CN107012373A - 变形铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al。

Description

变形铝合金
技术领域
本发明涉及一种变形合金，更详细而言，涉及一种变形铝合金。
背景技术
汽车保险杠、结构材料、智能手机以及IT配件为了实现高强度化而适用铝挤压型材。作为这种铝挤压型材适用7000系列铝合金，但存在挤压性能差导致截面形状差及生产率低下的问题。
即，7000系列铝合金在T6热处理之后，屈服强度高达500MPa以上，因此广泛应用于航空配件到汽车及智能手机外壳，但由于原材料的刚性高，存在挤压性能差的问题，而且存在在T6热处理时发生变形的问题。虽然现有的结构材料能够通过最终加工抑制变形，但智能手机及各种精密挤压产品在进行进一步加工的情形下制造成本上升,因此价格竞争力下降。并且，通过连续铸造工艺制造成坯料时，在固相线附近发生0.3％以上的急剧体积变化的情况下，存在坯料制造过程中产生裂纹的问题。因此，迫切需要开发通过连续铸造工艺制造坯料时，不产生裂纹，且挤压性能优异，T6热处理时极少变形，热处理后能够确保500MPa以上的屈服强度的原材料。
发明内容
所要解决的课题
本发明为了解决包括如上问题在内的诸多问题而提出，目的在于提供一种变形铝合金，其作为7000系列铝合金，具有屈服强度500MPa以上的强度，且能够确保1mm/s以上的挤压速度，并且进行固溶处理及加压水淬(PWQ,press water quenching)处理时不发生变形。并且，本发明的另一目的在于提供包含所述变形铝合金为材质的汽车保险杠、结构材料及智能手机外壳。但是这些课题仅为例示，并非由此限定本发明的范围。
课题的解决手段
根据本发明的一个方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al。
根据本发明的另一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；余量为Al。
根据本发明的另一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；0.1重量％～0.8重量％的Ag；余量为Al。
所述变形铝合金中，严格地说可以包含0.4重量％～0.6重量％的Cu。
所述变形铝合金中，严格地说可以包含2.0重量％～2.25重量％的Mg。
根据本发明的一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：0.01重量％～0.15重量％的Ti；0.01重量％～0.2重量％的Sr；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；余量为Al。
根据本发明的另一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：0.01重量％～0.15重量％的Ti；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；余量为Al。
根据本发明的又一方面，可以提供汽车保险杠、结构材料或者智能手机外壳。所述汽车保险杠、结构材料或者智能手机外壳可以包含上述的变形铝合金为材质。
根据本发明的又一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：5.5重量％以上且小于6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；0.2重量％～0.8重量％的Ag；余量为Al，挤压时，可在挤压速度1.2～1.5mm/s范围内进行挤压，挤压后，T6热处理时屈服强度在523～565MPa的范围。
根据本发明的又一方面，提供一种变形铝合金，其成分包含：0.01重量％～0.15重量％的Ti；0.01重量％～0.2重量％的Sr；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si，；余量为Al，固相线体积变化率在0.11％～0.27％的范围，挤压速度在1.0mm/s～1.4mm/s的范围。
发明效果
根据本发明的部分实施例，能够实现一种变形铝合金，其作为7000系列铝合金，具有屈服强度500MPa以上的强度，且能够确保1mm/s以上的挤压速度，并且进行固溶处理及加压水淬(PWQ,press water quenching)处理时不发生变形。当然，并非由这些效果限定本发明的范围。
附图说明
图1是解释本发明的比较例所涉及的变形铝合金进行T6热处理时的相比率的图表。
图2是表示本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的微观组织的照片。
图3是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同固相线上的体积变化比率变化的图表。
图4是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同固相线上的剪切模量变化比率变化的图表。
图5是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同测定的屈服强度的图表。
图6是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同测定的挤压速度变化的图表。
图7是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同固相线上的体积变化比率变化的图表。
图8是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同剪切模量变化比率变化的图表。
图9是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同测定的屈服强度的图表。
图10是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同测定的挤压速度变化的图表。
图11是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同T prime相比率变化的图表。
