CN104046932B - 高强度锻造铝合金产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高强度锻造铝合金及其生产方法。所述锻造铝合金产品可具有晶粒，所述晶粒在至少两个面、通常为L-ST和LT-ST面中具有高的纵横比。所述锻造铝合金产品也可具有高的织构量。所述锻造产品可实现相对于具有可比较的产品形式、组成和状态的常规制备的锻造产品而言提高的强度。

Description

高强度锻造铝合金产品
相关申请的交叉引用
本申请是优先权日为2010年4月20日、发明名称为“高强度锻造铝合金产品”的中国发明专利申请2011800116358.8(国际专利申请号PCT/US2011/026237)的分案申请。
本申请要求2010年4月20日提交的题为"HIGHSTRNGTHFORGEDALUMINUMALLOYPRODUCTS"的美国专利申请12/799,244的优先权，通过引用将其整体并入本文。
背景技术
锻造铝合金产品可具有比类似的形变产品更低的强度，这可反映在工业规范中。例如，对于挤压产品7055-T74X容许的性能比对于锻造产品典型的7055-T74X性能高得多，如下文表1所示。尽管横向强度性质类似，但挤压产品在纵向方向实现了高出约10ksi的强度。当一旦考虑到容许性能(即保证最低值)通常远低于典型性能，下面的挤压性能和锻造性能之间的差异甚至更显著。
表1对于7055-T74X挤压件和锻件1/2”到1”厚的热处理型材的拉伸性能
发明概述
概括而言，本公开涉及新的锻造铝合金产品，以及生产此类产品的方法。总体上，所述新的锻造铝合金产品实现了高强度，特别是在纵向方向。这种强度增加可归因于该新的锻造铝合金产品的独特的显微组织，如下文进一步详细所述。
一方面，锻造铝合金产品包含由晶粒构成的结晶显微组织。所述晶粒包括第一类型晶粒和第二类型晶粒，如下文进一步详细定义。锻造产品包含从约5体积％到约50体积％的第一类型晶粒，并且第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒。代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有至少约3.5∶1的平均纵横比。在一些实施方案中，代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约5∶1的平均纵横比。据认为，此类晶粒的高纵横比至少部分地有助于该新锻造产品的高强度。
在一种实施方案中，锻造产品包括至少约7体积％的第一类型晶粒(如下文定义)。在其它实施方案中，锻造产品包括至少约10体积％、或至少约12.5体积％、或至少约15体积％、或至少约17.5体积％、或至少约20体积％的第一类型晶粒。在一种实施方案中，锻造产品包括不超过约45体积％的第一类型晶粒。在其它实施方案中，锻造产品包括不超过约40体积％、或不超过约35体积％、或不超过约32.5体积％的第一类型晶粒。在一种实施方案中，锻造产品包括从约20体积％到约32.5体积％的第一类型晶粒。
在一种实施方案中，代表性的第一晶粒(下文定义)在LT-ST面中具有至少约3.75∶1的平均纵横比。在其它实施方案中，代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有至少约4∶1、或至少约4.25∶1、或至少约4.5∶1、或至少约4.75∶1、或至少约5∶1、或至少约5.25∶1、或至少约5.5∶1、或至少约5.75∶1、或至少约6∶1、或更大的平均纵横比。在一种实施方案中，代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有不大于约20∶1的平均纵横比。
在一种实施方案中，代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约5∶1的平均纵横比。在其它实施方案中，代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约6∶1、或至少约7∶1、或至少约8∶1、或至少约9∶1、或至少约10∶1、或至少约11∶1、或至少约12∶1、或至少约13∶1、或至少约14∶1、或更大的平均纵横比。在一种实施方案中，代表性的第一晶粒在L-ST面中具有不大于约30∶1的平均纵横比。
除第一类型晶粒的量和纵横比之外，锻造产品还可具有高的织构量。织构是指结晶组织的至少一些晶粒的择优取向。使用火柴杆作为类比，考虑由火柴杆构成的材料。如果火柴杆以完全随机的方式包括在该材料中，则该材料具有随机(零)织构。但是，如果这些火柴杆中至少一些的头部进行排列从而它们均指向相同的方向，如同指向北的指北针(compass)，那么该材料将由于排列的火柴杆而具有至少一些织构。相同的原理适于结晶材料的晶粒。
织构化的铝合金具有轴线不随机分布的晶粒。可使用取向成像显微术(OIM)来测量铝合金的织构量。当扫描电子显微镜(SEM)的电子束冲击倾斜(例如以大约70°)放置的结晶材料时，电子分散到表面以下，随后在晶体学平面之间衍射。衍射束产生由交叉带构成的图样，称为电子背散射图样或EBSP。可使用EBSP关于已知晶体结构的材料中的一些实验室参考系来确定晶格的取向。
由于这些图像可基于多种因素而改变，因此通常如下方式对所测量的织构强度进行归一化：计算背景强度或随机强度的量，并且将图像的织构强度与背景强度进行比较。因此，所获得的织构测量结果的相对强度是可相互比较以确定多晶材料内不同织构的相对量的无量纲量。例如，OIM分析可确定背景(随机)强度并且使用取向分布函数(ODF)来产生ODF强度值。这些ODF强度值可代表给定铝合金(或其它多晶材料)内的织构的量。
