CN108474066A - 高强度6xxx铝合金和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了新型高强度6xxx铝合金和制造其铝薄片的方法。这些铝薄片可用来制造可替代包括运输业在内的各种应用中的钢的部件。在一些实例中，所公开的高强度6xxx合金可用铝替代高强度钢。在一个实例中，可用所公开的6xxx铝合金替代屈服强度低于340MPa的钢而无需主要设计变化。

Description

高强度6XXX铝合金和其制造方法
与相关申请的交叉引用
本申请主张于2015年12月18日提交的美国临时专利申请序列号62/269,180的优先权和申请权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明提供新型高强度6xxx铝合金和制造这些合金的方法。这些合金显示出改进的机械特性。
背景技术
车辆中的钢部件会增加车辆重量并降低燃料效率。将钢部件替换为高强度铝部件是所期望的，这是由于这将会降低车辆重量并增加燃料效率。需要具有高屈服强度和低伸长率的新型6xxx铝合金和制造这些合金的方法。
发明内容
本发明包括的实施例由权利要求界定而不是由该发明内容界定。该发明内容是本发明的各种方面的高层次综述，并介绍了在各图中和以下详述部分中进一步描述的一些概念。该发明内容并非旨在确认所要求保护的主题的重要特征或必要特征，同样并非旨在单独用来确认所要求保护的主题的范围。通过参考整个说明书、任何或所有附图和每项权利要求的适当部分，应理解所述主题。
公开了新型高强度6xxx铝合金组合物。本文所述的6xxx铝合金的元素组成可包括0.001-0.25wt.％的Cr、0.4-2.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.5-2.0wt.％的Mg、0.005-0.40wt.％的Mn、0.5-1.5wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达4.0wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的总杂质、以及剩余wt.％的Al。在一些非限制性实例中，本文所述的6xxx铝合金可包括0.03wt.％的Cr、0.8wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.0wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.2wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、以及高达0.15wt.％的杂质、剩余wt.％的Al。在一些进一步的非限制性实例中，本文所述的6xxx铝合金可包括0.03wt.％的Cr、0.4wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.3wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.3wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、以及高达0.15wt.％的杂质、剩余wt.％的Al。在又进一步的非限制性实例中，本文所述的6xxx铝合金可包括0.1wt.％的Cr、0.4wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.3wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.3wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、以及高达0.15wt.％的杂质、剩余wt.％的Al。
还公开了制造这些新型高强度6xxx合金组合物的方法。制造铝合金薄片的方法可包括铸造6xxx铝合金，将铸造铝合金迅速加热到510℃与590℃之间的温度，将铸造铝合金在510℃与590℃之间的温度下维持0.5到4小时，将温度降低到大约420℃到480℃，并将铸造铝合金热轧为铝合金薄片。轧制铝合金薄片可具有高达大约18mm的厚度和330℃与390℃之间的热轧出口温度。所述铝合金薄片可在510℃与540℃之间的温度下热处理0.5到1小时，并随后淬火到环境温度。所述铝合金薄片可任选地冷轧到最终规格，其中所述冷轧导致厚度减少10％到45％。可任选地通过将铝合金薄片在200℃下维持0.5到6小时将所述铝合金薄片老化。
通过以上所述方法产生的6xxx铝合金薄片可获得至少300MPa的屈服强度和/或至少10％的伸长率。所述6xxx铝合金薄片还可展现出不会断裂的最小r/t比为约1.2，其中r为所使用的工具(模具)的半径，t为材料厚度。
在一些实例中，制造铝合金薄片的方法可包括连续铸造6xxx铝合金，将连续铸造铝合金迅速加热到510℃到590℃的温度，将510℃到590℃的温度维持0.5到4小时，将温度降低到420℃到480℃，在330℃到390℃的热轧出口温度下将连续铸造铝合金热轧到低于1mm的厚度，在510℃到540℃的温度下将铝合金薄片热处理0.5到1小时，并将铝合金薄片淬火到环境温度。可通过将铝合金薄片在200℃下维持0.5到6小时对铝合金薄片进一步进行冷轧和老化。铝合金薄片可任选地冷轧到最终规格，其中所述冷轧导致厚度减少10％到45％。
通过以上所述方法产生的6xxx铝合金薄片可获得至少300MPa的屈服强度和/或至少10％的伸长率。6xxx铝合金薄片还可展现出不会断裂的最小r/t比为约1.2。
这些新型高强度6xxx合金在运输业中具有许多用途，并且可以替代钢部件以生产重量更轻的车辆。此类车辆非限制性地包括汽车、面包车、野营车、活动房屋、卡车、白车身、卡车驾驶室、拖车、巴士、摩托车、滑板车、自行车、小船、船舶、装运集装箱、火车、火车发动机、铁路客车、铁路货车、飞机、无人机、以及宇宙飞船。
新型高强度6xxx合金可用来替代钢部件，例如底盘或底盘部件零件中的钢部件。这些新型高强度6xxx合金还可非限制性地用于车辆零件，例如火车零件、船舶零件、卡车零件、巴士零件、航空零件、车辆白车身、以及小汽车零件。
所公开的高强度6xxx合金可用铝替代高强度钢。在一个实例中，具有低于340Mpa屈服强度的钢可替代为所公开的6xxx铝合金而无需重大设计变化，除了当需要时添加加固件，其中加固件是指当设计需要时另外添加的金属板或金属杆。
这些新型高强度6xxx合金可用于需要高强度而可延展性又不会显著降低(维持至少8％的总伸长率)的其它应用。例如，这些高强度6xxx合金可用于电子产品应用，并且可用于非限制性地包括电池板、电子元件、以及电子装置部件的专业产品。
本发明的其它目的和优点从以下本发明的非限制性实例的详述将是显而易见的。
附图说明
图1是根据一个实例制造高强度6xxx铝合金的方法的图示。
图2给出了40％冷加工(CW)后在200℃下老化持续各种时间段(x-轴，分钟)的所选实例在左侧y-轴以Mpa计的屈服强度(“YS”)和在右侧y-轴的总百分比伸长率(TE％)的概括。表1所示实例为实施例1、实施例2-1和2-2。
图3是进行40％CW的实施例1在左侧y-轴以Mpa计的屈服强度(菱形)和在200℃下以分钟计的各老化时间的函数的图示。所示板的最终规格为3mm。右侧y-轴显示进行40％CW后作为以分钟计的各老化时间的函数的实施例1的百分比伸长率，其显示为正方形。
图4A是T6人工老化条件下实施例1的透射电镜(TEM)显微照片，其显示沿<001>晶带轴检查的β”/β'析出物(25-100nm)(长度条＝50nm)。
图4B是T6人工老化条件下实施例1的透射电镜(TEM)显微照片，其显示沿<001>晶带轴检查含Cu的L/Q'相析出物(2-5nm)(长度条＝20nm)。
图5A是T8x条件(固溶热处理后进行40％CW，接着在200℃下人工老化1小时)下实施例1的TEM显微照片，其显示沿冷轧过程中产生的位错的β”/β'析出物。
图5B是T8x条件(固溶热处理后进行40％CW，接着在200℃下人工老化1小时)下实施例1的TEM显微照片，其显示沿冷轧过程中产生的位错的L/Q'相析出物。析出物与T6回火相比似乎稍微粗大些。观察到由于冷加工而进一步的应变硬化，从而导致析出与位错强化的结合。图5A包括长度条＝50nm，图5B包括长度条＝20nm。
