本專利申請(qǐng)要求于2014年1月21日提交的名稱為“6XXXAluminumAlloys”(6XXX鋁合金)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/929,673的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該文獻(xiàn)全文以引用方式并入本文。
背景技術(shù)：
：鋁合金可用于各種各樣的應(yīng)用。然而，要改善鋁合金的一種特性而不使另一種特性退化往往很不容易。例如，很難增大一種合金的強(qiáng)度而不降低其抗腐蝕性。鋁合金的其他受關(guān)注的特性包括成形性和臨界斷裂應(yīng)變，這只是其中兩個(gè)例子。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：廣義地講，本發(fā)明涉及具有改善的特性組合的新型6xxx鋁合金，例如強(qiáng)度、臨界斷裂應(yīng)變、成形性和/或耐腐蝕性等特性的改善組合。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金具有0.30至0.53重量％的Si，0.50至0.65重量％的Mg，其中所述Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.0:1(Mg:Si)，0.05至0.24重量％的Cu，0.05至0.14重量％的Mn，0.05至0.25重量％的Fe，最多至0.15重量％的Ti，最多至0.15重量％的Zn，最多至0.15重量％的Zr，不超過(guò)0.04重量％的V，以及不超過(guò)0.04重量％的Cr，剩余部分為鋁和其他元素。新型6xxx鋁合金中硅(Si)和鎂(Mg)的量可與改善的特性組合(例如，強(qiáng)度、壓潰性能)相關(guān)。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金包含0.30至0.53重量％的Si。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.35重量％的Si。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.375重量％的Si。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.40重量％的Si。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.425重量％的Si。在一個(gè)實(shí)施例 中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.50重量％的Si。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.475重量％的Si。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中硅的目標(biāo)含量為0.45重量％的Si。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金包含0.50至0.65重量％的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.525重量％的Mg。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.55重量％的Mg。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.575重量％的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.625重量％的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中鎂的目標(biāo)含量為0.60重量％的Mg。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金中硅和鎂的含量使得Mg的重量％等于或大于Si的重量％，即，Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.0:1(Mg:Si)。在一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.05:1(Mg:Si)。在另一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.10:1(Mg:Si)。在又一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.20:1(Mg:Si)。在另一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率為至少1.30:1(Mg:Si)。在一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率不超過(guò)1.75:1(Mg:Si)。在另一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率不超過(guò)1.65:1(Mg:Si)。在又一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率不超過(guò)1.55:1(Mg:Si)。在另一個(gè)實(shí)施例中，Mg的重量％與Si的重量％的比率不超過(guò)1.45:1(Mg:Si)。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中Mg的重量％與Si的重量％的目標(biāo)比率為1.33:1(Mg:Si)。新型6xxx鋁合金中銅(Cu)的量可與改善的特性組合(例如，抗腐蝕、強(qiáng)度)相關(guān)。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金包含0.05至0.24重量％的Cu。