对于本申请，根据OIM取样程序(如下文描述)，或基本类似的OIM程序(不使用x-射线衍射)来测量ODF强度，其中可产生一系列含强度(次数随机)指征的ODF图。在图4中显示了一系列ODF图的一个实例，其是由铝业协会合金7085制造的常规锻造产品获得。这些ODF图含有相对于预定标度(图4的右侧)的最大强度等级。如图4中所示，常规生产的7085锻造产品含有相对低的ODF强度(对于任何织构通常具有绿色)，并且实现了约24.15的最大ODF强度(次数随机)。这些结果说明常规7085锻造产品含有一些织构，但不是显著量的织构。
该新的锻造铝合金产品通常具有高的最大ODF强度，表明了高的织构量。据认为，该新的锻造铝合金产品中的高织构量可有助于其高强度。在一种实施方案中，该新的锻造铝合金产品具有至少约30的最大ODF强度(次数随机)。在其它实施方案中，该新的锻造铝合金产品具有至少约35、或至少约40、或至少约45、或至少约50、或至少约55、或至少约60、或至少约65、或至少约67、或更高的最大ODF强度。
在一种实施方案中，该新的锻造铝合金产品实现了这样的最大ODF强度：其比可比较的产品形式、组成和状态(temper)的常规锻造的铝合金产品高至少约10％(例如当常规产品具有25的最大ODF强度时，其最大ODF强度为27.5)。在其它实施方案中，该新的锻造铝合金产品可实现这样的最大ODF强度：其比可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品高至少约20％，或高至少约30％，或高至少约40％，或高至少约50％，或高至少约60％，或高至少约70％，或高至少约80％，或高至少约90％，或高至少约100％，或高至少约110％，或高至少约120％，或高至少约130％，或高至少约140％，或高至少约150％，或高至少约160％，或高至少约170％，或高至少约180％，或高至少约190％，或高至少约200％，或高至少约210％，或高至少约220％，或高至少约230％，或高至少约240％，或高至少约250％，或高至少约260％，或高至少约270％，或高至少约280％，或高出更多。
也可通过极图来确定织构。极图是极射赤面投影图，其具有相对于试样的特定取向，其显示了对于选定的晶面组例如(111)或(200)面，极密度随极取向的变化。对于本申请，使用OIM取样程序(如下文描述)或基本类似的OIM程序(不使用x-射线衍射)来计算极图。
在图2中说明了极图的一个例子，其是上述的常规制备的7085锻造产品的(111)极图。该7085极图具有通常随机分布的强度指征(representation)，并且具有约6.1(次数随机)的最大强度。不存在相对于强度指征的对称性。这些结果均表明7085锻造产品含有一些织构，但不是显著量的织构。
相对于可比较组成的常规锻造的铝合金产品，该新的锻造铝合金产品可实现在一个或多个极图中更高的强度指征和/或更对称的强度指征。例如，如图7所示，由铝业协会合金7255制造的新锻造产品的(111)极图含有多个高数值的强度指征。这些强度指征通常为黄色、橙色和/或红色，并且具有约20.1的最大强度。这些高数值强度指征通常还是对称的。这些结果说明该新锻造产品具有高的织构量。
一个或多个上述特征可有助于该新锻造产品的高强度性能。在一种实施方案中，新锻造产品在纵向(L)方向实现了相对于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品高至少约5％的拉伸屈服强度。在其它实施方案中，新锻造产品在L方向实现了相对于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品高至少约6％，或高至少约7％，或高至少约8％，或高至少约9％，或高至少约10％，或高至少约11％，或高至少约12％，或高至少约13％，或高至少约14％，或高至少约15％，或高至少约16％，或高至少约17％，或高至少约18％，或更高。通常跨整个锻造产品实现了改善的强度。
在一种实施方案中，新的锻造铝合金产品在纵横向(LT)方向实现了相对于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品高至少约5％的拉伸屈服强度。在其它实施方案中，新锻造产品在LT方向实现了相对于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品高至少约5.5％，或高至少约6％，或高至少约6.5％，或高至少约7％，或高至少约7.5％，或高至少约8％，或更高。
该新锻造产品通常也保持了其前身挤压产品的大部分强度。就此而言，该新锻造产品通常具有比其前身挤压产品的拉伸强度低不大于约10％的拉伸强度(例如不低于约81ksi的拉伸强度，当其前身挤压产品具有90ksi的拉伸强度时)。在一种实施方案中，该新锻造产品具有比其前身挤压产品的拉伸强度低不大于约9％的拉伸强度。在其它实施方案中，该新锻造产品具有比其前身挤压产品的拉伸强度低不大于约8％、或低不大于约7％、或低不大于约6％、或低不大于约5％、或低不大于约4％、或低不大于约3％的拉伸强度。就此而言，该新锻造产品通常具有比其前身挤压产品低不大于约10ksi的拉伸强度。在一种实施方案中，该新锻造产品具有比其前身挤压产品低不大于约9ksi的拉伸强度。在其它实施方案中，该新锻造产品具有比其前身挤压产品低不大于约8ksi、或低不大于约7ksi、或低不大于约6ksi、或低不大于约5ksi、或低不大于约4ksi、或低不大于约3ksi、或低不大于约2ksi、或低不大于约1ksi的拉伸强度。
