CN105143492A - 改进的铝镁锂合金及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了新型铝镁锂合金及其制作方法。所述合金通常包含2.0至3.9重量％的镁，0.1至1.8重量％的锂；最多至1.5重量％的铜，最多至2.0重量％的锌，最多至1.0重量％的银，最多至1.5重量％的锰，最多至0.5重量％的硅，最多至0.35重量％的铁，0.05至0.50重量％的晶粒结构控制元素(定义如下)，最多至0.10重量％的钛，以及最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；余量为铝。

Description

改进的铝镁锂合金及其制作方法
背景技术
铝合金可用于各种各样的应用。然而，要改进铝合金的一种特性而不使其另一种特性退化很难实现。举例来说，要增大合金的强度而不降低合金的韧度非常困难。铝合金的其他受关注的特性包括耐腐蚀性和抗疲劳性，这只是其中两个例子。
发明内容
广义地讲，本专利申请涉及新型铝镁锂合金及其制作方法。这种合金通常包含2.0至3.9重量％的镁，0.1至1.8重量％的锂；最多至1.5重量％的铜，最多至2.0重量％的锌，最多至1.0重量％的银，最多至1.5重量％的锰，最多至0.5重量％的硅，最多至0.35重量％的铁，0.05至0.50重量％的晶粒结构控制元素(定义如下)，最多至0.10重量％的钛，以及最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；余量为铝。
本发明的新型铝镁锂合金通常包含2.0至3.9重量％的镁。镁可有助于提高合金的强度，但镁过多又会降低耐腐蚀性。在一个实施例中，此新型合金至少包含2.25重量％的镁。在另一个实施例中，此新型合金至少包含2.5重量％的镁。在又一个实施例中，此新型合金至少包含2.75重量％的镁。在一个实施例中，此新型合金包含不超过3.75重量％的镁。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过3.5重量％的镁。在又一个实施例中，此新型合金包含不超过3.25重量％的镁。
本发明的新型铝镁锂合金通常包含0.1至1.8重量％的锂。锂有助于降低合金的密度，也可帮助提高合金的强度，但锂过多又会降低延展性。在一个实施例中，此新型合金至少包含0.4重量％的锂。在另一个实施例中，此新型合金至少包含0.6重量％的锂。在又一个实施例中，此新型合金至少包含0.8重量％的锂。在另一个实施例中，此新型合金至少包含1.0重量％的锂。在又一个实施例中，此新型合金至少包含1.05重量％的锂。在另一个实施例中，此新型合金至少包含1.10重量％的锂。在又一个实施例中，此新型合金至少包含1.20重量％的锂。在一个实施例中，此新型合金包含不超过1.5重量％的锂。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过1.45重量％的锂。在又一个实施例中，此新型合金包含不超过1.4重量％的锂。
本发明的新型合金可包含最多至约1.5重量％的铜。铜可提高合金的强度，却增大合金的密度。在一个实施例中，此新型合金包含不超过1.0重量％的铜。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过0.9重量％的铜。在又一个实施例中，此新型合金包含不超过0.6重量％的铜。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过0.5重量％的铜。在用到铜的实施例中，此新型合金通常至少包含0.05重量％的铜。在一个实施例中，此新型合金至少包含0.10重量％的铜。在未用到铜的实施例中，此新型合金包含的铜少于0.05重量％。
此新型合金可包含最多至约2.0重量％的锌。锌可提高合金的强度，却增大合金的密度。在一个实施例中，此新型合金包含不超过1.5重量％的锌。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过1.0重量％的锌。在用到锌的实施例中，此新型合金通常至少包含0.20重量％的锌。在一个实施例中，此新型合金至少包含0.4重量％的锌。在另一个实施例中，此新型合金至少包含0.5重量％的锌。在未用到锌的实施例中，此新型合金包含的锌少于0.20重量％。
此新型合金可包含最多至1.5重量％的锰。锰可提高合金的强度，却增大合金的密度。在一个实施例中，此新型合金包含不超过1.0重量％的锰。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过0.9重量％的锰。在又一个实施例中，此新型合金包含不超过0.7重量％的锰。在用到锰的实施例中，此新型合金通常至少包含0.05重量％的锰。在一个实施例中，此新型合金至少包含0.20重量％的锰。在未用到锰的实施例中，此新型合金包含的锰不超过0.04重量％。
此新型合金可包含最多至1.0重量％的银。银可提高合金的强度，却降低合金的密度，且价格昂贵。在一个实施例中，此新型合金包含不超过0.9重量％的银。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过0.6重量％的银。在用到银的实施例中，此新型合金通常至少包含0.05重量％的银。在一个实施例中，此新型合金至少包含0.20重量％的银。在未用到银的实施例中，此新型合金包含的银不超过0.04重量％。
此新型合金可包含最多至0.5重量％的硅。硅可提高合金的耐腐蚀性，却会降低合金的断裂韧性。在一个实施例中，此新型合金包含不超过0.35重量％的硅。在另一个实施例中，此新型合金包含不超过0.25重量％的硅。在用到硅的实施例中，此新型合金通常至少包含0.10重量％的硅。在未用到硅的实施例中，此新型合金包含的硅不超过0.09重量％。
