CN110520547B - 高性能3000系列铝合金 - Google Patents

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Abstract

表现出高强度、高延展性、高抗蠕变性、高热稳定性和耐久性的铝‑锰‑锆‑孕育剂合金，可以使用回收的用过的铝罐制造所述合金。

Description

高性能3000系列铝合金
本申请要求于2017年3月8日提交的名称为High-Performance 3000-SeriesAluminum Alloys的美国序列号第62/468,461号的权益，通过引入将其内容并入本文。本发明是在国家科学基金会授予的第IIP 1549282号联邦资助下做出的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本申请涉及具有高强度、高延展性、高抗蠕变性、高热稳定性和耐久性的3000系列铝合金族。所公开的合金特别有利于但不限于改善饮料罐和喷雾罐的性能。另外，所公开的合金例如有利于改善屋顶和壁板材料、化学和食品设备、储槽、压力容器、家用器具、厨具、金属片工件、卡车和拖车零件、汽车零件以及热交换器。
背景技术
主要用于存储饮料的铝罐的生产是世界上铝的单一最大用途。年产量是惊人的3200亿罐/年，相当于41.6亿公斤铝。此外，铝罐可能是世界上最好的回收范例，因为75％的罐用铝被回收。铝罐的生产量庞大，因此效率改进带来了巨大的乘法效应；罐中节省一克重量每年可在全球范围内节省超过20万公吨的铝。连同这种重量效益，降低了运输期间的能量消耗和CO2排放量—这两者是环境可持续性的关键指标。此外，铝罐的轻质有助于在产品寿命结束时的充填、存储、运输和报废期间节省资源。因此，使罐轻量化已经成为数十年来的热点问题。
饮料包装工业正在不断寻求保持罐性能同时继续尽可能多地削减材料的方式。常见罐设计由两部分组成：罐体由3000系列铝特别是AA3004制成，而罐盖和开罐器由5000系列铝特别是AA5182制成。铝罐的一致且精确生产背后的成功是基于坚固却可成型的3000系列和5000系列铝片材。罐身是罐质量的约75％，而较小的盖子占其余的25％。设计较轻罐的两个最明显方式是：(i)设计较小的盖子和(ii)减小罐壁和盖子的厚度。为了使罐体和盖子变薄，需要更坚固的3000系列和5000系列合金，同时维持重要的特性，例如密度、成型性和耐腐蚀性。航空级2000系列和7000系列非常坚固，但它们低的成型性不适用于罐装。因此，开发新罐装材料的常见方法是修改当前利用的合金，即，修改当前的3000系列和5000系列合金的合金组成和热机械工艺，以便对它们强化而不牺牲其它重要性能。此外，罐中的铝的75％被回收并且目前被用于重新铸造铝片材，所述铝片材被返回罐制造商以生产新批次的罐。回收在罐装经济性中起着重要作用，因此修改当前的3000系列和5000系列合金将有助于维持低成本回收罐的使用。
增强商业铝合金的强度并维持其延展性的公知方法是添加低浓度的钪(Sc)。强化作用源自于在时效期间产生与铝基质共格的L12结构的Al3Sc纳米析出物(直径约5-10nm)。这些析出物的小体积分数、纳米尺寸和基质共格性有助于合金维持其它性能，例如延展性和成型性。然而，钪极其昂贵(比银贵十倍)，从而严重抑制了其在价格敏感应用如食品和饮料包装中的使用。
因此，需要更坚固的3000系列铝合金，同时维持重要的特性，例如密度、成型性和耐腐蚀性。利用更坚固的材料，可以使罐壁更薄、从而导致更轻的饮料罐。
发明内容
本文所述的实施方案涉及包含Al3Zr纳米级析出物的可热处理的铝锰基(3000系列)合金，其中所述纳米级析出物的平均直径为约20nm或更小并且具有在α-Al面心立方基质中的Ll2结构，其中纳米级析出物的平均数密度为约2021m-3或更大。它们表现出高强度、高延展性、高抗蠕变性、高热稳定性和耐久性，同时基本上不含钪(即，不有意地添加钪)。在一些实施方案中，该合金在高达400℃的温度下是耐热的和抗蠕变的。在一些实施方案中，可以使用回收利用的铝罐来制造该合金。
附图说明
图1A-1D是以下合金的亮场双束透射电子显微图像:(A)Al-1.2Mn重量％，示出Al6Mn析出物，(B)Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％(AA3003)，示出α-Al(Mn,Fe)Si析出物，(C)Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(本发明合金)，示出Al(Mn,Fe)Si和L12-Al3Zr纳米析出物，以及(D)图1C的一部分的高放大率的图像。
