CN112771188A - 高度可成形的再生铝合金及其制造方法 - Google Patents

高度可成形的再生铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本文提供高度可成形的铝合金及其制造方法。本文所述的高度可成形的铝合金可由回收材料制备而无需大量添加原铝合金材料。所述铝合金通过铸造可包含此类回收材料的铝合金以及加工所得的铸造铝合金制品来制备。本文还描述使用所述铝合金的方法及合金产品。

Description

高度可成形的再生铝合金及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月23日提交的美国临时专利申请号62/701,977和于2019年2月26日提交的美国临时专利申请号62/810,585的优先权和申请权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及冶金，并且更具体地，涉及任选地从回收废料(recycledscrap)生产铝合金、制造铝合金产品以及再生铝合金。
背景技术
由于与生产原铝相关联的成本和时间，许多原始设备制造商都依赖现有的含铝废料来制备铝合金材料。然而，可回收废料可能不适合用于制备高性能铝合金，因为可回收废料可能含有高水平的某些不期望的元素。例如，可回收废料可包含某些元素，所述元素的量影响铝合金的机械性能，诸如可成形性和强度。
发明内容
本发明涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是对本发明各种方面的高水平概述，并且介绍了下面的具体实施方式部分中进一步描述的概念中的一些。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图用来孤立地确定所要求保护的主题的范围。本主题应参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每条权利要求来理解。
本文描述高度可成形的再生铝合金(recycled aluminum alloy)及生产铝合金的方法。本文所述的铝合金包含约0.5重量％至2.0重量％的Si、0.2重量％至0.4重量％的Fe、至多0.4重量％的Cu、至多0.5重量％的Mg、0.02重量％至0.1重量％的Mn、0.01重量％至0.1重量％的Cr、至多0.15重量％的Sr、至多0.15重量％的总杂质，其中每种杂质以至多约0.05重量％的量存在；以及Al。在一些非限制性实例中，铝合金包含约0.7重量％至1.4重量％的Si、0.2重量％至0.3重量％的Fe、至多0.2重量％的Cu、至多0.4重量％的Mg、0.02重量％至0.08重量％的Mn、0.02重量％至0.05重量％的Cr、0.01重量％至0.12重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质；以及Al。在一些非限制性实例中，铝合金包含约1.0重量％至1.4重量％的Si、0.22重量％至0.28重量％的Fe、至多0.15重量％的Cu、至多0.35重量％的Mg、0.02重量％至0.06重量％的Mn、0.02重量％至0.04重量％的Cr、0.02重量％至0.10重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质；以及Al。任选地，所述铝合金中Fe和Cr的组合含量为约0.22重量％至约0.5重量％。
本文还描述包括如本文所述的铝合金的铝合金产品。在一些实例中，所述铝合金产品包括至多约35μm(例如，约25μm至约35μm或约28μm至约32μm)的晶粒大小。任选地，所述铝合金产品包含含铁金属间化合物颗粒。在一些情况下，所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％可以是球形的。在一些非限制性实例中，存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％(例如，至少约50％或至少约75％)具有约为3μm或更小的等效圆直径(即“ECD”)。任选地，所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％(例如，至少约50％、至少约70％或至少约80％)包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。在一些情况下，所述铝合金产品中的立方织构组分的体积分数占至少约12％。在一些情况下，所述铝合金产品包括至少约32％的总伸长率。所述铝合金产品尤其可包括汽车车身零件。
本文进一步描述生产铝合金产品的方法。所述方法包括：铸造如本文所述的铝合金以生产铸造铝合金制品；使所述铸造铝合金制品均质化以生产均质化铸造铝合金制品；热轧和冷轧所述均质化铸造铝合金制品以生产最终规格铝合金产品；以及对所述最终规格铝合金产品进行固溶热处理。任选地，所述均质化在约530℃至约570℃的均质化温度下执行。任选地，所述铸造步骤中的所述铝合金包括至少约40重量％的量的再生含量。
附图说明
图1A是描绘如本文所述的加工方法的示意图。
图1B是描绘如本文所述的加工方法的示意图。
图1C是描绘如本文所述的加工方法的示意图。
图2是示出如本文所述的铝合金的屈服强度的图。
图3是示出如本文所述的铝合金的极限抗拉强度的图。
图4是示出如本文所述的铝合金的均匀伸长率的图。
图5是示出如本文所述的铝合金的总伸长率的图。
图6是示出如本文所述的铝合金的n值(即变形之后的强度增加)的图。
图7是示出如本文所述的铝合金的r值(即各向异性)的图。
图8是示出如本文所述的铝合金的平均r值(即各向异性)的图。
图9是示出如本文所述的铝合金在烤漆之后的屈服强度变化的图。
图10是示出如本文所述的铝合金的可弯曲性的图。
图11是示出如本文所述的铝合金的可弯曲性的图。
图12是示出如本文所述的铝合金的杯突试验结果的图。
图13A是描绘如本文所述的铝合金产品的颗粒分布的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图13B是描绘比较性铝合金产品的颗粒分布的SEM显微照片。
图13C是描绘如本文所述的铝合金产品的颗粒分布的SEM显微照片。
图13D是描绘比较性铝合金产品的颗粒分布的SEM显微照片。
图13E是描绘比较性铝合金产品的颗粒分布的SEM显微照片。
图14是示出基于如本文所述的铝合金中的非球形颗粒的等效圆直径(ECD)测量结果的粒度分布的图。
图15是示出基于如本文所述的铝合金中的颗粒的纵横比测量结果的粒度分布的图。
图16是示出如本文所述的铝合金中的含铁成分颗粒的体积分数的图。
图17是示出如本文所述的铝合金中的含铁成分颗粒的数量密度的图。
图18A是描绘如本文所述的铝合金产品的晶粒结构的光学显微镜(OM)显微照片。
图18B是描绘比较性铝合金产品的晶粒结构的OM显微照片。
图18C是描绘如本文所述的铝合金产品的晶粒结构的OM显微照片。
图18D是描绘比较性铝合金产品的晶粒结构的OM显微照片。
图18E是描绘比较性铝合金产品的晶粒结构的OM显微照片。
图19是示出如本文所述的铝合金的平均晶粒大小的图。
图20是示出如本文所述的铝合金的织构组分含量的图。
具体实施方式
本文提供具有期望机械性能的铝合金产品及其铸造和加工方法。铝合金产品可由回收材料(例如，消费后的废料)再生和生产，并且仍然表现出期望的机械性能，诸如良好的可成形性而没有开裂和/或断裂、断裂之前的高伸长率以及良好的耐久性。
本文所述的铝合金产品包含具有低纵横比(例如，宽高比)的金属间化合物颗粒。在一些情况下，低纵横比是约4或更小(例如，约3或更小、约2或更小或约1.5或更小)的比率。具体地，金属间化合物颗粒的形状为圆形或球形。对于机械性能，例如弯曲、成形、压碎和/或碰撞试验，纵横比为1(例如，接近圆形横截面，即球形颗粒)是优选的含Fe金属间化合物颗粒形状。与具有椭圆形或针状形状的金属间化合物颗粒的铝合金产品相比，这些金属间化合物颗粒增强产品的期望机械性能，并且使得产品表现出优异的结果。
