CN113438993A - 具有高晶粒圆度的铸造金属产品 - Google Patents

Abstract

描述了用于制作铝合金产品的系统和方法，所述系统和方法包括通过在铸造过程期间引入强制对流来减小在铸造期间出现热撕裂或缩孔缩松的趋势的系统和方法。所述强制对流可导致在凝固过程期间形成高圆度晶粒，进而增加液态铝合金的渗透性并且减小出现热撕裂或缩孔缩松的所述趋势。

Description

具有高晶粒圆度的铸造金属产品

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年2月13日提交的标题为“CAST METAL PRODUCTS WITH HIGHGRAIN CIRCULARITY”的美国临时专利申请号62/804,844的权益和优先级，所述申请以引用的方式整体并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开大体上涉及冶金学，并且更具体地，涉及用于在铸造期间减少热裂的过程。

背景技术

在铸锭期间，可能会在凝固过程期间出现热裂或热撕裂。出现这种情况的原因是当铝合金凝固时，存在伴随的体积收缩(例如，约6％)。这意味着，随着铝晶粒凝固，它们开始收缩于特定点，这然后允许将额外的液体抽吸于间隙空间之间。如果没有足够的压头迫动晶粒之间的所述液体，则可能会出现缩孔缩松或可能出现热撕裂。

发明内容

术语实施方案和类似的术语既定在广义上是指本公开的所有主题和以下权利要求书。包含这些术语的语句应理解为不限制本文描述的主题或者限制以下权利要求书的含义或范围。本文涵盖的本公开的实施方案是由以下权利要求书限定，而不是由此发明内容限定。此发明内容是本公开的各方面的高度概括并且介绍了一些概念，在以下具体实施方式部分进一步描述所述概念。此发明内容无意识别所要求保护的主题的关键或实质特征，并且无意孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应通过参考本公开的整个说明书、任何或所有附图和每项权利要求的适当部分来理解主题。

在一方面，描述了用于制作铝产品的方法。所描述的铝产品可没有或基本上没有热裂或相关联的缺陷。此方面的示例性方法包括：将呈熔融状态的铝合金馈送到铸造腔中以形成中间产品，其中所述中间产品包括：第一区，所述第一区具有低于铝合金的液相线温度并且高于铝合金的相干温度的第一温度；第二区，所述第二区邻近于所述第一区，所述第二区具有低于铝合金的相干温度或在相干温度附近并且高于铝合金的固相线温度的第二温度；以及第三区，所述第三区邻近于所述第二区，所述第三区具有低于所述固相线温度或在所述固相线温度附近的第三温度；以及在至少所述第一区中强制对流以限制跨所述第一区的温度变化；其中所述中间产品的所述第三区的晶粒具有0.5至1的平均圆度。在实施方案中，此方面的方法可包括诸如通过向所述中间产品的固态外表面施加冷却水而至少冷却所述第三区。在实施方案中，所述中间产品的所述第三区与所述中间产品的所述第一区分离。在实施方案中，所述中间产品的所述第二区设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。在实施方案中，所述中间产品的所述第二区竖直地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。在实施方案中，所述中间产品的所述第二区水平地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。可在本文描述的方法中使用任何合适的铸造技术。例如，在一些实施方案中，此方面的方法包括或对应于直接冷铸方法。任选地，此方面的方法包括或对应于连续铸造方法。

通过在铸造期间强制对流，可将跨铸件的液体区的温度梯度减小至低于阈值量，这可限制高度树突状晶粒的生长。继而可限制在凝固和冷却期间形成热裂的趋势，这可提高铸造恢复。在一些实施方案中，可对应于固态铝产品的中间产品的第三区的晶粒的平均圆度在0.6至1的范围内。在一些情况下，所述第三区不包含由于热裂而引起的缺陷。

在一些示例中，跨所述第一区的温度变化可小于或约10℃。例如，所述温度变化可小于或约1℃、小于或约2℃、小于或约3℃、小于或约4℃、小于或约5℃、小于或约6℃、小于或约7℃、小于或约8℃、小于或约9℃。然而，为了实现铸造方面的灵活性，可以能够诸如通过控制铸造速率、冷却速率或强制对流的量值或量中的一者或多者来控制跨所述第一区的所述温度变化，这可允许控制所得的铸造产品的性质。在一些情况下，例如，跨所述第一区的所述温度变化可高达20℃或高达30℃。在一些情况下，可将跨所述第一区的所述温度变化确定为铝合金的液相线温度的分数。例如，在一些实施方案中，跨所述第一区的所述温度变化可小于铝合金的液相线温度的2％。如本文使用，表达为液相线温度的百分比或分数的温度变化可以指温度变化(例如，以℃计)与液相线温度(例如，以℃计)的比率。在一些情况下，第一温度在中间产品的第一区内是一致的。任选地，所述第一温度的范围是比铝合金的液相线温度低10℃至比铝合金的液相线温度低1℃。任选地，所述第一温度可以是从540℃至660℃的任何值。在一些情况下，所述第一温度可在小温度窗口内改变，诸如±1℃、±2℃、±5℃或±10℃。任选地，此方面的方法还包括调整至少第一区中的强制对流的速率或量以实现第三区中的目标材料性质。作为示例，目标材料性质可以是第三区中的平均晶粒大小或第三区中的平均晶粒圆度中的一者或多者。任选地，此方面的方法包括调整至少第一区中的强制对流的速率或量以实现第一温度的目标值。

在铸造期间，各个区可展现区内的不同晶粒大小。例如，在第一区中，晶粒可非常小。例如，中间产品的第一区可包括铝合金的具有第一平均大小的籽晶，所述第一平均大小诸如从10μm至50μm的第一平均大小。示例性第一平均大小可以是10μm至15μm、10μm至20μm、10μm至25μm、10μm至30μm、10μm至35μm、10μm至40μm、10μm至45μm、15μm至20μm、15μm至25μm、15μm至30μm、15μm至35μm、15μm至40μm、15μm至45μm、15μm至50μm、20μm至25μm、20μm至30μm、20μm至35μm、20μm至40μm、20μm至45μm、20μm至50μm、25μm至30μm、25μm至35μm、25μm至40μm、25μm至45μm、25μm至50μm、30μm至35μm、30μm至40μm、30μm至45μm、30μm至50μm、35μm至40μm、35μm至45μm、35μm至50μm、40μm至45μm、40μm至50μm或45μm至50μm。在实施方案中，中间产品的第二区包括具有铝合金的第二平均大小的晶粒，所述第二平均大小诸如大于所述第一平均大小的第二平均大小。在实施方案中，中间产品的第三区包括具有第三平均大小的铝合金的晶粒，所述第三平均大小诸如大于所述第二平均大小的第三平均大小。任选地，所述第三平均大小可以是100μm至150μm。示例性第三平均大小可以是100μm至105μm、100μm至110μm、100μm至115μm、100μm至120μm、100μm至125μm、100μm至130μm、100μm至135μm、100μm至140μm、100μm至145μm、100μm至150μm、105μm至110μm、105μm至115μm、105μm至120μm、105μm至125μm、105μm至130μm、105μm至135μm、105μm至140μm、105μm至145μm、105μm至150μm、110μm至115μm、110μm至120μm、110μm至125μm、110μm至130μm、110μm至135μm、110μm至140μm、110μm至145μm、110μm至150μm、115μm至120μm、115μm至125μm、115μm至130μm、115μm至135μm、115μm至140μm、115μm至145μm、115μm至150μm、120μm至125μm、120μm至130μm、120μm至135μm、120μm至140μm、120μm至145μm、120μm至150μm、125μm至130μm、125μm至135μm、125μm至140μm、125μm至145μm、125μm至150μm、130μm至135μm、130μm至140μm、130μm至145μm、130μm至150μm、135μm至140μm、135μm至145μm、135μm至150μm、140μm至145μm、140μm至150μm或145μm至150μm。

任选地，此方面的方法还可包括将熔融的铝合金馈送到中间产品的第二区中以填充中间产品的第二区中的铝合金的晶粒之间的间隙空间。可在铸造过程期间出现此类馈送。馈送可包括(例如)向所述第一区施加压力以强制第一区或第二区内的熔融的铝合金进入所述间隙空间。在一些情况下，可通过重力施加所述压力。在一些情况下，诸如与在不使用强制对流的情况下在铸造期间填充间隙空间所需的压力相比，可需要减小的压力来填充所述间隙空间。

可将任何合适的技术用于强制对流。例如，在一个实施方案中，强制对流包括搅拌中间产品的第一区。任选地，通过超声波搅拌器来搅拌中间产品的第一区。任选地，通过机械搅拌器来搅拌中间产品的第一区。示例性机械搅拌器包括(但不限于)可使用任何合适的手段或技术而旋转或移动的桨叶或螺旋桨。任选地，所述桨叶或螺旋桨包含氧化铝、氮化铝或石墨中的至少一者。任选地，所述桨叶或螺旋桨包括耐火材料或涂覆有耐火材料。