在一种实施方案中，该锻造铝合金产品是7x55的铝业协会合金，例如7055、7155或7255。在这些实施方案的一些中，7x55锻造产品可实现至少约72ksi的纵向拉伸屈服强度。在这些实施方案的另一些中，7x55锻造产品取决于状态可实现至少约73ksi，或至少约74ksi，或至少约75ksi，或至少约76ksi，或至少约77ksi，或至少约78ksi，或至少约79ksi，或至少约80ksi，或至少约81ksi，或至少约82ksi，或至少约83ksi，或至少约84ksi，或至少约85ksi，或至少约86ksi，或至少约87ksi，或至少约88ksi，或至少约89ksi，或至少约90ksi，或至少约91ksi，或更高的纵向拉伸屈服强度。
在一种实施方案中，7x55的锻造产品可实现至少约76ksi的长横向(LT)拉伸屈服强度。在这些实施方案的另一些中，7x55锻造产品取决于状态可实现至少约77ksi、或至少约74ksi、或至少约75ksi、或至少约76ksi、或至少约77ksi、或至少约78ksi、或至少约79ksi、或至少约80ksi、或至少约82ksi、或至少约83ksi、或至少约84ksi、或至少约85ksi、或至少约86ksi、或至少约87ksi、或至少约88ksi、或至少约89ksi、或更高的LT拉伸屈服强度。
在一种实施方案中，锻造产品的合金是2xxx+Li合金。在这些实施方案的一些中，2xxx+Li锻造产品实现了至少约80ksi的纵向拉伸屈服强度。在这些实施方案的另一些中，2xxx+Li锻造产品可实现至少约81ksi、或至少约82ksi、或至少约83ksi、或至少约84ksi、或至少约85ksi、或至少约86ksi、或至少约87ksi、或至少约88ksi、或至少约89ksi、或至少约90ksi、或至少约91ksi、或至少约92ksi、或至少约93ksi、或至少约94ksi、或更高的纵向拉伸屈服强度。
在一种实施方案中，2xxx+Li锻造产品实现了至少约77ksi的长横向(LT)拉伸屈服强度。在这些实施方案的另一些中，2xxx+Li锻造产品可实现至少约78ksi、或至少约79ksi、或至少约80ksi、或至少约81ksi、或至少约82ksi、或至少约83ksi、或至少约84ksi、或更高的长横向(LT)拉伸屈服强度。
在一种实施方案中，该2xxx+Li合金包括3.4-4.2重量％Cu、0.9-1.4重量％Li、0.3-0.7重量％Ag、0.1-0.6重量％Mg、0.2-0.8重量％Zn和0.1-0.6重量％Mn，余量为铝、偶存元素和杂质。下文描述了其它2xxx+Li合金和7xxx合金。
除了具有高强度，该新锻造产品还可以是抗腐蚀的和/或韧性的。在一种实施方案中，新锻造产品实现了至少等于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的产品的韧性，但是具有如上文所述的高强度。在一种实施方案中，新锻造产品实现了至少等于可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的产品的抗腐蚀性(例如SCC、剥落)，但是具有如上文所述的高强度。在一种实施方案中，实现了相等的抗腐蚀性和韧性，并且具有高强度。
通常由可热处理的铝合金生产该新锻造产品。在一种实施方案中，该锻造产品的铝合金是2xxx铝合金。在一种实施方案中，该锻造产品的铝合金是7xxx铝合金。在一种实施方案中，该锻造产品的铝合金是6xxx铝合金。
2xxx铝合金可为铝业协会在TealSheets中列出那些铝合金的任一种，具有或不具有锂和/或银，例如2524，或任何其它的2x24合金，以及2040、2139、2219、2195和2050等等。预计特别有用的2xxx合金包括具有如下成分的合金：2-6重量％Cu和0.1-1重量％Mg，任选地具有至多2重量％Li、至多1重量％Mn，和至多1重量％Ag。
7xxx铝合金可为铝业协会在TealSheets中列出的那些铝合金中的任何合金，例如7085，7x40、7x55、7x49、7081、7037、7056、7x75，和7x50等等。预计特别有用的7xxx合金包括具有如下成分的合金：5.2-10重量％Zn、1.4-2.6重量％Cu，和1.3-2.7重量％Mg。
6xxx铝合金可为铝业协会在TealSheets中列出那些铝合金中的任何合金，例如6x13、6x56、6061和6x82等等。预计特别有用的6xxx合金包括具有如下成分的合金：0.6-1.3重量％Si、0.6-1.2重量％Mg、至多0.5重量％Fe、至多1.1重量％Cu、至多1.0重量％Mn、至多0.35重量％Cr、至多0.7重量％Zn、至多0.15重量％Ti，和至多0.2重量％Zr。
所述可热处理合金可包括偶存元素，例如晶粒组织控制剂(例如Zr、Sc、Hf)、晶粒细化剂(例如Ti，具有或不具有B或C)、和铸造辅助剂(例如Ca、Sr)等等。如本领域的技术人员所公知的，根据合金类型和所需的性能，可添加从约0.01重量％到约1.0重量％的量的这些偶存元素。所述可热处理铝合金的余量通常为铝和杂质。
还提供了生产高强度锻件的方法，在图10中说明了其一种实施方案。在所说明的实施方案中，方法(200)包括如下步骤：铸造铝合金(210)，将铝合金挤压成挤压产品(220)，和将挤压产品锻造成锻造产品(240)。如下文进一步详细所述，可以用有利于生产挤压产品且同时限制挤压产品内第一类型晶粒的量的方式进行挤压步骤(220)。可以用相对于挤压产品而言限制锻造产品内第一类型晶粒的量的增加的方式和/或以相对于挤压产品而言如果不增加则至少维持锻造产品内的织构的量的方式来进行锻造步骤(240)。进而，可实现高强度的锻造产品。