图2A和2B：(A)来自文献的AA3003合金(●)和以下两种合金的拉伸强度与伸长率的关系：Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％(□)和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.lSn重量％(本发明合金)(▲)，存在Al3Zr纳米析出物，以及(B)冷轧Al-1.2Mn重量％(Al-Mn)合金和Al-1.2Mn-0.2Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(Al-Mn-nano)(本发明合金)合金的显微硬度与退火温度(在每个温度下1小时)的关系。
图3：峰值时效并轧制的Al-1.2Mn-1.0Mg-0.4Fe-0.3Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(3004-nano)(本发明合金)和Al-1.2Mn-0.4Mg-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(3005-nano)(本发明合金)的机械性能，相比于Al-1.2Mn-1.0Mg-0.1Si重量％(3004)和Al-1.2Mn-0.4Mg-0.2Si重量％(3005)薄片材(300μm厚度)。
图4：在400℃下Al-1.2Mn重量％(Al-Mn)、Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％(3003)和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(3003-nano)(本发明合金)合金的拉伸蠕变速率与施加应力的关系。
图5：Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(3003-nano)合金(本发明合金)在升高温度(400℃)下的拉伸强度，相比于用于轻质高温结构应用的商品2000系列铝合金(全部为T6-状态)。
图6：Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si重量％(AA3004)(示例合金)和Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(AA3004-nano)(本发明合金)的拉伸强度与断裂伸长率的关系，通过以下步骤制造：铸造、热轧、冷轧和在约350℃至约450℃范围内的温度下热时效处理持续约2小时至约24小时的时间。
详细说明
AA3003铝合金是3000系列中最基础的合金，含有1-1.5Mn，0.05-0.2Cu，≤0.7Fe和≤0.5Si作为杂质，并且任何其它杂质各自＜0.05(重量％)。锰是3000系列铝合金中的主要合金化元素，它要么以固溶体要么作为细金属间相提高强度。研究了最大允许的Fe和Si浓度以及Al3Zr纳米析出物对这种基础合金的性能的影响。应注意，已知少量存在的Cu浓度不会影响AA3003合金的机械性能。三种所研究合金的纳米结构示于图1A-1D中，即Al-1.2Mn，Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn(重量％)。主要在Al-1.2Mn合金中观察到典型的Al6Mn析出物(图1A)，其具有相对较低的数密度。主要在Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si合金中观察到具有六方结构的α-Al(Mn,Fe)Si析出物(图1B)，它们不是随机分布。应注意，Fe和Si的浓度仍在标准AA3003合金的允许范围内。换句话说，基于美国铝(AA)标准，Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si合金被归类为AA3003。非常有趣的是，这两种Al-Mn基合金(具有或没有Fe和Si)在它们的析出物结构方面存在明显差别，这导致不同的机械性能。主要在Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％合金中观察到两个纳米析出物群(图1C和1D)，即六方α-Al(Mn,Fe)Si和L12结构的Al3Zr纳米析出物。观察到来自这两种析出物类型的非常高的数密度，这导致最高的强度以及在升高温度下的抗蠕变性。