图12是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同Eta prime相比率变化的图表。
图13是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同GP区(GPzone)相比率变化的图表。
图14是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同S prime相比率变化的图表。
图15是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同thetaprime相比率变化的图表。
图16是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同的变形测定实验的图表。
图17是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
图18是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同T prime相比率变化的图表。
图19是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同Eta prime相比率变化的图表。
图20是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同GP区(GPzone)相比率变化的图表。
图21是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同S prime相比率变化的图表。
图22是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同thetaprime相比率变化的图表。
图23是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同的变形测定实验的图表。
图24是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
图25是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同T prime相比率变化的图表。
图26是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同Eta prime相比率变化的图表。
图27是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同GP区(GPzone)相比率变化的图表。
图28是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同S prime相比率变化的图表。
图29是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同thetaprime相比率变化的图表。
图30是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同的变形测定实验的图表。
图31是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
图32是解释本发明的一实施例所涉及的变形铝合金进行T6热处理时的相比率的图表。
图33是表示本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的微观组织的照片。
图34是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Ag含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
图35是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Ag含量的不同的挤压速度变化测定实验的图表。
图36是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中未添加Ti时所测定的强度和延伸率的图表。
图37是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中添加0.1重量％的Ti时所测定的强度和延伸率的图表。
图38是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中基于Ti添加量所测定力学特性变化的图表。
图39是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中未添加Sr时所测定的强度和延伸率的图表。
图40是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中添加0.05重量％的Sr时所测定的强度和延伸率的图表。
图41是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中基于Sr添加量所测定力学特性变化的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施例进行如下详细的解释。但本发明不限于以下公开的实施例，也可以体现为互不相同的各种方式，以下的实施例为了完整公开本发明，便于本领域技术人员完整地理解本发明的范畴而提供。并且，为了便于说明，附图中可以放大或缩小构成要件的大小。
作为本发明的比较例提供的变形铝合金(A7075)，其成分可包含：5.1重量％～6.1重量％的Zn；2.1重量％～2.9重量％的Mg；1.2重量％～2.0重量％的Cu；0.18重量％～0.28重量％的Cr；0.5重量％以下的Fe；0.3重量％以下的Mn；0.4重量％以下的Si；0.2重量％的Ti；余量为Al。
变形铝合金中，所谓7000系列铝合金在T6热处理之后，屈服强度高达500MPa以上，因此广泛应用于航空配件到汽车，最近还应用于智能手机外壳，但由于原材料的刚性高存在挤压性能差的问题。例如，挤压速度为0.2mm/s的情况下不会出现边缘开裂现象，但挤压速度为0.5mm/s的情况下出现边缘开裂现象。