现在参照图11a，铸造步骤(210)通常包括将铝合金铸造成铸锭或坯锭形式，例如通过直冷铸造或类似的方法。铸造(210)可包括铝合金的过滤(212)和/或铝合金的脱气(214)。过滤(212)可增加铸造铝合金的洁净度和/或纯度，并且可用单级或双级过滤器进行，以及用20PPI或更好的孔尺寸来进行。脱气步骤(214)可例如通过惰性气体箱来降低铝合金中的氢量。脱气步骤(214)应当将铝合金中的氢量降低到不大于约0.15ppm，或在一些实施方案中，降低到约0.05ppm。此类铸造条件可有利于生产具有低量第一类型晶粒的挤压产品。
在挤压步骤(220)之前，可将铝合金铸锭或坯锭均匀化(216)。应当以基本上溶解所有可溶成分相而不产生熔融反应的方式完成这个均匀化步骤(216)。
现在参照图11b，通常以限制挤压产品内第一类型晶粒的量的方式进行挤压步骤(220)。就此而言，通常用间接挤压方法完成挤压步骤(220)，但是可以用直接挤压方法完成。挤压率(222)通常在从约3∶1到100∶1的范围内。在一些实施方案中，挤压率为至少约7∶1。在一些实施方案中，挤压率不大于约50∶1。
通常应当采用准确且精确的温度控制来完成挤压步骤(220)。就此而言，可使用感应加热(224)，其允许+/-15°F或更好的温度控制。也可精确调节冲压速度(226)(ramspeed)以便实现金属的绝热加热。冲压速度(226)通常与挤压的挤压率(222)和加热(224)两者相关。可测量挤压产品的出口温度并且因此可控制冲压速度(226)。应利用高的出口温度(228)来促进具有低含量第一类型晶粒的挤压产品的生产。高的出口温度(228)也可促进具有高的织构量的挤压产品的生产。
通过仔细控制的挤压条件，可生产具有低量第一类型晶粒和/或高织构的挤压产品。此外，通过适当的挤压率，第一类型晶粒在L-ST方向可实现高的纵横比。在一种实施方案中，挤压产品含有不大于约40体积％的第一类型晶粒。在其它实施方案中,挤压产品含有不大于约35体积％、或不大于约30体积％、或不大于约25体积％、或不大于约20体积％、或不大于约17.5体积％、或不大于约15体积％、或更少的第一类型晶粒。关于织构，在一种实施方案中，挤压产品实现了至少约8的最大ODF强度。在其它实施方案中，挤压产品可实现至少约10、或至少约12、或至少约14、或至少约16、或至少约18、或至少约20、或更高的最大ODF强度。
用于锻造步骤(240)的挤压产品通常为棒状或杆状。挤压产品通常具有至少约2英寸的厚度和/或直径。在一种实施方案中，挤压产品具有至少约2.5英寸的厚度和/或直径。在其它实施方案中，挤压产品可具有至少约3英寸、或至少约3.5英寸、或至少约4英寸、或至少约4.5英寸、或至少约5英寸、或更大的厚度和/或直径。
现在参照图11c，通常在挤压步骤(220)之后完成锻造步骤(240)。锻造步骤(240)通常包含挤压产品的热加工(242)以生产锻造产品。热加工(242)可在一个或多个步骤中完成。在热加工(242)期间，应当对施加到挤压产品的热量(244)和应变(246)进行控制使得锻造产品实现第一类型晶粒量的受限增加和/或使得锻造产品的织构至少等于挤压产品的织构(即锻造产品实现的锻造最大ODF强度至少等于挤压最大ODF强度)。就此而言，在热加工期间可使用低的应变率和/或高的温度(例如高于合金的再结晶温度)。这些应变率和温度通常取决于所加工的合金的类型，以及所生产的锻造产品的类型。为了有利于使用适当的应变率，可使用液压机。液压机应当能够以从每分钟约10英寸到约30英寸的冲压速度的速率进行锻造。
应当准确并精确地调节在锻造(240)期间的温度(例如，至+/-20°F)以有利于第一类型晶粒的受限产生。另外，应当将锻造温度维持在非常接近合金的初熔温度，但不达到该初熔温度。在一种实施方案中，锻造温度的设定点比合金的初熔温度低约20°F，并且将温度控制到+/-20°F。在一种实施方案中，锻造步骤包括：在锻造操作期间的任何时刻，在比合金的初熔温度低不大于45°F的温度下锻造挤压产品。在其它实施方案中，在锻造操作期间的任何时刻，锻造温度可比合金的初熔温度低不大于44°F，或低不大于43°F，或低不大于42°F，或低不大于41°F，或低不大于40°F，或低不大于39°F，或低不大于38°F，或低不大于37°F，或低不大于36°F，或低不大于35°F，或低不大于34°F，或低不大于33°F，或低不大于32°F，或低不大于31°F，或低不大于30°F，或低不大于29°F，或低不大于28°F，或低不大于27°F，或低不大于26°F，或低不大于25°F，或低不大于24°F，或低不大于23°F，或低不大于22°F，或低不大于21°F，或低不大于20°F。
本领域的技术人员将理解地是，这些实例仅是实现本发明的显微组织的一些方式，以及能够将锻造工艺变量改变到这种形式之外但仍获得相同的发明微观组织。锻造步骤(240)可包括在热加工步骤(242)之后的任选退火(248)。
锻造步骤(240)可导致产生具有低量第一类型晶粒的锻造产品，例如上文所述的5体积％到50体积％的范围内(例如在固溶热处理(250)之后，如下文所述)。相对于其前身挤压产品而言，锻造步骤(240)也可导致在锻造产品中第一类型晶粒的量的相对小的增加。在一种实施方案中，锻造产品含有比其前身挤压产品多出不大于约30体积％的第一类型晶粒(例如，如果挤压产品含有17.5体积％的第一类型晶粒，则锻造产品将含有不多于47.5体积％的第一类型晶粒)。在其它实施方案中，锻造产品含有比其前身挤压产品多出不大于约25体积％、或多出不大于约20体积％、或多出不大于约18体积％、或多出不大于约16体积％、或多出不大于约14体积％、或多出不大于约12体积％、或多出不大于约10体积％、或多出不大于约8体积％的第一类型晶粒。锻造步骤也可导致在L-ST面和/或LT-ST面中具有高纵横比的第一类型晶粒，如上文所述。