图2A显示了Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％的拉伸试样的极限拉伸强度(UTS)与工程伸长率的关系，所述拉伸试样被热处理至不同状况。为了比较还绘制了具有不同状态的AA3003的文献数据。对两种合金都观察到强度和延展性行为之间的常见折衷(trade-off)。与其它合金相比，Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn合金实现强度和延展性的更好组合。例如，在8％的伸长率下，AA3003的UTS为～130MPa，而Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn(含有Al3Zr纳米析出物的AA3003合金)的UTS为～175MPa，表现出35％的强度增加。
图2B显示当存在和不存在Al3Zr纳米析出物时，来自峰值时效的Al-Mn样品的轧制片材的显微硬度随退火温度的变化，即分别为Al-1.2Mn重量％合金和Al-1.2Mn-0.2Si-0.3Zr-0.1Sn重量％合金。该图显示了再结晶温度，这时由轧制过程产生的织构化的冷加工晶粒再结晶、生长并粗化，这使材料软化。从图2B可以清楚，Al-Mn的再结晶温度是～350℃，而含有纳米析出物的Al-Mn合金的再结晶温度是～460℃(增加110℃)。这表明Al3Zr纳米析出物通过齐纳钉扎使晶界运动钉扎来抑制再结晶。再结晶抵抗性的这种增强对于制造高强度AA3003片材和箔材非常有利，因为片材轧制过程典型发生在升高温度下(即通过热轧)，使得发生动态再结晶并且应变硬化无效。应注意，新合金的再结晶温度提高到460℃，应变硬化作用可变得有效，从而为最终的轧制片材和箔材增加强度。
图3示出了峰值时效并轧制的AA3004-nano和AA3005-nano(添加Al3Zr纳米析出物)的机械性能，与商业AA3004和AA3005薄片材相比。AA3004和AA3005两者含额外的镁，而AA3003基本不含镁。与商业AA3004和AA3005合金相比，AA3004-nano和AA3005-nano的强度均提高，而延展性则相同或更高。对于AA3005，观察到38％的屈服强度极大提高以及29％的拉伸强度极大提高，对于AA3004，观察到屈服强度提高5％并且拉伸强度提高7％。AA3005-nano合金的结果对于使铝罐体变薄是非常有希望的。
图4显示了如下合金的稳态拉伸蠕变速率随α-Al基质的施加应力的变化：Al-1.2Mn重量％合金，Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％合金和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.lSn重量％合金(本发明合金)。铝合金的蠕变温度非常高：400℃，即熔化温度的72％(按开尔文标度)。该图表明，与其它两种合金相比，Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.lSn对于高于10-7s-1的应变速率具有显著改善的抗蠕变性。在所有三种合金中均存在阈值应力，在该阈值应力以下未检测到可观察的蠕变。对于Al-1.2Mn重量％合金该值为～15MPa，对于Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％合金和Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％合金均为～22MPa。添加有Al3Zr纳米析出物的Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si重量％合金的抗蠕变性的显著改善，相当于在28MPa的施加应力下应变速率慢了约四个数量级(这对应于在1小时相对于～400天内累积相同的应变)。因此，由于Al3Zr纳米析出物的添加，该合金显示出AA3003合金的热稳定性和耐久性的强劲改善。
图5显示了Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％合金在极高温度(400℃)下的机械强度，相比于目前用于高温(例如发动机缸体和活塞)的商业2000系列铝合金。本发明合金Al-1.2Mn-0.12Cu-0.7Fe-0.5Si-0.3Zr-0.1Sn重量％的屈服强度和拉伸强度均是该2000系列铝合金的约两倍。在这样的升高温度下，这种极高的强度对于要求轻质且优异高温性能的汽车和航空航天部件提供了巨大的潜在应用。尽管如此，AA3003-nano的成本远低于2000系列铝合金(～0.6美元/磅，相比于～1.0美元/磅)，这主要是因为可以利用回收饮料罐制造AA3003-nano。
