、0.5-1.0wt.％的Cu、0.5-0.9wt.％的Mg、最多至0.1wt.％的Ti、最多至0.5wt.％的Mn、最多至0.5wt.％的Cr、最多至0.5wt.％的Zr、最多至0.5wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
2.根据权利要求1所述的铝合金，包括：0.9-1.4wt.％的Si、0.1-0.35wt.％的Fe、0.6-0.9wt.％的Cu、0.6-0.9wt.％的Mg、0.01-0.09wt.％的Ti、最多至0.3wt.％的Mn、最多至0.3wt.％的Cr、最多至0.3wt.％的Zr、最多至0.3wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
3.根据权利要求1所述的铝合金，包括：1.0-1.3wt.％的Si、0.1-0.25wt.％的Fe、0.7-0.9wt.％的Cu、0.6-0.8wt.％的Mg、0.01-0.05wt.％的Ti、最多至0.2wt.％的Mn、最多至0.2wt.％的Cr、最多至0.2wt.％的Zr、最多至0.2wt.％的V、最多至0.15wt.％的杂质、以及Al。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金，其中，所述铝合金包括Mn、Cr、Zr和V中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为至少0.14wt.％。
6.根据权利要求5所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为从0.14wt.％至0.4wt.％。
7.根据权利要求5或6所述的铝合金，其中，Mn、Cr、Zr和/或V的组合的含量为从0.15wt.％至约0.25wt.％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的铝合金，其中，所述铝合金包括0.01-0.3wt.％的V。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的铝合金，其中，所述铝合金包括过量的Si,并且其中,过量的Si含量为从0.01至1.0。
10.一种铝合金产品，包括根据权利要求1至9中任一项所述的铝合金。
11.根据权利要求10所述的铝合金产品，其中，所述铝合金产品包括处于至少5％的体积百分比的旋转立方体晶体织构。
12.根据权利要求10所述的铝合金产品，其中，所述铝合金产品包括量为每mm2至少1,500,000个弥散体的弥散体。
13.根据权利要求12所述的铝合金产品，其中，所述弥散体占据铝合金产品的范围从0.5％至5％的面积。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的铝合金产品，其中，所述铝合金产品包括Fe组分。
15.根据权利要求14所述的铝合金产品，其中，所述Fe组分包括Al(Fe,X)Si相粒子。
16.根据权利要求14或15所述的铝合金产品，其中，所述Fe组分的平均粒子大小为最高至4μm。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的铝合金产品，其中，所述铝合金产品在处于T6状态时包括至少300Mpa的屈服强度。
18.根据权利要求10至16中任一项所述的铝合金产品，其中，所述铝合金产品在处于T4状态时包括至少20％的均匀伸长和至少120°的最小弯曲角。
19.一种生产铝合金产品的方法，包括：
铸造根据权利要求1所述的铝合金以形成铸造制品；
在两阶段均质化工艺中使所述铸造制品均质化，其中，所述两阶段均质化工艺包括：将所述铸造制品加热到第一阶段均质化温度，并使所述铸造制品在所述第一阶段均质化温度保持一时间段，并且进一步将所述铸造制品加热到第二阶段均质化温度，并使所述铸造制品在所述第二阶段均质化温度保持一时间段；
热轧和冷轧，以提供最终规格的铝合金产品；
对所述最终规格的铝合金产品进行固溶热处理；以及
对所述最终规格的铝合金产品进行预时效。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一阶段均质化温度为从470℃至530℃，并且所述第二阶段均质化温度为从525℃至575℃，并且其中，所述第二阶段均质化温度高于所述第一阶段均质化温度。
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