锻造步骤(240)可导致产生具有高的织构量的锻造产品，例如具有如上文所述的至少约30的最大ODF强度。锻造步骤(240)也可导致相对于其前身挤压产品维持(如果不增加的话)锻造产品内的织构的量。例如，该锻造产品可实现锻造的最大ODF强度，并且其前身挤压产品可实现挤压的最大ODF强度，它们的每一个被单独测量；在生产挤压产品之后和在将其变成锻造产品之前，在该挤压产品上测量挤压的最大ODF强度，以及在生产锻造产品之后并且在将其固溶热处理、以及任选地急冷和/或人工时效之后，在该锻造产品上测量锻造的最大ODF强度。
锻造步骤(240)通常导致与挤压的最大ODF强度至少一样高的锻造最大ODF强度。在一种实施方案中，锻造的最大ODF强度比挤压的最大ODF强度高至少5％(例如，最大ODF强度为25.2，如果挤压的最大ODF强度为24的话)。在其它实施方案中，锻造的最大ODF强度比挤压的最大ODF强度高至少10％、或高至少约20％、或高至少约30％、或高至少约40％、或高至少约50％、或高至少约60％、或高至少约70％、或高至少约80％、或高至少约90％、或高至少约100％、或高至少约110％、或高至少约120％、或高至少约130％、或高至少约140％、或高至少约150％、或高至少约160％、或高至少约170％、或高至少约180％、或高至少约190％、或高至少约200％、或高至少约210％、或高至少约220％、或高至少约230％、或高至少约240％、或高至少约250％、或高至少约260％、或高至少约270％、或高至少约280％、或更高。
可将该新的锻造产品处理到任何适宜的状态。就此而言，可对该锻造产品进行固溶热处理(250)，任选地急冷和/或人工时效(260)。如果适宜，可进行回复退火(recoveryanneal)。对于7xxx合金，一种特别有用的状态是T74状态，因为这种状态可实现上文指出的强度值，并且根据定义是抗腐蚀的。对于2xxx合金，T6型状态和T8型状态特别有用。正如本领域的技术人员所认识到的，其它重要的状态包括T3、T6、T8和T9，以及其它T7X型状态(如下文所述)，然而基于产品的要求可实施其它状态。
T7X状态：
●T79-非常有限的过时效以实现一些改善的抗腐蚀性，且与T6状态相比强度降低有限。
●T76-有限的过时效条件以实现中等抗腐蚀性，且具有一些强度降低。T76状态比T79状态具有更低的强度和更好的抗腐蚀性。
●T74-过时效条件以实现良好的抗腐蚀性，且具有比T76状态更大的强度降低。T74状态的强度和抗腐蚀性能在T73和T76状态的强度和抗腐蚀性能之间。
●T73-充分过时效的条件以实现T7X状态的最佳抗腐蚀性，且具有比T74状态更大的强度降低。
●T77-提供处于或接近T6状态的强度以及类似于T76状态的抗腐蚀性的时效条件。
锻造产品可进行模锻或手工锻。该新锻造产品通常具有至少约1英寸的截面厚度。在一种实施方案中，新锻造产品具有至少约1.5英寸的截面厚度。在其它实施方案中，该新锻造产品可具有至少约1.75英寸、或至少约2英寸、或至少约2.25英寸、或至少约2.5英寸、或至少约2.75英寸、或至少约3英寸、或至少约3.25英寸、或至少约3.5英寸、或至少约3.75英寸、或至少约4英寸、或更大的截面厚度。
定义
“结晶显微组织”是多晶材料的组织。结晶显微组织具有晶体，本文中称之为晶粒。锻造产物铝合金产品通常具有结晶显微组织。
“晶粒”是多晶材料的晶体。
“第一类型晶粒”是指满足下文定义的“第一晶粒标准”并且使用OIM取样程序测量的结晶显微组织的那些晶粒。由于产品独特的显微组织，本申请不使用常规术语“再结晶”或“非再结晶”，它们在某些情况下可能有歧义并且为有争议的主题。作为替代，将显微组织定义为“第一类型晶粒”和“第二类型晶粒”，其中通过使用在OIM取样程序中详述的计算机化方法准确并精确地测定这些类型晶粒的量。因此，术语“第一类型晶粒”包括满足第一晶粒标准的任何晶粒，而不管本领域的技术人员是否将认为这些晶粒是非再结晶的或再结晶的。
“OIM取样程序”如下：使用的软件为TexSEMLabOIMDataCollectionSoftware第5.31版(美国新泽西州EDAXInc.)，其通过FIREWIRE(美国加利福尼亚州Apple,Inc.)连接至DigiView1612CCD相机(美国犹他州TSL/EDAX)。SEM是JEOLJSM840A(日本东京市JEOLLtd.)。OIM运行条件是70°倾斜且18mm工作距离以及25kV加速电压并且具有动态聚焦和1×10-7amp的光斑尺寸(spotsize)。收集模式是方格网。仅收集取向(即不收集Hough峰信息)。以75X倍、3微米步长，每次扫描的区域尺寸为3.4mm×1.1mm。所收集的数据以*.osc文件输出。这种数据可用于(i)计算第一类型晶粒的体积分数，(ii)获得ODF图和相对织构强度，以及(iii)获得极图，如下文所描述。
●第一类型晶粒的体积分数的计算：使用*.osc文件的数据和TexSEMLabOIMAnalysisSoftware第5.31版来计算第一类型晶粒的体积分数。在计算之前，可利用15°容差角、最小晶粒尺寸＝3的数据点、以及单迭代清除来进行数据清理。然后，使用第一晶粒标准(见下)通过该软件来计算第一类型晶粒的量。
●第一晶粒标准：通过具有5°晶粒容差角的晶粒取向散布(GOS)来计算，最小晶粒尺寸为三(3)数据点，并且置信指数为零(0)。应当要求“在计算前实施划分”，“包括边缘晶粒”和“忽略孪晶界定义”的全部，并且应当使用“晶粒平均取向”来完成计算。GOS≤3°的任何晶粒均为第一类型晶粒。