定义和描述
如本文所用，术语“发明”、“该发明”、“此发明”和“本发明”意图广泛地指代本专利申请的主题和以下权利要求全部。包含这些术语的陈述不应理解为限制本文所述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，参考由铝工业指称(诸如“系列”或“6xxx”)标识的合金。要理解最常用于命名和标识铝及其合金的编号指称系统，请参见“International AlloyDesignations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and WroughtAluminum Alloys”或“Registration Record of Aluminum Association AlloyDesignations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Formof Castings and Ingot”，两者均由铝业协会发布。
如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则“一个”、“一种”和“所述”的含义包括单数和复数个指示物。
如本文所用，板通常具有大于约15mm的厚度。例如，板可以是指具有以下厚度的铝产品：大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm、大于约100mm或至多约300mm。
如本文所用，板料(shate)(也称为薄板(sheet plate))通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，板料可具有以下厚度：约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
如本文所用，片材通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材可具有以下厚度：小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm、小于约0.3mm或小于约0.1mm。
本申请中参考合金状态或状况。要理解最常用的合金状态描述，请参见“AmericanNational Standards(ANSI)H35 on Alloy and Temper Designation Systems”。F状况或状态是指制造时的铝合金。O状况或状态是指退火之后的铝合金。T1状况或状态是指从热加工冷却并且(例如，在室温下)自然老化的铝合金。T2状况或状态是指从热加工冷却、冷加工并且自然老化的铝合金。T3状况或状态是指经固溶热处理、冷加工并且自然老化的铝合金。T4状况或状态是指经固溶热处理并且自然老化的铝合金。T5状况或状态是指从热加工冷却并且(在升高温度下)人工老化的铝合金。T6状况或状态是指经固溶热处理并且人工老化的铝合金。T7状况或状态是指经固溶热处理并且人工过老化的铝合金。T8x状况或状态是指经固溶热处理、冷加工并且人工老化的铝合金。T9状况或状态是指经固溶热处理、人工老化并且冷加工的铝合金。
如本文所用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃、例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃的温度。
如本文所用，诸如“铸造铝合金制品”、“铸造金属制品”、“铸造制品”等术语是可互换的，并且可以是指通过直接冷硬铸造(包括直接冷硬共铸造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或任何其他连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法或其任何组合生产的产品。
本文公开的所有范围应理解为涵盖归入其中的任何端点以及任何和所有子范围。例如，“1至10”的陈述范围应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括1和10)的任何和所有子范围；也就是说，所有子范围均以最小值1或更大值开始(例如，1至6.1)，并且以最大值10或更小值结束(例如，5.5至10)。
以下铝合金关于其元素组成以基于合金总重量的重量百分比(重量％)进行描述。在每种合金的某些实例中，杂质的总和的最大重量％为0.15％，余量为铝。
合金组成
本文描述表现出期望机械性能的新颖的铝合金及产品。除其他性能之外，本文所述的铝合金和产品显示出卓越的伸长率和成形性能以及优异的耐久性。在一些情况下，由于合金的元素组成，可实现机械性能。例如，本文所述的合金包含铁(Fe)、锰(Mn)和铬(Cr)。这些组分中的至少两种(例如，Fe和Mn、Fe和Cr或Fe、Mn和Cr)以所描述量的存在产生期望的金属间化合物颗粒。如下所述，至少约0.50重量％的Fe含量在铸造过程期间提供增加数量的金属间化合物颗粒。另外，其他元素诸如Mn和/或Cr影响金属间化合物颗粒的大小和纵横比，并且产生具有低纵横比的小的球形颗粒。金属间化合物颗粒继而充当新晶粒的成核位点，因此产生含有小的等轴晶粒而不是粗的细长晶粒的铝合金产品。此类铝合金产品表现出期望的成形性能。本文所述的铝合金产品所显示的性能是出乎意料的，因为约0.20重量％和更大的高Fe含量通常导致可成形性和可弯曲性降低。
在一些情况下，如本文所述的铝合金可具有如表1中提供的以下元素组成：
表1
Figure BDA0002911923100000081
在一些实例中，如本文所述的铝合金可具有如表2中提供的以下元素组成：
表2
Figure BDA0002911923100000082
Figure BDA0002911923100000091
在一些实例中，如本文所述的铝合金可具有如表3中提供的以下元素组成：
表3
Figure BDA0002911923100000092
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含约0.5％至约2.0％(例如，约0.7％至约1.5％或约1.0％至约1.4％)的量的硅(Si)。例如，合金可包含0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74％、0.75％、0.76％、0.77％、0.78％、0.79％、0.8％、0.81％、0.82％、0.83％、0.84％、0.85％、0.86％、0.87％、0.88％、0.89％、0.9％、0.91％、0.92％、0.93％、0.94％、0.95％、0.96％、0.97％、0.98％、0.99％、1.0％、1.01％、1.02％、1.03％、1.04％、1.05％、1.06％、1.07％、1.08％、1.09％、1.1％、1.11％、1.12％、1.13％、1.14％、1.15％、1.16％、1.17％、1.18％、1.19％、1.2％、1.21％、1.22％、1.23％、1.24％、1.25％、1.26％、1.27％、1.28％、1.29％、1.3％、1.31％、1.32％、1.33％、1.34％、1.35％、1.36％、1.37％、1.38％、1.39％、1.4％、1.41％、1.42％、1.43％、1.44％、1.45％、1.46％、1.47％、1.48％、1.49％、1.5％、1.51％、1.52％、1.53％、1.54％、1.55％、1.56％、1.57％、1.58％、1.59％、1.6％、1.61％、1.62％、1.63％、1.64％、1.65％、1.66％、1.67％、1.68％、1.69％、1.7％、1.71％、1.72％、1.73％、1.74％、1.75％、1.76％、1.77％、1.78％、1.79％、1.8％、1.81％、1.82％、1.83％、1.84％、1.85％、1.86％、1.87％、1.88％、1.89％、1.9％、1.91％、1.92％、1.93％、1.94％、1.95％、1.96％、1.97％、1.98％、1.99％或2.0％的Si。