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.22重量％的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.20重量％的Cu。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.19重量％的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.17重量％的Cu。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.07重量％的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.09重量％的Cu。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.11重量％的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金 包含至少0.13重量％的Cu。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中銅的目標(biāo)含量為0.15重量％的Cu。新型6xxx鋁合金中錳(Mn)的量可與改善的特性組合相關(guān)(例如，通過(guò)控制晶粒結(jié)構(gòu)改善的成形性)。一般來(lái)講，所述新型6xxx鋁合金包含0.05至0.14重量％的Mn。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.06重量％的Mn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.07重量％的Mn。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.08重量％的Mn。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.13重量％的Mn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.12重量％的Mn。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中錳的目標(biāo)含量為0.10重量％的Mn。鐵(Fe)通常作為雜質(zhì)包含在新型6xxx鋁合金中，含量在0.05至0.25重量％的Fe范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.10重量％的Fe。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.15重量％的Fe。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.225重量％的Fe。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.20重量％的Fe。鈦(Ti)可任選地存在于新型6xxx鋁合金中，以達(dá)到(例如)晶粒細(xì)化的目的。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.005重量％的Ti。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.010重量％的Ti。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含至少0.0125重量％的Ti。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.10重量％的Ti。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.08重量％的Ti。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.05重量％的Ti。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金中鈦的目標(biāo)含量為0.03重量％的Ti。鋅(Zn)可任選地包含于所述新型合金中，包含的量為最高至0.15重量％的Zn。鋅可存在于廢料中，并且將其除去可需要很高的成本。在一個(gè)實(shí)施例中，新型合金包含不超過(guò)0.10重量％的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型合金包含不超過(guò)0.05重量％的Zn。鋯(Zr)可任選地包含于所述新型合金中，包含的量為最高至0.15重量％的Zr。當(dāng)存在鋯時(shí)，鋯可能抑制重結(jié)晶。在一種方法中，新型6xxx鋁合金包含0.05至0.15重量％的Zr。在另一種方法中，鋯未被有目的地使 用。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.10重量％的Zr。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.05重量％的Zr。新型6xxx鋁合金中優(yōu)先避免使用釩(V)和鉻(Cr)。這些元素價(jià)格昂貴，并且/或者可在新型6xxx鋁合金中形成有害的金屬間化合物粒子。因此，所述新型6xxx鋁合金通常包含不超過(guò)0.04重量％的V和不超過(guò)0.04重量％的Cr。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.03重量％的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.02重量％的V。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.03重量％的Cr。