CN116234652A - 功能梯度铝合金产品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开总体上提供了铝合金产品，所述铝合金产品具有跨所述铝合金产品的至少一个维度的功能梯度。本公开还提供了由此类产品制成的制品，以及诸如通过浇铸和轧制来制造此类产品的方法。本公开还提供了此类产品的各种最终用途，诸如在汽车、航空航天、海洋、国防、运输、电子和工业应用中。

Description

功能梯度铝合金产品及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年9月24日提交的美国临时申请号63/198,018的权益和优先权，该临时申请在此以全文引用方式并入。

技术领域

本公开总体上提供了铝合金产品，该铝合金产品在该产品的至少一个维度上具有功能梯度。本公开还提供了诸如通过直冷浇铸和轧制来制造在至少一个维度上具有功能梯度的铝合金产品的方法。本公开还提供了此类产品的各种最终用途，诸如在汽车、航空航天、海洋、运输、电子、国防和工业应用中。

背景技术

铝合金产品适合用于许多不同的应用，尤其是那些需要轻质、强度和耐用性的应用。例如，铝合金越来越多地取代钢作为汽车和其他运输设备的结构部件。由于铝合金的密度一般比钢低约2.8倍，因此使用此类材料会减轻设备的重量并允许显著提高能源效率。即便如此，铝合金产品的使用仍会带来某些挑战。

一个特殊的挑战涉及平轧铝合金产品，并且试图制造此类产品以表现出多种特性。这样的特性可包括机械特性，诸如杨氏模量、泊松比、剪切模量、密度、传导率和热膨胀系数。这些特性还可包括腐蚀、粘合耐久性和阳极氧化。控制这些特性的尝试可能依赖于多种材料的组合，诸如熔铸或轧制接合。然而，由多种材料制成的产品缺乏可回收性，并且可能仍无法实现预期的特性。

发明内容

本公开涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容提供了本发明的各方面的高级概述，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容既不旨在确认所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。

在一方面，描述了制备功能梯度铝合金产品的方法。这一方面的方法可包括在模具中浇铸锭或将熔融液体浇铸到浇铸腔以形成浇铸产品。浇铸产品可包括铝合金。浇铸产品可包括至少一种包晶形成元素和至少一种共晶形成元素。浇铸可包括：a)形成富集至少一种包晶形成元素且贫化至少一种共晶元素的初生晶粒；以及b)控制初生晶粒的移动和累积。该方法可包括将浇铸产品均化，其中在均化期间，初生晶粒被析出。该方法可包括轧制经均化浇铸产品以形成功能梯度铝合金产品。

在实施方案中，该方法可包括铝合金包括2xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金。

在实施方案中，该方法可包括至少一种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。

在实施方案中，该方法可包括至少一种共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

在实施方案中，该方法可包括使用直冷浇铸过程在模具中浇铸锭。

在实施方案中，该方法可包括使用连续浇铸过程将熔融液体浇铸到浇铸腔。

在实施方案中，该方法可包括连续浇铸过程，该连续浇铸过程包括用双带式浇铸机、双辊式浇铸机、块式浇铸机或任何其他连续浇铸机中的至少一者进行浇铸。

在实施方案中，轧制可包括热轧。

在实施方案中，该方法可包括析出的初生晶粒在轧制期间抑制再结晶。

在实施方案中，该方法可包括铝合金产品跨该产品的厚度呈功能梯度。

在实施方案中，该方法可包括铝合金产品跨该产品的宽度呈功能梯度。

在实施方案中，该方法可包括其中初生晶粒具有25至250微米的最大尺寸。

在实施方案中，该方法可包括铝合金包含至少一种包晶形成元素和至少一种共晶形成元素。

在实施方案中，该方法可包括在浇铸期间将至少一种包晶形成元素、至少一种共晶形成元素或它们的组合添加到锭或添加到液体金属。

在实施方案中，该方法可包括形成初生晶粒还包括形成溶质元素、金属间化合物颗粒、富溶质颗粒、增强颗粒或它们的组合中的至少一者。

在另一方面，描述了铝产品，该铝产品具有跨至少一个维度的功能梯度，其中所述功能梯度包括未再结晶中心和再结晶表面和/或从中心到表面的增强颗粒比例变化。

在实施方案中，该产品可在未再结晶中心中包含至少一种包晶形成元素。

在实施方案中，该产品可包括至少一种包晶形成元素包括Ti、Zr、V、Hf、Nb、Ta、Cr或它们的组合中的至少一者。

在实施方案中，该产品可包括至少一种包晶元素以0.2重量％或更少的量存在。

在实施方案中，该产品可在再结晶表面中包含至少一种共晶形成元素。

在实施方案中，该产品可包括共晶形成元素包括Si、Cu、Fe、Zn、Mg、Sc、Ni、Mn、Ce和Y和它们的组合中的至少一者。

在实施方案中，该产品可包括共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

在实施方案中，该产品可包含至少一种增强颗粒。

在实施方案中，增强颗粒可包括TiB₂、TiC、NbB₂、Al₂O₃、SiC、ZrB₂、AlB₂、Al₃Ti、Al₇Cr、Al₃Zr、Al₃Nb、Al₃Ta、Al₃V、AlN、Al₃Ni、Al₃Hf、Al₃HfO和它们的组合中的至少一者。