还提供了使用本文描述的方法而形成的铸造铝合金产品。示例性铸造产品包括锭、连续扁锭或由此获得的轧制产品。

通过对非限制性示例的以下详细描述，其他目的和优势将显而易见。

附图说明

说明书参考了以下附图，其中在不同的图中使用相同的参考数字意在说明相同的或类似的部件。

图1示意性地说明制作铝合金产品的方法。

图2示意性地说明制作铝合金产品的另一方法。

图3A示意性地说明跨中间产品的各个区的温度。

图3B示意性地说明跨另一中间产品的各个区的温度。

图4说明在不同的铝合金产品中形成的晶粒的圆度分布。

图5说明被配置为搅拌熔融的和半固态铝和/或铝合金的实验设置。

图6说明样本与位置布局和SEM(扫描电子显微镜)图像的间隔的图。

图7说明在各种样本下进入糊状区的平均Zn渗透。

图8A、图8B、图8C和图8D描绘使用光学显微镜和EBSD(电子背散射衍射)拍摄的代表性晶粒图像。

图9A说明各种样本的晶粒的圆度的直方图。

图9B说明在图9A中示出的直方图的计量化直方图。

具体实施方式

本文描述的是用于制作铝合金产品的系统和方法。本文描述的系统和方法通过在铸造过程期间引入强制对流而减小在铸造期间出现热撕裂或缩孔缩松的趋势。通过使用强制对流，可产生液态铝合金和籽晶的混合物的区。所述强制对流可限制在此混合物区内部的温度下降，并且基本上均衡所述混合物区内的温度。所述强制对流还可提高在凝固过程期间形成的晶粒的圆度或球度，进而增加液态铝合金的渗透性并且减小出现热撕裂或缩孔缩松的趋势。

定义和描述：

如本文使用，术语“发明(invention)”、“发明(the invention)”、“此发明(thisinvention)”和“本发明(the present invention)”既定在广义上指代此专利申请的所有主题和以下权利要求书。包含这些术语的语句应理解为不限制本文描述的主题或者限制以下专利权利要求书的含义或范围。

在本说明书中，参考由AA编号和诸如“系列”或“7xxx”的其他相关的标号识别的合金。为了理解在命名和识别铝和其合金中最常用的编号标示系统，参见由铝业协会发布的“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for WroughtAluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“Registration Record of AluminumAssociation Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for AluminumAlloys in the Form of Castings and Ingot”。

如本文使用，板大体上具有大于约15mm的厚度。例如，板可以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或大于约100mm。

如本文使用，板坯(还称为薄板)一般具有约4mm至约15mm的厚度。例如，板坯可具有以下厚度：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。

如本文使用，片材一般是指具有小于约4mm的厚度的铝产品。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或小于约0.3mm(例如，约0.2mm)。

在本申请中可参考合金回火或条件。为了理解最常使用的合金描述，参看“American National Standards(ANSI)H35 on Alloy and Temper DesignationSystems”。F条件或回火是指在制造时的铝合金。O条件或回火是指在退火之后的铝合金。Hxx条件或回火(在本文还称为H回火)是指在冷轧后经过或不经过热处理(例如，退火)的非热可处理的铝合金。合适的H回火包括HX1回火、HX2回火、HX3回火、HX4回火、HX5回火、HX6回火、HX7回火、HX8回火或HX9回火。T1条件或回火是指从热加工冷却并自然老化(例如，在室温下)的铝合金。T2条件或回火是指从热加工冷却、冷加工并自然老化的铝合金。T3条件或回火是指经过固溶热处理、冷加工并自然老化的铝合金。T4条件或回火是指经过固溶热处理并自然老化的铝合金。T5条件或回火是指从热加工冷却并人工老化(在高温下)的铝合金。T6条件或回火是指经过固溶热处理并人工老化的铝合金。T7条件或回火是指经过固溶热处理并人工过老化的铝合金。T8x条件或回火是指经过固溶热处理、冷加工并人工老化的铝合金。T9条件或回火是指经过固溶热处理、人工老化并冷工作的铝合金。W条件或回火是指在固溶热处理之后的铝合金。

如本文使用，诸如“铸造金属产品”、“铸造产品”、“铸造铝合金产品”等术语是可互换的，并且是指通过直接冷铸(包括直接冷共铸)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生产的产品。

如本文使用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，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℃。如本文使用，“环境条件”的含义可包括约室温的温度、约20％至约100％的相对湿度和约975毫巴(mbar)至约1050毫巴的大气压。例如，相对湿度可以是约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约36％、约37％、约38％、约39％、约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约81％、约82％、约83％、约84％、约85％、约86％、约87％、约88％、约89％、约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约100％或其间的任何地方。例如，大气压可以是约975毫巴、约980毫巴、约985毫巴、约990毫巴、约995毫巴、约1000毫巴、约1005毫巴、约1010毫巴、约1015毫巴、约1020毫巴、约1025毫巴、约1030毫巴、约1035毫巴、约1040毫巴、约1045毫巴、约1050毫巴或其间的任何地方。

本文公开的所有范围应理解为涵盖归入其中的任何和所有子范围。例如，所述范围“1至10”应视为包括在最小值1与最大值10(并且包括1和10)之间的任何和所有子范围；即，开始于最小值1或更大(例如，1至6.1)并且结束于最大值10或更小(例如，5.5至10)的所有子范围。除非另有规定，否则当提及元素的组成量时的表达“达”意味着元素是任选的并且可包括那种特定元素的百分之零的组成。除非另有规定，否则所有组成百分比都以重量百分比(重量％)计。

如本文所用，“一个”、“一种”和“该”的含义包括单数和复数指称，除非上下文另有清楚规定。

生产铝合金产品的方法

本文描述的铝合金产品可使用任何合适的铸造方法来铸造。作为一些非限制性示例，所述铸造过程可包括直接冷(DC)铸造过程或连续铸造(CC)过程。在连续铸造过程中使用的连续铸造系统可包括一对相对移动的铸造表面(例如，相对移动的带、辊或块)、该对相对移动的铸造表面之间的铸造腔和熔融金属喷射器。熔融金属喷射器可具有端部开口，熔融金属可以从所述端部开口退出熔融金属喷射器并且被喷射到铸造腔中。

在一些示例中，铸造产品可包括通过本领域技术人员已知的任何方式附接到芯层以形成包覆产品的包覆层。例如，可通过以下方式将包覆层附接到芯层：如在美国专利第7,748,434号和第8,927,113号中所述，通过直接冷共铸(即，熔铸)，所述两个专利在此以全文引用的方式并入；如在美国专利第7,472,740号中所述，通过热轧和冷轧复合铸锭，所述专利在此以全文引用的方式并入；或通过轧制复合来实现芯与包层之间的所需的冶金结合。本文所述的包覆铝合金产品的初始尺寸和最终尺寸可以由整个最终产品的期望性质确定。

可使用任何合适的技术来执行轧制复合过程。例如，所述轧制复合过程可包括热轧和冷轧两者。此外，轧制复合过程可以是单步骤过程或多步骤过程，其中材料在连续轧制步骤期间被减量。单独的轧制步骤可以任选地被其他处理步骤分隔，所述其他处理步骤包括(例如)退火步骤、清洁步骤、加热步骤、冷却步骤等。

铸锭或其他铸造产品可经历通过任何合适的手段进行的各种处理步骤。任选地，可使用所述处理步骤来制备片材。此类处理步骤包括(但不限于)均匀化、热轧、冷轧、固溶热处理和任选的预老化步骤。

在均匀化步骤中，可将铸造产品加热至在约400℃至约500℃的范围内的温度。例如，可将铸造产品加热至以下温度：约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃、约450℃、约460℃、约470℃、约480℃、约490℃或约500℃。然后可允许将铸造产品均热(即，保持在所指示的温度下)一段时期以形成均匀产品。在一些示例中，均匀化步骤的总时间(包括加热阶段和均热阶段)可达24小时。例如，可将铸造产品加热至500℃并且进行均热，均匀化步骤的总时间达18小时。任选地，可将铸造产品加热至低于490℃并且进行均热，均匀化步骤的总时间大于18小时。在一些情况下，均匀化步骤包括多个均匀化步骤。在一些非限制性示例中，所述均匀化步骤包括将铸造产品加热至第一温度并持续第一时期，紧接着加热至第二温度并持续第二时期。例如，可将铸造产品加热至约465℃并持续约3.5小时，并且然后加热至约480℃并持续约6小时。

在均匀化步骤之后，可执行热轧步骤。在开始热轧之前，可允许均匀产品冷却至在300℃至450℃之间的温度。例如，可允许均匀产品冷却至在325℃至425℃或350℃至400℃之间的温度。如果允许在热轧之前使均匀产品冷却至低于适合于热轧的温度的温度，则可使均匀产品经受加热过程以使均匀产品达到适合于热轧的温度。可在300℃至450℃之间的温度下将均匀产品热轧以形成热轧板，热轧板坯或热轧片材，其具有在3mm与200mm之间的计量(例如，3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm或其间的任何地方)。