●ODF图：使用TexSEMLabOIMAnalysisSoftware第5.31版来计算取向分布函数(ODF)。利用15°的晶粒容差角和3点/晶粒的最小晶粒尺寸(27微米2)利用单迭代扩张清理来处理所得到的数据。通过具有L＝16的级数等级和5°高斯半峰宽的调和级数展开来计算ODF。选择三斜样品对称性并且分隔区(partition)中的所有测试点均被包括在计算中。为ODF计算选择邦格欧拉角且具有始于0°并结束于90°以及5°分辨率的ф1、Φ和ф2(phi1，PHI，phi2)。
●极图：使用TexSEMLabOIMAnalysisSoftware第5.31版来计算极图(例如，(111)和/或(200))。应当以没有反对称性并且以5°分辨率来计算极图。
“第二类型晶粒”是指不是第一类型晶粒的任何晶粒。
“第一晶粒体积”是指结晶材料的第一类型晶粒的体积。
“代表性第一晶粒”是指代表大多数(例如，从约60-90体积％)第一晶粒体积的那些第一类型晶粒。
“纵横比”是指物体的第一尺度(例如长度L)与物体的第二尺度(例如宽度W)的比率。对于结晶显微组织的晶粒，通常使用截线法来计算纵横比。
“平均纵横比”是指显微组织的代表性晶粒的纵横比的平均值。
“纵向”(L)，“长横向”(LT)，和“短横向”(ST)具有通过图12提供的含义。
根据ASTME8和B557进行强度测试。拉伸屈服强度是在0.2偏移处。
“可比较的组成”是指在铝业协会(AA)规定的标准公差内的铝合金组成。例如，AA合金7055包括7.6-8.4重量％Zn、2.0-2.6重量％Cu、1.8-2.3重量％Mg、最多0.1重量％Si、最多0.15重量％Fe、最多0.05重量％Mn、最多0.04重量％Cr、最多0.06重量％Ti和0.08-0.25重量％Zr，余量为铝和其它杂质，没有各自超过0.05重量％的其它杂质，并且所有其它杂质的总量不超过0.15重量％。就组成而言，在这种组成范围内的任何合金可彼此比较。对于有待比较的性能，产品还应当具有类似的产品形式、尺寸和尺度。所测试的性能、特别是韧性中的差异可随着不同产品形状、尺寸和/或尺度而很大程度地变化。
在下面的说明书中部分阐述了这种新技术的这些和其它方面、优点以及新特征，并且在查看下面的说明书和附图时本领域的技术人员将清楚这种新技术的这些和其它方面、优点以及新特征，或通过实施本公开提供的技术的一个或多个实施方案可了解这些和其它方面、优点以及新特征。
附图简述
本专利或申请文件含有至少一幅带有颜色的附图。通过请求并且支付必要的费用，官方将提供带有颜色附图的本专利或专利申请公开的副本。
图1a是常规锻造的7xxx铝合金产品的光学显微图(50X放大倍数)。
图1b是常规锻造的7xxx铝合金产品的光学显微图(100X放大倍数)。
图2是常规锻造产品7xxx铝合金产品的(111)极图(对数标度)。
图3是常规锻造产品7xxx铝合金产品的(200)极图(对数标度)。
图4含有常规锻造产品7xxx铝合金产品的ODF图(线性标度)。
图5a是具有低量第一类型晶粒的挤压7xxx铝合金产品的光学显微图(50X放大倍数)。
图5b是具有低量第一类型晶粒的挤压7xxx铝合金产品的光学显微图(100X放大倍数)。
图5c是具有低量第一类型晶粒的挤压7xxx铝合金产品的(111)极图(对数标度)。
图5d是具有低量第一类型晶粒的挤压7xxx铝合金产品的(200)极图(对数标度)。
图5e含有具有低量第一类型晶粒的挤压7xxx铝合金产品的ODF图(线性标度)。
图6a是新的锻造7xxx铝合金产品在50X放大倍数下的光学显微图(50X放大倍数)。
图6b是新的锻造7xxx铝合金产品的光学显微图(100X放大倍数)。
图7是新的锻造产品7xxx铝合金产品的(111)极图。
图8是新的锻造产品7xxx铝合金产品的(200)极图。
图9含有新的锻造产品7xxx铝合金产品的ODF图。
图10是与生产根据本公开的锻造产品的方法相关的流程图。
图11a是与图10的方法有关的流程图。
图11b是与图10的方法有关的流程图。
图11c是与图10的方法有关的流程图。
图12是显示L、LT和ST方向/维度的产品的示意图。
详细说明
现在将详细参照附图，所述附图至少有助于说明本公开提供的新技术的各种相关实施方案。
实施例1-常规锻造的铝合金产品的生产
使用常规锻造程序模锻铝业协会合金7085并且将其从铸锭坯料热处理到T74-型状态。在中面(T/2)处得到7085锻造产品的光学显微图；将样品阳极化处理(电抛光)并且使用正交偏振光在50X和100X放大倍数下获得图像。如图1a-1b所示，该7085锻造产品包含具有第一类型晶粒和第二类型晶粒的混合显微组织。OIM分析表明该7085锻造产品包含约31.4体积％的第一晶粒类型的晶粒。第一晶粒类型(“第一晶粒”)是大的并且在LT-ST面中是等轴的。使用截线法，该7085锻造产品的代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有约2.4的纵横比。该7085锻造产品的代表性的第一晶粒在L-ST面中具有约15.2的纵横比。
也使用OIM取样程序获得了7085锻造产品的(111)和(200)面中的极图和ODF图。(111)和(200)极图两者均具有相对低强度(次数随机)的织构类型，分别实现了约6.1和5.66的最大强度，如图2-3中所示。在每个极图中织构也相当随机地分布。如图4所示，从ODF图得到最大ODF强度为24.15。这些结果说明，在该7085锻造产品中存在一些织构，但不是显著量的织构。