图6的柱形图显示无疲劳(左侧四个直方图柱条)或疲劳(右侧四个直方图柱条)对各自均进行40％CW的AA6061基线合金和实施例1的在役(in-service)拉伸强度(在左侧y-轴以Mpa计的屈服强度)和右侧y-轴的百分比伸长率(El％)的影响。初步结果显示在役强度条件得以保持。环形符号表示40％CW后实施例1的总伸长率。正方形符号表示40％CW后参考材料AA6061的总伸长率。每组四个直方图柱条中左侧的两个直方图柱条表示AA6061(左侧柱条)和实施例1(右侧柱条)的屈服强度。每组四个直方图柱条中右侧的两个直方图柱条表示AA6061(左侧柱条)和实施例1(右侧柱条)的最终拉伸强度。数据显示经受疲劳或无疲劳对强度或百分比伸长率无显著影响。
图7A和7B是ASTM G110腐蚀测试后的样品横截面图像，其显示AA6061T8x(图7A)和实施例1T8x(图7B)的腐蚀性能。在两个样品之间观察到相当的腐蚀性能。图7A和7B的刻度条为100微米。
图8是显示30％CW后老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示140℃下的时间(以小时计)，且右侧y-轴表示伸长率百分比(A80)。这些数据使用经30％冷加工(CW)的AA6451获得。Rp0.2＝屈服强度，Rm＝拉伸强度，Ag＝均匀伸长率(最高Rm下的伸长率)，且A80＝总伸长率。该图显示，10小时后强度增加或保持恒定，而伸长率则降低。在图8和图9中，在2mm规格下运行样品。
图9是显示23％CW后老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示170℃下以小时计的时间，且右侧y-轴显示伸长率百分比(A80)。这些数据使用经23％冷加工的AA 6451获得。屈服强度(Rp)在5-10小时达到峰值。拉伸强度(Rm)在2.5小时之后下降。伸长率在老化之后下降。符号Rp、Rm、A80和Ag如图8中所使用。
图10是显示在180℃下烤漆(paint bake)30分钟过程中以MPa计的强度稳定性的图表。进行了50％冷加工。在140℃下发生的老化进行10小时，除了X符号，其在140℃下进行5小时。该图显示，高强度6xxx包层/芯部合金组合物的强度在烤漆的情况下基本上是稳定的。实际上强度稍有增加。X＝合金8931高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％)；菱形＝AA6451；正方形＝AA6451+0.3％Cu，星形＝合金0657。
图11是显示各种温度下30％或50％的冷轧(CR)和老化对伸长率(y-轴A80)和x-轴上以MPa计的强度(Rp0.2)的影响的图表。老化温度在图中表示为如下符号：圆形＝100℃，菱形＝120℃，正方形＝130℃，且三角形＝140℃。所测试的合金为AA6451加0.3％Cu。X表示完全T6条件下的合金AA6451。该图显示，增加CR增加了强度并降低了伸长率。该数据表明，冷加工的改变可用来在强度与伸长率之间取得折衷。30％CW的伸长率值范围为从约7％到约14％，而相应的强度水平则是从约310MPa到约375MPa。50％CR的伸长率值范围为从约3.5％到约12％，而相应的强度水平则是从约345MPa到约400MPa。50％CR导致比30％CR更高的强度但是更低的伸长率。
图12是显示30％或50％CR和各种温度下的老化对伸长率(y-轴A80)和x-轴上以MPa计的强度(Rp0.2)的影响的图表。老化温度在图中表示为如下符号：圆形＝100℃，菱形＝120℃，正方形＝130℃，三角形＝140℃，X＝160℃，及星形＝180℃。所测试的合金——合金8931是高强度6xxx。X表示完全T6条件下的合金8931(高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％))。该图显示，增加冷加工增加了强度并降低了伸长率。30％CR的伸长率值范围为约6％到约12％，而相应的强度水平则是约370MPa到约425MPa。50％CR的伸长率值范围为约3％到约10％，而相应的强度水平则是约390MPa到约450MPa。50％CR导致比30％CR更高的强度但是更低的伸长率。该数据表明，CR的改变可用来在强度与伸长率之间取得折衷。
图13是显示CR对相对于轧制方向90°的表面织构(r-值)的改变的影响的图表。所测试的合金为T4条件下的AA6451加0.3％Cu。三角形表示T4条件加50％CR，正方形表示T4条件加23％CR，菱形表示T4条件140℃下进行2小时、10小时或36小时人工老化。该数据表明，增加冷加工会增加相对于轧制方向90°的r-值。该数据还表明，冷压缩后的老化不会显著改变r-值。
图14是显示CR对表面织构(r-值)的变化的影响的图表。所测试的合金为T4条件下的AA6451加0.3％Cu。X表示T4条件，三角形表示T4条件加23％CR加170℃下进行10小时的人工老化，正方形表示T4条件加50％CR加140℃下进行10小时的人工老化，菱形表示T4条件加50％CR。该数据表明，增加冷加工会增加相对于轧制方向90°的r-值。该数据还表明，冷压缩后的老化不会显著改变r-值。
图15是经过20到50％CR并在120℃到180℃下老化后各种合金的强度和伸长率的表。强度测量在相对于轧制方向90°获得。所测试的合金为AA6014、AA6451、AA6451加0.3％Cu、合金0657(一种具有以下组成的合金：Si-1.1％；Fe-0.24％；Cu-0.3％；Mn-0.2％；Mg-0.7％；Cr-0.01％；Zn-0.02％；以及Ti-0.02％)、AA6111、合金8931(高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％))。
图16是显示进行30％CR接着在140℃下老化10小时对具有0.3％Cu的AA6451合金和具有0.1％Cu的AA6451合金的屈服强度(Rp0.2(MPa))的影响的表。结果表明，进行30％CR并在140℃下老化10小时会增加含有0.3％Cu的合金的屈服强度。对含有0.1％Cu的合金也有增加，但是不如具有0.3％Cu的合金显著。
图17是显示进行30％CR接着在140℃下老化10小时对具有0.3％Cu的AA6451合金和具有0.1％Cu的AA6451合金的伸长率(A80(％))的影响的表。结果表明，CR和老化对含有0.3％Cu和0.1％Cu的合金的伸长率具有类似的影响。
图18是显示T8条件下各自在3mm厚度下的实施例1(左侧)、实施例2-2(中间)和典型的AA6061(右侧)的可弯曲性结果(r/t y-轴)的图表。菱形＝通过，X＝失败。
图19是进行20％CR的实施例1(面板)的图示，其显示以Mpa计(左侧y-轴)的屈服强度(正方形)和在右侧y-轴上以％TE计的百分比伸长率(菱形)作为老化时间(x-轴，以分钟(min)计)的函数。
图20A是显示实施例2的图表，图20B是显示进行20％CR的实施例2-2的图表，其显示以MPa计(左侧y-轴)的屈服强度(正方形)和在右侧y-轴上以％TE计的百分比伸长率(菱形)作为老化时间(x-轴，以分钟(min)计)的函数。
图21是显示实施例1的屈服强度(左侧y-轴)(YS，以Mpa计，每个直方图柱条的下面部分)和最终拉伸强度(UTS，以Mpa计，每个直方图柱条的上面部分)以及作为实心圆的总的％伸长率(右侧y-轴)(EL％)的柱形图。从左到右各直方图柱条表示：a)T6回火的实施例1，5mm板；b)T8x回火下进行20％的CW的实施例1，7mm板；c)T8x回火下进行40％的CW的实施例1，7mm板；以及d)T8x回火下进行40％的CW的实施例1，3mm板。
图22是显示进行30％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有30％CW的铝合金实施例3获得。YS＝屈服强度，UTS＝拉伸强度，UE＝均匀伸长率(最高UTS下的伸长率)，并且TE＝总伸长率。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率降低或保持恒定。
图23是显示进行26％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有26％CW的铝合金实施例3获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率降低或保持恒定。
图24是显示进行46％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有46％CW的铝合金实施例3获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率增加或保持恒定。