任选地，铸造产品可以是连续铸造产品，可允许所述连续铸造产品冷却至在300℃至450℃之间的温度。例如，可允许所述连续铸造产品冷却至在325℃至425℃或350℃至400℃之间的温度。同样，如果冷却至低于适合于热轧的温度的温度，则可将连续铸造产品再热。可在300℃至450℃之间的温度下将连续铸造产品热轧以形成热轧板，热轧板坯或热轧片材，其具有在3mm与200mm之间的计量(例如，3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm或其间的任何地方)。在热轧期间，可对温度和其他操作参数进行控制，使得在从热轧机退出时的热轧中间产品的温度不超过470℃，不超过450℃，不超过440℃或不超过430℃。

可使用冷轧机和技术将均匀或热轧产品冷轧成更薄的产品，诸如冷轧片材。所述冷轧产品可具有在约0.5mm至10mm之间的计量，例如在约0.7mm至6.5mm之间。任选地，冷轧片材可具有以下计量：0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm、9.5mm或10.0mm。可执行所述冷轧以产生与冷轧之前的计量厚度相比表示达85％的计量减小(例如，达10％、达20％、达30％、达40％、达50％、达60％、达70％、达80％或达85％的减小)的最终计量厚度。

随后，轧制产品可任选地经历固溶热处理步骤。固溶热处理步骤可以是导致可溶颗粒固溶化于铝合金中的用于轧制产品的任何合适的处理。可将轧制产品加热至达590℃(例如，400℃至590℃)的峰值金属温度(PMT)并且在所述PMT下均热一段时期。例如，可在480℃下使轧制产品均热达30分钟(例如，0秒、60秒、75秒、90秒、5分钟、10分钟、20分钟、25分钟或30分钟)的均热时间。在加热和均热之后，在大于200℃/s的速率下使轧制产品快速冷却(淬火)至500℃与200℃之间的温度。在一个示例中，可使用在450℃与200℃之间的温度下的高于200℃/秒的淬火速率。任选地，所述冷却速率在其他情况下可更快。

在淬火之后，经过热处理的产品可任选地通过在卷绕之前进行再热而经历预老化处理。可在约70℃至约125℃的温度下执行所述预老化处理达6小时的一段时期。例如，可在以下温度下执行所述预老化处理：约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约105℃、约110℃、约115℃、约120℃或约125℃。任选地，可执行所述预老化处理达约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时或约6小时。可通过使产品穿过加热装置来执行所述预老化处理，所述加热装置诸如发射辐射热、对流热、感应热、红外热等的装置。

本文描述的铸造产品还可用于制作呈板的形式的产品或其他合适的产品。例如，可通过以下方式制备包括本文描述的铸造产品的板：在均匀化步骤中处理锭或在连续铸造机中铸造产品紧接着进行热轧步骤。在热轧步骤中，可将铸造产品热轧至200mm厚的计量或更小(例如，大于约15mm至约200mm)。例如，可将铸造产品热轧至具有以下最终计量厚度的板：大于约15mm至约175mm、约15mm至约150mm、约20mm至约125mm、约25mm至约100mm、约30mm至约75mm或约35mm至约50mm。

在实施方案中，提供了生产金属和金属合金的方法，所述金属和金属合金尤其包括铝、铝合金、镁、镁合金、镁复合材料和钢以及所得的和经过处理的金属和金属合金。在一些示例中，用于在本文描述的方法中使用的金属包括铝合金，例如，1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。在一些示例中，用于在本文描述的方法中使用的材料包括非铁材料，包括铝、铝合金、镁、镁基材料、镁合金、镁复合材料、钛、钛基材料、钛合金、铜、铜基材料、复合材料、用于复合材料中的片材或任何其他合适的金属、非金属或材料组合。单片以及非单片(诸如轧制复合材料、包覆合金、包覆层、复合材料(诸如但不限于包含碳纤维的材料)或各种其他材料)对本文描述的方法也有用。在一些示例中，含铁的铝合金对本文描述的方法是有用的。

举非限制性示例，用于在本文描述的方法中使用的示例性1xxx系列铝合金可包括AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198或AA1199。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性2xxx系列铝合金可包括AA2001、A2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2024、AA2024A、AA2124、AA2224、AA2224A、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2824、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099或AA2199。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性3xxx系列铝合金可包括AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130或AA3065。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性4xxx系列铝合金可包括AA4004、AA4104、AA4006、AA4007、AA4008、AA4009、AA4010、AA4013、AA4014、AA4015、AA4015A、AA4115、AA4016、AA4017、AA4018、AA4019、AA4020、AA4021、AA4026、AA4032、AA4043、AA4043A、AA4143、AA4343、AA4643、AA4943、AA4044、AA4045、AA4145、AA4145A、AA4046、AA4047、AA4047A或AA4147。

用于用作铝合金产品的非限制性示例性5xxx系列铝合金可包括AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654、AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187或AA5088。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性6xxx系列铝合金可包括AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091或AA6092。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性7xxx系列铝合金可包括AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、7204、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095或AA7099。

用于在本文描述的方法中使用的非限制性示例性8xxx系列铝合金可包括AA8005、AA8006、AA8007、AA8008、AA8010、AA8011、AA8011A、AA8111、AA8211、AA8112、AA8014、AA8015、AA8016、AA8017、AA8018、AA8019、AA8021、AA8021A、AA8021B、AA8022、AA8023、AA8024、AA8025、AA8026、AA8030、AA8130、AA8040、AA8050、AA8150、AA8076、AA8076A、AA8176、AA8077、AA8177、AA8079、AA8090、AA8091或AA8093。

以下描述将用于进一步说明本发明，然而，同时并不构成对本发明的任何限制。相反，将清楚地理解，可借助于各种实施方案、对其的修改和等同物，在阅读本文描述之后，本领域技术人员在不脱离本发明的精神的情况下可联想到所述各种实施方案、其修改和等同物。

图1提供了制作铝合金产品的方法的概述。图1的方法开始于步骤105，其中铸造熔融的铝合金106以形成铸造铝合金产品107，诸如锭或其他铸造产品。可通过任何合适的手段处理铸造铝合金产品107。示例性处理步骤包括(但不限于)均匀化、热轧、冷轧、退火、固溶热处理、预老化等。在图1中示出了一些示例性处理步骤。在步骤110处，将铸造铝合金产品107均匀化以形成均匀的铝合金产品111。在步骤115处，使均匀铝合金产品111经受一遍或多遍热轧和/或一遍或多遍冷轧以形成轧制铝合金产品112，所述轧制铝合金产品可对应于铝合金物品，诸如铝合金板、铝合金薄板或在轧制之后盘绕的铝合金片材。任选地，使轧制铝合金产品112经受一个或多个成形或冲压过程以形成铝合金物品。

如上文所述，可使用任何合适的铸造方法来铸造本文描述的铝合金。作为一些非限制性示例，所述铸造过程可包括直接冷(DC)铸造过程或连续铸造(CC)过程。例如，图1描绘了105处的DC铸造过程的示意性说明。还如上文描述，连续铸造系统可包括一对相对移动的铸造表面(例如，相对移动的带、辊或块)、该对相对移动的铸造表面之间的铸造腔和熔融金属喷射器。熔融金属喷射器可具有端部开口，熔融金属可以从所述端部开口退出熔融金属喷射器并且被喷射到铸造腔中。

进一步参考图1，当将熔融的铝合金106馈送到铸造腔中时，可形成多区中间产品120。中间产品120可包括液体区122、在液体区122下方的糊状区124和在糊状区124下方的固体区126。液体区122可包括熔融的铝合金，并且因此液体区122的温度可高于铝合金的液相线温度。然而，液体区122内的温度可变化，并且可从熔融的铝合金106可被馈送到其中的上部区域至邻近于糊状区124的下部区域逐渐减小。

糊状区124可以是半固体区，其中存在铝合金的液相和固相两者。在糊状区124内，铝合金的固相可在铝合金的晶粒开始形成和生长时开始形成。类似于液体区122，糊状区124内的温度还可在DC铸造中从一个区域至另一区域逐渐减小，诸如从上部区域至下部区域逐渐减小。在晶粒起初在糊状区124中形成时，所述晶粒可不彼此触碰。在温度逐渐减小并且晶粒的大小生长时，所述晶粒可彼此接触并且形成连续网络。晶粒开始彼此接触并且形成连续网络所处的温度可称为铝合金的相干温度。因此，糊状区124可包括两个子区或区域：第一区域或上部区域132，其温度可高于相干温度，并且其内的晶粒可不彼此触碰并且容易流动；以及第二区域或下部区域134，可在其内形成连续晶粒网络并且温度可低于相干温度并且高于固相线温度。在下部区域中，由于在凝固期间晶粒的有限的移动性和伴随的体积收缩，如果没有足够的压头将液体迫动到晶粒之间的间隙空间中并且减少晶粒之间的气孔特征，则可能会在凝固期间产生缩孔缩松或可能热撕裂。

图2示意性地说明可减小出现热撕裂或缩孔缩松的趋势的制作铝合金产品的方法。如将在下文更详细地描述，在图2中说明的方法可增加糊状区的大小和/或渗透性，并且因此减小迫动固态晶粒之间的液态合金所需的压头，并且减小在铸造过程期间产生热撕裂或缩孔缩松的趋势。