这些类型的7085锻造产品通常实现的强度比类似状态的7085挤压产品的强度低几ksi。
实施例2-新锻造产品的生产
将铝业协会合金7255铸造并且挤压成棒。使用30PPI的过滤器以保持金属洁净，并使用惰性脱气箱以将氢水平降低到约5ppm，来铸造用于生产所述棒的坯锭。通过以约17.3：1挤压率的间接挤压来挤压坯锭。挤压速度平均约6.2英尺/分钟并且温度为约630°F。使用感应加热以试图保持绝热挤压条件。
在D/2处获得挤压产品的光学显微图；将样品阳极化处理(电抛光)并且使用正交偏振光在50X和100X放大倍数下获得图像。如图5a-5b所示，7255挤压产品包含具有第一类型晶粒和第二类型晶粒的混合显微组织。OIM分析表明7255挤压产品含有约17体积％的第一晶粒类型的晶粒。本领域的技术人员可能认为这种显微组织是完全非再结晶的，但是如上文所述，为了减少歧义，在本专利申请中使用“第一晶粒类型”。
也使用OIM取样程序获得了7255挤压棒的(111)和(200)面中的极图和ODF图。(111)和(200)极图两者均具有良好量的织构(次数随机)并且分别实现了约21.5和7.9的最大强度，如图5c-5d所示。在所述极图的每一个中，较高强度的织构通常是对称的。如图5e中所示，从ODF图得到最大ODF强度是约23.3。这些结果说明，在挤压产品中存在一些织构，但不是显著量的织构。
将7255挤压坯料模锻成处于T74状态的两个锻造产品；一个是4英寸的板片(blade)，而另一个是2.9英寸的板片。模锻过程采取两个步骤。首先将挤压产品预加热到约820°F+/-20°F，之后利用至少约650°F的模具工具温度以约30英寸/分钟将其挤压成中间形状。然后将产品冷却，以相同的条件预加热并且挤压成最终形状。对最终产品进行固溶热处理、急冷，并人工时效到T74状态。
在中面(T/2)处获得4英寸7255锻造产品的光学显微图；将样品阳极化处理(电抛光)并且使用正交偏振光在50X和100X放大倍数下获得所述图像。如图6a-6b所示，4英寸7255挤压产品包含具有第一类型晶粒和第二类型晶粒的混合显微组织。OIM分析显示在T/2位置处，7255锻造产品包含约25-32体积％的第一晶粒类型的晶粒,相对于挤压产品仅增加了8-15％。第一晶粒类型(“第一晶粒”)在L-ST面和LT-ST面中都具有小的纵横比。使用截线法，4英寸7255挤压产品的代表性第一晶粒在LT-ST面中具有约5.7的纵横比。7255挤压产品的代表性第一晶粒在L-ST面中具有约9.1-1的纵横比。对于2.9英寸7255锻造产品实现了类似的结果。
也使用OIM取样程序获得4英寸7255锻造产品的(111)和(200)面中的极图以及ODF图。(111)和(200)极图在其极点处均具有相对高强度(次数随机)的织构类型，分别实现了约20.0和14.7的最大强度。尤其是，在极图中，高强度部分通常彼此对称，这表明在4英寸7255锻造产品中存在高度的织构。(200)极图也实现了比其前身挤压产品高得多的最大强度。进一步证明高织构量的是，来自ODF图的最大ODF强度为约67.44，其比挤压产品的最大ODF强度高41.2单位，比挤压产品增加290％。这表明织构程度从挤压产品到锻造产品显著增加。对于2.9英寸7255锻造产品实现了类似的结果。
4英寸和2.9英寸的7255锻造产品均实现了高强度。如下表2所示，该新的7255锻造产品在L方向实现了比常规锻造的7055-T74产品的典型值高约12.2ksi的平均拉伸屈服强度，这相当于强度提高约18％。该新的7255产品在LT方向也实现了比常规锻造的7055-T74产品的典型值高约5.8ksi的平均拉伸屈服强度，这相当于强度提高约8％。
表2-常规的锻造7x55产品相对于新锻造7x55产品的典型强度性能
据推测强度提高可能归因于受控的挤压条件和锻造条件，其会产生具有低量第一类型晶粒的显微组织。此外，这些第一类型晶粒在L-ST和LT-ST面中均具有高的纵横比，这可有助于高强度。如极图和ODF图所证实，晶粒(第一类型晶粒和第二类型晶粒)也高度排列，这可有助于高强度。
尽管关于7xxx系列合金完成了上面实施例，但是预计这些原理将同样适用于其它铝合金，特别是如上文所述的可热处理合金。此外，尽管详细描述了本技术的多个实施方案，但是应清楚地是，本领域的技术人员将想到这些实施方案的修改和变体。然而应明确理解的是，这些修改和变体在本公开的精神和范围内。
优选地，本发明提供了如下技术方案：
1.一种锻造铝合金产品，包含具有晶粒的结晶显微组织，其中所述晶粒包括第一类型晶粒和第二类型晶粒，其中该结晶显微组织包含从约5体积％到约50体积％的第一类型晶粒，其中第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，且其中所述代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有至少约3.5:1的平均纵横比。
2.根据技术方案1所述的锻造铝合金产品，其中所述代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约5:1的平均纵横比。
3.根据技术方案1所述的锻造铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品实现了至少约30的最大ODF强度。
4.根据技术方案1所述的锻造铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品的(111)极图包含多个最大强度指征，并且其中所述最大强度指征基本上是对称的。