图25是显示进行65％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有65％CW的铝合金实施例3获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率增加或保持恒定。
图26是显示进行32％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有32％CW的铝合金实施例4获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率保持恒定。
图27是显示进行24％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有24％CW的铝合金实施例4获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率保持恒定。
图28是显示进行45％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有45％CW的铝合金实施例4获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率保持恒定。
图29是显示进行66％CW后的老化曲线的图表。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示200℃下的老化时间(以小时计)，且右侧y-轴显示伸长率百分比。这些数据使用具有66％CW的铝合金实施例4获得。该表显示4小时之后，强度降低或保持恒定，并且伸长率增加或保持恒定。
具体实施方式
定义和描述：
如本文所使用，术语“方面”、“所述发明”、“该发明”和“本发明”意在广义地指本专利申请和以下权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应理解为并不对本文所述主题进行限制，也不对以下要求保护的专利的含义或范围进行限制。
在该说明书中，参考了以AA编号和其它相关标记(例如“系列”)标识的合金。为了了解最通常用来命名和标识铝及其合金的数字标识系统，请参见《针对锻制铝和锻制铝合金的国际合金标识和化学组成限制(International Alloy Designations and ChemicalComposition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys)》或《针对铸件和锭坯形式铝合金的铝协会合金标识和化学组成限制的注册记录(RegistrationRecord of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical CompositionsLimits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot)》，两者均由铝协会(The Aluminum Association)公布。
如本文所使用，“一个(a或an)”、“一种(a或an)”和“所述(the)”的意思包括单数和复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
元素在整个本申请中表示为重量百分比(wt.％)。合金中杂质的和可不超过0.15wt.％。每种合金中剩余的均为铝。
术语T4回火等意思是经固溶处理然后自然老化到基本上稳定的状态的铝合金体。T4回火适用于固溶处理后未进行冷加工的主体，或者适应于其中冷加工在矫平或矫直中的效果在机械特性极限中可能不会被看出的主体。
术语T6回火等意思是经固溶处理然后人工老化到最大强度状态(峰值强度的1ksi以内)的铝合金体。T6回火适用于固溶处理后未进行冷加工的主体，或者适应于其中冷加工在矫平或矫直中的效果在机械特性极限中可能不会被看出的主体。
术语T8回火是指经固溶热处理、冷加工、然后经人工老化的铝合金。
术语F回火是指如制造时的铝合金。
合金：
在一个实例中，6xxx铝合金包含0.001-0.25wt.％的Cr、0.4-2.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.5-2.0wt.％的Mg、0.005-0.40wt.％的Mn、0.5-1.5wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达4.0wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.001-0.18wt.％的Cr、0.5-2.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.6-1.5wt.％的Mg、0.005-0.40wt.％的Mn、0.5-1.35wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达0.9wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.06-0.15wt.％的Cr、0.9-1.5wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.7-1.2wt.％的Mg、0.05-0.30wt.％的Mn、0.7-1.1wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达0.2wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.07wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.06-0.15wt.％的Cr、0.6-0.9wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.9-1.5wt.％的Mg、0.05-0.30wt.％的Mn、0.7-1.1wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达0.2wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.07wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-2.0wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.01-3.0wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.15-0.25wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.01-3wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.15-0.25wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-3wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.08wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.15-0.25wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-3wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在又一个实例中，6xxx铝合金包含0.08-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.15-0.25wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-3wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-2.5wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在又一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-2wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在再一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.6-1.5wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-1.5wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.6-1.5wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-1wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在再一个实例中，6xxx铝合金包含e0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.6-1.5wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-0.5wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在又一个实例中，6xxx铝合金包含0.01-0.15wt.