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含约0.2％至约0.4％(例如，约0.2％至约0.35％、约0.2％至约0.3％、约0.2％至约0.28％或约0.22％至约0.28％)的量的铁(Fe)。例如，合金可包含0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％或0.4％的Fe。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含至多约0.4％(例如，0.0％至约0.35％或0.0％至约0.15％)的量的铜(Cu)。例如，合金可包含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％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％或0.4％的Cu。在一些情况下，合金中不存在Cu(即0％)。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的合金包含至多约0.5％(例如，约0.0％至约0.5％、约0.0％至约0.4％、约0.0％至约0.35％、约0.1％至约0.5％或约0.2％至约0.35％)的量的镁(Mg)。例如，合金可包含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％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％的Mg。在一些情况下，合金中不存在Mg(即0％)。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含约0.02％至约0.1％(例如，约0.02％至约0.08％或约0.02％至约0.06％)的量的锰(Mn)。例如，合金可包含0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％的Mn。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含约0.01％至约0.1％(例如，约0.02％至约0.1％、约0.02％至约0.08％或约0.02％至约0.06％)的量的铬(Cr)。例如，合金可包含0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％的Cr。全都以重量％表达。
在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含至多约0.15％(例如，约0.0％至约0.15％、约0.02％至约0.15％、约0.02％至约0.10％或约0.02％至约0.14％)的量的锶(Sr)。例如，合金可包含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％或0.15％的Sr。在一些情况下，合金中不存在Sr(即0％)。全都以重量％表达。在一些情况下，向本文所述的铝合金中添加Sr可进一步提高材料的可成形性和延展性。不受理论的束缚，可成形性的提高可归因于金属间化合物颗粒的共晶变质，所述共晶变质可在铝合金的铸造和凝固期间减小共晶组分内的层片间距。因此，共晶组分的Sr变质可允许金属间化合物颗粒在例如热轧过程期间分裂成更小和/或更精细的金属间化合物颗粒。最终，更精细的金属间化合物颗粒可降低铝合金在变形(例如，成形)期间遭受内部破坏的倾向，由此提高铝合金的可成形性。
任选地，本文所述的铝合金可包含钛(Ti)和锌(Zn)中的一者或两者。在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含至多约0.1％(例如，约0.001％至约0.08％或约0.005％至约0.06％)的量的Ti。例如，合金可包含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％或0.1％的Ti。在一些情况下，合金中不存在Ti(即0％)。在一些实例中，基于合金的总重量，本文所述的铝合金包含至多约0.1％(例如，约0.001％至约0.08％或约0.005％至约0.06％)的量的Zn。例如，合金可包含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％或0.1％的Zn。在一些情况下，合金中不存在Zn(即0％)。全都以重量％表达。
如上所述，Fe以至少约0.2重量％的量并且结合Cr的存在是产生本文所述的铝合金产品所表现出的期望性能的因素。任选地，Fe和Cr的组合含量为至少约0.22重量％。在一些情况下，Fe和Cr的组合含量可以是约0.22重量％至约0.5重量％、约0.22重量％至约0.4重量％或约0.25重量％至约0.35重量％。例如，Fe和Cr的组合含量可以是0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％。全都以重量％表达。
任选地，本文所述的铝合金还可包含量为0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下、或0.01％或以下的其他微量元素，有时称为杂质。这些杂质可包括但不限于V、Ni、Sc、Hf、Zr、Sn、Ga、Ca、Bi、Na、Pb或其组合。因此，V、Ni、Sc、Hf、Zr、Sn、Ga、Ca、Bi、Na或Pb可以0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下、或0.01％或以下的量存在于合金中。所有杂质的总和不超过0.15％(例如，0.1％)。全都以重量％表达。每种合金的其余百分比是铝。
本文所述的铝合金产品包含含铁金属间化合物颗粒。在一些情况下，含铁金属间化合物颗粒是球形的。例如，含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％是球形的(例如，含铁金属间化合物颗粒中的至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、或至少约90％是球形的)。存在于铝合金产品中的颗粒中的至少约36％具有按等效圆直径(即“ECD”)测量的约3μm或更小(例如，约2.5μm或更小、约2.0μm或更小、约1.5μm或更小、或约1.2μm或更小)的颗粒大小。ECD可通过在非球形测量对象上强加估计圆形横截面来确定。例如，存在于铝合金产品中的含铁金属间化合物颗粒可具有3μm或更小、2.9μm或更小、2.8μm或更小、2.7μm或更小、2.6μm或更小、2.5μm或更小、2.4μm或更小、2.3μm或更小、2.2μm或更小、2.1μm或更小、2μm或更小、1.9μm或更小、1.8μm或更小、1.7μm或更小、1.6μm或更小、1.5μm或更小、1.4μm或更小、1.3μm或更小、1.2μm或更小、1.1μm或更小、1μm或更小、0.9μm或更小、0.8μm或更小、0.7μm或更小、0.6μm或更小、0.5μm或更小、0.4μm或更小、0.3μm或更小、0.2μm或更小、0.1μm或更小、或它们之间的任意值的ECD。在一些情况下，存在于铝合金产品中的颗粒中的至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或至少99％可具有3μm或更小的ECD。