在图2中示出的方法中，可将强制对流施加至馈送到铸造腔中的熔融的铝合金206以形成中间产品220，所述中间产品可不同于在图1中示出的中间产品120。具体地，中间产品220包括熔融的铝合金206可被馈送到其中的第一区222、在第一区222下方的第二区224和在第二区224下方的第三区226。可将强制对流引入第一区222中以搅拌馈送到铸造腔中的熔融的铝合金206，如由图2中的循环箭头所指示。可引入强制对流以使第一区222中的内含物在大体上竖直方向上、在大体上水平方向上移动或循环，或竖直和水平循环的组合，或可使所述内含物任何方向上移动，这取决于所实施的用以强制所述对流的机构。

通过在第一区222中引入强制对流，第一区222中的温度可得到均衡，并且可被维持在低于铝合金的液相线温度但仍然高于铝合金的相干温度的温度下，这可指示与在没有强制对流的情况下的铸造相比，第一区222是糊状区的大小扩大的上部部分。与在未引入强制对流的情况下在图1的液体区122中的温度变化相比，第一区222中的温度的梯度或变化可显著更小。在一些实施方案中，可通过使用强制对流来实现第一区222中的一致或均匀温度。

图3A示意性地说明跨图1中示出的中间产品120的各个区的示例性温度分布。图3B示意性地说明跨图2中示出的中间产品220的各个区的示例性温度分布。如上文所论述并且还在图3A中示出，液体区122的顶部区域可具有类似于熔融的铝合金106的温度，并且液体区122的底部区域可具有接近铝合金的相干温度的温度。因此，液体区122内的温度可不一致，而是分层的。所述相干温度以及所述温度分层可取决于铝合金、铸造腔配置、铸造/凝固过程的操作参数(诸如冷却速率)等。依据铝合金和铸造条件，顶部区域中的温度与底部区域中的温度之间的差异可在10℃至100℃的范围内。在一些实施方案中，顶部区域中的温度与底部区域中的温度之间的差异可以是至少10℃，可大于或约15℃、大于或约20℃，大于或约30℃、大于或约40℃、大于或约50℃、大于或约60℃、大于或约70℃、大于或约80℃、大于或约90℃、大于或约100℃、大于或约110℃、大于或约120℃、大于或约130℃、大于或约140℃、大于或约150℃、大于或约160℃、大于或约170℃、大于或约180℃、大于或约190℃或达200℃。甚至当液体区122中的温度差可相对较小时，在采用如图1中说明的铸造方法时在液体区122中可仍然存在温度分层。此外，在图1中示出的方法中，可使熔融合金过热至高于液相线温度的温度，并且因此至少液体区122中的顶部区域可以是过热的。

相比而言，通过在图2中示出的方法中施加强制对流，可减小或基本上消除第一区222中的温度分层(即，实现第一区222内的基本上一致的温度)，而不依赖于被铸造的铝合金和/或可采用的其他操作参数。此外，通过施加强制对流，可将第一区222的温度维持在低于液相线温度的温度下。换句话说，通过施加强制对流，在第一区222中可不出现过热。依据铝合金和/或铸造条件，可将第一区222内的温度维持在以下温度下：可比液相线温度小10℃、比液相线温度小5℃、比液相线温度小3℃或比液相线温度小1℃。

在图1中示出的液体区122和/或在图2中示出的第一区222中，可出现自然对流，但自然对流对温度分层的影响可以是可忽略的。此外，虽然可在没有强制对流的情况下使用在图1中示出的方法来实现减小的分层或基本上没有分层，但铸造速率将必须极慢，这继而将导致铸造产品中的变形、裂纹或其他缺陷。

在其中出现温度分层的一些实施方案中，可通过将从第一区的顶部至底部的温度变化与铝合金的液相线温度进行比较来评估第一区222的温度分层。铸造速率和冷却速率可影响第一区222内的温度，因为引入更多的熔融的铝合金206将给第一区带来额外的热，而将通过使用施加到第三区226的冷却水来移除所述热。可能需要在铸造期间控制冷却速率、铸造速率和强制对流的量中的一者或多者以控制至少第一区222的温度和大小。依据铝合金、铸造腔配置、铸造/凝固过程的操作参数(诸如冷却速率)等，跨第一区222的温度变化在一些实施方案中可小于液相线温度的20％，并且可小于液相线温度的15％、小于10％、小于5％、小于3％或小于1％。示例性温度变化可以是液相线温度的0％至20％，诸如0％至20％、0％至15％、0％至10％、0％至5％、0％至3％、0％至1％、1％至20％、1％至15％、1％至10％、1％至5％、1％至3％、3％至20％、3％至15％、3％至10％、3％至5％、5％至20％、5％至15％、5％至10％、10％至20％、10％至15％或从15％至20％。

依据合金和所施加的对流，根据各种实施方案，可将第一区222内的温度维持在660±10℃、650±10℃、640±10℃、630±10℃、620±10℃、610±10℃、600±10℃、590±10℃、580±10℃、570±10℃、560±10℃、550±10℃、540±10℃或更低。在一些实施方案中，可将所述温度维持在相对于铝合金的液相线温度的变化之内。在一些实施方案中，所述变化可小于液相线温度的2％，并且可小于液相线温度的1.5％、小于1.0％、小于0.5％、小于0.3％或小于0.1％。

因为第一区222内的温度被维持成低于铝合金的液相线温度，所以第一区222可不再是100％熔融的或液态铝合金的液体区，并且可被视为糊状区或糊状区的部分。可在第一区222中，如所示，在图2的上部插图中形成籽晶。所形成的晶粒可不彼此触碰，并且可在第一区222中的液态铝合金中流动、漂浮或以其他方式悬浮。因此，第一区222可包括液态铝合金与籽晶的混合物，并且因此可类似于图1中的糊状区124的上部区域132，其中形成单独的晶粒并且所述单独的晶粒在液态铝合金内部相对容易地移动。在一些情况下，考虑到第一区222的显著更大的体积，与图1中的糊状区124的上部区域132相比，第一区222内部的晶粒的密度可更小。

随着晶粒逐渐生长，晶粒可沉淀并且形成第二区224。第二区224可类似于图1的糊状区124的下部区域134，其中晶粒可开始接触并且形成如图2的中间插图中所示的连续网络。第二区224的温度的范围可例如是相干温度至固相线温度。

在没有强制对流的情况下，晶粒可按照随机的大小和取向随机生长。然而，通过引入强制对流，在第一区222中形成的晶粒的大小、形状和/或沉淀可受到控制，使得与图1的糊状区124相比，可修改第二区224中的晶粒的大小和/或形状。如将在下文更详细地论述，经修改的晶粒，且具体地，经修改的晶粒的形状可增加渗透性并且因此减小用以将液态铝合金馈送到第二区224中的晶粒网络的间隙空间中所需的压头。所需的压头的减小可进一步减小出现热撕裂或缩孔缩松的趋势，因为可更容易施加所需的压力。因此，第三区226中的固态铝合金可基本上不展现缩孔缩松特征并且限制热裂的量或发生率。在一些实施方案中，可仍然出现热裂或缩孔缩松，但与在没有强制对流的情况下的铸造铝合金产品相比，所得的缺陷的量可显著更小。具体地，在没有强制对流的情况下，当出现热裂时，热裂或与其相关联的缺陷的程度可使得没有可行的处理措施来足以移除那些缺陷并且可能必须完全丢弃铸锭。例如，在没有强制对流的情况下，热裂可导致传播至锭的表面的裂纹，这可导致裂纹内的氧化并且使锭对于一些应用来说不可用。相比而言，当引入强制对流时，可将形成热裂的倾向降低至一定程度，使得即使可能仍然出现热裂，但与其相关联的缺陷的大小可更小和/或所述缺陷的量更少，并且可不传播至锭的表面。此外，可在通常用于处理锭的后续的处理操作期间消除或减少与热裂相关联的缺陷(如果存在)而不必丢弃铸锭。换句话说，通过使用强制对流，铸造产品可不包括由于热裂而引起的缺陷，或者仅包括由于热裂而引起的有限量的缺陷，使得铸造产品可仍然执行其既定功能，或者可在后续的处理中容易地移除此类缺陷。