此新型合金可任选地包含至少一种选自锆、钪、铬、铪、钒、钛及稀土元素的次要元素。这类元素可例如用于促进得到的铝合金产品具备恰当的晶粒结构。这种次要元素可任选地以如下量存在：最多至0.20重量％的锆，最多至0.30重量％的钪，最多至0.50重量％的铬，最多至0.25重量％的铪、钒及稀土元素中的每一种，最多至0.10重量％的钛。锆和/或钪是控制晶粒结构的优选元素。如果用到了锆，则此新型铝合金的锆含量通常为0.05至0.20重量％。在一个实施例中，此新型铝合金包含0.07至0.16重量％的锆。除锆之外还可以使用钪，或使用钪而不使用锆，如果用到了钪，则此新型铝合金的钪含量通常为0.05至0.30重量％。在一个实施例中，此新型铝合金包含0.07至0.25重量％的钪。除锆和/或钪之外还可以使用铬，或使用铬而不使用锆和/或钪，如果用到了铬，则此新型合金的铬含量通常为0.05至0.50重量％。在一个实施例中，此新型铝合金包含0.05至0.35重量％的铬。在另一个实施例中，此新型铝合金包含0.05至0.25重量％的铬。在其他实施例中，锆、钪和/或铬中任一元素可作为杂质包含在合金内，在这样的实施例中，这些元素在该合金内的含量少于0.05重量％。
铪、钒和稀土元素可以它们中的每一种皆最多至0.25重量％的量包含在该合金内(可能包含0.25重量％的任一种稀土元素)。在一个实施例中，此新型铝合金包含均不超过0.05重量％的铪、钒和稀土元素(任一种稀土元素都不超过0.05重量％)。
在铸造期间最好使用钛来细化晶粒，如果用到了钛，则此新型铝合金的钛含量通常为0.005至0.10重量％。在一个实施例中，此新型铝合金包含0.01至0.05重量％的钛。在另一个实施例中，此新型铝合金包含0.01至0.03重量％的钛。
此新型合金可包含最多至0.35重量％的铁。在一些实施例中，此新型铝合金的铁含量不超过约0.25重量％，或不超过约0.15重量％，或不超过约0.10重量％，或不超过约0.08重量％，或不超过0.05重量％，或更少。
此新型铝合金除包含上面列出的元素外，其余部分(余量)通常为铝和其他元素，此新型铝合金包含的这些其他元素都不超过0.15重量％，并且这些其他元素的总量不超过0.35重量％。如本文所用，“其他元素”包括元素周期表中与上文指出元素不同的任意元素，也就是说，除铝、镁、锂、铜、锌、锰、硅、铁、锆、钪、铬、钛、铪、钒和稀土元素之外的任意元素。在一个实施例中，此新型铝合金包含的其他元素都不超过0.10重量％，并且这些其他元素的总量不超过0.25重量％。在另一个实施例中，此新型铝合金包含的其他元素都不超过0.05重量％，并且这些其他元素的总量不超过0.15重量％。在又一个实施例中，此新型铝合金包含的其他元素都不超过0.03重量％，并且这些其他元素的总量不超过0.10重量％。
除非另有说明，否则在使用“最多至”提及某元素的量时，意思是该元素成分是可选的，且包括该特定组成成分的量为零的情况。除非另有说明，否则所有的成分百分比都是指重量百分比(重量％)。
在一个具体实施例中，一种铝合金包含锌，并且包含2.0至3.9重量％的镁，0.1至1.8重量％的锂，0.4至2.0重量％的锌，最多至1.5重量％的铜，最多至1.0重量％的银，最多至1.5重量％的锰，最多至0.5重量％的硅，最多至0.35重量％的铁，任选地包含至少一种上述次要元素，最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％，余量为铝。可调整此铝合金的上述镁、锂、锌、铜、银、锰、硅、铁、次要元素和其他元素含量中的任一种或任一些。
在另一个具体实施例中，此铝合金为高锂铝合金，包含2.5至3.9重量％的镁，1.05至1.8重量％的锂，最多至2.0重量％的锌，最多至1.5重量％的铜，最多至1.0重量％的银，最多至1.5重量％的锰，最多至0.5重量％的硅，最多至0.35重量％的铁，任选地包含至少一种上述次要元素，最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％，余量为铝。可调整此铝合金的上述镁、锂、锌、铜、银、锰、硅、铁、次要元素和其他元素含量中的任一种或任一些。
在对此铝合金进行固溶热处理(如下所述)的实施例中，应当选择镁、锂、铜、锌、硅、铁、次要元素和其他元素的总量，使铝合金能适当地固溶(例如，以便在限制组成粒子数量的同时促进硬化)。在一个实施例中，此铝合金包含一定量的合金元素，用于使铝合金在固溶后不含或基本上不含可溶组成粒子。在一个实施例中，此铝合金包含一定量的合金元素，用于使铝合金在固溶后含有少量(例如有限或含量极低)的不溶组成粒子。在其他实施例中，此铝合金可能受益于含量受控的不溶组成粒子。
可将此新型铝合金加工成多种锻造形式，例如卷筒(片材、薄板)、挤出物或锻件，以及多种回火件。就这一点而言，可先对新型铝合金进行铸造(例如直接激冷铸造或连续铸造)，接着将其加工(热加工和/或冷加工)成适当的产品形式(片材、薄板、挤出物或锻件)。加工之后，可将新型铝合金加工成美国铝业协会规定的H回火件、T回火件或W回火件中的一种。
要得到H回火件、T回火件或W回火件产品中的任一种或任一些，可对新型铝合金进行热加工，比如轧制、挤出和/或锻造。在一个实施例中，热加工温度始终低于合金的再结晶温度。在一个实施例中，热加工出口温度不高于600℉。在另一个实施例中，热加工出口温度不高于550℉。在又一个实施例中，热加工出口温度不高于500℉。在另一个实施例中，热加工出口温度不高于450℉。在又一个实施例中，热加工出口温度不高于400℉。