顺便说一下，上述的本发明的比较例所涉及的变形铝合金中，O回火(OTempering)热处理时屈服强度约为103MPa，抗拉强度约为288MPa，延伸率(elongation)显示出约10％，T6热处理时屈服强度约为503MPa，抗拉强度约为572MPa，延伸率(elongation)显示出约11％。
图1是解释本发明的比较例所涉及的变形铝合金进行T6热处理时的相比率的图表。
参照图1，示出在450℃下对上述的本发明的比较例所涉及的变形铝合金进行固溶处理之后，在125℃下进行人工时效的情况下形成的相。具有最高分率的相是T prime相和Eta Prime相。该两个相为稳定的相，是不会因时效而粗大化或者变为其他相的稳定相。因此，T6热处理后最有助于提高屈服强度。
而且，GP区(GP zone)相、S prime相、theta prime也有助于提高强度，但由于是亚稳相，热处理时产生粗大化或者诱发变形为其他相，因此成为T6热处理时变形的主要因子。
上述的本发明的比较例所涉及的变形铝合金中这些亚稳相的分率也相当高，因此本发明中欲通过添加元素根本上控制这些相的分率。
本发明的一实施例提供的变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为不可避免的杂质和Al。
这种变形铝合金中，F回火(F Tempering)热处理时屈服强度约为243MPa，抗拉强度约为399MPa，延伸率(elongation)显示出约15.1％，T6热处理时屈服强度约为515MPa，抗拉强度约为565MPa，延伸率(elongation)显示出约10.7％。
图2是表示本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的微观组织的照片。
图2(a)示出上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中F回火(FTempering)热处理后的低倍率(X50)微观组织，图2(b)示出上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中F回火(F Tempering)热处理后的高倍率(X200)微观组织，图2(c)示出上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中T6热处理后的低倍率(X50)微观组织，图2(d)示出上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中T6热处理后的高倍率(X200)微观组织。
上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中可以确认，即使在挤压速度为1.0mm/s的情况下也没有出现边缘开裂现象。进一步地，可以确认加压水淬(PWQ,presswater quenching)处理时也没有出现变形。
以下，为了便于理解本发明，结合实验例对掌握本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中控制挤压性能的合金元素并限定这些元素的组成范围的理由进行说明。但是，下述的实验例仅为了便于理解本发明而提出的，本发明并非仅限定于以下实验例。
本发明人发现，变形铝合金中剪切模量(shear modulus)以19GPa为基准，大于该值时挤压性能急剧下降。以此为前提，可以导出以例如在挤压速度为1.2mm/s、挤压温度为445℃的条件下，A6061合金的剪切模量计算为约18.8GPa，在挤压速度为0.2mm/s、挤压温度为450℃的条件下，A7075合金的剪切模量计算为约19.16GPa为比较数据来导出。
用于提高挤压性能的控制合金元素：锌(Zn)
图3是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同固相线上的体积变化比率变化的图表，图4是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同固相线上的剪切模量变化比率变化的图表，图5是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同测定的屈服强度的图表，图6是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同测定的挤压速度变化的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Zn的含量，且成分包含：2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为不可避免的杂质和Al的合金。
参照图3，从连续铸造成坯料的过程中防止发生裂纹的观点考虑，优选将Zn含量限定在6.5重量％以下，参照图4，从剪切模量方面分析到，Zn在5～8.5重量％范围内无太大影响，参照图5，从屈服强度方面分析到，热处理前含量为5.5重量％以上时存在屈服强度降低的趋势，热处理后随着Zn含量增加屈服强度提高，参照图6，分析到挤压速度在zn含量为5重量％～6重量％时具有最优异的特性。
表1示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的特性值变化。
[表1]
参照表1，Zn组成从剪切模量方面考虑，将Zn的含量提高至8重量％左右较为有利，但从坯料连续铸造时在固相线附近产生的体积变化方面考虑，体积变化需要不超过0.3重量％，因此需要限定在6重量％以下，从坯料的F状态下的屈服强度的方面考虑，5.5重量％时评价为最高的屈服强度，T6热处理后的强度随着Zn含量的增加而提高，但从挤压速度方面考虑，需要不超过6重量％，因此综合考虑体积变化、剪切模量、屈服强度及挤压速度，优选本发明的一实施例所涉及的变形例合金中Zn的含量限定在5.5重量％～6.0重量％。
用于提高挤压性能的控制合金元素：镁(Mg)
图7是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同固相线上的体积变化比率变化的图表，图8是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同剪切模量变化比率变化的图表，图9是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同测定的屈服强度的图表，图10是实验测定本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同测定的挤压速度变化的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Mg的含量，且成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为不可避免的杂质和Al的合金。