在一些非限制性实例中，本文所述的含铁金属间化合物颗粒包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒可以是球形颗粒。与主要包括β–AlFeSi金属间化合物颗粒的铝合金相比，具有此类球形金属间化合物颗粒的本文所述的铝合金易于经受成形(例如，弯曲、成型、冲压或任何合适的成形方法)。β–AlFeSi金属间化合物颗粒通常具有细长的针状形状。此类针状金属间化合物颗粒不利于成形，并且因此在由再生铝合金制成铝合金零件时存在问题。
在生产原铝合金和/或再生(例如，通过熔融废铝合金以及任选地添加原铝合金)期间的熔融阶段以上述浓度(例如，约0.01重量％至约0.1重量％)将Cr引入铝合金中)可允许Cr与存在于铝合金(例如，含有原铝合金的熔融合金以及熔融废料)中的任何过量的Fe相互作用并且提供α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒，由此替代β–AlFeSi金属间化合物颗粒。因此，以α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒替代β–AlFeSi金属间化合物颗粒提供展示出高可成形性和耐久性的铝合金。在一些情况下，本文所述的铝合金中的含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％为α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。例如，本文所述的铝合金中的含铁金属间化合物颗粒中的至少36％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、80％、至少85％、至少90％、至少95％或至少99％为α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
在一些情况下，如本文所述添加Cr可在提供铝合金时增加再生含量的量。本文所述的铝合金可含有至少约40重量％的再生含量。例如，铝合金可含有至少约45重量％、至少约50重量％、至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％、至少约90重量％、或至少约95重量％的再生含量。
在一些实例中，含铁金属间化合物颗粒可以每平方毫米(mm2)至少约2000个至约3000个颗粒的平均量存在于铝合金中。例如，含铁金属间化合物颗粒的平均量可以是约2000个颗粒/mm2、2100个颗粒/mm2、2200个颗粒/mm2、2300个颗粒/mm2、2400个颗粒/mm2、2500个颗粒/mm2、2600个颗粒/mm2、2700个颗粒/mm2、2800个颗粒/mm2、2900个颗粒/mm2、3000个颗粒/mm2、或它们之间的任意值。
如上所述，铝合金中的金属间化合物颗粒可充当晶粒的成核位点。铝合金和包含铝合金的产品可包括平均晶粒大小为至多约35μm(例如，约5μm至约35μm、约25μm至约35μm或约28μm至约32μm)的晶粒。例如，平均晶粒大小可以是约1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、或它们之间的任意值。
在一些情况下，铝合金产品可具有在例如T4状态下时为至少约27％并且至多约40％的总伸长率。例如，铝合金产品可具有约27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％、或它们之间的任意值的总伸长率。
在一些情况下，铝合金产品可具有在例如T4状态下时为至少约20％并且至多约30％的均匀伸长率。例如，铝合金产品可具有约20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％、或它们之间的任意值的均匀伸长率。
在一些实例中，铝合金产品具有在例如T4状态下时为约100MPa或更大的屈服强度。例如，铝合金产品可具有105MPa或更大、110MPa或更大、115MPa或更大、120MPa或更大、125MPa或更大、130MPa或更大、135MPa或更大、140MPa或更大、145MPa或更大、或150MPa或更大的屈服强度。在一些情况下，屈服强度为约100MPa至约150MPa(例如，约105MPa至约145MPa、约110MPa至约140MPa、或约115MPa至约135MPa)。
在一些实例中，铝合金产品具有在例如T4状态下时为约200MPa或更大的极限抗拉强度。例如，铝合金产品可具有205MPa或更大、210MPa或更大、215MPa或更大、220MPa或更大、225MPa或更大、230MPa或更大、235MPa或更大、240MPa或更大、245MPa或更大、或250MPa或更大的极限抗拉强度。在一些情况下，极限抗拉强度为约200MPa至约250MPa(例如，约205MPa至约245MPa、约210MPa至约240MPa、或约215MPa至约235MPa)。
铝合金产品包括至少第一表面部分，所述第一表面部分具有多种晶体织构组分。晶体织构组分可包括再结晶织构组分(例如，戈斯组分、立方组分以及旋转立方(RC)组分，RC组分包括RCRD1组分、RCRD2组分、RCRN1组分和RCRN2组分)。晶体织构组分还可包括变形织构组分(例如，黄铜(Bs)组分、S组分、铜组分、剪切1组分、剪切2组分、剪切3组分、P组分、Q组分和R组分)。
在一些实例中，铝合金产品可包含立方组分。任选地，铝合金产品中的立方组分的体积分数可以是至少约12％(例如，至少约13％、至少约14％、至少约15％、至少约16％、至少约17％、或至少约18％)。在一些实例中，铝合金产品中的立方组分的体积分数为至多约20％(例如，至多约15％或至多约10％)。例如，铝合金产品中的立方组分的体积分数可在约12％至约20％(例如，约13％至约20％或约16％至约18％)的范围内。
在一些实例中，铝合金产品可包含黄铜组分、S组分、铜组分和戈斯组分。任选地，铝合金产品中的黄铜组分、S组分、铜组分或戈斯组分中的任一者的体积分数可低于约5％(例如，低于约4％、低于约3％、低于约2％、或低于约1％)。例如，铝合金产品中的黄铜组分、S组分、铜组分或戈斯组分中的任一者的体积分数可为约1％至约5％、约1.5％至约4.5％、或约2％至约4％。
用于制备铝合金的方法
铝合金性能部分地通过在合金制备期间行形成微观结构来确定。在某些方面，合金组合物的制备方法可能会影响或甚至决定合金是否将具有适合于期望应用的性能。
铸造
可使用任何合适的铸造方法将如本文所述的铝合金铸造成铸造铝合金制品。例如，铸造工艺可包括直接冷硬(DC)铸造工艺或连续铸造(CC)工艺。在一些非限制性实例中，用于在铸造步骤使用的铝合金可以是由原料(例如，纯铝和另外的合金元素)生产的原材料。在一些其他实例中，用于在铸造步骤使用的铝合金可以是至少部分地由铝废料并且任选地结合原材料生产的再生材料。在一些情况下，用于在铸造步骤使用的铝合金可含有至少约40％的再生含量。例如，用于在铸造步骤使用的铝合金可含有至少约45％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、或至少约95％的再生含量。
接着可使铸造铝合金制品经受其他加工步骤。例如，如本文所述的加工方法可包括均质化、热轧、冷轧和/或固溶热处理以形成铝合金产品的步骤。
均质化
如本文所述的均质化步骤是针对上述铝合金设计的。本文所述的铝合金具有高Si含量(即0.5重量％至2.0重量％)，当在大于约550℃(例如560℃和更大)的温度下进行均质化时，这可能导致铝合金基体内的局部熔融。这种局部熔融可能在下游热加工步骤期间导致破裂。本文所述的均质化步骤可有效溶解任何元素Si，并且同时避免局部熔融。