在一个实施例中，将新型合金加工成H回火件。在这些实施例中，加工过程可包括先对新型铝合金(包括上述任一形式的铝合金)进行铸造，再将经铸造的铝合金热轧成中间尺寸或最终尺寸。在将合金热轧成中间尺寸的情况下，接着可将此合金冷轧成最终尺寸(例如冷轧2至25％)，再譬如出于平坦化和/或消除应力的目的，任选地将其拉伸(例如1至10％)。在将合金热轧成最终尺寸的情况下，可譬如出于平坦化和/或消除应力的目的，将此合金拉伸(例如1至10％)。
在冷轧并/或拉伸铝合金的实施例中，可先让此铝合金冷却到不高于400℉的温度，再对其进行冷轧和/或拉伸。在一个实施例中，先让铝合金冷却到不高于250℉的温度，再对其进行冷轧和/或拉伸。在另一个实施例中，先让铝合金冷却到不高于200℉的温度，再对其进行冷轧和/或拉伸。在又一个实施例中，先让铝合金冷却到不高于150℉的温度，再对其进行冷轧和/或拉伸。在又一个实施例中，先让铝合金冷却到环境温度，再对其进行冷轧和/或拉伸。
如果要将铝合金制成H回火件，将产品退火可能有损产品质量。因此，在一些H回火实施例中，加工过程包括将处于热轧步骤与任意冷轧和/或拉伸步骤之间的铝合金的温度保持低于400℉。在一个H回火实施例中，加工过程包括将处于热轧步骤和/或任意冷轧和/或拉伸步骤之间的铝合金的净温度保持在250℉。在另一个H回火实施例中，加工过程包括将处于热轧步骤和/或任意冷轧和/或拉伸步骤之间的铝合金的净温度保持在200℉。在又一个H回火实施例中，加工过程包括将处于热轧步骤和/或任意冷轧和/或拉伸步骤之间的铝合金的净温度保持在150℉。在另一个H回火实施例中，加工过程包括将处于热轧步骤和/或任意冷轧和/或拉伸步骤之间的铝合金的温度保持在环境温度。
在一些实施例中，如果要将铝合金制成H回火件，向任意冷轧和/或拉伸步骤之后的产品施加任何热处理可能有损产品质量。因此，在一些实施例中，一种H回火件加工方法在任意冷轧步骤和/或任意拉伸步骤之后不进行任何热处理。然而，在其他实施例中，可以例如在热轧和/或冷轧前或后执行一个或多个退火步骤。
在一些实施例中，如果将冷轧用作H回火件加工方法的一部分，则可限制冷轧操作，促使产品具有良好的强度、延展性和/或耐腐蚀性。在一个实施例中，冷轧包括将中间尺寸产品冷轧1至25％，也就是说，通过冷轧使中间尺寸产品的厚度减小1至25％。在一个实施例中，冷轧2至22％，也就是说，通过冷轧使中间尺寸产品的厚度减小2至22％。在另一个实施例中，冷轧3至20％，也就是说，通过冷轧使中间尺寸产品的厚度减小3至20％。
在另一个实施例中，将新型铝合金加工成“T回火件”(经热处理)。就这一点而言，在热加工(酌情执行)期间或之后，新型铝合金可被加工成美国铝业协会规定的T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8或T9回火件中的任一种。在一个实施例中，新型铝合金被加工成T4、T6或T7回火件中的一种，在这种情况下，新型铝合金首先经受固溶热处理，接着淬火，再经受自然老化(T4)或人工老化(T6或T7)。在一个实施例中，新型铝合金被处理成T3或T8回火件中的一种，在这种情况下，新型铝合金首先经受固溶热处理，接着淬火、接受冷加工，再经受自然老化(T3)或人工老化(T8)。在另一个实施例中，新型铝合金被加工成美国铝业协会规定的“W回火件”(经固溶热处理)。在又一个实施例中，热加工后不执行固溶热处理，因而新型铝合金可被处理成美国铝业协会规定的“F回火件”(制出即完工)。在对此合金进行固溶热处理并淬火后，还可对其进行高冷加工，例如冷加工25％或更多，如本发明人共同拥有的美国专利公布No.2012/0055590中所描述。
新型铝合金可实现改进的特性组合。举例来说，新型铝合金可以实现强度、耐腐蚀性和/或延展性等特性的改进组合。
在一种方法中，新型铝合金经受H回火，在热轧后被拉伸1至10％(没有冷轧步骤)，实现了至少35ksi的抗拉屈服强度(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少36ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少38ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少40ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少42ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少44ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少46ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少48ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少50ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少51ksi或更高的抗拉屈服强度(L)。在这些H回火再拉伸的实施例中，新型铝合金可实现至少10％的伸长率(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少12％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少14％的伸长率(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少16％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少18％或更高的伸长率(L)。