依据所引入的强制对流，在第一区222中形成的籽晶的平均大小可以是10μm至50μm。在各种实施方案中，第三区226中的晶粒的平均大小可在20μm至150μm的范围内，并且可在以下范围内：30μm至150μm、40μm至150μm、50μm至150μm、60μm至150μm、70μm至150μm、80μm至150μm、90μm至150μm、100μm至150μm、110μm至150μm、120μm至150μm、130μm至150μm、140μm至150μm、20μm至140μm、30μm至140μm、40μm至140μm、50μm至140μm、60μm至140μm、70μm至140μm、80μm至140μm、90μm至140μm、100μm至140μm、110μm至140μm、120μm至140μm、130μm至140μm、20μm至130μm、30μm至130μm、40μm至130μm、50μm至130μm、60μm至130μm、70μm至130μm、80μm至130μm、90μm至130μm、100μm至130μm、110μm至130μm、120μm至130μm、30μm至120μm、40μm至120μm、50μm至120μm、60μm至120μm、70μm至120μm、80μm至120μm、90μm至120μm、100μm至120μm、110μm至120μm、20μm至110μm、30μm至110μm、40μm至110μm、50μm至110μm、60μm至110μm、70μm至110μm、80μm至110μm、90μm至110μm、100μm至110μm、20μm至100μm、30μm至100μm、40μm至100μm、50μm至100μm、60μm至100μm、70μm至100μm、80μm至100μm、90μm至100μm、20μm至90μm、30μm至90μm、40μm至90μm、50μm至90μm、60μm至90μm、70μm至90μm、80μm至90μm、20μm至80μm、30μm至80μm、40μm至80μm、50μm至80μm、60μm至80μm、70μm至80μm、20μm至70μm、30μm至70μm、40μm至70μm、50μm至70μm、60μm至70μm、20μm至60μm、30μm至60μm、40μm至60μm、50μm至60μm、20μm至50μm、30μm至50μm、40μm至50μm、20μm至40μm、30μm至40μm或20μm至30μm。固态铝合金的第三区226中的平均晶粒大小可大体上大于第二区224中的平均晶粒大小，第二区中的平均晶粒大小可大体上大于第一区222中的平均籽晶大小。然而，与其中未施加强制对流的图1的固体区126中的平均晶粒大小相比(例如，对于相同的合金、铸造速率、冷却速率等而言)，第三区226中的平均晶粒大小可更小。在一些实施方案中，与固体区126的平均晶粒大小相比，第三区226中的平均晶粒大小可减小5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或更多，这是因为其中未实施强制对流的铸造铝合金产品的平均晶粒大小可(例如)在120μm至250μm的范围内。晶粒大小的整体减小可减小铸造铝合金产品在冷却和/或后续处理期间破裂的趋势。然而，进一步减小的晶粒大小可在特定条件下减小第二区224的渗透性。因此，可对强制对流进行控制，使得平均晶粒大小可不小于20μm。

可使用Kozeny-Carman方程来阐释由于减小的晶粒大小而引起的减小的渗透性，所述方程描述了与流过固体的填充床相关联的压力下降或用以渗入填充床的压力的所需的增加。Kozeny-Carman方程的广义形式表示为：

其中Δp表示压力下降，L表示床的长度(高度)，μ表示馈送流体的粘度，

表示介质的球度，D_p表示晶粒(颗粒)直径，∈表示床的气孔率(空隙率)，并且v_s表示表面速度。基于Kozeny-Carman方程，将与颗粒直径的减小相关的晶粒大小的减小将导致用以渗入第二区224的所需的压力的增加。换句话说，晶粒大小的减小将与渗透性的减小相关，并且因此与热撕裂敏感度的增加相关。

意外地，尽管晶粒大小减小，当在凝固期间使用强制对流时，出现热撕裂或缩孔缩松的趋势实际上已经减小。在进一步的研究之后，晶粒形态的变化可以是减小热撕裂趋势的重要因素。

除了减小的晶粒大小之外，还可通过强制对流来修改晶粒的形状。在没有强制对流的情况下，晶粒结构可以是树突状或树状的。然而，通过引入强制对流，可将晶粒结构从树突状结构修改为更具球形或圆形的结构，如图2的下部插图中所示。无意受限于任何特定理论，可形成更具球形或圆形的晶粒结构，因为强制对流可使包围籽晶的液体移动，并且因此促进在籽晶周围的更一致和/或更具球形的生长。

图4说明在使用强制对流和没有强制对流的情况下铸造的样本铸造铝合金产品中形成的晶粒的圆度测量结果。在此实施方案中，使用以下方程如下计算晶粒圆度：

其中Area表示样本中的晶粒面积，并且Perimeter表示晶粒的周长。圆度值在0至1的范围内，其中圆形具有圆度值1。

虽然计算圆度以便在使用强制对流和没有强制对流的情况下在样本之间进行比较，但当可确定诸如球度的其他类似的形态特性以用于评估强制对流的影响时可观测到类似的趋势。如图4中所示，当利用强制对流时，与在不使用强制对流的情况下产生的样本相比，样本中的晶粒的圆度存在增加。换句话说，当利用强制对流时，可提高晶粒圆度或球度。提高的晶粒圆度和/或球度可有利地提高液态铝合金的晶粒的网络在系统冷却时填充晶粒之间的间隙空间的渗透性，并且因此减小出现热撕裂或缩孔缩松的趋势。无意受限于任何特定理论，渗透性之所以可提高是因为更具圆形或球形的晶粒结构可为液态铝合金行进穿过晶粒以及围绕晶粒行进以填充铝合金晶粒的连接网络中的间隙空间提供更简单且不大曲折的路径。

依据合金和用于强制对流的机构，在所形成的铝合金产品中的晶粒的平均圆度在一些实施方案中可在0.5至1的范围内，并且在各种实施方案中可在以下范围内：0.55至1、0.6至1、0.65至1、0.7至1、0.75至1、0.8至1、0.85至1、0.9至1或0.95至1。其他示例性圆度范围包括0.55至0.6、0.55至0.65、0.55至0.7、0.55至0.75、0.55至0.8、0.55至0.9、0.55至0.95、0.6至0.65、0.6至0.7、0.6至0.75、0.6至0.8、0.6至0.9、0.6至0.95、0.65至0.7、0.65至0.75、0.65至0.8、0.65至0.9、0.65至0.95、0.7至0.75、0.7至0.8、0.7至0.9、0.7至0.95、0.75至0.8、0.75至0.85、0.75至0.9、0.8至0.85、0.8至0.9、0.8至0.95、0.85至0.9、0.85至0.95或0.9至0.95。

与在类似条件下但在没有强制对流的情况下铸造的铝合金产品相比，使用强制对流形成的铝合金产品的晶粒圆度可增加至少0.05、至少0.1、至少0.15、至少0.2、至少0.25、至少0.3、至少0.35、至少0.4、至少0.45、至少0.5、至少0.6、至少0.7、至少0.8或更多。一般来讲，当不施加强制对流时，由具有相对高的合金元素含量/量的铝合金铸造的铝合金产品可一般具有比由具有相对低的合金元素含量/量的铝合金形成的铝合金产品低的晶粒圆度。例如，由可包括相对高合金元素量(例如，7％-12％的硅)的4xxx系列铝合金铸造的铝合金产品的晶粒圆度在没有强制对流的情况下可以是约0.2；由可包括中间量的合金元素(例如，3％-5％的镁)的5xxx系列铝合金铸造的铝合金产品的晶粒圆度在没有强制对流的情况下可以是约0.3-0.4；由可包括相对低的各种合金元素量(例如，＜2％)的6xxx系列铝合金铸造的铝合金产品的晶粒圆度在没有强制对流的情况下可以是约0.5。通过在铸造期间施加如本文描述的强制对流，可获得晶粒圆度的增加，而无论铝合金包括相对高或低的合金元素含量/量，并且可实现0.5至1、0.55至1、0.6至1、0.65至1、0.7至1、0.75至1、0.8至1、0.85至1、0.9至1或0.95至1的所得的晶粒圆度。在一些实施方案中，在铸造过程期间在强制对流的情况下获得的铝合金产品的晶粒圆度与在没有强制对流但使用相同铝合金的情况下获得的另一铝合金产品的晶粒圆度的比率可在5:1至1.1:1的范围内，并且可在以下范围内：4.5:1至1.1:1、4:1至1.1:1、3.5:1至1.1:1、3:1至1.1:1、2.5:1至1.1:1、2:1至1.1:1、1.5:1至1.1:1、5:1至1.5:1、4.5:1至1.5:1、4:1至1.5:1、3.5:1至1.5:1、3:1至1.5:1、2.5:1至1.5:1、2:1至1.5:1、5:1至2:1、4.5:1至2:1、4:1至2:1、3.5:1至2:1、3:1至2:1、2.5:1至2:1、5:1至2.5:1、4.5:1至2.5:1、4:1至2.5:1、3.5:1至2.5:1、3:1至2.5:1、5:1至3:1、4.5:1至3:1、4:1至3:1、3.5:1至3:1、5:1至3.5:1、4.5:1至3.5:1、4:1至3.5:1、5:1至4:1、4.5:1至4:1或5:1至4.5:1。

在一些实施方案中，第一区222中的温度可仍然从顶部区域至底部区域改变。然而，可通过强制对流将温度的变化控制为小于10℃、小于5℃、小于3℃、小于1℃或小到0℃。因此，通过使用强制对流，跨第一区222的温度变化可在一些实施方案中小于在不施加强制对流时的温度变化的50％，或在各种实施方案中可小于在不施加强制对流时的温度变化的40％、30％、20％、10％、5％、3％或1％。