参照图7，从连续铸造成坯料的过程中防止发生裂纹的观点考虑，优选将Mg的含量限定在2重量％以上，参照图8，从剪切模量方面考虑到，优选将Mg限定在2.25重量％以下，参照图9，热处理后的屈服强度随着Mg含量持续提高，尽可能添加至3重量％较为有利，但考虑到其他特性，优选限定在2.8重量％以下。参照图10，从挤压速度观点分析到优选限定在2重量％～2.5重量％。综合考虑体积变化、屈服强度及挤压速度与其他元素微小的含量变化以及现场生产率，可将Mg的含量限定在2重量％～2.75重量％。
表2示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的特性值变化。
[表2]
参照表2，最佳的Mg的组成从剪切模量方面考虑，2.25重量％以下较为有利，从体积变化方面考虑，1.5～3重量％左右为佳，从屈服强度方面考虑，Mg含量越增加越有利，但考虑到挤压速度，需要除去19GPa以上，因此综合考虑体积变化、剪切模量、屈服强度及挤压速度，优选本发明的一实施例所涉及的变形例合金中Mg含量为2.0重量％～2.5重量％，严格地说包含2.0重量％～2.25重量％的Mg。
抑制T6热处理变形及屈服强度因子：铜(Cu)
图11是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同T prime相比率变化的图表，图12是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同Eta prime相比率变化的图表，图13是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同GP区(GP zone)相比率变化的图表，图14是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同S prime相比率变化的图表，图15是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同theta prime相比率变化的图表，图16是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同的变形测定实验的图表，图17是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Cu的含量，且成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al的合金。
参照图11，根据Cu含量，T prime相从Cu含量0.8重量％开始收敛，因此优选将Cu含量限定在0.8重量％以下，参照图12，根据Cu含量，Eta prime相持续增加，因此增加Cu含量较为有利，参照图13，GP区(GP zone)相在Cu含量为1.6重量％～1.7重量％范围内稳定维持，无太大影响，参照图14，根据Cu的含量，S prime相分率成比例增加，因此优选将Cu限定在1重量％以下的分率的0.8重量％以下，参照图15，根据Cu的含量，虽然theta prime相分率也增加，但Cu为1.4重量％以下时分率相当低，因此从theta prime相方面考虑，优选将Cu的含量限定在1.4重量％以下，参照图16，从变形方面考虑，优选将Cu的含量限定在小于0.8重量％。
进一步地，参照图17，热处理后的屈服强度与Cu含量成比例，但具有从0.6重量％开始一定程度收敛的特性，热处理之前的F状态的屈服强度从挤压性能方面考虑250MPa以下为佳，因此从屈服强度方面考虑优选将Cu含量限定在0.6重量％以下。
因此，从T prime相、Eta prime相、GP区(GP zone)相、S prime相、theta prime相、变形及屈服强度的方面考虑将Cu的含量限定在0.4重量％～0.8重量％最佳。
表3示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Cu含量的相比率等的变化。
[表3]
参照表3总结出，随着Cu的组成含量增加，有助于固溶热处理时提高强度，提高稳定相Al2Mg3Zn3T′相及MgZn2η′的分率。虽然作为2000系列合金的Al-Cu合金中Cu含量对GP区(GP zone)分率的影响较大，但7000系列中与固溶元素Cu、Mg、Zn同时形成的α相GP区(GPzone)，人工失效温度高，因此随着Cu含量的变化对GP区(GP zone)的影响不大，虽然有助于提高T6热处理时的强度，但由于晶格参数变化，在作为热处理时形成变形和残留应力的相的GP、S′(Al2CuMg)及θ′(Al2Cu)中对GP区的影响不大，但S′及θ′相在0.8重量％以上时急剧增加。因此，根据上述分析结果，从热处理时尺寸变化及强度方面考虑，将Cu含量限定在0.2重量％～0.6重量％时最有利。
抑制T6热处理变形及屈服强度因子：镁(Mg)
图18是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同T prime相比率变化的图表，图19是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同Eta prime相比率变化的图表，图20是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同GP区(GP zone)相比率变化的图表，图21是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同S prime相比率变化的图表，图22是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同theta prime相比率变化的图表，图23是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同的变形测定实验的图表，图24是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Mg的含量，且成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al的合金。