在这些H回火再拉伸的实施例中，新型铝合金可实现不大于25mg/cm2的质量损失(根据ASMTG67测试，暴露于100℃一周时间)。在一个实施例中，新型铝合金实现了不大于15mg/cm2的质量损失。在这些H回火再拉伸的实施例中，新型铝合金可实现最低为EB的EXCO等级(测试位置为T/10和/或表面，根据ASMTG66测试，暴露于100℃一周时间)。在一个实施例中，新型铝合金实现了最低为EA的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PC的EXCO等级。在又一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PB的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PA的EXCO等级。
在另一种方法中，新型铝合金经受H回火，在热轧后被冷轧1至25％，实现了至少40ksi的抗拉屈服强度(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少42ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少44ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少46ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少48ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少50ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少52ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少54ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少56ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少58ksi或更高的抗拉屈服强度(L)。在这些H回火再冷轧的实施例中，新型铝合金可实现至少6％的伸长率(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少8％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少10％的伸长率(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少12％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少14％或更高的伸长率(L)。在这些H回火再冷轧的实施例中，新型铝合金可实现不大于25mg/cm2的质量损失(根据ASMTG67测试，暴露于100℃一周时间)。在这些H回火再冷轧的实施例中，新型铝合金可实现不大于15mg/cm2的质量损失。在这些H回火再冷轧的实施例中，新型铝合金可实现最低为EB的EXCO等级(测试位置为T/10和/或表面，根据ASMTG66测试，暴露于100℃一周时间)。在一个实施例中，新型铝合金实现了最低为EA的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PC的EXCO等级。在又一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PB的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PA的EXCO等级。
在又一种方法中，新型铝合金经受T回火，实现了至少45ksi的抗拉屈服强度(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少46ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少48ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少50ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少52ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少54ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少56ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少58ksi的抗拉屈服强度(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少60ksi的抗拉屈服强度(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少62ksi或更高的抗拉屈服强度(L)。在这些T回火实施例中，新型铝合金可实现至少6％的伸长率(L)(根据ASTME8和B557测试)。在一个实施例中，新型铝合金实现了至少8％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少10％的伸长率(L)。在又一个实施例中，新型铝合金实现了至少12％的伸长率(L)。在另一个实施例中，新型铝合金实现了至少14％或更高的伸长率(L)。在这些T回火实施例中，新型铝合金可实现不大于25mg/cm2的质量损失(根据ASMTG67测试，暴露于100℃一周时间)。在一个实施例中，新型铝合金实现了不大于15mg/cm2的质量损失。在这些T回火实施例中，新型铝合金可实现最低为EB的EXCO等级(测试位置为T/10和/或表面，根据ASMTG66测试，暴露于100℃一周时间)。在一个实施例中，新型铝合金实现了最低为EA的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PC的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PB的EXCO等级。在另一个实施例中，新型铝合金实现了最低为PA的EXCO等级。