图6显示Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si重量％(AA3004)(示例合金)和Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(AA3004-nano)(本发明合金)的拉伸强度与断裂伸长率的关系，通过以下步骤制造：铸造、热轧、冷轧和在约350℃至约450℃范围内的温度下热时效处理持续约2小时至约24小时范围内的时间。对于样品的断裂伸长率，AA3004-nano合金实现了比AA3004合金高约20-30MPa的拉伸强度。对于相同的拉伸强度，AA3004-nano合金实现了约0.02-0.03的断裂伸长率提高。这些改进是由于合金中Zr和Sn的存在以及通过上述加工步骤而产生的Al3Zr纳米析出物存在的结果。
表1列出了Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si重量％(AA3004)(示例合金1)，Al-1.0Mn-1.0Mg-0.15Cu-0.5Fe-0.2Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(AA3004-nano)(本发明合金1)，Al-0.85Mn-2.0Mg-0.17Cu-0.52Fe-0.24Si重量％(UBC)(示例合金2)和Al-0.85Mn-2.0Mg-0.17Cu-0.52Fe-0.24Si-0.3Zr-0.1Sn重量％(UBC-nano)(本发明合金2)的薄片材(厚度0.25mm)的机械性能。AA3004是用于饮料罐体的常见铝合金。与AA3004合金(示例合金1)相比，AA3004-nano合金(本发明合金1)实现了更高的屈服强度和拉伸强度，同时维持基本上相同的断裂伸长率。UBC是一种通过重新熔化用过的饮料罐(UBC)制成的合金。通常，UBC的化学组成为Al-0.85Mn-2.0Mg-0.17Cu-0.52Fe-0.24Si重量％。在添加Zr和Sn以形成Al3Zr纳米析出物之后，与UBC合金(示例合金2)相比，UBC-nano(本发明合金2)实现了更高的屈服强度和拉伸强度，同时维持基本上相同的断裂伸长率。由于利用了回收的用过的饮料罐，UBC合金和UBC-nano合金的材料成本都大大低于饮料罐中使用的常规3000系列铝合金。通过以下步骤制造表1的合金的薄片材：铸造、热轧、退火、冷轧和稳定化热处理。
表1
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在一个实施方案中，铝合金包含铝、锰、锆和孕育剂，并且包括含Al3Zr的纳米级析出物，其中该纳米级析出物的平均直径为约20nm或更小，并且具有在α-Al面心立方基质中的L12结构，其中该纳米级析出物的平均数密度为约2021m-3或更大，并且其中孕育剂包含锡。
在一个实施方案中，铝合金在400℃的温度下具有至少约40MPa的屈服强度。
在一个实施方案中，在25MPa的施加应力下和在400℃的温度，铝合金的蠕变速率小于约10-7/秒。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.8至约1.5重量％的锰；约0.2至约0.5重量％的锆；约0.01至约0.2重量％的锡；和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.05至约0.7重量％的铁；约0.05至约0.6重量％的硅；约0.8至约1.5重量％的锰；约0.2至约0.5重量％的锆；约0.01至约0.2重量％的锡；和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.05至约0.7重量％的铁；约0.05至约0.6重量％的硅；约0.8％至约1.5重量％的锰；约0.2至约0.5重量％的锆；约0.01至约0.2重量％的锡；约0.05至约0.2重量％的铜；和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.2重量％的硅，约1.2重量％的锰，约0.3重量％的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.12重量％的铜，约0.7重量％的铁，约0.5重量％的硅，约1.2重量％的锰，约0.3重量％的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含铝、锰、镁、硅、锆和孕育剂，并且包括含Al3Zr的纳米级析出物，其中该纳米级析出物具有约20nm或更小的平均直径并且具有在α-Al面心立方基质中的L12结构，其中该纳米级析出物的平均数密度约为2021m-3或更大，并且其中所述孕育剂包含锡、锶、锌、镓、锗、砷、铟、锑、铅和铋中的一种或多种。