可实施用于强制对流的若干机构。在一些实施方案中，可通过搅拌例如在图1中示出的第一区222中的内含物来强制对流。可采用任何合适的搅拌机构。在一些实施方案中，可利用超声波搅拌器。在一些实施方案中，铸造系统可配置有内置超声波发生器，诸如超声波生成换能器，以搅动第一区222中的液态铝合金和籽晶。在一些实施方案中，可将诸如超声波探针的外部超声波生成器降低到第一区222中以搅动液态铝合金和籽晶。通过选择超声波搅拌器的适当频率，可实现期望的温度点或温度范围，诸如上文描述的温度点或温度范围。在一些实施方案中，超声波搅拌器的选定频率可在20kHz至30kHz的范围内。

在一些实施方案中，可利用或内置或外部的机械搅拌器，诸如桨叶或螺旋桨。可使用一种材料来构建所述桨叶或螺旋桨，所述材料可承受高温并且因此限制可能引入到铸造产品中的杂质的量。例如，可使桨叶或螺旋桨经受相对高的温度达数小时，这取决于铝合金和/或铸造条件。然而，如上文所论述，桨叶或螺旋桨在搅拌期间可经受的温度可低于铝合金的液相线温度。因此，对桨叶或螺旋桨的热要求可没有对炉耐火材料的热要求那么严格，所述炉耐火材料可经历较高的温度(例如，由于高于液相线温度的过热)达长期的持续时间。用于制作桨叶或螺旋桨或用于涂覆由不同材料制成的桨叶或螺旋桨的示例性材料可包括氧化铝、氮化铝、石墨和其他各种耐火材料，这取决于铝合金。在一些实施方案中，桨叶或螺旋桨可涂覆有非润湿化合物，诸如氮化硼，这可提高桨叶或螺旋桨的寿命。

在一些实施方案中，不使用搅拌器，铸造系统可配置有泵送系统，所述泵送系统被配置为将液态铝合金和其中包含的籽晶从第一区222的下部区域泵送到第一区222的上部区域中。所泵送的液态铝合金和其中包含的籽晶可被直接泵送回到第一区222，或者可在被泵送到第一区222中之前与额外的熔融的铝合金混合。在一些实施方案中，所述泵送系统可包括用于运输液态铝合金和其中包含的籽晶的一个或多个回路。在2015年5月21日提交的美国申请号14/719,050中描述了合适的熔融金属泵，所述申请在此以全文引用的方式并入。在一些实施方案中，可采用液态金属喷射器在第一区222内施加强制对流，诸如在2017年3月24日提交的美国申请号15/468,285中描述的液态金属喷射器，所述申请在此以全文引用的方式并入。

在实施方案中，可对强制对流进行控制以便实现第一区222的期望温度或温度变化以及第三区226的特性(诸如目标材料性质)。所述目标材料性质可包括气孔率、平均晶粒大小、晶粒圆度等。例如，可通过调整第一区222中的混合速率(诸如通过修改桨叶、螺旋桨的转速、泵送速率、超声波搅拌频率或强度、喷射方向)或通过用于强制第一区222内的对流的其他类似的技术来控制强制对流。在一些情况下，还可以或可替代地使用进入铸造腔的熔融的铝合金206的流速和/或温度来控制或修改强制对流的速率。任选地，铸造方法可明确包括控制强制对流的速率。

本文描述用于强制对流的各种机构仅是出于说明和描述目的而无意是详尽的或限制性的。可利用任何其他合适的机构或技术来强制对流。虽然参考在图2中描绘的DC铸造过程来描述用于提高的晶粒圆度和减小的热撕裂的方法，但可在任何合适的铸造方法中应用本文描述的方法，在上文描述了所述铸造方法中的一些铸造方法。

此外，因为可通过强制对流实现提高的晶粒圆度和/或减小的热裂，所以本文描述的方法可允许在不增加热裂的倾向的情况下实施冷却速度的较宽窗口。例如，在DC铸造的情况下，可任选地实施1℃/秒至10℃/秒的冷却速度。依据铸锭的尺寸，所述冷却速度可在以下范围内：1℃/秒至10℃/秒、2℃/秒至10℃/秒、3℃/秒至10℃/秒、4℃/秒至10℃/秒、5℃/秒至10℃/秒、6℃/秒至10℃/秒、7℃/秒至10℃/秒、8℃/秒至10℃/秒、9℃/秒至10℃/秒、1℃/秒至9℃/秒、2℃/秒至9℃/秒、3℃/秒至9℃/秒、4℃/秒至9℃/秒、5℃/秒至9℃/秒、6℃/秒至9℃/秒、7℃/秒至9℃/秒、8℃/秒至9℃/秒、1℃/秒至8℃/秒、2℃/秒至8℃/秒、3℃/秒至8℃/秒、4℃/秒至8℃/秒、5℃/秒至8℃/秒、6℃/秒至8℃/秒、7℃/秒至8℃/秒、1℃/秒至7℃/秒、2℃/秒至7℃/秒、3℃/秒至7℃/秒、4℃/秒至7℃/秒、5℃/秒至7℃/秒、6℃/秒至7℃/秒、1℃/秒至6℃/秒、2℃/秒至6℃/秒、3℃/秒至6℃/秒、4℃/秒至6℃/秒、5℃/秒至6℃/秒、1℃/秒至5℃/秒、2℃/秒至5℃/秒、3℃/秒至5℃/秒、4℃/秒至5℃/秒、1℃/秒至4℃/秒、2℃/秒至4℃/秒、3℃/秒至4℃/秒、1℃/秒至3℃/秒、2℃/秒至3℃/秒或1℃/秒至2℃/秒。

对于方坯铸造，可任选地实施10℃/秒至100℃/秒的冷却速度。依据将要形成的方坯的大小(例如，直径)，所述冷却速度可在以下范围内：10℃/秒至100℃/秒、20℃/秒至100℃/秒、30℃/秒至100℃/秒、40℃/秒至100℃/秒、50℃/秒至100℃/秒、60℃/秒至100℃/秒、70℃/秒至100℃/秒、80℃/秒至100℃/秒、90℃/秒至100℃/秒、10℃/秒至90℃/秒、20℃/秒至90℃/秒、30℃/秒至90℃/秒、40℃/秒至90℃/秒、50℃/秒至90℃/秒、60℃/秒至90℃/秒、70℃/秒至90℃/秒、80℃/秒至90℃/秒、10℃/秒至80℃/秒、20℃/秒至80℃/秒、30℃/秒至80℃/秒、40℃/秒至80℃/秒、50℃/秒至80℃/秒、60℃/秒至80℃/秒、70℃/秒至80℃/秒、10℃/秒至70℃/秒、20℃/秒至70℃/秒、30℃/秒至70℃/秒、40℃/秒至70℃/秒、50℃/秒至70℃/秒、60℃/秒至70℃/秒、10℃/秒至60℃/秒、20℃/秒至60℃/秒、30℃/秒至60℃/秒、40℃/秒至60℃/秒、50℃/秒至60℃/秒、10℃/秒至50℃/秒、20℃/秒至50℃/秒、30℃/秒至50℃/秒、40℃/秒至50℃/秒、10℃/秒至40℃/秒、20℃/秒至40℃/秒、30℃/秒至40℃/秒、10℃/秒至30℃/秒、20℃/秒至30℃/秒或10℃/秒至20℃/秒。

对于连续铸造，诸如例如在美国专利号8,662,145中描述的在两个相对表面之间的铸造，可任选地实施100℃/秒至800℃/秒的冷却速度，所述专利的内容以全文引用的方式并入本文。依据所形成的平板的厚度，冷却速度可在以下范围内：100℃/秒至800℃/秒、200℃/秒至800℃/秒、300℃/秒至800℃/秒、400℃/秒至800℃/秒、500℃/秒至800℃/秒、600℃/秒至800℃/秒、700℃/秒至800℃/秒、100℃/秒至700℃/秒、200℃/秒至700℃/秒、300℃/秒至700℃/秒、400℃/秒至700℃/秒、500℃/秒至700℃/秒、600℃/秒至700℃/秒、100℃/秒至600℃/秒、200℃/秒至600℃/秒、300℃/秒至600℃/秒、400℃/秒至600℃/秒、500℃/秒至600℃/秒、100℃/秒至500℃/秒、200℃/秒至500℃/秒、300℃/秒至500℃/秒、400℃/秒至500℃/秒、100℃/秒至400℃/秒、200℃/秒至400℃/秒、300℃/秒至400℃/秒、100℃/秒至300℃/秒、200℃/秒至300℃/秒或100℃/秒至200℃/秒。

通过引入强制对流，在实施方案中，在可在不增加热裂的倾向的情况下实施用于不同铸造方法的上文列出的范围内的任何冷却速度的同时可获得0.5或更大的晶粒圆度，诸如0.55至1。

使用所公开的铝合金产品的方法

本文描述的铝合金产品可用于汽车应用和其他运输应用中，包括飞行器和铁路应用。例如，所公开的铝合金产品可用于制备汽车结构部分，诸如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、柱加固物(例如，A柱、B柱和C柱)、内部面板、外部面板、侧面板、内部罩、外部罩或后备箱盖面板。本文描述的铝合金产品和方法还可用于飞行器或铁路交通工具应用中，以制备(例如)外部面板和内部面板。