本文所述的新型铝合金可用于多种应用，诸如汽车应用和/或航空航天应用等。在一个实施例中，新型铝合金用于航空航天应用，诸如机翼蒙皮(上部和下部)或纵梁/加强件、机身蒙皮或纵梁、肋、框架、翼梁、舱壁、周向框架、尾翼(诸如水平和垂直稳定器)，底梁、座椅导轨、门和控制面部件(如，方向舵、副翼)等。在另一个实施例中，新型铝合金用于汽车应用，诸如闭合板(如，引擎盖、挡泥板、车门、车顶和行李箱盖等)，车轮，以及临界强度的应用，诸如白车身(如，立柱、加强件)应用等。在又一个实施例中，新型铝合金用于海洋应用，诸如船舶(如，船壳、甲板、桅杆、上部构造等)。在另一个实施例中，新型铝合金用于弹药/弹道/军事应用，诸如用于弹药筒和装甲等。弹药筒可包括在轻武器和加农炮中使用或用于火炮或坦克炮弹的那些弹药筒。其他可能的弹药部件包括弹托和尾翼。火炮引信部件是另一种可能的应用，就像用于精确制导炸弹和导弹的尾翼和控制面。装甲部件可包括装甲板或军用车辆的结构部件。
附图说明
图1至图12为示出实例1的结果的坐标图。
图13为示出实例2的结果的坐标图。
图14至图21为示出实例3的结果的坐标图。
具体实施方式
实例1
制作十二个铰接式锭模铸锭，其组成在下表1中示出(所有的值均以重量百分比为单位)。
表1-实例1合金组成
合金 Mg Li Cu Zn
1 2.89 0.00 0 0
2 2.80 0.21 0 0
3 2.90 0.87 0 0
4 2.80 1.20 0 0
5 2.70 1.60 0 0
6 5.03 0.00 0 0
7 4.75 0.23 0 0
8 4.75 0.87 0 0
9 4.55 1.20 0 0
10 5.55 0.85 0 0
11 5.04 0.00 0.19 0.54
12 4.50 0.86 0.18 0.46
除非另外指明，否则所有合金均包含列出的元素，约0.10至0.13重量％的锆，约0.60重量％的锰，不超过约0.04重量％的铁，不超过0.03重量％的硅，约0.02重量％的钛，余量为铝和其他元素，其中这些其他元素各自不超过0.05重量％，且总量不超过0.15重量％。
将这些合金铸造成约2.875英寸(ST)×4.75英寸(LT)×17英寸(L)的铸锭，再将铸锭切削(加工)为约2英寸厚。然后将合金10至合金12均质化。接着将每个铸锭热轧为约0.25英寸的规格。热轧终点温度像下文所示那样变化(起始热轧温度为约850℉)。随后把这些热轧件的一部分冷轧至约0.1875英寸的规格(厚度减小约25％)。对于合金1至合金5，将其热轧件的其他部分拉伸约2％，使其变得平坦。然后测试热轧材料(HR)、冷轧材料(CR)以及热轧再拉伸2％的材料(HR-2％S)的机械性能，结果示于下表2至4中。根据ASTME8和B557测量强度和拉伸特性。除非另外指明，否则所有测试值都相对纵向(L)方向示出。
表2—热轧(HR)的合金的机械性能
合金 热轧终点温度(℉) TYS(ksi) UTS(ksi) 伸长率(％)
1 500-550 25.2 35.8 28.4
1 400-450 28.7 38.3 26.1
2 500-550 24.3 37.9 24.9
3 400-450 32.5 46.2 15.2
4 400-450 35.0 48.5 12.9
5 400-450 35.7 53.0 11.8
6 400-450 35.0 50.0 24.1
6 500-550 32.4 49.7 23.2
7 400-450 36.8 53.2 17.0
8 500-550 31.5 51.8 23.5
9 400-450 38.3 55.8 19.1
10 400-450 39.0 57.5 18.9
11 400-450 40.4 56.5 17.5
12 400-450 39.1 56.8 16.4
表3—热轧(HR)再冷轧(CR)25％的合金的机械性能
合金 热轧终点温度(℉) TYS(ksi) UTS(ksi) 伸长率(％)
1 500-550 37.6 41.9 14.1
1 400-450 41.4 43.7 10.7
2 500-550 39.0 42.6 13.5
3 400-450 48.8 50.4 7.2
4 400-450 51.5 53.2 5.7
5 400-450 55.1 57.7 5.0
合金 热轧终点温度(℉) TYS(ksi) UTS(ksi) 伸长率(％)
6 400-450 51.2 57.9 11.6
6 500-550 48.9 57.4 12.2
7 400-450 53.3 60.5 8.0
8 500-550 51.0 59.0 11.0
9 400-450 56.2 64.4 7.7
10 400-450 60.4 67.1 8.8
11 400-450 56.5 63.7 8.5
12 400-450 59.3 66.4 6.8
表4—热轧(HR)再拉伸2％的合金的机械性能
合金 热轧终点温度(℉) TYS(ksi) UTS(ksi) 伸长率(％)
1 500-550 27.4 35.5 24.3