在实施方案中，增强颗粒添加到熔融金属中或在浇铸期间原位形成。

在实施方案中，增强颗粒以大于0.1重量％的量存在。

在另一方面，描述了铝合金制品，该铝合金制品衍生出上述任一项的铝合金产品。

本公开还提供了一种通过本文公开的过程制造的铝合金产品。

还公开了包含所公开的铝合金产品的制品。在一些实施方案中，制品包括轧制铝合金产品。此类制品的示例包括但不限于汽车、卡车、拖车、火车、有轨电车、飞机的部件(诸如前述任一者的主体面板或部分)、桥梁、管线、管道、管路、小船、轮船、储存容器、储罐、家具、窗户、门、栏杆、功能性或装饰性建筑件、管道栏杆、电部件、导管、饮料容器、食品容器或箔。在一些实施方案中，制品是汽车或运输主体部分，包括机动车车身部分(例如，保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件、内部面板、外部面板、侧部面板、内罩、外罩和行李箱盖板)。制品还可包括航空航天产品和电子装置壳体。

在本文中包括的具体实施方式、权利要求、非限制性示例和附图中阐述了附加的方面和实施方案。

具体实施方式

本公开提供了平轧铝合金产品，该平轧铝合金产品具有跨该产品的至少一个维度的功能梯度。这些产品可表现出在至少一个制造步骤中形成的功能梯度，同时保持可回收性和其他期望的机械特性。所公开的功能梯度铝合金产品具有沿着功能梯度的维度变化的最终特性，包括硬度、抗拉强度和伸长率。典型地，复合材料(即，通过连接不同的材料而制成的产品)具有不同的界面，从而导致特性的变化。这些界面可能会因材料的分层而失效。通过有目的地形成功能梯度，不同的界面被梯度界面取代。梯度界面允许从一种材料或材料区域到另一种材料或材料区域的特性的平滑过渡。因此，不会发生分层。

在铝合金产品中形成功能梯度对于通过熔铸或轧制接合形成的平轧产品特别有帮助，以便提高可成形性或耐腐蚀性。然而，此类产品缺乏可回收性，因为材料无法回收成其单独的片。

本文所述的功能梯度材料利用在直冷浇铸期间发生的偏析行为，而不是试图避免或纠正该偏析行为。典型地，对于给定区域，某些包晶形成颗粒可能在锭中心处富集，并且共晶形成颗粒可能在锭中心处贫化。这种偏析一直被认为是有问题的并且典型地被视作缺陷。因此，传统方法旨在表征和消除偏析，而不是有目的地促成和控制偏析。本文所述的功能梯度材料还可利用在连续浇铸期间(诸如在双辊浇铸或双带浇铸期间)发生的偏析行为。在连续浇铸时，沿着带材厚度形成中心线偏析。与直冷浇铸不同，双带式或双辊式浇铸机在中心产生正偏析，并且这种中心线偏析可用于在合金产品中产生功能梯度。

本文所述的铝合金产品的功能梯度可从浇铸过程期间形成的初生晶粒开始理解。最大尺寸为25微米至250微米的这些晶粒包括包晶形成元素和共晶元素两者。“包晶形成元素”是指通过不同固相与液体的反应来形成单一固相的元素，诸如钛(Ti)、锆(Zr)、钒(V)、铌(Nb)、铪(Hf)、钽(Ta)和铬(Cr)。“共晶形成元素”是指通过单相液体的分解来形成两个不同固相的元素，诸如硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)、钪(Sr)、铁(Fe)、铈(Ce)和锌(Zn)。

共晶形成元素增加超过最大固溶度(根据简单的二元共晶相图)会增加初生铝晶粒周围的共晶的比例。一旦局部化学成分达到共晶化学成分以上，就会形成共晶相(“D相”)。可通过控制浇铸参数或改变合金化学成分来控制中心处的共晶相。