本文描述的铝合金产品和方法还可用于电子器件应用中。例如，本文描述的铝合金产品和方法可用于制备电子装置(包括移动电话和平板计算机)的壳体。在一些示例中，铝合金产品可用于制备移动电话(例如，智能电话)、平板计算机底部底座和其他便携式电子器件的外部壳体。

通过参考以下非限制性示例可进一步理解本发明的各方面。

实施例1

Kozeny-Carman关系是使用结构参数来描述多孔结构的渗透性的广为认可的分析模型。可将此模型应用于DC铸造仿真和描述以描述糊状区的热撕裂敏感度。通常，在Kozeny-Carman表达中使用的结构参数是难以获得的，并且针对多种铸造状况应用一致的值。然而，在所有其他铸造条件都相同的情况下熔融池内的流体流的变化可显著更改微结构，并且因此更改糊状区的渗透性。此示例描述了使用标准DC铸造装备执行的一组搅拌实验，所述搅拌实验演示了不仅晶粒大小还有晶粒形态在减小铸铝产品的热裂敏感度方面的相对重要性。

在凝固期间，金属合金经历由热收缩和凝固收缩引起的变形。如果此变形未通过相称的液相流进行补偿，则液体压力可在气相不能成核的情况下下降至负值。如果固体晶粒未被紧密压紧，则此压力可诱发固体晶粒的重排。因此，液相在晶粒之间馈送的能力以及固体骨架在糊状区内收缩的能力确定液体内的最大压力下降。如果此液体压力下降到低于给定“空化压力”，则空隙可形成并且形成热撕裂核心。热撕裂是由于相干固体中的热应变和不充分的液体馈送而形成的晶粒间缺陷。其晶粒间性质与在凝固过程的后期之前留在低合金的晶界处的稀液膜的存在有关联。这些膜无法维持由相干固体引发和传输的机械拉伸和剪切应变，并且因此表现为脆性相。因此，那些“湿”晶界处的局部应变可由于糊状区的非常低的渗透性而不再通过液体馈送进行补偿。

实验.使用14英寸直径的瓦格斯塔夫AIRSLIP^TM结晶器使用表1中的化学物来铸造AA6061方坯。图5表示实验装备的计算机渲染。以标准方法(不搅拌)铸造方坯并且使用搅拌以引入强制对流在单独的铸造中以相同速度重复方坯，从而比较标准铸造与强制对流之间的微结构性质和热裂性能。当引入强制对流进行铸造时，将搅拌器降低到结晶器中在铸造长度的0.3m处；淹没所述搅拌器，使得所述搅拌器的底部比槽金属水平低9英寸。以一种方式配置所述搅拌器，使得金属以圆形路径围绕方坯的壁流动。已经针对目前研究的实验性方坯铸造系统对搅拌器的位置进行配置。

表1：用于分析的AA6061方坯化学物

随着每组标准铸造和搅拌式铸造增加铸造速度，直到方坯形成热裂纹为止，通过使用放置在结晶器下方的超声波探针来识别所述热裂纹。在铸造开始时添加少量晶粒细化剂，以帮助确保铸造起点是成功的；在此时之后不向金属添加更多的晶粒细化剂。

在1.5预熔融磅的Al-6.8Zn处在铸造中间临时地暂停从槽至结晶器的金属流，并且向槽添加3预熔融磅的Al-6.8Zn来取代6061金属流。向中间铸造的方坯添加高浓度锌材料以使用在铸造之后的宏蚀刻来突出方坯中的贮槽的形状，这允许分析糊状区。

选择使用标准设置(不搅拌)和搅拌式方坯在72毫米/分钟的速度下铸造的方坯进行分析。方坯沿着直径被分段并且使用三酸蚀刻进行宏蚀刻以突出Zn贮槽线。在离铸造表面和突出的Zn贮槽线四英寸的交叉点处从方坯横截面取得样本，并且将所述样本抛光以用于微结构分析。

为了确定糊状区中的Zn的渗透距离，沿着垂直于贮槽线的轴线来执行使用Hitachi SU1510SEM(扫描电子显微镜)的EDS分析以找到低Zn浓度的区域至高Zn浓度的区域的距离。在沿着贮槽线的位置处开始，完成0.8mm乘0.5mm的EDS区域扫描。以0.5mm的增量进行区域扫描，直到测得高Zn浓度区域(～5％Zn)和低Zn区域(～0％Zn)，其中在所述两个浓度区域之间的长度被限定为渗透距离。在总共五个扫描中以间隔0.8mm的线重复此过程以实现代表性渗透距离。在图6中示出样本与位置布局和SEM图像的间隔的图。

为了理解每个样本的形态和球度，使用Aztec EBSD(电子背散射衍射)软件。使用图像处理软件ImageJ从EBSD图像确定晶粒周长和晶粒面积。使用Barker试剂来蚀刻所述样本，并且从所蚀刻的晶粒图像测得平均晶粒大小。使用在方程(1)中限定的晶粒面积和周长来计算圆度。圆度值1.0表示完美的圆，并且随着圆度接近0.0，形状越来越细长。

结果.在下文在表2中呈现实验性微结构结果的概要。搅拌式方坯的没有裂缝的最大速度比标准方坯的没有裂缝的最大速度高25％。搅拌式方坯还展现显著的晶粒细化，从而相对于标准情况将平均晶粒大小减小了57％。同时，搅拌式方坯的晶粒比标准方坯的晶粒更圆。已普遍认可的是，三维晶粒的适当量度应为球度，因为拍摄2-D显微照片，所以所述量度被调整为“圆度”。

表2：两个方坯的铸造速度和微结构参数的概要。

在图7中示出了在实验部分中描述的通过垂直于贮槽线的EDS区域扫描而测得的Zn值。曲线图上的每个Zn浓度值表示指定距离处的五个EDS测量结果的平均值。如这里示出，搅拌式方坯的锌渗透深度比标准方坯的锌渗透深度大致高60％。

使用晶粒图像来确定平均晶粒大小。图8A、图8B、图8C和图8D示出使用光学显微镜和EBSD拍摄的代表性晶粒图像。图8A和图8C表示标准方坯，而图8B和图8D表示搅拌式方坯。图8A和图8C是使用Barker试剂生成的光学显微照片。图8B和图8D是EBSD图。这些图像指示与搅拌式方坯相关联的明显的晶粒细化以及晶粒形态的略微变化。还使用晶粒面积和周长结果来计算晶粒的圆度，在图9A和图9B中示出了其结果。

讨论.所作出的一个观测是渗透到糊状区中的锌的增加。共熔形成元素的熔渗可局部地熔化树突，进而人为地增加渗透距离。这与对各种合金的热裂敏感度的研究尤其相关，因为低熔点共熔物的形成随合金含量而变。在此示例中所描述的实验的情况下，合金组成保持一致，并且因此由于锌熔渗而引起的任何再熔或增加的渗透性对于两种情况将可能相同。

因为凝固合金的糊状区可被视为介质的填充床，所以可采用Kozeny-Carman关系(方程(2))。

对层流有效(对于枝晶间馈送是典型的)，所述关系涉及与穿过固体床的流相关联的压力下降。在此表示中，Δp是压力下降，L是床的长度(高度)，μ是馈送流体的粘度，

是介质的球度，D_p是晶粒(颗粒)直径，∈是床的气孔率(空隙率)，并且v_s是表面速度。此示例利用晶粒大小而不是枝晶臂间距(DAS)作为长度参数，因为商用铝合金通常经过晶粒细化并且因此展现各向等大的微结构。用于馈送的可用压力是由贮槽内的金属静力学压头给出，并且因此可用的流距离变得随介质大小和形状而变。在DC铸造的情况下，这意味着糊状区内的馈送距离主要随糊状区内的晶粒的大小和形状而变。

假定两种方坯生成各向等大的晶粒，Kozeny-Carman方程(方程(2))的局部长度参数将是相对晶粒大小。在与晶粒大小成平方反比关系的情况下，更细粒度的搅拌式方坯将展现比其较粗粒度的双晶更小的渗透性。晶粒的相对形状因数可以是此外表差异的原因。虽然晶粒大小或枝晶臂间距是使微结构组分与渗透性相关的简单关系，但它不是唯一的杠杆。如方程(2)中所表示，通常存在两个长度尺度参数：晶粒大小D_p和球度

已经观察到，在添加搅拌时，晶粒的球度增加。由于平方反比关系，球度的甚至较小的变化也可导致渗透性的剧烈变化。在非树突状晶粒的情况下，它们的高球度将可能导致渗透性增加超过仅简单的晶粒细化，因为晶粒之间的液体渗流路径变得直接得多。