％的Cr、0.1-1.3wt.％的Cu、0.15-0.30wt.％的Fe、0.5-1.3wt.％的Mg、0.05-0.20wt.％的Mn、0.5-1.3wt.％的Si、高达0.1wt.％的Ti、高达4.0wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
在另一个实例中，任一前述合金中的Fe和Mn的wt.％的和小于0.35wt.％。
在又一个实例中，任一前述合金中的Ti以0.0-0.10wt.％、0.03-0.08wt.％、0.03-0.07wt.％、0.03-0.06wt.％、或0.03-0.05wt.％存在。
在另一个实例中，所述6xxx铝合金包含0.04-0.13wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.15-0.25wt.％的Fe、0.8-1.3wt.％的Mg、0.15-0.25wt.％的Mn、0.6-1.5wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.05-3wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
铬
在各种实例中，所公开的合金可包含高达0.25wt.％、0.02-0.25wt.％、0.03-0.24wt.％、0.04-0.23wt.％、0.05-0.22wt.％、0.06-0.21wt.％、0.07-0.20wt.％、0.02-0.08wt.％、0.04-0.07wt.％、0.08-0.15wt.％、0.09-0.24wt.％、或0.1-0.23wt.％的量的Cr。例如，所述合金可包括0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、或0.25％的Cr。全部表示为wt.％。
铜
在各种实例中，所公开的合金可包含0.4-2.0wt.％、0.5-1.0wt.％、0.6-1.0wt.％、0.4-0.9wt.％、0.4-0.8wt.％、0.4-0.7wt.％、0.4-0.6wt.％、0.5-0.8wt.％、或0.8-1.0wt.％的量的Cu。例如，所述合金可包括0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.05％、1.10％、1.15％、1.20％、1.25％、1.30％、1.35％、1.4％、1.45％、1.50％、1.55％、1.60％、1.65％、1.70％、1.75％、1.80％、1.85％、1.90％、1.95％、或2.0％的Cu。全部表示为wt.％。
镁
在各种实例中，所公开的合金可包含0.5-2.0wt.％、0.8-1.5wt.％、0.8-1.3wt.％、0.8-1.1wt.％、或0.8-1.0wt.％的量的Mg。例如，所述合金可包括0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、或2.0％的Mg。全部表示为wt.％。
硅
在各种实例中，所公开的合金可包含0.5-1.5wt.％、0.6-1.3wt.％、0.7-1.1wt.％、0.8-1.0wt.％、或0.9-1.4wt.％的量的Si。例如，所述合金可包括0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、或1.5％的Si。全部表示为wt.％。
锰
在各种实例中，所公开的合金可包含0.005-0.4wt.％、0.1-0.25wt.％、0.15-0.20wt.％、或0.05-0.15wt.％的量的Mn。例如，所述合金可包括0.005％、0.01％、0.015％、0.02％、0.025％、0.03％、0.035％、0.04％、0.045％、0.05％、0.055％、0.06％。0.065％、0.07％、0.075％、0.08％、0.085％、0.09％、0.095％、0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、或0.40％的Mn。全部表示为wt.％。
铁
在各种实例中，所公开的合金可包含0.1-0.3wt.％、0.1-0.25wt.％、0.1-0.20wt.％、或0.1-0.15wt.％的量的Fe。例如，所述合金可包括0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、或0.30％的Fe。全部表示为wt.％。
锌
在各种实例中，所公开的合金可包含高达4.0wt.％的Zn、0.01-0.05wt.％的Zn、0.1-2.5wt.％的Zn、0.001-1.5wt.％的Zn、0.0-1.0wt.％的Zn、0.01-0.5wt.％的Zn、0.5-1.0wt.％的Zn、1.0-1.9wt.％的Zn、1.5-2.0wt.％的Zn、2.0-3.0wt.％的Zn、0.05-0.5wt.％的Zn、0.05-1.0wt.％的Zn、0.05-1.5wt.％的Zn、0.05-2.0wt.％的Zn、0.05-2.5wt.％的Zn、或0.05-3wt.％的Zn的量的Zn。例如，所述合金可包括0.0％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.40％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、或4.0％的Zn。在一些情况下，合金中不存在Zn(即0％)。全部表示为wt.％。
钛
在各种实例中，所公开的合金可包含高达0.15wt.％、0.005-0.15wt.％、0.005-0.1wt.％、0.01-0.15wt.％、0.05-0.15wt.％、或0.05-0.1wt.％的量的Ti。例如，所述合金可包括0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.010％、0.011％0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.020％、0.021％0.022％、0.023％、0.024％、0.025％、0.026％、0.027％、0.028％、0.029％、0.03％、0.031％0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％、0.039％、0.04％、0.041％0.042％、0.043％、0.044％、0.045％、0.046％、0.047％、0.048％、0.049％、0.05％、0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％、0.08％、0.085％、0.09％、0.095％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、或0.15％的Ti。在一些情况下，合金中不存在Ti(即0％)。全部表示为wt.％。
锡