参照图18，Mg含量在之前的挤压性能评价因子的最适组成即2～2.25重量％附近，限定在1.75重量％～3重量％来评价了适宜性，根据Mg含量，T prime相持续增加，从Tprime方面考虑Mg可以添加至3重量％，参照图19，从Eta prime方面考虑Mg为2重量％以上且3重量％以下较为适合，参照图20，为了使GP区(GP zone)相不超过2重量％，优选将Mg含量限定在2.75重量％以下，参照图21，S prime相与Mg含量无关，维持0.6重量％～0.7重量％的分率，判断为Mg含量无太大影响。
参照图22，分析到theta prime相随着Mg的含量变化微小量减少，评价为与Mg含量无太大影响，参照图23，从变形方面考虑，优选将Mg含量限定在小于2.5重量％，参照图24，热处理后的屈服强度与Mg含量成比例，但热处理之前的F状态屈服强度从挤压性能方面考虑250MPa以下较为适合，因此判断为从屈服强度方面考虑，优选将Mg含量限定在小于2.5重量％。
因此，从T prime相、Eta prime相、GP区(GP zone)相、S prime相、theta prime相、变形及屈服强度的方面考虑将Mg的含量限定在2重量％～2.5重量％最佳。
表4示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Mg含量的相比率等的变化。
[表4]
参照表4总结出，Mg的含量增加时T′、η′相的增加促使强度得到提高，这与Cu相同，但与Cu的不同点为虽然不影响S′及θ′相，在GP区的适当值即GP zone分率1.7％左右从Mg含量2.4重量％开始超过，热处理时变形率的发生变大，因此可优选限定在2～2.3重量％。
抑制T6热处理变形及屈服强度因子：锌(Zn)
图25是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同T prime相比率变化的图表，图26是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同Eta prime相比率变化的图表，图27是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同GP区(GP zone)相比率变化的图表，图28是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同S prime相比率变化的图表，图29是解释本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同theta prime相比率变化的图表，图30是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同的变形测定实验的图表，图31是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的不同的屈服强度测定实验的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Zn的含量，且成分包含：2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al的合金。
参照图25，Zn含量从之前的挤压速度控制方面考虑的5.5～6重量％,各扩大0.5重量％范围，限定在5～6.5重量％来评价了适宜性，根据Zn含量，T prime相持续增加，从Tprime方面考虑Zn可以添加至6.5重量％，参照图26，从Eta prime方面考虑Zn可以添加至6.5重量％，参照图27，GP区(GP zone)相为了不超过2重量％，优选将Zn含量限定在6重量％以下，参照图28，S prime相维持在0.6重量％～0.7重量％的分率，与Zn含量无关，，因此判断为Zn含量对其无太大影响，参照图29，theta prime相根据Zn的含量微小量减少，评价为不受Zn含量太大影响，参照图30，从变形方面考虑，优选将Zn含量限定在5.5～6重量％，参照图31，热处理后的屈服强度与Zn含量成比例，热处理之前的F状态屈服强度的所有范围也在250MPa以下较为适合，分析为无大影响，但从上述的T prime相、Eta prime相、GP区(GPzone)相、S prime相、theta prime相、变形及屈服强度的方面综合考虑将Zn的含量限定在5.5～6重量％最佳。
表5示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Zn含量的相比率等的变化。
[表5]
参照表5总结出，Zn的含量增加时T′、η′相的增加促使强度得到提高，这与Mg、Cu相同，但与Cu的不同，而与Mg相同的形态是虽然不影响S′及θ′相，在GP区的适当值即GP zone分率1.7％左右从6重量％开始超过，热处理时变形率的发生变大，因此Zn含量在5％以上且小于6％有利于热处理变形率的控制。
图32是解释本发明的一实施例所涉及的变形铝合金进行T6热处理时的相比率的图表。
参照图32，示出在450℃下对上述的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金进行固溶处理后，在125℃下进行人工时效时形成的相。具有最高分率的相为T prime相和Etaprime相。该两个相为稳定的相，是不会因时效而粗大化或者变为其他相的稳定相。因此，T6热处理后最有助于提高屈服强度。而且，虽然GP区(GP zone)相、S prime相、theta prime相也有助于提高强度，但由于是亚稳相，存在热处理时产生粗大化或者诱发变形为其他相的问题。
如上所述，7000系列合金中有助于T prime相、Eta prime相、GP区(GP zone)相、Sprime相、theta prime相的分率的元素为Cu、Mg、Zn，这已通过解释和实验确认，并确认到通过限定这些元素的组成，能够根本上控制这些亚稳相的分率。
另一方面，本发明的另一实施例所提供的变形铝合金，其成分可包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；余量为不可避免的杂质和Al。