均质化步骤可包括加热铸造铝合金制品以达到约或至多约570℃(例如，至多约560℃、至多约550℃、至多约540℃、至多约530℃、至多约520℃、至多约510℃、至多约500℃、至多约490℃、至多约480℃、至多约470℃、至多约460℃)的温度。例如，可将铸造铝合金制品加热至约460℃至约570℃(例如，约465℃至约570℃、约470℃至约570℃、约480℃至约570℃、约490℃至约570℃、约500℃至约570℃、约510℃至约570℃、约520℃至约570℃、约530℃至约570℃、约540℃至约570℃、或约550℃至约570℃)的温度。在一些情况下，加热速率可为约100℃/小时或更小、75℃/小时或更小、50℃/小时或更小、40℃/小时或更小、30℃/小时或更小、25℃/小时或更小、20℃/小时或更小、或15℃/小时或更小。在其他情况下，加热速率可为约10℃/分钟至约100℃/分钟(例如，约10℃/分钟至约90℃/分钟、约10℃/分钟至约70℃/分钟、约10℃/分钟至约60℃/分钟、约20℃/分钟至约90℃/分钟、约30℃/分钟至约80℃/分钟、约40℃/分钟至约70℃/分钟、或约50℃/分钟至约60℃/分钟)。
接着允许铸造铝合金制品浸热一段时间。根据一个非限制性实例，允许铸造铝合金制品浸热至多约15小时(例如，约20分钟至约15小时或约5小时至约10小时，端值包括在内)。例如，可将铸造铝合金制品在约500℃至约550℃的温度下浸热约20分钟、约30分钟、约45分钟、约1小时、约1.5小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时、约15小时、或它们之间的任意值。
热轧
在均质化步骤之后，可执行热轧步骤。在某些情况下，对铸造铝合金制品进行铺设和热轧，进口温度范围为约500℃至560℃的(例如，约510℃至约550℃或约520℃至约540℃)。进口温度可为例如约505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃、550℃、555℃、560℃、或它们之间的任意值。在某些情况下，热轧出口温度可在约200℃至约290℃(例如，约210℃至约280℃或约220℃至约270℃)的范围内。例如，热轧出口温度可为约200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、或它们之间的任意值。
在某些情况下，将铸造铝合金制品热轧到约4mm至约15mm规格(例如，约5mm至约12mm规格)，这称为热带。例如，可将铸造制品热轧到15mm规格、14mm规格、13mm规格、12mm规格、11mm规格、10mm规格、9mm规格、8mm规格、7mm规格、6mm规格、5mm规格、或4mm规格。轧制状态的热带的状态称为F状态。
卷冷却
任选地，在从热轧机离开时，可将热带卷绕成热带卷(即中间规格铝合金产品卷)。在一些实例中，在从热轧机离开时，将热带卷绕成热带卷，从而得到F状态。在一些其他实例中，使热带卷在空气中冷却。空气冷却步骤可以约12.5℃/小时(℃/h)至约3600℃/h的速率执行。例如，卷冷却步骤可以约12.5℃/h、25℃/h、50℃/h、100℃/h、200℃/h、400℃/h、800℃/h、1600℃/h、3200℃/h、3600℃/h、或它们之间的任意值执行。在一些再其他实例中，将空气冷却卷存储一段时间。在一些实例中，将中间卷维持在约100℃至约350℃(例如，约200℃或约300℃)的温度。
冷轧
可任选地在固溶热处理步骤之前执行冷轧步骤。在某些方面，将热带冷轧成最终规格铝合金产品(例如，片材)。在一些实例中，最终规格铝合金片材具有4mm或更小、3mm或更小、2mm或更小、1mm或更小、0.9mm或更小、0.8mm或更小、0.7mm或更小、0.6mm或更小、0.5mm或更小、0.4mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小、或0.1mm的厚度。
任选的中间退火
在一些非限制性实例中，可在冷轧期间执行任选的中间退火步骤。例如，可将热带冷轧到中间冷轧规格，进行退火，随后冷轧到最终规格。在一些方面，可在分批过程中执行任选的中间退火(即分批中间退火步骤)。中间退火步骤可在约300℃至约450℃(例如，约310℃、约320℃、约330℃、约340℃、约350℃、约360℃、约370℃、约380℃、约390℃、约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃或约450℃)的温度下执行。
固溶热处理
固溶热处理步骤可包括将最终规格铝合金产品从室温加热到峰值金属温度。任选地，峰值金属温度可以是约530℃至约570℃(例如，约535℃至约560℃、约545℃至约555℃、或约540℃)。可将最终规格铝合金产品在峰值金属温度下浸热一段时间。在某些方面，允许最终规格铝合金产品浸热至多大约2分钟(例如，约10秒至约120秒，端值包括在内)。例如，可将最终规格铝合金产品在约530℃至约570℃的温度下浸热10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒、55秒、60秒、65秒、70秒、75秒、80秒、85秒、90秒、95秒、100秒、105秒、110秒、115秒、120秒、或它们之间的任意值。在固溶热处理之后，可以至少约75℃/秒(℃/s)的速率从峰值金属温度对最终规格铝合金产品进行淬火。例如，可以约75℃/s、100℃/s、125℃/s、150℃/s、175℃/s、200℃/s、或它们之间的任意值对最终规格铝合金产品进行淬火。
任选地，接着可自然老化和/或人工老化铝合金产品。在一些非限制性实例中，可通过在室温(例如，约15℃、约20℃、约25℃或约30℃)下存储至少72小时来使铝合金产品自然老化至T4状态。例如，可使铝合金产品自然老化72小时、84小时、96小时、108小时、120小时、132小时、144小时、156小时、168小时、180小时、192小时、204小时、216小时、240小时、264小时、288小时、312小时、336小时、360小时、384小时、408小时、432小时、456小时、480小时、504小时、528小时、552小时、576小时、600小时、624小时、648小时、672小时、或它们之间的任意值。
使用方法
本文所述的合金和方法可用于汽车和/或运输应用，包括机动车辆、飞机和铁路应用或任何其他期望应用。在一些实例中，合金和方法可用于制备机动车辆车身零件产品，诸如安全笼、白车身、碰撞轨、保险杠、侧梁、车顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A柱、B柱和C柱)、内侧板、外侧板、侧板、内罩、外罩或行李箱盖板。本文所述的铝合金和方法还可在飞机或铁路车辆的应用中用于制备例如外部板和内部板。
本文所述的合金和方法还可在电子应用中用于制备例如外部包壳和内部包壳。例如，本文所述的合金和方法还可用于制备用于包括移动电话和平板计算机的电子装置的壳体。在一些实例中，合金可用于制备用于移动电话(例如，智能电话)的外壳和平板电脑底架的壳体。
合适的合金、产品和方法的例示
例示1是一种铝合金，其包含约0.5重量％至2.0重量％的Si、0.2重量％至0.4重量％的Fe、至多0.4重量％的Cu、至多0.5重量％的Mg、0.02重量％至0.1重量％的Mn、0.01重量％至0.1重量％的Cr、至多0.15重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
例示2是如任何先前或随后例示所述的铝合金，其包含约0.7重量％至1.4重量％的Si、0.2重量％至0.3重量％的Fe、至多0.2重量％的Cu、至多0.4重量％的Mg、0.02重量％至0.08重量％的Mn、0.02重量％至0.05重量％的Cr、0.01重量％至0.12重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