在各种实例中，以上实例中所述的所公开的合金可进一步包含高达0.25wt.％、0.05-0.15wt.％、0.06-0.15wt.％、0.07-0.15wt.％、0.08-0.15wt.％、0.09-0.15wt.％、0.1-0.15wt.％、0.05-0.14wt.％、0.05-0.13wt.％、0.05-0.12wt.％、或0.05-0.11wt.％的量的Sn。例如，所述合金可包括0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.010％、0.011％0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.020％、0.021％0.022％、0.023％、0.024％、0.025％、0.026％、0.027％、0.028％、0.029％、0.03％、0.031％0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％、0.039％、0.04％、0.041％0.042％、0.043％、0.044％、0.045％、0.046％、0.047％、0.048％、0.049％、0.05％、0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％、0.08％、0.085％、0.09％、0.095％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、或0.25％的Sn。在一些情况下，合金中不存在Sn(即0％)。全部表示为wt.％。
锆
在各种实例中，所述合金以合金的总重量计包括高达约0.2％(例如从0％到0.2％、从0.01％到0.2％、从0.01％到0.15％、从0.01％到0.1％、或从0.02％到0.09％)的量的锆(Zr)。例如，所述合金可包括0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、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％、或0.2％的Zr。在某些方面，合金中不存在Zr(即0％)。全部表示为wt.％。
钪
在某些方面，所述合金以合金的总重量计包括高达约0.2％(例如从0％到0.2％、从0.01％到0.2％、从0.05％到0.15％、或从0.05％到0.2％)的量的钪(Sc)。例如，所述合金可包括0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、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％、或0.2％的Sc。在某些实例中，合金中不存在Sc(即0％)。全部表示为wt.％。
镍
在某些方面，所述合金以合金的总重量计包括高达约0.07％(例如从0％到0.05％、0.01％到0.07％、从0.03％到0.034％、从0.02％到0.03％、从0.034到0.054％、从0.03到0.06％、或从0.001％到0.06％)的量的镍(Ni)。例如，所述合金可包括0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.02％、0.021％、0.022％、0.023％、0.024％、0.025％、0.026％、0.027％、0.028％、0.029％、0.03％、0.031％、0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％、0.039％、0.04％、0.041％、0.042％、0.043％、0.044％、0.045％、0.046％、0.047％、0.048％、0.049％、0.05％、0.0521％、0.052％、0.053％、0.054％、0.055％、0.056％、0.057％、0.058％、0.059％、0.06％、0.061％、0.062％、0.063％、0.064％、0.065％、0.066％、0.067％、0.068％、0.069％、或0.07％的Ni。在某些方面，合金中不存在Ni(即0％)。全部表示为wt.％。
其它
除了以上实例之外，所公开的合金还可包含以下：高达0.5wt.％的Ga(例如从0.01％到0.40％或从0.05％到0.25％)、高达0.5wt.％的Hf(例如从0.01％到0.40％或从0.05％到0.25％)、高达3wt.％的Ag(例如从0.1％到2.5％或从0.5％到2.0％)、高达2wt.％的Li、Pb、或Bi中的至少一种合金元素(例如从0.1％到2.0％或从0.5％到1.5％)、或高达0.5wt.％的至少一种以下元素：Ni、V、Sc、Mo、Co或其它稀土元素(例如从0.01％到0.40％或从0.05％到0.25％)。所有百分比均表示为wt.％并以合金的总重量计。例如，所述合金可包括0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、或0.20％的Mo、Nb、Be、B、Co、Sn、Sr、V、In、Hf、Ag和Ni中的一种或多种。全部表示为wt.％。
表1给出了一种参考合金(AA6061，用于对比目的)和几个合金实例。所有数字以(wt.％)计，其余的为铝。在实例合金中，每种合金可含有高达约0.15wt.％的杂质。
表1
在一些实例中，例如实施例1和2，为了改进的可弯曲性合金被设计为确保Fe和Mn的和保持在0.35％wt.％或以下。
方法：
本文所述的6xxx铝合金可使用本领域技术人员已知的任何合适的铸造方法铸造成(例如但不限于)锭坯、坯段、板坯、板材、薄板或薄片。作为几个非限制性实例，铸造方法可包括直接激冷(DC)铸造方法和连续铸造(CC)方法。CC方法可包括(但不限于)使用双带式铸造机、双辊铸造机、或旋转块铸造机。另外，本文所述6xxx铝合金可使用本领域技术人员已知的任何合适的方法形成挤出物。DC铸造方法、CC方法和挤出方法可根据如本领域普通技术人员所知铝工业通常使用的标准来进行。然后作为铸造锭坯、坯段、板坯、板材、薄板、薄片、或挤出物的合金可进行进一步的加工步骤。
图1显示一个示范性方法的示意图。在一些实例中，6xxx铝合金通过在约520℃与约590℃之间的温度下固溶处理合金来制备。固溶处理之后进行淬火和冷加工(CW)，然后进行热处理(人工老化)。固溶处理后CW的百分比从至少5％到80％变化，例如从10％到70％、10％到45％、10％到40％、10％到35％、10％到30％、10％到25％、或10％到20％、20％到60％、或20到25％的CW。通过首先进行固溶处理，然后进行冷加工，接着进行人工老化，在屈服强度和最终拉伸强度方面获得了改进的特性而又没有牺牲总的％伸长率。％CW在这种情况下是指由于冷轧引起的厚度变化除以冷轧前的初始带材厚度。在另一个示范性方法中，6xxx铝合金通过固溶处理合金接着进行热处理(人工老化)但不进行CW来制备。冷加工在本申请中还称作冷压缩(CR)。
固溶热处理并淬火后获得过饱和固体溶液。在冷压缩过程中，在形成操作过程中产生进一步的位错。尽管不想受限于以下陈述，但是据信这会增加强度并帮助元素扩散，从而产生更高密度的成核位点，用来在随后的人工老化过程中形成析出物。尽管不想受限于以下陈述，但是据信这会抑制团簇或盖奈尔-普雷斯顿(GP)区的形成，这可归因于空位中的淬火被位错湮没。在随后的人工老化过程中，通过β”/β'针状析出物和包含L相的Cu的析出达到最大强度。据信冷加工会增加动力学，导致更高的烤漆强度，并加速人工老化响应。尽管不想受限于以下陈述，但是据信固溶热处理后进行冷轧会稳定β”/β'针状析出物并抑制β相。材料的最终强度归因于由于冷加工过程中产生的位错密度增加而引起的析出强化和应变硬化。
在一些实例中，应用了以下加工条件。将样品在510-590℃下均化0.5-4小时，接着进行热轧。例如，均化温度可以是515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃、550℃、555℃、560℃、565℃、570℃、575℃、580℃、或585℃。均化时间可以是1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、或3.5小时。目标沉积(laydown)温度为420-480℃。例如，沉积温度可以是425℃、430℃、435℃、440℃、445℃、450℃、455℃、460℃、465℃、470℃、或475℃。目标沉积温度指示热轧前锭坯、板坯、坯段、板材、薄板、或薄片的温度。将样品热轧为5mm–18mm。例如，规格可以是6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、或17mm。优选地，规格是约11.7mm和9.4mm。