1 400-450 30.7 37.8 23.9
2 500-550 31.8 38.4 22.5
3 400-450 39.8 44.9 15.4
4 400-450 43.4 47.9 12.6
5 400-450 48.8 53.2 10.3
如图1至图3所示，热轧出口温度越低，性能越好。如图4至图5所示，冷轧合金的强度通常比只经受热轧的合金好。如图6至图7所示，不经过冷轧处理的热轧合金在各种锂含量下，通常都有优良的延展性。如图8至图9所示，镁和锂的含量越高，强度通常也越高。
还测试了只经受热轧的合金与热轧再冷轧25％合金的耐腐蚀性，测量依据为ASTMG66(剥蚀抗力)和ASTMG67(质量损失)。具体地讲，在将这些合金暴露于约100℃的温度之前和暴露约一周之后，测试其耐腐蚀性。还测试了热轧后再拉伸2％的合金1至合金5的耐腐蚀性，测量依据为ASTMG67(质量损失)。耐腐蚀性的结果示于下表5至7中。
表5—热轧(HR)的合金的耐腐蚀性结果
表6—热轧(HR)再冷轧(CR)25％的合金的耐腐蚀性结果
表7—热轧(HR)再拉伸2％的合金的耐腐蚀性结果
如图10所示，在热暴露前的所有合金都实现了低(优良的)质量损失，在ASTMG67测试中实现了质量损失小于15mg/2。然而，在热暴露后，尽管约含3重量％镁的合金实现了低质量损失，但是含有镁的合金6至合金12中的很多质量损失高(参见图11)。图12示出高镁合金的质量损失与锂含量的关系。如上所示，合金的镁含量越高，剥蚀抗力也越差。
实例2
制作十四个铰接式锭模铸锭，其组成在下表8中示出(所有的值均以重量百分比为单位)。
表8—实例2的合金组成
合金 Mg Li Zn Cu Ag
13 4.42 2.01 0.96 0.35 0.24
14 4.33 2.09 1.87 0.35 0.23
15 4.53 2.13 0.97 0.95 0.24
16 4.48 2.18 1.92 0.95 0.24
17 4.41 2.03 0.97 0.35 0.65
18 4.38 2.04 1.90 0.36 0.65
19 4.41 2.06 0.98 0.95 0.66
20 4.36 2.12 1.89 0.89 0.62
21 4.37 2.08 1.44 0.65 0.44
合金 Mg Li Zn Cu Ag
22 4.31 2.22 2.82 0.64 0.43
23 4.43 2.16 1.44 1.85 0.45
24 4.45 2.18 1.48 0.68 0.91
25 4.45 2.06 1.45 0.67 0.45
26 4.40 2.13 1.45 0.67 0.44
除非另外指明，否则所有合金均包含列出的元素，约0.10至0.012重量％的锆，不超过约0.03重量％的铁，不超过0.04重量％的硅，约0.02重量％的锰，约0.02重量％的钛，余量为铝和其他元素，其中这些其他元素各自不超过0.05重量％，且总量不超过0.15重量％。合金25包含约0.24重量％的硅。合金26包含约0.87重量％的硅。
将这些合金铸造成约2.875英寸(ST)×4.75英寸(LT)×17英寸(L)的铸锭，再将铸锭切削为约2英寸厚，然后使铸锭均质化。在各铸锭均质化后，将其热轧成约0.25英寸的规格，然后冷轧约25％(厚度减小25％)，得到约0.1875英寸的最终规格。然后测试抗拉屈服强度和耐腐蚀性，结果示于下表9a至9b中。根据ASTME8和B557测量抗拉屈服强度特性，除非另外指明，否则所有测试值都相对纵向(L)方向示出。根据ASTMG66(剥蚀抗力)和ASTMG67(质量损失)测试耐腐蚀性，具体地讲，在将这些合金暴露于约100℃的温度之前和暴露约一周之后，测试其耐腐蚀性。
表9a—实例2的合金的机械性能
表9b—实例2的合金的耐腐蚀性能
如图13所示，最强的合金包含约1.0重量％的锌，0.35重量％的铜和0.65重量％的银。在低银含量合金中(银含量为约0.25重量％)，将铜从约0.35重量％增加至0.95重量％并且/或者增大锌的含量看起来的确对强度有益。在中等银含量合金中(银含量为约0.45重量％)，将铜从约0.65重量％增加至1.85重量％导致强度减小，而将锌从约1.45重量％增加至2.82重量％对强度几无影响。在银含量适度高的合金中(银含量为约0.65重量％)，将铜从约0.35重量％增加至约0.90重量％导致强度减小，而增大锌含量也导致强度减小。将银从约0.45重量％增加至0.91重量％看起来对强度无实质性影响。将硅从约0.04重量％增加至0.24重量％看起来对强度也无实质性影响。然而，将硅增加至约0.89重量％确实会影响强度。
就延展性来说，所有合金的伸长率都偏低，这表明可能需要执行小于25％的冷加工来获得更好的延展性。
就耐腐蚀性来说，大多数合金都未能通过质量损失测试。所有合金的质量损失都超过了15mg/cm2，最常见的是质量损失超过25mg/cm2。增大硅含量看起来的确有助于减轻质量损失。
实例3
制作二十三个铰接式锭模铸锭，其组成在下表9中示出(所有的值均以重量百分比为单位)。
表10—实例1的合金组成
合金 Mg Li Mn Cu Zn
27 2.2 1.1 0.55 0.05 --
28 2.5 1.0 0.58 -- --
29 3.3 1.0 0.54 -- --
30 3.5 1.1 0.56 -- --
31 4.1 1.1 0.57 -- --
32 2.9 1.1 0.54 -- --
33 3.1 1.0 0.29 -- --
34 3.2 1.1 -- 0.01 --
35 3.0 1.0 1.10 -- --
36 3.0 1.0 1.60 -- --
37 3.0 1.0 0.56 -- 0.10