例示3是如任何先前或随后例示所述的铝合金，其包含约1.0重量％至1.4重量％的Si、0.22重量％至0.28重量％的Fe、至多0.15重量％的Cu、至多0.35重量％的Mg、0.02重量％至0.06重量％的Mn、0.02重量％至0.04重量％的Cr、0.02重量％至0.10重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
例示4是如任何先前或随后例示所述的铝合金，其中Fe和Cr的组合含量为约0.22重量％至0.50重量％。
例示5是一种铝合金产品，其包含根据任何先前或随后例示所述的铝合金。
例示6是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括至多约35μm的晶粒大小。
例示7是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述晶粒大小为约25μm至约35μm。
例示8是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其包含含铁金属间化合物颗粒。
例示9是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％是球形的。
例示10是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％具有约3μm或更小的等效圆直径。
例示11是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约50％具有约3μm或更小的等效圆直径。
例示12是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约75％具有约3μm或更小的等效圆直径。
例示13是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
例示14是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约50％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
例示15是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约80％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
例示16是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品中的立方织构组分的体积分数包括至少约12％。
例示17是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括至少约32％的总伸长率。
例示18是如任何先前或随后例示所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括汽车车身零件。
例示19是一种生产铝合金产品的方法，其包括：铸造根据任何先前或随后例示所述的铝合金以生产铸造铝合金制品；使所述铸造铝合金制品均质化以生产均质化铸造铝合金制品；热轧和冷轧所述均质化铸造铝合金制品以生产最终规格铝合金产品；以及对所述最终规格铝合金产品进行固溶热处理。
例示20是如任何先前或随后例示所述的方法，其中所述均质化在约530℃至约570℃的均质化温度下执行。
例示21是如任何先前例示所述的方法，其中所述铸造中的所述铝合金包括至少约40重量％的量的再生含量。
以下实施例将用于进一步说明本发明，但不构成对本发明的任何限制。相反，应清楚地理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可寻求在阅读本文的描述之后本领域技术人员可以想到的各种实施方案、修改以及其等效方案。
实施例
实施例1：铝合金产品的性能
制备具有如表4所示的组成的铝合金产品：
表4
Figure BDA0002911923100000231
Figure BDA0002911923100000241
在表4中，所有值均为整体的重量百分比(重量％)。合金可含有至多0.15重量％的总杂质，并且余量为铝。合金1是如本文所述的高度可再生铝合金，其含有0.26重量％的Fe和0.025重量％的Cr。合金2、合金3和合金4是比较性6xxx系列铝合金。
合金1和合金2各自通过没有分批中间退火步骤的方法(本文称为“无BA”)、有分批中间退火步骤的方法(本文称为“BA”)并且通过有卷冷却步骤的工艺(本文称为“CC”)来加工。图1A是描绘本文所采用的加工方法100的示意图。将合金1和合金2直接冷铸以提供铸锭110。使铸锭110经受如上所述的均质化步骤。接着使铸锭110在可逆式轧机中经受热轧以分解铸锭110。在分解之后，使铸锭110在串列式轧机中进一步经受热轧，以提供中间规格铝合金产品。使中间规格铝合金产品在冷轧机中进一步经受冷轧，以提供最终规格铝合金产品。
图1B是描绘本文所采用的包括分批中间退火步骤的第二加工方法150的示意图。将合金1和合金2各自直接冷铸以提供铸锭110。使铸锭110经受如上所述的均质化步骤。接着使铸锭110在可逆式轧机中经受热轧以分解铸锭110。在分解之后，使铸锭110在串列式轧机中进一步经受热轧，以提供中间规格铝合金产品。使中间规格铝合金产品在冷轧机中进一步经受冷轧。将合金1和合金2卷绕并如上所述在分批中间退火步骤中在炉中进行退火。在分批中间退火之后，将合金1和合金2进一步冷轧到最终规格。
图1C是描绘本文所采用的第三加工方法175的示意图。将合金3和合金4各自直接冷铸以提供铸锭110。使铸锭110经受如上所述的均质化步骤。接着使铸锭110在可逆式轧机中经受热轧以分解铸锭110。在分解之后，使铸锭110在串列式轧机中进一步经受热轧，以提供中间规格铝合金产品。在热轧之后，将中间规格铝合金产品卷绕，并且允许铝合金中间规格产品卷冷却至室温。使中间规格铝合金产品在冷轧机中进一步经受冷轧，以提供最终规格铝合金产品。
图2是示出从合金1、合金2、合金3和合金4获取的试验样品的屈服强度的图。在包括纵向(称为“L”)、横向(称为“T”)和对角(称为“D”)的三个方向上评估抗拉性能，所有方向都是相对于加工期间的轧制方向而言的。合金1和合金2根据在冷轧期间没有分批中间退火步骤的图1A的加工方法(“无BA”)并且还根据在冷轧期间包括分批中间退火步骤的图1B的加工方法(“BA”)来加工，以提供处于T4状态的合金1和合金2。合金3和合金4通过图1C的在冷轧之前有卷冷却步骤的加工方法(“CC”)来加工。在图2中，基于方向(即L、T或D)成组示出抗拉性能。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图2所示，不论抗拉试验方向或加工方法，合金1和合金2两者在T4状态下的屈服强度在105MPa至125MPa的范围内，这展示各向同性抗拉性能。另外，合金1表现出优异的屈服强度，因此展示对于各种汽车应用(例如，结构零件、美学零件和/或其任何组合)具有足够强度的可再生的高度可成形的铝合金。
图3是示出从合金1、合金2、合金3和合金4获取的试验样品的极限抗拉强度的图。如同在图2的实例中那样执行制备、加工和试验。在图3中，基于方向(即L、T或D)成组示出抗拉性能。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图3所示，合金1表现出优异的极限抗拉强度，因此展示对于各种汽车应用具有足够强度的可再生的高度可成形的铝合金。