目标出口热轧温度可以是300-400℃。出口热轧温度可以是300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、或400℃。随后将样品在510-540℃下固溶热处理0.5到1小时，接着立即用冰水淬火到环境温度，以确保最大饱和。固溶热处理温度可以是515℃、520℃、525℃、530℃、或535℃。据估计，达到环境温度的持续时间会基于材料厚度而变化，估计平均在1.5-5秒之间。优选地，达到环境温度的时间长度可以是2秒、2.5秒、3秒、3.5秒、4秒、或4.5秒。环境温度可以是约-10℃到约60℃。环境温度还可以是0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、或50℃。
在一些实例中，制造铝合金薄片的方法可包括以下步骤：铸造6xxx铝合金；将铸造铝合金迅速加热到510℃到590℃的温度；将铸造铝合金在510℃到590℃的温度下维持0.5到4小时；将温度降低到420℃到480℃；将铸造铝合金热轧为铝合金薄片，轧制铝合金薄片在330℃到390℃的热轧出口温度下具有高达18mm的厚度；将铝合金薄片在510℃到540℃的温度下热处理0.5到1小时；并将铝合金薄片淬火到环境温度。
在一些实例中，制造铝合金薄片的方法可包括以下步骤：连续铸造6xxx铝合金；将连续铸造铝合金迅速加热到510℃到590℃的温度；维持510℃到590℃的温度0.5到4小时；将温度降低到420℃到480℃；热轧连续铸造铝合金以产生铝合金薄片，所述铝合金薄片在330℃到390℃的热轧出口温度下具有低于1mm的厚度；将铝合金薄片在510℃到540℃的温度下热处理0.5到1小时；并将铝合金薄片淬火到环境温度。
随后，检验了两种另外的加工方法。
方法1
固溶热处理并淬火后，尽可能快地(但总是在24小时以内)将样品在200℃下人工老化0.5到6小时。完成固溶热处理和淬火与启动人工老化(热处理)之间的时间间隔低于24小时，以避免自然老化的影响。人工老化可在从约160℃到约240℃、从约170℃到约210℃或约180℃到约200℃的温度下发生。
方法2
固溶热处理并淬火后，在人工老化(热处理)之前将样品分别从～11mm和～9mm的初始规格冷轧到～7mm和～3mm。这可定义为～20％和40％-45％的CW。完成固溶热处理和淬火与启动人工老化之间的时间间隔低于24小时，以避免自然老化的影响。出于试验目的所施加的％CW为40％，导致7mm(从11.7mm的初始厚度开始轧制)和3mm(从5mm的初始厚度开始轧制)的最终规格。这之后随后在200℃下老化1到6小时。在一些情况下，随后的老化可在200℃下进行0.5到6小时。
总体而言，所述方法的初始步骤依次包含：铸造；均化；热轧；固溶热处理；以及淬火。接着进行方法1或方法2。方法1包含老化步骤。方法2包含冷轧和随后的老化。
使用所述方法产生的铝薄片的规格在厚度上可高达15mm。例如，使用所公开的方法产生的铝薄片的规格在厚度上可以是15mm、14mm、13mm、12mm、11mm、10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3.5mm、3mm、2mm、1mm、或者小于1mm的任何规格，例如0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、或0.1mm。起始厚度可高达20mm。在一些实例中，使用所述方法产生的铝合金薄片可具有约2mm到约14mm之间的最终规格。
合金的机械特性
实验室铸件AA6061基于对商业生产材料的分析与工业组成相似，新型实例与实验室铸件AA6061相比在T6条件下(由于组成改变)和T8x条件下(由于制造方法(冷加工)和组成改变的结合)均显示出强度的显著改进。此外，所公开的合金还可在(但不限于)T4和F回火下产生。该新型制造方法和组成改变是对像AA6061这样的当前合金的改进。如前述部分所示的新型各方面与(i)制造方法(通过固溶热处理和淬火后的冷轧)以及(ii)Cu、Si、Mg和Cr的各种wt.％下的组成变化的结合相关。
表2概括了与AA6061相比两种示范性合金改进的机械特性。图2和3显示与示范性合金的特性相关的另外的数据。显示了以Mpa计的屈服强度(YS)和百分比伸长率(EL％)。
表2
这些合金已经在T6和T8x条件下测试了强度值和％伸长率。进行了透射电镜(TEM)检查以确认析出类型和强化机制(参见图4和5)。在一些实例中，根据本文所述方法制造的6xxx铝合金薄片可具有至少300MPa的屈服强度，例如在约300MPa到450Mpa之间。在一些实例中，根据本文所述方法制造的6xxx铝合金薄片可具有至少10％的伸长率。
在一些实例中，根据本文所述方法制造的6xxx铝合金薄片可具有不会断裂的铝合金薄片最小r/t比为约1.2。r/t比可评估材料的可弯曲性。如以下所述，可弯曲性基于r/t比进行评估，其中r为所使用的工具(模具)的半径，t为材料厚度。更低的r/t比表明更好的材料可弯曲性。
另外还测试合金以评估在役的负载特性。具体来说，在60℃的温度下测试了各变体，其中在-1的R值下施加70MPa的疲劳载荷，从应用角度这被看作是严格条件。在100,000次循环后，随后测试样品以确定拉伸强度值。初始数据表明，与未经受疲劳条件的基线金属相比，强度在疲劳负载后被保持(参见图6)。
最后，所公开的合金在腐蚀条件中基于ASTM G110进行测试。据观察，基于初步结果实施例1的腐蚀性能与被看作具有优秀抗腐蚀性的AA6061的当前基线相当(参见图7)。
图2-6中给出的结果概括在以下进行了概括，显示在200℃下人工老化过程中的强度值、概括强化机制的TEM图像，并确认强度值在施加疲劳载荷并测试100,000次循环后被保持。
以下实例将用来进一步说明本发明，但是同时并不构成对本发明的任何限制。相反应清楚地理解，可在不偏离本发明的精神的情况下寻求各种实施例、修改及其等价物，其在阅读了本文的说明之后对本领域技术人员是显而易见的。在以下实例所述的研究过程中按照常规程序进行，除非另外指出。出于说明目的以下描述了一些程序。
实例1
具有表1所列组成的示范性合金根据以下的示范性方法产生：铸造后原样的铝合金锭坯在约520℃与约580℃之间的温度下均化至少12小时；然后将均化的锭坯热轧到中间规格，其包含16次通过热轧辊，其中所述锭坯在约500℃与约540℃之间的温度下进入热轧辊，并在约300℃与400℃之间的温度下离开热压辊；然后中间规格的铝合金任选地被冷轧为具有约2mm与约4mm之间的第一规格的铝合金薄片；所述铝合金薄片在约520℃与590℃之间的温度下进行固溶处理；所述薄片使用水和/或空气进行淬火；所述薄片任选地被冷轧到约1mm与约3mm之间的最终规格(即，所述薄片进行约20％到约70％的冷压缩(例如25％、或50％))；所述薄片在约120℃与约180℃之间的温度下热处理约30分钟到约48小时的时间段(例如在140℃到160℃下热处理5小时到15小时)。
示范性合金进一步进行人工老化，以评估对拉伸强度和伸长率的影响。图8是30％CW之后的老化曲线的图示。左侧纵轴表示以MPa计的强度，横轴表示在140℃下以小时计的时间，右侧纵轴显示伸长率百分比(A80)。这些数据使用经30％CW的AA6451获得。Rp0.2是指屈服强度，Rm是指拉伸强度，Ag是指均匀伸长率(最高Rm下的伸长率)，A80是指总伸长率。该表显示10小时之后，强度增加或保持恒定并且伸长率降低。在图8中和图9中，在2mm的规格下运行样品。
图9是23％CW之后的老化曲线的图示。左侧y-轴表示以MPa计的强度，x-轴表示在170℃下以小时计的时间，右侧y-轴显示伸长率百分比(A80)。这些数据使用经23％冷加工的AA6451获得。屈服强度(Rp)在5-10小时达到峰值。拉伸强度(Rm)在2.5小时之后下降。伸长率在老化之后下降。Rp0.2是指屈服强度，Rm是指拉伸强度，Ag是指均匀伸长率(最高Rm下的伸长率)，A80是指总伸长率。
示范性合金进行模拟烤漆方法以评估对拉伸强度的影响。图10是在180℃下烤漆3分钟过程中以MPa计的强度稳定性的图示。进行了50％冷加工。老化在140℃下发生10小时，除了X符号，其在140℃下发生5小时。该图显示，高强度6xxx包层/芯部合金组合物的强度在烤漆的情况下基本上是稳定的。实际上强度稍有增加。图例示于图10中，其显示“X”符号表示合金8931。合金8931是本文所述的示范性合金，是高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％)；“菱形”符号表示AA6451合金；“正方形”符号表示AA6451+0.3％Cu；“星形”符号表示合金0657(一种具有以下组成的合金(Si-1.1％；Fe-0.24％；Cu-0.3％；Mn-0.2％；Mg-0.7％；Cr-0.01％；Zn-0.02％；以及Ti-0.02％，剩余的Al)。