也许最值得注意的是能够在搅拌式方坯中获得的铸造速度的显著增加。因为热裂倾向往往限制较高的铸造速度，但这些结果是非常鼓舞人心的。高度细化的所铸造的微结构(223μm相对于95μm晶粒大小)是此强度增加的可能主导因素。如先前提及并且通过完整的热力学模型所描述，晶界能量与固-液界面能量之间的比率可确定受到“吸引”或“排斥”表面能量平衡驱动的液体膜的厚度。这意味着不是所有晶界都是液体，仅少数是。这意味着孔、空隙或撕裂可在整个糊状区中的数个非定域化的区域内成核。因为微结构得到细化，所以针对空隙成核事件所要克服的必要的曲率或“超压”急剧增加，这然后增加使撕裂成核所需的应力。

结论.通过添加搅拌器，已表明在铸造中生成的对流导致热裂的减小。相信此减小除了显著的晶粒细化之外还归因于由半固态软块展现的增加的渗透性。虽然对流可细化微结构，但增加的渗透性可归因于晶粒的形态(晶粒包络)改变为更具球形(球状)形状。形态的此转变导致穿过软块的更直接的渗流路径和因此在给定的金属静力学压头下的增加的渗透性。

例证

如下文使用，对一系列例证的任何提及将理解为分离地提及那些示例中的每一者(例如，“例证1-4”将理解为“例证1、2、3或4”)。

例证1是一种用于形成铝产品的方法，所述方法包括：将呈熔融状态的铝合金馈送到铸造腔中以形成中间产品，其中所述中间产品包括：第一区，所述第一区具有低于所述铝合金的液相线温度并且高于所述铝合金的相干温度的第一温度；第二区，所述第二区邻近于所述第一区，所述第二区具有低于或大约是所述铝合金的所述相干温度并且高于所述铝合金的固相线温度的第二温度；以及第三区，所述第三区邻近于所述第二区，所述第三区具有低于或大约是所述固相线温度的第三温度；以及在至少所述第一区中强制对流以限制跨所述第一区的温度变化；其中：所述中间产品的所述第三区的晶粒具有0.5至1的平均圆度。

例证2是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区的所述晶粒的所述平均圆度在0.6至1的范围内。

例证3是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中跨所述第一区的所述温度变化小于10℃。

例证4是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中跨所述第一区的所述温度变化小于所述铝合金的所述液相线温度的2％。

例证5是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第三区不包含由于热裂而引起的缺陷。

例证6是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第一温度在所述中间产品的所述第一区内是一致的。

例证7是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第一温度在比所述铝合金的所述液相线温度低10℃至比所述铝合金的所述液相线温度低1℃的范围内。

例证8是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第一温度在540℃至660℃或540±10℃至660±10℃的范围内。

例证9是根据任何先前或后续例证所述的方法，所述方法还包括调整至少所述第一区中的所述强制对流的速率以实现所述第三区中的目标材料性质。

例证10是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述目标材料性质是所述第三区中的平均晶粒大小或所述第三区中的平均晶粒圆度中的一者或多者。

例证11是根据任何先前或后续例证所述的方法，所述方法还包括调整至少所述第一区中的所述强制对流的速率以实现所述第一温度的目标值。

例证12是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第一区包括所述铝合金的具有第一平均大小的籽晶。

例证13是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第一平均大小是10μm至50μm。

例证14是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区包括所述铝合金的具有第二平均大小的晶粒，并且其中所述第二平均大小大于所述第一平均大小。

例证15是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区包括所述铝合金的具有第三平均大小的晶粒，并且其中所述第三平均大小大于所述第二平均大小。

例证16是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述第三平均大小是20μm至120μm。

例证17是根据任何先前或后续例证所述的方法，所述方法还包括将熔融的铝合金馈送到所述中间产品的所述第二区中以填充所述中间产品的所述第二区中的所述铝合金的晶粒之间的间隙空间。

例证18是根据任何先前或后续例证所述的方法，所述方法还包括至少冷却所述第三区。

例证19是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区与所述中间产品的所述第一区分离。

例证20是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

例证21是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区竖直地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

例证22是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区水平地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

例证23是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述方法包括直接冷铸方法。

例证24是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述方法包括连续铸造方法。

例证25是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中强制对流包括搅拌所述中间产品的所述第一区。

例证26是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中通过超声波搅拌器来搅拌所述中间产品的所述第一区。

例证27是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中通过机械搅拌器来搅拌所述中间产品的所述第一区。

例证28是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述机械搅拌器包括桨叶或螺旋桨。

例证29是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中所述桨叶或螺旋桨包含氧化铝、氮化铝或石墨中的至少一者。

例证30是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中维持在1℃/秒至10℃/秒的范围内的冷却速度。

例证31是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中维持在10℃/秒至100℃/秒的范围内的冷却速度。

例证32是根据任何先前或后续例证所述的方法，其中维持在100℃/秒至800℃/秒的范围内的冷却速度。

例证33是一种使用根据任何先前例证所述的方法而生成的铸造铝合金产品。

例证34是根据任何先前或后续例证所述的铸造铝合金产品，其中所述铸造铝合金产品是锭。

例证35是根据任何先前或后续例证所述的铸造铝合金产品，其中所述铸造铝合金产品是连续铸造产品。

例证36是一种通过轧制根据任何先前例证所述的铸造铝合金产品而生成的轧制铝合金产品。

上述所有专利、公布和摘要以全文引用的方式并入本文。已经出于说明和描述的目的呈现了实施方案(包括所说明的实施方案)的前述描述，并且所述描述无意是详尽的或限于所公开的精确形式。对所述描述的众多修改、改写和使用对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (36)

1.一种用于形成铝产品的方法，所述方法包括：

将呈熔融状态的铝合金馈送到铸造腔中以形成中间产品，其中所述中间产品包括：

第一区，所述第一区具有低于所述铝合金的液相线温度并且高于所述铝合金的相干温度的第一温度；

第二区，所述第二区邻近于所述第一区，所述第二区具有低于所述铝合金的所述相干温度并且高于所述铝合金的固相线温度的第二温度；以及

第三区，所述第三区邻近于所述第二区，所述第三区具有低于所述固相线温度的第三温度；以及

在至少所述第一区中强制对流以限制跨所述第一区的温度变化；

其中：

所述中间产品的所述第三区的晶粒具有0.5至1的平均圆度。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区的所述晶粒的所述平均圆度在0.6至1的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其中跨所述第一区的所述温度变化小于10℃。

4.如权利要求1所述的方法，其中跨所述第一区的所述温度变化小于所述铝合金的所述液相线温度的2％。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第三区不包含由于热裂而引起的缺陷。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一温度在所述中间产品的所述第一区内是一致的。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一温度在比所述铝合金的所述液相线温度低10℃至比所述铝合金的所述液相线温度低1℃的范围内。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一温度在约540℃至约660℃的范围内。

9.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括调整至少所述第一区中的所述强制对流的速率以实现所述第三区中的目标材料性质。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述目标材料性质是所述第三区中的平均晶粒大小或所述第三区中的平均晶粒圆度中的一者或多者。

11.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括调整至少所述第一区中的所述强制对流的速率以实现所述第一温度的目标值。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第一区包括所述铝合金的具有第一平均大小的籽晶。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一平均大小是10μm至50μm。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区包括所述铝合金的具有第二平均大小的晶粒，并且其中所述第二平均大小大于所述第一平均大小。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区包括所述铝合金的具有第三平均大小的晶粒，并且其中所述第三平均大小大于所述第二平均大小。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第三平均大小是20μm至120μm。

17.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将熔融的铝合金馈送到所述中间产品的所述第二区中以填充所述中间产品的所述第二区中的所述铝合金的晶粒之间的间隙空间。

18.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括至少冷却所述第三区。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第三区与所述中间产品的所述第一区分离。

20.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

21.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区竖直地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

22.如权利要求1所述的方法，其中所述中间产品的所述第二区水平地设置在所述中间产品的所述第一区与所述第三区之间。

23.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括直接冷铸方法。

24.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括连续铸造方法。

25.如权利要求1所述的方法，其中强制对流包括搅拌所述中间产品的所述第一区。

26.如权利要求25所述的方法，其中通过超声波搅拌器来搅拌所述中间产品的所述第一区。

27.如权利要求25所述的方法，其中通过机械搅拌器来搅拌所述中间产品的所述第一区。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述机械搅拌器包括桨叶或螺旋桨。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述桨叶或所述螺旋桨包含氧化铝、氮化铝或石墨中的至少一者。

30.如权利要求1所述的方法，其中维持在1℃/秒至10℃/秒的范围内的冷却速度。

31.如权利要求1所述的方法，其中维持在10℃/秒至100℃/秒的范围内的冷却速度。

32.如权利要求1所述的方法，其中维持在100℃/秒至800℃/秒的范围内的冷却速度。

33.一种使用如权利要求1-32中任一项所述的方法而生成的铸造铝合金产品。

34.如权利要求33所述的铸造铝合金产品，其中所述铸造铝合金产品是锭。

35.如权利要求33所述的铸造铝合金产品，其中所述铸造铝合金产品是连续铸造产品。

36.一种通过轧制如权利要求33-35中任一项所述的铸造铝合金产品而生成的轧制铝合金产品。

Images