38 3.0 1.1 0.56 -- 0.24
39 2.9 1.1 0.57 -- 0.51
40 3.0 1.1 0.56 -- 0.97
41 3.0 1.1 0.56 -- 1.90
42 2.9 1.0 0.57 0.14 0.02
43 3.1 1.1 0.56 0.29 --
44 2.9 1.1 0.56 0.48 --
45 3.1 1.0 0.56 0.25 0.50
46 2.8 1.1 0.56 -- --
47 2.94 -- 0.54 -- --
48 2.9 0.50 0.57 -- --
49 2.8 1.00 0.57 -- --
50 2.9 1.60 0.57 -- --
除非另外指明，否则所有合金均包含列出的元素，约0.10至0.14重量％的锆，不超过约0.04重量％的铁，不超过0.08重量％的硅，余量为铝和其他元素，其中这些其他元素各自不超过0.05重量％，且其他元素的总量不超过0.15重量％。合金46包含约0.09重量％的锆、约0.10重量％的铁和约0.14重量％的硅。
将这些合金铸造成2.875英寸(ST)×4.75英寸(LT)×17英寸(L)的铸锭，再将铸锭切削为2英寸厚，然后使铸锭均质化。在每个铸锭均质化后，将其热轧成约0.25英寸的规格(合金36因含有太多的锰而无法热轧)。随后把这些热轧件的一部分冷轧至约0.1875英寸的规格(厚度减小约25％)。将热轧件的其他部分拉伸约2％，使其变得平坦。然后测试热轧材料和冷轧材料的机械性能和耐腐蚀性能，结果示于下表11至14中。根据ASTME8和B557测量强度和拉伸特性，除非另外指明，否则所有测试值都相对纵向(L)方向示出。根据ASTMG67(质量损失)测试耐腐蚀性，具体地讲，在将这些合金暴露于约100℃的温度之前和暴露约一周之后，测试其耐腐蚀性。
表11—热轧再拉伸2％的合金的机械性能
表12—热轧合金和冷轧合金的机械性能
表13—热轧(HR)合金的耐腐蚀性结果
合金 热暴露前 热暴露后
42 1.18 3.5
43 1.17 3.41
44 1.5 3.51
45 1.29 3.3
46 1.77 6.68
47 1.46 2.24
48 1.72 3.28
49 1.47 6.71
50 1.73 3.97
表14—热轧(HR)再冷轧(CR)25％的合金的耐腐蚀性结果
如图14至图18所示，增加镁、锂、锰和铜的含量导致强度增加。增加锌的含量可以增大只热轧过的合金的强度。然而，如图19所示，镁含量超过约4.0重量％的合金的耐腐蚀性差，这表明合金包含的镁应当不超过3.9重量％，才能实现良好的耐腐蚀性。如图20所示，较高含量的铜往往会提高耐腐蚀性。如图21所示，较高含量的锌(如，0.4重量％或超过0.4重量％的锌)也往往会提高耐腐蚀性。高于约1.0重量％的锰往往会降低耐腐蚀性。

Claims (29)

1.一种方法，包括：
(a)铸造铝合金，所述铝合金由以下组成：
2.0重量％至3.9重量％的镁；
0.1重量％至1.8重量％的锂；
最多至1.5重量％的铜；
最多至2.0重量％的锌；
最多至1.0重量％的银；
最多至1.5重量％的锰；
最多至0.5重量％的硅；
最多至0.35重量％的铁；
任选地至少一种选自锆、钪、铬、锰、铪、钒、钛和稀土元素的次要元素，这些次要元素的含量如下：
最多至0.20重量％的锆；
最多至0.30重量％的钪；
最多至0.50重量％的铬；
最多至1.0重量％的锰；
各自最多至0.25重量％的铪、钒和稀土元素中的任意一种；
最多至0.10重量％的钛；和
最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；和
余量为铝；
(b)在所述铸造步骤(a)后，将所述铝合金热轧成中间产品；
(c)在所述热轧步骤(b)后，将所述中间产品冷却到不高于400℉的温度；
(d)在所述冷却步骤(c)后，将所述中间产品冷轧成最终尺寸，其中所述冷轧使所述中间产品的厚度减小了2％至22％；
(e)将处于所述冷却步骤(c)和所述冷轧步骤(d)之间的所述铝合金的温度保持为不高于400℉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却步骤(c)包括将所述中间产品冷却到不高于250℉的温度，并且其中所述保持步骤(e)包括将处于所述冷却步骤(c)和所述冷轧步骤(d)之间的所述铝合金的温度保持为不高于250℉。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却步骤(c)包括将所述中间产品冷却到不高于200℉的温度，并且其中所述保持步骤(e)包括将处于所述冷却步骤(c)和所述冷轧步骤(d)之间的所述铝合金的温度保持为不高于200℉。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却步骤(c)包括将所述中间产品冷却到不高于150℉的温度，并且其中所述保持步骤(e)包括将处于所述冷却步骤(c)和所述冷轧步骤(d)之间的所述铝合金的温度保持为不高于150℉。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却步骤(c)包括将所述中间产品冷却到环境温度，并且其中所述保持步骤(e)包括将处于所述冷却步骤(c)和所述冷轧步骤(d)之间的所述铝合金保持为环境温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括：
在所述冷轧步骤(c)之后，对所述铝合金进行固溶热处理，接着淬火。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：