图11是显示30％或50％冷压缩(CR)和各种温度下的老化对伸长率(y-轴A80)和x-轴上以MPa计的强度(Rp0.2)的影响的图表。老化温度在图中表示为如下符号：圆形＝100℃，菱形＝120℃，正方形＝130℃，三角形＝140℃。所测试的合金为完全T6条件下的AA6451加0.3％Cu。该图显示，增加CR增加了强度并降低了伸长率。该数据表明，冷加工的改变可用来在强度与伸长率之间取得折衷。30％CW的伸长率值范围为约7％到约14％，而相应的强度水平则是约310MPa到约375MPa。50％CR的伸长率值范围为约3.5％到约12％，而相应的强度水平则是约345MPa到约400MPa。50％CR导致比30％CR更高的强度但是更低的伸长率。与CR改变的影响相比，在老化方法过程中改变时间和温度对伸长率和强度具有稍许影响。
图12是显示30％或50％CR和各种温度下的老化对伸长率(y-轴A80)和x-轴上以MPa计的强度(Rp0.2)的影响的图表。老化温度在图中表示为如下符号：圆形＝100℃，菱形＝120℃，正方形＝130℃，三角形＝140℃，X＝160℃，星形＝180℃。所测试的合金，合金8931，是高强度6xxx合金。X表示完全T6条件下的合金8931(高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％))。该图显示，增加冷加工增加了强度并降低了伸长率。30％CR的伸长率值范围为约6％到约12％，而相应的强度水平则是约370MPa到约425MPa。50％CR的伸长率值范围为约3％到约10％，而相应的强度水平则是约390MPa到约450MPa。50％CR导致比30％CR更高的强度但是更低的伸长率。该数据表明，CR变化可用来在强度与伸长率之间取得折衷。与CR变化的影响相比，在老化方法过程中改变时间和温度对伸长率和强度具有稍许影响。
图13是显示CR对示范性合金的相对于轧制方向90°的表面织构(r-值)变化的影响的图表。所测试的合金为T4条件下的AA6451加0.3％Cu。三角形表示T4条件加50％CR，正方形表示T4条件加23％CR，菱形表示T4条件，在140℃下进行2小时、10小时或36小时人工老化。该数据表明，增加冷加工会增加相对于轧制方向90°的r-值。该数据还表明，冷压缩后的老化不会显著改变r-值。
图14是显示CR对示范性合金的表面织构(r-值)的变化的影响的图表。所测试的合金为T4条件下的AA6451加0.3％Cu。X表示T4条件，三角形表示T4条件加23％CR加170℃下10小时的人工老化，正方形表示T4条件加50％CR加140℃下10小时的人工老化，菱形表示T4条件加50％CR。该数据表明，增加冷加工会增加相对于轧制方向90°的r-值。该数据还表明，冷压缩后的老化不会显著改变r-值。
图15是显示经20％到50％CR并在120℃到180℃下老化后各种合金的强度和伸长率的表。强度测量在相对于轧制方向90°获得。所测试的合金为AA6014、AA6451、AA6451加0.3％Cu、合金0657(具有以下组成：Si-1.1％；Fe-0.24％；Cu-0.3％；Mn-0.2％；Mg-0.7％；Cr-0.01％；Zn-0.02％；以及Ti-0.02％)、AA6111、合金8931(一种高强度6xxx包层/芯部合金组合物(芯部：Si-1.25％；Fe-0.2％；Cu-1.25％；Mn-0.25％；Mg-1.25％；Cr-0.04％；Zn-0.02％；以及Ti-0.03％；包层：Si-0.9％；Fe-0.16％；Cu-0.05％；Mn-0.06％；Mg-0.75％；Cr-0.01％；以及Zn-0.01％))。
图16是显示进行30％CR接着在140℃下老化10小时对具有0.3％Cu的AA6451合金和具有0.1％Cu的AA6451合金的屈服强度(Rp0.2(MPa))的影响的表。结果表明，含有0.3％Cu的合金的屈服强度在进行30％CR并在140℃下老化10小时的情况下会增加。含有0.1％Cu的合金也有增加，但是它不如具有0.3％Cu的合金那么明显。
图17是显示进行30％CR接着在140℃下老化10小时对具有0.3％Cu的AA6451合金和具有0.1％Cu的AA6451合金的伸长率(A80(％))的影响的表。结果表明，CR和老化对含有0.3％Cu和0.1％Cu的合金的伸长率具有类似的影响。
实施例1、2-1和2-2的样品进行90°弯曲测试，以评估其可成形性。使用具有逐渐降低的半径的模具来进行弯曲测试。可弯曲性基于(r/t比)进行评估，其中r为所使用的工具(模具)的半径，并且t为材料厚度。更低的r/t比表明更好的材料可弯曲性。实施例1、2-1和2-2的样品在T8x下测试，T8x也称作高强度条件。各结果概括于图18中。
可以看出，在实施例1与2-2之间观察到类似的可弯曲性(r/t)比，其中在1.5与2.5之间的r/t下发生失败。这可归因于Cr的有害影响通过降低镁含量被补偿从而减少β”/β'析出物这一事实。在各种情况下，所公开的合金将具有比从约1.6到小于2.5的r/t比更低的可弯曲性(其中增强的可弯曲性体现为更低的r/t比)。
实例2
实施例1、2-1和2-2如前所述进行固溶热处理。这之后接着进行约20％CW，得到约7mm的最终规格。随后将样品在200℃下人工老化各种时间。各结果概括于图19中。所公开的合金在进行20％CW接着进行老化后具有360MPa的最小屈服强度和20％和或更大的最小总％EL。参见图19、20A和20B。
实例3
实施例1、2-1和2-2进行常规人工老化，接着进行约20％到约40％的CW。对具有约11mm和约9mm的初始厚度的样品进行冷加工，得到7mm和3mm的最终规格。实施例1的结果概括于图21中。
如该实例所表明，实施例1在T6条件下具有330MPa的最小屈服强度，最小总伸长率为20％。通过将组成与其中在固溶热处理和淬火之后并且在老化之前进行约20％的CW到小于25％的CW的制造方法结合，最小屈服强度为约360Mpa，最小总伸长率为约20％。该变量在进行40％-45％的CW之后显示出390MPa的最小屈服强度，最小总伸长率为15％。
实例4
实施例3和4进行常规人工老化，接着进行约24％到约66％的CW。对具有约10mm和约5mm的初始厚度的样品进行冷加工，得到约7.5mm、约5.5mm、约3.5mm、以及约3.3mm的最终规格。人工老化时间各有不同。对样品测试屈服强度、最终拉伸强度、总伸长率和均匀伸长率。实施例3的结果概括于图22、23、24和25中。实施例4的结果概括于图26、27、28和29中。
以上引用的所有专利、公开物和摘要通过引用整体并入本文。为了实现本发明的各种目标描述了本发明的各种实施例。应认识到，这些实施例仅仅是对本发明原理的说明。在不偏离如以下权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下进行其许多修改和改变对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (41)

1.一种6xxx铝合金，其包含0.001-0.25wt.％的Cr、0.4-2.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.5-2.0wt.％的Mg、0.005-0.40wt.％的Mn、0.5-1.5wt.％的Si、高达0.15wt.％的Ti、高达4.0wt.％的Zn、高达0.2wt.％的Zr、高达0.2wt.％的Sc、高达0.25wt.％的Sn、高达0.1wt.％的Ni、高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
2.根据权利要求1所述的6xxx铝合金，包含0.03wt.％的Cr、0.8wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.0wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.2wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、和高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
3.根据权利要求1所述的6xxx铝合金，包含0.03wt.％的Cr、0.4wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.3wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.3wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、和高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