图4是示出从合金1、合金2、合金3和合金4获取的试验样品的均匀伸长率的图。在包括纵向(称为“L”)、横向(称为“T”)和对角(称为“D”)的三个方向上评估可成形性性能，所有方向都是相对于加工期间的轧制方向而言的。合金1和合金2根据如上所述的图1A和图1B所描绘的方法来加工，并且合金3和合金4根据如上所述在冷轧之前有卷冷却步骤的图1C所描绘的方法(“CC”)来加工。在图4中，基于方向(即L、T或D)成组示出抗拉性能。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图4所示，合金1在每个方向上(L、T和D)表现出比合金2和合金4更大的伸长率。
图5是示出从合金1、合金2、合金3和合金4获取的试验样品的总伸长率的图。合金1和合金2分别根据如上所述并且在图1A和图1B中描绘的方法来加工，并且合金3和合金4根据如上所述在冷轧之前有卷冷却步骤的图1C所描绘的方法(“CC”)来加工。在图5中，基于方向(即L、T或D)成组示出抗拉性能。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图5所示，不论抗拉试验方向或加工方法，合金1和合金2两者在T4状态下的总伸长率在26％至32％之间，这显示合金1和合金2的各向同性性能。另外，合金1表现出比合金2和合金4更高的可成形性以及可与合金3相当的可成形性。因此，如本文制备和加工的合金1是高度可成形的可再生铝合金。
图6是示出各自如上所述制备和加工的合金1、合金2、合金3和合金4的n值(即变形之后的强度增加)的图。在图6中，基于方向(即L、T或D)成组示出n值。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图6所示，经受没有分批中间退火步骤的图1A的方法的合金1和合金2样品表现出更高n值，并且因此表现出提高的成形能力。另外，不管试验方向(例如，L、T和D)，合金1表现出具有等效n值的各向同性性能。
图7是示出各自如上所述制备和加工的合金1、合金2、合金3和合金4的r值(即各向异性)的图。在图7中，基于方向(即L、T或D)成组示出r值。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图所示，通过图1B的方法(其包括分批中间退火步骤)加工的合金1在所有三个方向(例如，纵向、横向和对角)上均表现出大于0.5的r值。
图8是示出合金1、2、3和4的平均r值的图。第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图8所示，根据图1B的工艺(其包括分批中间退火)制备的合金1和合金2与根据图1A的工艺(其没有分批中间退火步骤)加工的合金相比提供更低r值。不管加工途径如何，合金1和2都表现出类似的r值。
图9是示出根据以上在图1A和图1B的实例中所述的方法制备和加工的合金1和合金2以及根据以上在图1C的实例中所述的方法制备和加工的合金3和合金4在烤漆之后的屈服强度变化的图。在加工之后，通过施加2％的应变并且随后通过加热至185℃并将样品维持在此温度下20分钟进行热处理来执行烤漆。在图9中，基于方向(即L、T或D)成组示出屈服强度值变化。每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条(如果存在的话)表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)，并且每一组的第六直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图9所示，通过采用另外的应变和热处理，合金1和合金2的屈服强度增加到190-220MPa。另外，不管Fe含量(合金1具有0.26重量％的Fe并且合金2具有0.16重量％的Fe)，在合金1与合金2之间都没有观察到烤漆反应的显著差异。此外，已知铝合金中的Si与Fe结合以形成更多Fe成分的颗粒并且减轻烤漆反应，这在合金1中未示出。
图10是示出根据图1A的工艺制备和加工并且经受VDA 238-100三点弯曲试验的合金1和合金2的可弯曲性的图。在弯曲试验之前，使合金1和合金2在横向方向上经受10％的应变。如图所示，具有显著不同Fe含量的合金1和合金2表现出类似的可弯曲性。Fe含量的增加会对可成形性(例如，弯曲)产生不利影响；然而，由于添加了Cr，因此含Fe的金属间化合物颗粒表现出更低纵横比和减小的平均等效圆直径，从而提供优异的可成形性。
图11是示出根据图1B的工艺制备和加工的合金1和合金2以及根据图1C的工艺制备和加工的合金4的可弯曲性的图，所有三种合金均经受VDA 238-100三点弯曲试验。在弯曲试验之前，使合金1、合金2和合金4在横向方向上经受15％的应变。第一直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，第二直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，并且第三直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金4(“合金4CC”)。如图所示，具有显著不同Fe含量的合金1和合金2表现出类似的可弯曲性。而且，合金1和合金2表现出比合金4更高的可弯曲性。
图12是示出经受埃里克森杯突试验(DIN EN ISO 20482)的合金1和合金2的可深拉性的图。如图所示，具有显著不同Fe含量的合金1和合金2表现出类似的可拉性。Fe含量的增加会对可成形性(例如，弯曲)产生不利影响；然而，由于添加了Cr，因此含Fe的金属间化合物颗粒表现出更低纵横比和减小的平均等效圆直径，从而提供优异的可拉性。
图13A是示出根据图1A的工艺加工的如本文所述的合金1得到具有期望形状和分布的含铁(含Fe)金属间化合物颗粒的SEM显微照片。如显微照片所示，如本文所述的铝合金产品具有很少的β–AlFeSi金属间化合物颗粒，并且显示出球形含铁金属间化合物颗粒，包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。图13B是示出根据图1A的工艺加工的合金2得到具有数量增加的针状形状的β–AlFeSi金属间化合物颗粒的含铁(含Fe)金属间化合物颗粒的SEM显微照片。合金2提供一种铝合金产品，其具有不利于铝合金的成形性能的量的β–AlFeSi金属间化合物颗粒。
图13C是示出根据图1B的工艺加工的如本文所述的合金1得到与根据图1A的工艺加工的合金1(参见图13A)相比更小的含铁(含Fe)金属间化合物颗粒的SEM显微照片。图13D是示出根据图1B的工艺加工的合金2也得到与根据图1B的工艺加工的合金2(参见图13B)相比更小的含铁(含Fe)金属间化合物颗粒的SEM显微照片。图13E是示出根据图1C的工艺加工的合金3表现出更多且更大的含Fe金属间化合物颗粒的SEM显微照片。
图14和图15分别是示出含Fe金属间化合物颗粒大小分布和纵横比的图。如图14所示，合金1和合金2表现出类似的含铁金属间化合物颗粒平均大小和大小分布。在图15中，合金1和合金2表现出类似的含铁金属间化合物颗粒纵横比。通过添加Cr，含铁金属间化合物颗粒通过在加工期间形成α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒而表现出更低纵横比和减小的平均等效圆直径。合金3由于更低Si含量(例如，0.79重量％的Si)而表现出比合金1和合金2更小的颗粒大小和纵横比。