在初生铝中的最大固溶度以下(根据简单的二元包晶相图)，包晶分数和包晶相(“A”相)随着包晶形成元素的增加而增加。浇铸包含高于最大固溶体的包晶形成元素的合金化学成分(即，递送到浇铸件的液体)将已经具有精细的包晶相，并且因此在连续浇铸期间，例如，这些富包晶元素的初生铝晶粒或作为“初生晶粒”将在浇铸期间移动到带材的中心，从而形成梯度结构带材。无论是使用直接浇铸还是连续浇铸，初生晶粒以外的相偏析也是可能的，包括溶质元素、金属间化合物颗粒、富溶质晶粒和增强颗粒的偏析。与6xxx合金的表面相比，主要存在于带材中心的包晶相的示例包括金属间化合物Al₃Ti颗粒。另一个示例是增强颗粒，诸如TiB₂、TiC、NbB₂、Al₂O₃、SiC、ZrB₂、AlB₂、Al₃Ti、Al₇Cr、Al₃Zr、Al₃Nb、Al₃Ta、Al₃V、AlN、Al₃Ni、Al₃Hf、Al₃HfO和它们的组合中的至少一者。

包晶形成元素一般用于控制铝合金产品中的再结晶行为，但它们的偏析行为典型地被忽略，因为它们以少量存在，例如0.2重量％或更少。通过优先地使包晶形成元素(例如，形成弥散体的元素)偏析，可通过产品的厚度来控制轧制铝合金产品的再结晶行为。

如本文所述，可在制造过程中的各个点处并通过各种方法来控制偏析。在一些方面，在浇铸过程期间控制偏析。示例包括通过各种方法来控制初生晶粒的沉积和累积。例如，在浇铸(例如，直冷浇铸)期间，可控制锭内的流动型态以在空间上分布初生晶粒。在一些方面，初生晶粒、溶质元素、金属间化合物颗粒、富溶质晶粒、增强颗粒或它们的组合中的至少一者可原位形成。在一些方面，可调整浇铸速度。在一些方面，可在浇铸时施加对流，诸如通过磁性装置或物理搅拌。此外，可在均化处理期间控制偏析。在这种处理期间，初生晶粒可能会析出，从而允许在晶粒析出的地方存在再结晶。这种方法允许梯度微观结构贯穿所得的平轧产品的厚度。在一些方面，甚至可在再结晶之后控制晶粒生长，诸如通过选择性地穿过轧制锭的厚度来加热轧制锭。这可允许控制晶粒形态中的附加梯度。例如，可在轧制时改变温度分布，诸如通过使用磁性、微波或感应加热方法。

定义和描述：

如本文所用，术语“发明”、“所述发明”、“此发明”和“本发明”旨在广泛地指代本专利申请和所附权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题，或限制所附专利权利要求的含义或范围。

在说明书中，提及了由AA编号和其他相关名称(诸如“系列”或“7xxx”)标识的合金。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的编号命名系统，参见由铝业协会(TheAluminum Association)发布的“International Alloy Designations and ChemicalComposition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and ChemicalCompositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”。

如本文所用，板一般具有大于约15mm的厚度。例如，板可以是指厚度大于约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的铝产品。

如本文所用，沙特板(也称片材板)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，沙特板可具有约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm的厚度。

如本文所用，片材一般是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材可具有小于约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)的厚度。

本申请中可能提及了合金回火或状态。要了解最常用的合金回火描述，参见“American National Standards(ANSI)H35 on Alloy and Temper DesignationSystems”。F状态或回火是指初制造(as fabricated)的铝合金。O状态或回火是指退火后的铝合金。Hxx状态或回火，在本文中也称为H回火，是指在冷轧后经过或不经过热处理(例如，退火)的不可热处理的铝合金。合适的H回火包括HX1、HX2、HX3、HX4、HX5、HX6、HX7、HX8或HX9回火。T1状态或回火是指从热作冷却并经受自然时效(例如，在室温下)的铝合金。T2状态或回火是指从热作冷却、经冷作并经受自然时效的铝合金。T3状态或回火是指经固溶热处理、冷作和自然时效的铝合金。T4状态或回火是指经固溶热处理和自然时效的铝合金。T5状态或回火是指从热作冷却并经受人工时效(在高温下)的铝合金。T6状态或回火是指经固溶热处理和人工时效的铝合金。T7状态或回火是指经固溶热处理和人工过时效的铝合金。T8x状态或回火是指经固溶热处理、冷作和人工时效的铝合金。T9状态或回火是指经固溶热处理、人工时效和冷作的铝合金。W状态或回火是指溶液热处理后的铝合金。

如本文所用，诸如“浇铸金属产品”、“浇铸产品”、“浇铸铝合金产品”等的术语是可互换的，并且是指通过直冷浇铸(包括直冷共浇铸)或半连续浇铸、连续浇铸(包括例如通过使用双带式浇铸机、双辊式浇铸机、块式浇铸机或任何其他连续浇铸机)、电磁浇铸、热顶浇铸或任何其他浇铸方法生产的产品。