在所述固溶热处理接着淬火的步骤之后，人工老化所述铝合金。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述方法在所述冷轧步骤(c)之后不进行任何热处理。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含0.8重量％的锂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含1.0重量％的锂。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含1.05重量％的锂。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过1.5重量％的锂。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过1.4重量％的锂。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过1.0重量％的铜。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.9重量％的铜。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.6重量％的铜。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.5重量％的铜。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含0.05重量％的铜。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含0.10重量％的铜。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过1.5重量％的锌。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过1.0重量％的锌。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含0.4重量％的锌。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.9重量％的锰。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.7重量％的锰。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含不超过0.04重量％的锰。
26.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述铝合金至少包含0.05重量％的锰。
27.一种方法，包括：
(a)铸造铝合金，所述铝合金由以下组成：
2.0重量％至3.9重量％的镁；
0.1重量％至1.8重量％的锂；
最多至1.5重量％的铜；
最多至2.0重量％的锌；
最多至1.0重量％的银；
最多至1.5重量％的锰；
最多至0.5重量％的硅；
最多至0.35重量％的铁；
任选地至少一种选自锆、钪、铬、锰、铪、钒、钛和稀土元素的次要元素，这些次要元素的含量如下：
最多至0.20重量％的锆；
最多至0.30重量％的钪；
最多至0.50重量％的铬；
最多至1.0重量％的锰；
各自最多至0.25重量％的铪、钒和稀土元素中的任意一种；
最多至0.10重量％的钛；和
最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；和
余量为铝；
(b)在所述铸造后，将所述铝合金热轧成最终尺寸；
(c)在所述热轧步骤(b)后，将所述铝合金冷却到不高于400℉的温度；
(d)在所述冷却步骤(c)之后，将所述铝合金拉伸1％至10％；
(e)将处于所述冷却步骤(c)和所述拉伸步骤(d)之间的所述铝合金的温度保持为不高于400℉。
28.一种铝合金，其由以下组成：
2.0重量％至3.9重量％的镁；
0.1重量％至1.8重量％的锂；
0.4重量％至2.0重量％的锌；
最多至1.5重量％的铜；
最多至1.0重量％的银；
最多至1.5重量％的锰；
最多至0.5重量％的硅；
最多至0.35重量％的铁；
任选地至少一种选自锆、钪、铬、锰、铪、钒、钛和稀土元素的次要元素，这些次要元素的含量如下：
最多至0.20重量％的锆；
最多至0.30重量％的钪；
最多至0.50重量％的铬；
最多至1.0重量％的锰；
各自最多至0.25重量％的铪、钒和稀土元素中的任意一种；
最多至0.10重量％的钛；和
最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；
余量为铝。
29.一种铝合金，其由以下组成：
2.5重量％至3.9重量％的镁；
1.05重量％至1.8重量％的锂；
最多至1.5重量％的铜；
最多至2.0重量％的锌；
最多至1.0重量％的银；
最多至1.5重量％的锰；
最多至0.5重量％的硅；
最多至0.35重量％的铁；
任选地至少一种选自锆、钪、铬、锰、铪、钒、钛和稀土元素的次要元素，这些次要元素的含量如下：
最多至0.20重量％的锆；
最多至0.30重量％的钪；
最多至0.50重量％的铬；
最多至1.0重量％的锰；
各自最多至0.25重量％的铪、钒和稀土元素中的任意一种；
最多至0.10重量％的钛；和
最多至0.10重量％的任何其他元素，这些其他元素的总量不超过0.35重量％；
余量为铝。
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