图16和图17是示出β–AlFeSi金属间化合物颗粒(标记为“β”)和α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒(标记为“α”)的含铁金属间化合物颗粒浓度分布的图。在图16和图17中，每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，并且每一组的第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)。如图16所示，合金1与合金2相比表现出更大的α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒的体积分数。类似地，如图17所示，合金1与合金2相比表现出更大的α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒的数量密度。通过添加Cr，含Fe金属间化合物颗粒在加工期间表现出α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒与β–AlFeSi金属间化合物颗粒相比的更大量形成。另外，合金3表现出比合金1更小的含铁金属间化合物颗粒的面积分数和数量密度。
图18A是示出根据图1A的工艺加工的如本文所述的合金1得到细长的晶粒结构的OM显微照片。图18B是示出根据图1A的工艺加工的合金2得到细长的晶粒结构的OM显微照片。图18C是示出根据图1B的工艺加工的如本文所述的合金1得到等轴晶粒结构的OM显微照片。图18D是示出根据图1B的工艺加工的合金2也得到等轴晶粒结构的OM显微照片。图18E是示出根据图1C的工艺加工的合金3表现出更精细的等轴晶粒结构的OM显微照片。
图19是示出在有分批中间退火步骤的情况下(图1B)和没有分批中间退火步骤的情况下(图1A)加工的合金1和合金2以及在有卷冷却步骤的情况下(图1C)加工的合金3的晶粒大小分布的图。在图19中，第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)，并且第五条直方图条表示根据卷冷却方法加工的合金3(“合金3CC”)。如图19所示，不管加工途径如何，合金1的平均晶粒大小为约28μm至32μm。当经受分批中间退火步骤时，合金2表现出更大晶粒大小。合金3与合金1和合金2相比表现出更小晶粒大小。
图20是示出在有和没有分批中间退火步骤的情况下加工的合金1和合金2中的织构组分的分布的图。织构组分包括黄铜(“bs”)、S(“s”)、铜(“cu”)、戈斯和立方。在图20中，每一组的第一直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金1(“合金1无BA”)，每一组的第二直方图条表示在无分批退火的情况下加工的合金2(“合金2无BA”)，每一组的第三直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金1(“合金1BA”)，并且每一组的第四直方图条表示在有分批退火的情况下加工的合金2(“合金2BA”)。合金1与合金2(例如13％至15％)相比表现出更大量的立方织构组分(例如16％至18％)。与在包括分批中间退火步骤的情况下处理的样品相比，在无分批中间退火的情况下处理的样品表现出更大量的戈斯织构组分。
以上引用的所有专利、出版物和摘要以引用的方式整体并入本文。为了实现本发明的各个目的，已经描述本发明的各种实施方案。应认识到，这些实施方案仅仅说明本发明的原理。在不脱离如以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，其各种修改和改动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种铝合金，其包含约0.5重量％至2.0重量％的Si、0.2重量％至0.4重量％的Fe、至多0.4重量％的Cu、至多0.5重量％的Mg、0.02重量％至0.1重量％的Mn、0.01重量％至0.1重量％的Cr、至多0.15重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
2.如权利要求1所述的铝合金，其包含约0.7重量％至1.4重量％的Si、0.2重量％至0.3重量％的Fe、至多0.2重量％的Cu、至多0.4重量％的Mg、0.02重量％至0.08重量％的Mn、0.02重量％至0.05重量％的Cr、0.01重量％至0.12重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
3.如权利要求1所述的铝合金，其包含约1.0重量％至1.4重量％的Si、0.22重量％至0.28重量％的Fe、至多0.15重量％的Cu、至多0.35重量％的Mg、0.02重量％至0.06重量％的Mn、0.02重量％至0.04重量％的Cr、0.02重量％至0.10重量％的Sr、至多0.15重量％的杂质，以及Al。
4.如权利要求1至3中任一项所述的铝合金，其中Fe和Cr的组合含量为约0.22重量％至0.5重量％。
5.一种铝合金产品，其包含根据权利要求1至4中任一项所述的铝合金。
6.如权利要求5所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括至多约35μm的晶粒大小。
7.如权利要求6所述的铝合金产品，其中所述晶粒大小为约25μm至约35μm。
8.如权利要求5至7中任一项所述的铝合金产品，其包含含铁金属间化合物颗粒。
9.如权利要求8所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％是球形的。
10.如权利要求8或9所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％具有约3μm或更小的等效圆直径。
11.如权利要求8至10中任一项所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约50％具有约3μm或更小的等效圆直径。
12.如权利要求8至11中任一项所述的铝合金产品，其中存在于所述铝合金产品中的所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约75％具有约3μm或更小的等效圆直径。
13.如权利要求8至12中任一项所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约36％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
14.如权利要求8至13中任一项所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约50％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
15.如权利要求8至14中任一项所述的铝合金产品，其中所述含铁金属间化合物颗粒中的至少约80％包括α–AlFe(Mn,Cr)Si金属间化合物颗粒。
16.如权利要求8至15中任一项所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品中的立方织构组分的体积分数包括至少约12％。
17.如权利要求8至16中任一项所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括至少约32％的总伸长率。
18.如权利要求8至17中任一项所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括汽车车身零件。
19.一种生产铝合金产品的方法，其包括：
铸造如权利要求1至4中任一项所述的铝合金以生产铸造铝合金制品；
使所述铸造铝合金制品均质化以生产均质化铸造铝合金制品；
热轧和冷轧所述均质化铸造铝合金制品以生产最终规格铝合金产品；以及
对所述最终规格铝合金产品进行固溶热处理。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述均质化在约530℃至约570℃的均质温度下执行。
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