5.根据技术方案1所述的锻造铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品在纵向(L)方向实现了相对于具有可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品而言高至少约5％的拉伸屈服强度。
6.根据技术方案5所述的锻造铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品在长横(LT)方向实现了相对于具有可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品而言高至少约5％的拉伸屈服强度。
7.根据技术方案5所述的锻造铝合金产品，其中所述锻造铝合金产品包含具有至多2.0重量％Li的2xxx铝合金。
8.一种方法，包含：
(a)将铝合金挤压成挤压产品，其中该挤压产品具有挤压的最大ODF强度；
(b)将该挤压产品锻造成锻造产品，其中所述锻造包含：
(i)将挤压产品热加工成锻造产品；以及
(ii)固溶热处理该锻造产品；
其中，在固溶热处理步骤之后，该锻造产品实现的最大ODF强度至少等于挤压的最大ODF强度。
9.根据技术方案8所述的方法，其中所述挤压产品包含第一类型晶粒的初始体积，其中锻造产品包含第一类型晶粒的最终体积，其中该第一类型晶粒的最终体积超过该第一类型晶粒的初始体积，并且其中热加工步骤包含：
对挤压产品实施加热量和应变使得在锻造产品中第一类型晶粒的量不超过50体积％。
10.根据技术方案9所述的方法，其中所述锻造产品的第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有至少约3.5:1的平均纵横比。
11.根据技术方案10所述的方法，其中该代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约5:1的平均纵横比。
12.一种由7x55铝合金制成的锻造产品，其中该锻造产品在纵向(L)方向实现了相对于具有可比较的产品形式、组成和状态的常规锻造的铝合金产品而言高至少约5％的拉伸屈服强度。
13.根据技术方案12所述的锻造产品，其中所述产品具有至少约60的最大ODF强度。
14.根据技术方案14所述的锻造产品，其中所述产品包含第一类型晶粒，其中第一类型晶粒包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在LT-ST面中具有至少约5:1的平均纵横比。
15.根据技术方案15所述的锻造产品，其中该代表性的第一晶粒在L-ST面中具有至少约9:1的平均纵横比。

Claims (10)

1.一种方法，包含：
(a)将铝合金挤压成挤压产品，其中该挤压产品具有挤压的最大取向分布函数强度；
(b)将该挤压产品锻造成锻造产品，其中所述锻造包含：
(i)将挤压产品热加工成锻造产品；以及
(ii)固溶热处理该锻造产品；
其中，在固溶热处理步骤之后，该锻造产品实现的最大取向分布函数强度至少等于所述挤压的最大取向分布函数强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述挤压产品包含第一类型晶粒的初始体积，其中所述锻造产品包含第一类型晶粒的最终体积，其中该第一类型晶粒的最终体积超过该第一类型晶粒的初始体积，并且其中热加工步骤包含：
对挤压产品实施加热量和应变使得在锻造产品中第一类型晶粒的量不超过50体积％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述锻造产品的第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在长横向-短横向面中具有3.5:1至20:1的平均纵横比。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述锻造产品的第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在长横向-短横向面中具有4:1至20:1的平均纵横比。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述锻造产品的第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在长横向-短横向面中具有4.5:1至20:1的平均纵横比。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述锻造产品的第一类型晶粒至少包括代表性的第一晶粒，并且其中该代表性的第一晶粒在长横向-短横向面中具有5:1至20:1的平均纵横比。
7.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其中该代表性的第一晶粒在纵向-短横向面中具有5:1至30:1的平均纵横比。
8.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其中该代表性的第一晶粒在纵向-短横向面中具有8:1至30:1的平均纵横比。
9.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其中该代表性的第一晶粒在纵向-短横向面中具有10:1至30:1的平均纵横比。
10.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其中该代表性的第一晶粒在纵向-短横向面中具有12:1至30:1的平均纵横比。
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