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金包含不超過(guò)0.02重量％的Cr。如上文所指出，新型鋁合金的剩余部分為鋁和其他元素。如本文所用，“其他元素”包括元素周期表中除上述元素之外的任意元素，即，除鋁(Al)、Si、Mg、Cu、Mn、Fe、Ti、Zn、Zr、V和Cr之外的任意元素。所述新型鋁合金可包含的任意其他元素中的每一種都不超過(guò)0.10重量％，并且在該新型鋁合金中，這些其他元素的總組合量不超過(guò)0.30重量％。在一個(gè)實(shí)施例中，這些其他元素中的每一者在所述鋁合金中各自都不超過(guò)0.05重量％，并且在該鋁合金中，這些其他元素的總組合量不超過(guò)0.15重量％。在另一個(gè)實(shí)施例中，這些其他元素中的每一者在所述鋁合金中各自都不超過(guò)0.03重量％，并且在該鋁合金中，這些其他元素的總組合量不超過(guò)0.10重量％。除非另有說(shuō)明，否則在提及某元素的量時(shí)使用表達(dá)“最多至”的意思是該元素成分是可選的，且包括該特定組成成分的量為零的情況。除非另有說(shuō)明，否則所有的成分百分比都是指重量百分比(重量％)。該新型6xxx鋁合金可以所有鍛造產(chǎn)品形式使用。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金為軋制產(chǎn)品。例如，可將新型6xxx鋁合金制成片材形式。在一個(gè)實(shí)施例中，由新型6xxx鋁合金制成的片材具有1.5mm至4.0mm的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金是采用鑄錠和熱軋制成的。在一個(gè)實(shí)施例中，方法包括如下步驟：鑄造新型6xxx鋁合金鑄錠，使該鑄錠均質(zhì)化，(通過(guò)熱軋和/或冷軋)將該鑄錠軋制成具有最終規(guī)格的軋制產(chǎn)品，對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行固溶熱處理，其中所述固溶熱處理包括將該軋制產(chǎn)品加熱到一定溫度并持續(xù)一定時(shí)間，使得該軋制產(chǎn)品中基本上所有Mg2Si 溶解于固溶體中，并在固溶熱處理后對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行淬火(例如，冷水淬火)。淬火后，可對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行人工老化。在一些實(shí)施例中，軋制期間可完成一個(gè)或多個(gè)退火步驟(例如，熱軋成第一規(guī)格，退火，冷軋成最終規(guī)格)?？山o經(jīng)人工老化的產(chǎn)品涂漆(例如，以用于汽車零件)，并可由此使該產(chǎn)品經(jīng)受烤漆循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，由所述新型合金制成的軋制鋁合金產(chǎn)品可應(yīng)用于汽車中。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型6xxx鋁合金產(chǎn)品是通過(guò)連續(xù)鑄造鑄造的。在連續(xù)鑄造下游，可對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行：(a)軋制(熱軋和/或冷軋)，(b)(例如，在熱軋和任意冷軋步驟之間)任選地退火，(c)固溶熱處理和淬火，(d)(在固溶熱處理后)任選地冷加工，以及(e)人工老化，并且(a)-(e)的所有步驟可相對(duì)于連續(xù)鑄造步驟以在線或離線的方式完成。采用連續(xù)鑄造及相關(guān)下游步驟生產(chǎn)所述新型6xxx鋁合金產(chǎn)品的一些方法在(例如)美國(guó)專利No.7,182,825、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2014/0000768和美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2014/036998中有所描述，上述文獻(xiàn)中的每一者全文以引用方式并入本文?？山o經(jīng)人工老化的產(chǎn)品涂漆(例如，以用于汽車零件)，并可由此使該產(chǎn)品經(jīng)受烤漆循環(huán)。具體實(shí)施方式實(shí)例1-工業(yè)規(guī)模測(cè)試鑄造兩個(gè)工業(yè)規(guī)模的鑄錠(一個(gè)為本發(fā)明和一個(gè)為對(duì)比)，然后將其切削，再使之均質(zhì)化。該鑄錠的組成提供于下面的表1中。然后將所述鑄錠熱軋成中間規(guī)格，再于800℉下退火1小時(shí)，之后冷軋成最終規(guī)格(2.0mm)。接著，在一定溫度下對(duì)軋制產(chǎn)品進(jìn)行一定時(shí)間的固溶熱處理，使得該軋制產(chǎn)品中基本上所有Mg2Si溶解于固溶體中。然后立即對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行冷水淬火，再進(jìn)行不同周期的自然老化和人工老化，如下文所述。然后測(cè)試機(jī)械性能，包括拉伸屈服強(qiáng)度(TYS)、極限抗拉強(qiáng)度(UTS)、抗拉伸展率(T.Elong.)、極限伸長(zhǎng)(U.Elong.)和臨界斷裂應(yīng)變(CFS)，其結(jié)果在表2至表3中示出。根據(jù)ASTME8和B557或使用錐形型式的ASTMB557樣本測(cè)試機(jī)械性能，包括TYS、UTS、T.Elong.和U.Elong.。由上述測(cè)試生成的工程應(yīng)力對(duì)應(yīng)變曲線得到臨界斷裂應(yīng)變(CFS)。利用該應(yīng)力對(duì)應(yīng)變曲線確定最大負(fù)載工程應(yīng)變(εm)、最大負(fù)載工程應(yīng)力 (δm)和斷裂負(fù)載工程應(yīng)力(δf)，然后將這些參數(shù)代入以下公式以得到臨界斷裂應(yīng)變(CFS)：CFS可乘以100，從而由應(yīng)變單位轉(zhuǎn)換為百分比單位(％)。