在一个实施方案中，如果铝合金处于硬状态，则其在室温下具有至少约330MPa的屈服强度，至少约360MPa的拉伸强度和至少约3％的伸长率。
在一个实施方案中，如果铝合金处于软状态，则其在室温下具有至少约230MPa的拉伸强度和至少约10％的伸长率。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.05至约0.7重量％的铁；约0.05至约0.6重量％的硅；约0.05至约3.0重量％的镁；约0.8％至约1.5重量％的锰；约0.2至约0.5重量％的锆；约0.01至约0.2重量％的锡；和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.05至约0.2重量％的铜；约0.05至约0.7重量％的铁；约0.05至约0.6重量％的硅；约0.05至约3.0重量％的镁；约0.8至约1.5重量％的锰；约0.2至约0.5重量％的锆；约0.01至约0.2重量％的锡；和作为余量的铝。
在一个实施方案中，如果铝合金处于硬状态，则该合金在室温下具有至少约370MPa的屈服强度，至少约395MPa的拉伸强度和至少约4％的伸长率。
在一个实施方案中，铝合金包含多个Ll2析出物，该析出物具有约10nm或更小的平均直径。
在一个实施方案中，铝合金包括多个Ll2析出物，该析出物具有约3nm至约7nm的平均直径。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.4重量％的镁，约0.7重量％的铁，约0.5重量％的硅，约1.2重量％的锰，约0.3重量％的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约1.0重量％的镁，约0.4重量％的铁，约0.3重量％的硅，约1.2重量％的锰，约0.3重量％的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.15重量％的铜，约1.0重量％的镁，约0.5重量％的铁，约0.2重量％的硅，约1.0重量％的锰，约0.3重量％的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一个实施方案中，铝合金包含约0.17重量％的铜，按约2.0重量％的镁，约0.52重量％的铁，约0.24重量％的硅，约0.85重量％的锰，约0.3％重量的锆，约0.1重量％的锡，和作为余量的铝。
在一些实施方案中，铝合金的至少70％(在一些实施方案中至少80％，在一些实施方案中至少90％，在一些实施方案中至少95％)是从用过的铝罐回收。
所公开的铝合金基本上不含钪，这应被理解为意指不故意添加钪。在铝合金中添加钪对于机械性能是有利的。例如，这描述于美国专利US 5,620,652中，通过引用将该专利并入本文。然而，钪非常昂贵(比银贵十倍)，严重限制其实际应用。
有时将锆(具有至多约0.3重量％的浓度)添加到铝合金中用于晶粒细化。细化的晶粒结构有助于改善最终产品的可铸性、延展性和可加工性。在美国专利US 5,976,278中描述了一个实例，通过引用将该专利并入本文。在本申请中，将锆(具有小于约0.5重量％且优选小于约0.4重量％的浓度)与孕育剂元素一起添加以便形成Al3Zr纳米析出物，其中该纳米级析出物具有约20nm或更小的平均直径并且具有在α-Al面心立方基质中的Ll2结构，并且其中该纳米级析出物的平均数密度为约2021m-3或更大，目的是改善基础合金的机械强度、延展性、抗蠕变性、热稳定性和耐久性。通常，需要大于约0.2重量％的锆浓度，以便使Zr原子具有足够的驱动力以形成Al3Zr纳米析出物。
所公开的铝合金包含孕育剂，其中该孕育剂包含锡、锶、锌、镓、锗、砷、铟、锑、铅和铋中的一种或多种。孕育剂的存在加速Al3Zr纳米析出物的析出动力学，因此可以在热处理期间的实际量的时间内形成这些析出物。换句话说，存在孕育剂的情况下可以在几小时的热处理内形成有益的Al3Zr纳米析出物，相比于在不存在孕育剂时的几星期或几个月的热处理。在所有孕育剂元素中，在加速Al3Zr纳米析出物的析出动力学方面，锡似乎是性能最好的执行者。为了上述目的，需要小于约0.2％的锡浓度。超过该值，锡将在铝固体基质中形成气泡和/或液相，这对机械性能有害。美国专利US 9,453,272中描述了这种行为，通过引用将该专利并入本文。