关于这些合金，也通过解释和实验确认到有助于T prime相、Eta prime相、GP区(GP zone)相、S prime相、theta prime相的分率的元素为Cu、Mg、Zn，并确认到通过将这些元素的组成限定在所述范围内，能够根本上控制这些亚稳相的分率。
本发明的又一实施例所提供的变形铝合金，其成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；0.1重量％～0.8重量％的Ag；余量为Al。
该变形铝合金中，F回火(F Tempering)热处理时屈服强度约为208MPa，抗拉强度约为350MPa，延伸率(elongation)显示出约12.9％，T6热处理时屈服强度约为573MPa，抗拉强度约为618MPa，延伸率(elongation)显示出约10.9％。
图33是表示本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的微观组织的照片。
图33(a)示出上述的本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中F回火(F Tempering)热处理后的低倍率(X50)微观组织，图33(b)示出上述的本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中F回火(F Tempering)热处理后的高倍率(X200)微观组织，图33(c)示出上述的本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中T6热处理后的低倍率(X50)微观组织，图33(d)示出上述的本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金的挤压材料中T6热处理后的高倍率(X200)微观组织。
上述的本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金中可以确认，即使在挤压速度为1.4mm/s的情况下也没有出现边缘开裂现象。进一步地，可以确认加压水淬(PWQ,presswater quenching)处理时也没有出现变形。
以下，为了便于理解本发明，结合实验例对掌握本发明的另一实施例所涉及的变形铝合金中控制挤压性能的另一合金元素(Ag)并限定Ag的组成范围的理由进行说明。但是，下述的实验例是为了便于理解本发明而提出的，本发明并非受仅限定为以下实验例。
图34是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Ag含量的不同的屈服强度测定实验的图表，图35是根据本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Ag含量的不同的挤压速度变化测定实验的图表。
本实验例所涉及的变形铝合金是以任意组成变更Ag的含量，且成分包含：5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al。具体而言，可以是成分包含如下组成的合金：Cr：0.15，Cu：0.6，Fe：0.1，Mg：2.25，Mn：0.1，Si：0.1，Sr：0.01，Ti：0.05，Zn：5.5重量％；余量为Al。
参照图34，将Ag添加到之前参照图2说明的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金时，热处理后的屈服强度持续上升，而热处理前的屈服强度维持250MPa以下，因此挤压性能得到提高，Ag的含量从1重量％开始热处理前屈服强度增加，判断为从屈服强度方面考虑将Ag限定在1重量％以下为适合。参照图35，从屈服强度方面考虑，将Ag含量限定在1重量％以下较为有利，从挤压速度和经济性方面考虑，限定在0.8重量％以下较为有利，因此本实施例中，从提高挤压性能和屈服强度方面考虑，Ag限定在0.1～0.8重量％是适合的。
表6示出本发明的实验例所涉及的变形铝合金中基于Ag含量的屈服强度和挤压速度的变化。
[表6]
参照表6，将Ag添加到之前参照图3说明的本发明的一实施例所涉及的变形铝合金时，可以确认到，含量为0.1重量％为止屈服强度和挤压速度方面上均无太大效果，含量为0.2～1.4重量％T6热处理后屈服强度持续上升，而挤压速度在含量0.2～1.0重量％持续增加直到1.5mm/s，但含量从1.1重量％开始挤压速度反而降低。Ag的含量从T6热处理后的强度方面考虑，增加添加量未有利，但同时考虑经济性和挤压性能方面，优选限定在0.2～1.0重量％。
以上，对作为7000系列铝合金，具有屈服强度500MPa以上的强度，具有挤压速度1mm/s以上的生产率，且进行固溶处理及加压水淬(PWQ)处理时不发生变形的铝合金的各种实施例进行了说明。
现有的A7075中，T6热处理后提高力学特性的相为如θ′、S′、η′、T′及GP zones等相，其中，GP zones、θ′及S′有助于提高强度，但固溶热处理时为了变为稳定相，虽然存在粗大化和变形的问题，本发明中，欲将有助于提高强度的相中热处理时引起变形的GP zones、θ′及S′的分率降低，来稳定地确保如η′、T′等无热性变化的相的分率。并且，微量添加有助于挤压速度且无热变形，不与7000系列合金中主要的添加元素Zn、Mg及Cu等反应而形成Al-Agβ相而能够有助于提高强度的Ag来实现抗拉及抗拉强度的极大化。图36是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中未添加Ti时所测定的强度和延伸率的图表，图37是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中添加0.1重量％的Ti时所测定的强度和延伸率的图表，图38是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中基于Ti添加量所测定力学特性变化的图表。
参照图36及图37，添加0.1重量％左右的Ti时，虽然力学特性没有大幅提高，但通过晶粒微小化作用，具有屈服强度、抗拉强度及延伸率上升约4～5％的效果。Ti的含量为0.01重量％～0.15重量％时有作用，严格地说，Ti的含量为0.05重量％～0.1重量％时有作用。不到该范围则几乎没有效果，超过该范围时效果上也无差异。