還測(cè)量了每ASTMG110的耐腐蝕性，所得結(jié)果示于下表4中。表1-實(shí)例1所述合金的組成鑄錠SiFeCuMnMgCrZnTiVMg:Si1(本發(fā)明)0.430.190.140.0960.610.0320.0130.0190.0091.402(對(duì)比)0.810.190.140.1430.710.0320.0130.0190.0090.88表2-實(shí)例1所述合金1(本發(fā)明)的機(jī)械性能表3-實(shí)例1所述合金2(對(duì)比)的機(jī)械性能表4-實(shí)例1所述合金的耐腐蝕性如表所示，與對(duì)比合金(合金2)相比，本發(fā)明合金(合金1)獲得了改善的性能。具體地講，參考表2和表3，與對(duì)比合金2相比，本發(fā)明合金1獲得了改善的臨界斷裂應(yīng)變(CFS)。例如，經(jīng)過(guò)30天自然老化而未經(jīng)受人工老化后，對(duì)比合金2在LT方向上實(shí)現(xiàn)了約19％的CFS值。相比之下，經(jīng)過(guò)1個(gè)月自然老化而未經(jīng)受人工老化后，本發(fā)明合金1在LT方向 上實(shí)現(xiàn)了約29％的CFS值，獲得了改善的臨界斷裂應(yīng)變。又如，經(jīng)過(guò)182天自然老化并在356℉下經(jīng)2小時(shí)人工老化后，對(duì)比合金2在LT方向上實(shí)現(xiàn)了約13％的CFS值。相比之下，經(jīng)過(guò)3個(gè)月自然老化并在315℉下經(jīng)8小時(shí)人工老化后，本發(fā)明合金1在LT方向上實(shí)現(xiàn)了約28％的CFS值，同樣獲得了改善的臨界斷裂應(yīng)變。因此，本發(fā)明合金在老化條件下具有改善的臨界斷裂應(yīng)變(CFS)。更高的臨界斷裂應(yīng)變(CFS)值可與改善的壓潰性能相關(guān)。例如，實(shí)現(xiàn)更高CFS值的材料(例如，鋁合金)通常也可實(shí)現(xiàn)改善的對(duì)材料緊閉褶皺斷裂的抗性，這種斷裂可由壓潰力造成。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了至少20％的CFS值的合金可抵抗壓潰力產(chǎn)生的緊閉褶皺斷裂(例如，無(wú)斷裂)。如表4所示，在兩種合金均經(jīng)過(guò)人工老化后，與對(duì)比合金2相比，本發(fā)明合金1獲得了改善的耐腐蝕性。例如，在195℉下經(jīng)45分鐘人工老化后，對(duì)比合金2實(shí)現(xiàn)了26μm的平均侵蝕深度。相比之下，在195℉下經(jīng)45分鐘人工老化后，本發(fā)明合金1實(shí)現(xiàn)了16μm的平均侵蝕深度，獲得了改善的耐腐蝕性，并且因具有耐腐蝕性而僅出現(xiàn)兩處侵蝕部位(部位2和部位3)。因此，本發(fā)明合金獲得了改善的特性組合，例如臨界斷裂應(yīng)變和耐腐蝕性。實(shí)例2-另外的工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)鑄造另外的本發(fā)明合金鑄錠(合金3)作為鑄錠，其組成顯示于下表5中。表5-實(shí)例2所述合金的組成鑄錠SiFeCuMnMgCrZnTiNiMg:Si3(本發(fā)明)0.440.180.140.100.600.020.020.02--1.36鑄造后，切削合金3鑄錠，然后使其均質(zhì)化。然后將該鑄錠熱軋成中間規(guī)格，再于800℉下退火1小時(shí)，之后冷軋成2.0mm(0.0787英寸)和3.0mm(0.118英寸)兩種不同的最終規(guī)格。接著，在一定溫度下對(duì)軋制產(chǎn)品進(jìn)行一定時(shí)間的固溶熱處理，使得該軋制產(chǎn)品中基本上所有Mg2Si溶解于固溶體中。然后立即對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行冷水淬火，再進(jìn)行約兩個(gè)月的自 然老化。然后在不同溫度下對(duì)該軋制產(chǎn)品進(jìn)行約27小時(shí)的人工老化。之后，對(duì)一些軋制產(chǎn)品進(jìn)行約2％的拉伸，而其他的軋制產(chǎn)品不經(jīng)受拉伸。接著，在180℃(356℉)或185℃(365℉)下對(duì)各種產(chǎn)品(拉伸的和未拉伸的)進(jìn)行20分鐘模擬烤漆處理。然后測(cè)試軋制產(chǎn)品的機(jī)械性能。各種合金的處理?xiàng)l件提供于下面的表6中。所述機(jī)械性能提供于下面的表7中。表6-實(shí)例2所述合金的軋制后處理?xiàng)l件表7-實(shí)例2所述合金的機(jī)械性能如表所示，本發(fā)明合金出乎意料地實(shí)現(xiàn)了改善的強(qiáng)度、延展性和抗壓潰性能的組合。如表所示，本發(fā)明合金使2.0mm和3.0mm產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了高CFS值(例如，20％以上)。另外，所述CFS值未受到施加模擬烤漆處理(經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)2％拉伸)的負(fù)面影響，因此預(yù)期在施加壓潰力時(shí)其仍將表現(xiàn)出良好的抗斷裂性。雖然已詳細(xì)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但這些實(shí)施例的修改和調(diào)整對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。然而，顯然應(yīng)當(dāng)理解，此類修改和調(diào)整屬于本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3