由所公开的铝合金制造部件的一种方法包括：a)在约700至900℃的温度下熔化合金；b)然后将合金浇铸到环境温度下的铸模中；c)然后使用冷却介质冷却铸锭；和d)然后在约350℃至约450℃的温度下将铸锭热时效持续约2小时至约48小时的时间。在一个实施方案中，该方法还包括将铸锭冷轧以形成片材产品。在一个实施方案中，该方法还包括在约140℃至约170℃的温度下对片材产品进行最终稳定化热处理持续约1小时至约5小时的时间。在一些实施方案中，冷却介质可以是空气、水、冰或干冰。对于包含所公开铝合金的部件，上述的热时效步骤(350-450℃持续2-48小时)被确定为峰值时效。当由所公开的铝合金制造的部件被峰值时效时，该部件的显微组织是热稳定的，并且长时间暴露于升高温度而不改变。
由所公开铝合金制造部件的另一种方法包括：a)在约700℃至900℃的温度下熔化合金；b)然后将合金浇铸到环境温度下的铸模中；c)然后使用冷却介质冷却铸锭；和d)然后将合金热轧成片材。在一个实施方案中，该方法还包括然后在约350℃至约450℃的温度下热时效片材持续约2至约48小时的时间。在一个实施方案中，该方法还包括然后在热时效步骤之后冷轧该片材以形成薄片材或箔材产品。在一个实施方案中，该方法还包括在约140℃至约170℃的温度下对薄片材或箔材产品最终稳定化热处理持续约1小时至约5小时的时间。
由所公开铝合金制造部件的另一种方法包括：a)在约700至900℃的温度下熔化合金；b)然后将合金浇铸到环境温度下的铸模中；c)然后使用冷却介质冷却铸锭；d)然后将合金热轧成片材；e)然后冷轧该片材以形成薄片材或箔材产品；f)然后在约350℃至约450℃的温度下将所述薄片材或箔材产品热时效持续约2小时至约24小时的时间。
所公开合金的一些应用包括，例如饮料罐、喷雾罐、屋顶材料、壁板材料、化学制造设备、食品制造设备、储槽、压力容器、家用器具、厨具、金属片工件、卡车零件、拖车零件、汽车零件和热交换器。所公开的铝合金的一些制造形式包括例如线材、片材、板材和箔材。
从前述内容将理解，在不脱离本发明新概念的真实精神和范围的情况下，可以进行多种修改和变型。应当理解，并不意图或不应推断出对所示和描述的具体实施方案的限制。

Claims (31)

1.一种包含Al3Zr纳米级析出物的铝合金，该铝合金由以下组成：
0.8至1.5重量％的锰；
0.05至3.0重量％的镁；
0.05至0.6重量％的硅；
0.2至0.5重量％的锆；
0.01至0.2重量％的孕育剂；
任选的0.05至0.7重量％的铁；
任选的0.05至0.2重量％的铜；和
作为余量的铝；
其中所述纳米级析出物的平均直径为20nm或更小并且具有在α-Al面心立方基质中的L12结构；
其中所述纳米级析出物的平均数密度为2021m-3或更大；并且
其中所述孕育剂是锡。
2.权利要求1的铝合金，其中所述多个L12析出物具有10nm或更小的平均直径。
3.权利要求1的铝合金，其中所述多个L12析出物具有3nm至7nm的平均直径。
4.权利要求1的铝合金，其中所述合金由以下组成：1.2重量％的锰，0.4重量％的镁，0.5重量％的硅，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.7重量％的铁，和作为余量的铝。
5.权利要求1的铝合金，其中所述合金由以下组成：1.2重量％的锰，1.0重量％的镁，0.3重量％的硅，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.4重量％的铁，和作为余量的铝。
6.权利要求1的铝合金，其中所述合金由以下组成：1.0重量％的锰，1.0重量％的镁，0.2重量％的硅，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.15重量％的铜，0.5重量％的铁，和作为余量的铝。
7.权利要求1的铝合金，其中所述合金由以下组成：0.85重量％的锰，2.0重量％的镁，0.24重量％的硅，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.17重量％的铜，0.52重量％的铁，和作为余量的铝。
8.权利要求1的铝合金，其中所述合金不含钪。
9.权利要求1的铝合金，其中，如果所述铝合金处于硬状态，则其在室温下具有至少330MPa的屈服强度，至少360MPa的拉伸强度和至少3％的伸长率；和