参照图38，以含量0％、0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％改变Ti含量来评价力学特性变化的结果，基于含量的倾向以完整的线形增加，但显示出0.01％到0.15％具有效果。
图39是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中未添加Sr时所测定的强度和延伸率的图表，图40是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中添加0.05重量％的Sr时所测定的强度和延伸率的图表，图41是根据本发明的一实施例所涉及的变形铝合金中基于Sr添加量所测定力学特性变化的图表。
参照图39及图40，铝合金中已知Sr在工艺Si组成中起到工艺Si微小化试剂的作用的合金元素，但本发明中Mg含量为1.5重量％以上的合金中添加Sr时提高力学特性的帮助不大，但确认到使合金实现均匀的力学特性。本实验例中添加0.05％时能够解决特性偏差的问题，在量产研究评价中也显示出相同的特性。
参照图41，作为为了限定Sr含量而评价的结果，限定为0％、0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％来添加Sr时，能够确认到，力学特性的偏差在0.05～0.1重量％时最优异，其效果维持到0.2重量％，大于0.2重量％时效果消失。因此，优选Sr限定在0.01重量％～0.2重量％。
以上，对作为7000系列铝合金，具有屈服强度500MPa以上的强度，具有挤压速度1mm/s以上的生产率，且进行固溶处理及加压水淬(PWQ)处理时不发生变形的铝合金的各种实施例进行了说明。
现有的A7075中，T6热处理后提高力学特性的相为如θ′、S′、η′、T′及GP zones等相，其中，GP zones、θ′及S′虽有助于提高强度，但固溶热处理时为了变为稳定相，存在粗大化和变形的问题，本发明中，将能够提高强度的相中热处理时引起变形的GP zones、θ′及S′的分率降低，来稳定地确保如η′、T′等无热性变化的相的分率。
上述的本发明的合金的7000系列变形铝合金的挤压速度为1mm/s以上，与现有A7075合金相比，快出5倍以上，固溶处理及加压水淬(PWQ)时无变形，具有屈服强度500MPa以上的强度，阳极氧化等表面处理特性也优异，不仅适用于汽车保险杠等汽车车身、底盘配件等结构材料，也可以适用于智能手机及IT配件的外壳材质。
本发明虽然参照附图所示的实施例进行了说明，但这些不过是例示，应理解为具有本技术领域一般知识的普通技术人员可根据上述内容做出多种变形和与其均等的其他实施例。因此本发明的真正的技术保护范围应由本发明的权利要求的技术思想确定。

Claims (15)

1.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；余量为Al。
2.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；余量为Al。
3.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
5.5重量％～6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；0.1重量％～0.8重量％的Ag；余量为Al。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的变形铝合金，其特征在于，其成分包含0.4重量％～0.6重量％的Cu。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的变形铝合金，其特征在于，其成分包含2.0重量％～2.25重量％的Mg。
6.一种汽车保险杠，其特征在于，包含权利要求1～3中任一项所述的变形铝合金为材质。
7.一种结构材料，其特征在于，包含权利要求1～3中任一项所述的变形铝合金为材质。
8.一种智能手机外壳，其特征在于，包含权利要求1～3中任一项所述的变形铝合金为材质。
9.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
0.01重量％～0.15重量％的Ti；0.01重量％～0.2重量％的Sr；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；余量为Al。
10.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
0.01重量％～0.15重量％的Ti；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；余量为Al。
11.一种汽车保险杠，其特征在于，包含权利要求9～10中任一项所述的变形铝合金为材质。
12.一种结构材料，其特征在于，包含权利要求9～10中任一项所述的变形铝合金为材质。
13.一种智能手机外壳，其特征在于，包含权利要求9～10中任一项所述的变形铝合金为材质。
14.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
5.5重量％以上且小于6.0重量％的Zn；2.0重量％～2.5重量％的Mg；0.2重量％～0.6重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；0.1重量％以下(大于0重量％)的Ti；0.05重量％以下(大于0重量％)的Sr；0.2重量％～0.8重量％的Ag；余量为Al，
挤压时，可在挤压速度1.2～1.5mm/s范围内进行挤压，
挤压后，T6热处理时屈服强度在523～565MPa的范围。
15.一种变形铝合金，其特征在于，其成分包含：
0.01重量％～0.15重量％的Ti；0.01重量％～0.2重量％的Sr；5.5重量％～6.0重量％的Zn；1.8重量％～2.8重量％的Mg；0.4重量％～0.8重量％的Cu；0.1重量％～0.2重量％的Cr；0.2重量％以下(大于0重量％)的Fe；0.2重量％以下(大于0重量％)的Mn；0.2重量％以下(大于0重量％)的Si；余量为Al，固相线体积变化率在0.11％～0.27％的范围，挤压速度在1.0mm/s～1.4mm/s的范围。
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