4.根据权利要求1所述的6xxx铝合金，包含0.1wt.％的Cr、0.4wt.％的Cu、0.15wt.％的Fe、1.3wt.％的Mg、0.2wt.％的Mn、1.3wt.％的Si、0.04wt.％的Ti、0.01wt.％的Zn、和高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的6xxx铝合金，进一步包含0.05-0.15wt.％的Sn。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的6xxx铝合金，其中所述Cr以0.02-0.08wt.％的量存在。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的6xxx铝合金，其中所述Cr以0.08-0.15wt.％的量存在。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的6xxx铝合金，其中所述Fe和所述Mn的wt.％的和小于0.35wt.％。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的6xxx铝合金，其中所述Zn以0.05-2.5wt.％、0.05-2wt.％、0.05-1.5wt.％、0.05-1wt.％、或0.05-0.5wt.％的范围存在。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的6xxx铝合金，其中所述Cu以0.4-0.8wt.％、0.4-0.6wt.％、0.6-1.0wt.％、0.5-0.8wt.％、或0.8-1.0wt.％的范围存在。
11.一种制造铝合金薄片的方法，包含：
铸造6xxx铝合金；
将所述铸造铝合金加热到510℃到590℃的温度；
将所述铸造铝合金在510℃到590℃的温度下维持0.5到4小时；
将所述温度降低到420℃到480℃；
将所述铸造铝合金热轧为铝合金薄片，所述轧制铝合金薄片在330℃到390℃的热轧出口温度下具有高达18mm的厚度；
将所述铝合金薄片在510℃到540℃的温度下热处理0.5到1小时；以及，
将所述铝合金薄片淬火到环境温度。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包含将所述铝合金薄片在160-240℃下维持0.5到6小时。
13.根据权利要求11或12中的一项所述的方法，进一步包含：
冷轧所述铝合金薄片；以及，
将所述铝合金薄片在200℃下维持0.5到6小时。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述％CW为10％到45％、10％到40％、10％到35％、10％到30％、10％到25％、或10％到20％。
15.根据权利要求11到14中任一项所述的方法，其中所述6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-2.0wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.01-3wt.％的Zn、以及高达0.15wt.％的杂质、其余的为铝。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述6xxx铝合金进一步包含0.05-0.15wt.％的Sn。
17.根据权利要求11到16中任一项所述的方法，进一步包含测量所述铝合金薄片的屈服强度和伸长率，以确定所述薄片是否达到期望的屈服强度和伸长率。
18.根据权利要求11到17中任一项所述的方法，其中铸造所述6xxx铝合金包含直接冷铸锭坯。
19.根据权利要求11到17中任一项所述的方法，其中铸造所述6xxx铝合金包含连续铸造板坯、薄板、板材或薄片。
20.根据权利要求11到17中任一项所述的方法，其中铸造所述6xxx铝合金包含挤出挤出物。
21.一种通过权利要求11到20中任一项所述的方法产生的6xxx铝合金薄片。
22.根据权利要求21所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片经T6、T8x、T4、或F回火。
23.根据权利要求21或22中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有至少300MPa的屈服强度。
24.根据权利要求21到23中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有300MPa与450MPa之间的屈服强度。
25.根据权利要求21到24中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有至少10％的伸长率。
26.根据权利要求21到25中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述铝合金薄片不会断裂的最小r/t比为约1.2。
27.根据权利要求21到26中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有2-14mm之间的最终规格。
28.根据权利要求21到26中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有低于1mm的最终规格。
29.一种制造铝合金薄片的方法，包含：
连续铸造6xxx铝合金；
将所述连续铸造铝合金加热到510℃到590℃的温度；
将510℃到590℃的所述温度维持0.5到4小时；
将所述温度降低到420℃到480℃；
热轧所述连续铸造铝合金，以产生所述铝合金薄片，所述铝合金薄片在330℃到390℃的热轧出口温度下具有低于1mm的厚度；
将所述铝合金薄片在510℃到540℃的温度下热处理0.5到1小时；以及，
将所述铝合金薄片淬火到环境温度。
30.根据权利要求29所述的方法，进一步包含将所述铝合金薄片在160-240℃下维持0.5到6小时。
31.根据权利要求29或30中任一项所述的方法，进一步包含：
冷轧所述铝合金薄片；以及，
将所述铝合金薄片在200℃下维持0.5到6小时。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述％CW为10％到45％、10％到40％、10％到35％、10％到30％、10％到25％、或10％到20％。
33.根据权利要求29到32中任一项所述的方法，进一步包含测量所述铝合金薄片的屈服强度和伸长率，以确定所述铝合金薄片是否达到期望的屈服强度和伸长率。
34.根据权利要求29到33中任一项所述的方法，其中连续铸造所述6xxx铝合金包含使用双带式铸造机、双辊铸造机或块式铸造机。
35.根据权利要求29到34中任一项所述的方法，其中所述6xxx铝合金包含0.02-0.15wt.％的Cr、0.4-1.0wt.％的Cu、0.10-0.30wt.％的Fe、0.8-2.0wt.％的Mg、0.10-0.30wt.％的Mn、0.8-1.4wt.％的Si、0.005-0.15wt.％的Ti、0.01-3wt.％的Zn、以及高达0.15wt.％的杂质，其余的为铝。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述6xxx铝合金进一步包含0.05-0.15wt.％的Sn。
37.一种6xxx铝合金薄片，通过权利要求29到36中任一项所述的方法产生。
38.根据权利要求37所述的6xxx铝合金薄片，其中所述连续铸造铝合金经T6、T8x、T4、或F回火。
39.根据权利要求37或38中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有至少300MPa的屈服强度。
40.根据权利要求37到39中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片具有300MPa与450MPa之间的屈服强度。
41.根据权利要求37到40中任一项所述的6xxx铝合金薄片，其中所述薄片包含至少10％的伸长率。
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