其中，如果所述铝合金处于软状态，则其在室温下具有至少230MPa的拉伸强度和至少10％的伸长率。
10.权利要求9的铝合金，其中如果所述铝合金处于硬状态，则在室温下所述合金具有至少370MPa的屈服强度，至少395MPa的拉伸强度，以及至少4％的伸长率。
11.权利要求1的铝合金，其中所述合金的至少70％是从用过的铝罐回收。
12.权利要求1的铝合金，其中所述合金的至少80％是从用过的铝罐回收。
13.权利要求1的铝合金，其中所述合金的至少90％是从用过的铝罐回收。
14.权利要求1的铝合金，其中所述合金的至少95％是从用过的铝罐回收。
15.由权利要求1的铝合金制造部件的方法，该方法包括：
a)在700℃至900℃的温度下熔化合金；
b)然后将合金浇铸到环境温度下的铸模中；
c)然后使用冷却介质冷却铸锭；和
d)然后在350℃至450℃的温度下将铸锭热时效持续2小时至48小时的时间。
16.权利要求15的方法，还包括将铸锭冷轧以形成片材产品。
17.权利要求16的方法，还包括在140℃至170℃的温度下对所述片材产品进行稳定化热处理持续1小时至5小时的时间。
18.由权利要求1的铝合金制造部件的方法，该方法包括：
a)在700℃至900℃的温度下熔化合金；
b)然后将合金浇铸到环境温度下的铸模中；
c)然后使用冷却介质冷却铸锭；和
d)然后将铸锭热轧以形成片材。
19.权利要求18的方法，还包括在350℃至450℃的温度下热时效所述片材持续2小时至48小时的时间。
20.权利要求19的方法，还包括在热时效步骤之后冷轧所述片材以形成薄片材或箔材产品。
21.权利要求20的方法，还包括在140℃至170℃的温度下对所述薄片材或箔材产品进行稳定化热处理持续1小时至5小时的时间。
22.权利要求18的方法，还包括
e)然后冷轧所述片材以形成薄片材或箔材产品；和
f)然后在350℃至450℃的温度下将所述薄片材或箔材产品热时效持续2小时至24小时的时间。
23.一种饮料罐，其包含权利要求1的铝合金。
24.一种喷雾罐，其包含权利要求1的铝合金。
25.包含权利要求1的铝合金的铝合金部件，其中所述铝合金部件选自屋顶材料、壁板材料、化学制造设备、食品制造设备、储槽、压力容器、家用器具、厨具、金属片工件、卡车零件、拖车零件、汽车零件和热交换器。
26.权利要求1的铝合金的制造形式，所述制造形式选自线材、片材、板材和箔材。
27.一种包含Al3Zr纳米级析出物的铝合金，该铝合金由以下组成：
0.8至1.5重量％的锰；
0.2至0.5重量％的锆；
0.01至0.2重量％的孕育剂，其中所述孕育剂是锡，
任选的0.05至0.7重量％的铁；
任选的0.05至0.6重量％的硅
任选的0.05至0.2重量％的铜；和
作为余量的铝；
其中所述纳米级析出物的平均直径为20nm或更小并且具有在α-Al面心立方基质中的Ll2结构；
其中所述纳米级析出物的平均数密度为2021m-3或更大；
其中所述合金在400℃的温度下具有至少40MPa的屈服强度；和
其中在25MPa的施加应力和400℃的温度下所述合金的蠕变速率小于10-7/秒。
28.权利要求27的铝合金，其中所述合金由以下组成：1.2重量％的锰，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.2重量％的硅，和作为余量的铝。
29.权利要求27的铝合金，其中所述合金由以下组成：1.2重量％的锰，0.3重量％的锆，0.1重量％的锡，0.12重量％的铜，0.7重量％的铁，0.5重量％的硅，和作为余量的铝。
30.一种包含Al3Zr纳米级析出物的铝合金，该铝合金由以下组成：
0.8至1.5重量％的锰；
0.05至3.0重量％的镁；
0.05至0.6重量％的硅；
0.2至0.5重量％的锆；
0.01至0.2重量％的孕育剂；和
作为余量的铝；
其中所述纳米级析出物的平均直径为20nm或更小并且具有在α-Al面心立方基质中的Ll2结构；
其中所述纳米级析出物的平均数密度为2021m-3或更大；
其中所述孕育剂是锶、锌、镓、锗、砷、铟、锑、铅和铋中的一种或多种。
31.权利要求30的铝合金，其中，如果所述铝合金处于硬状态，则其在室温下具有至少330MPa的屈服强度，至少360MPa的拉伸强度和至少3％的伸长率；和
其中，如果所述铝合金处于软状态，则其在室温下具有至少230MPa的拉伸强度和至少10％的伸长率。
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