如本文所用，“室温”的含义可包括从约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℃。如本文所用，“环境条件”的含义可包括大致室温的温度、约20％至约100％的相对湿度以及约975毫巴(mbar)至约1050mbar的大气压力。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％或其间的任何值。例如，大气压力可以是约975mbar、约980mbar、约985mbar、约990mbar、约995mbar、约1000mbar、约1005mbar、约1010mbar、约1015mbar、约1020mbar、约1025mbar、约1030mbar、约1035mbar、约1040mbar、约1045mbar、约1050mbar或其间的任何值。

本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，指定范围“1至10”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；即，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)。除非另有说明，否则当提及元素的组成量时，表述“至多”意味着该元素是任选的并且包括该特定元素的百分之零组成。除非另有说明，否则所有组成百分比均为重量百分比(wt.％)。

如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”的含义包括单数和复数个提及物。

在以下示例中，铝合金产品及其部件根据它们的以重量百分比(wt.％)表示的元素组成进行描述。在每种合金中，剩余部分是铝，其中所有杂质的总和的最大wt.％为0.15％。

本发明中可存在附带元素(诸如晶粒细化剂和脱氧剂)或其他添加剂，并且在不脱离或显著改变本文所述的合金或本文所述的合金的特性的情况下，附带元素可自行添加其他特性。

由于铝的固有性质或与处理设备接触时的浸出，合金中可能存在少量不可避免的杂质，包括材料或元素。铝中常见的一些杂质包括铁和硅。如所描述，除了合金元素、附带元素和不可避免的杂质之外，该合金可包含不超过约0.25wt.％的任何元素。

铝合金产品

在至少一个方面，本公开提供了一种铝合金产品，该铝合金产品包含在至少一个维度上具有功能梯度的铝合金材料。在一些非限制性方面，功能梯度可跨铝合金产品的厚度。在其他方面，功能梯度可跨铝合金产品的宽度。

铝合金产品可包含1xxx系列铝合金至8xxx系列铝合金的范围内的任何合适的铝合金材料。在一些实施方案中，铝合金材料是2xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金。在一些实施方案中，铝合金材料是5xxx系列铝合金，除其他元素外，其包含小于或等于0.2重量％的包晶形成元素(例如，Ti、Zr或Cr)和大于0.2重量％的共晶形成元素(例如，Si、Cu或Mg)。在一些方面，包晶形成元素的总含量小于或等于0.2重量％。在其他方面，每种包晶形成元素以小于或等于0.2重量％的量存在。在一些方面，共晶形成元素的总含量大于0.2重量％。在其他方面，每种共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。在一些实施方案中，铝合金包含规定量的包晶形成元素和/或共晶形成元素。在其他方面，可在浇铸期间将铝合金产品中所需的一些或所有共晶形成元素和/或一些或所有包晶形成元素添加到锭。

作为非限制性示例，用于本文所述的方法中的示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性5xxx系列铝合金可包括AA5182、AA5183、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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

用于本文所述的方法中的非限制性示例性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。

如本文所述，包晶形成元素可以0.2重量％或更少的量存在。在一些方面，每种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。在其他方面，所有包晶形成元素的总量为0.2重量％或更少。包晶形成元素包括Ti、Zr、V、Nb、Hf、Ta和Cr。

在某些方面，基于合金的总重量，铝合金包含至多约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的钛(Ti)。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.011％、约0.012％、约0.013％、约0.014％、约0.015％、约0.016％、约0.017％、约0.018％、约0.019％、约0.02％、约0.021％、约0.022％、约0.023％、约0.024％、约0.025％、约0.026％、约0.027％、约0.028％、约0.029％、约0.03％、约0.031％、约0.032％、约0.033％、约0.034％、约0.035％、约0.036％、约0.037％、约0.038％、约0.039％、约0.04％、约0.05％、约0.051％、约0.052％、约0.053％、约0.054％、约0.055％、约0.056％、约0.057％、约0.058％、约0.059％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.2％的Ti。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的锆(Zr)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的Zr。在某些方面，合金中不存在Zr(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的钒(V)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的V。在某些方面，合金中不存在V(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的铌(Nb)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的Nb。在某些方面，合金中不存在Nb(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的铪(Hf)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的Hf。在某些方面，合金中不存在Hf(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的钽(Ta)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的Ta。在某些方面，合金中不存在Ta(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.2％(例如，0.01％至0.2％)的量的铬(Cr)。例如，合金可包含0％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的Cr。在某些方面，合金中不存在Cr(即，0％)。全部以wt.％表达。

如本文所述，共晶形成元素可以大于0.2重量％的量存在。在一些方面，每种共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。在其他方面，所有共晶形成元素的总量大于0.2重量％。共晶形成元素包括Si、Cu、Mg、Sc、Fe、Ce、Zn以及Ni、Sr、Ca和Y。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的硅(Si)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Si。在某些方面，合金中不存在Si(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约7％(例如，0.2％至6.8％、0.25％至6.75％、0.3％至6.5％或0.4％至5％)的量的铜(Cu)。例如，合金可包含0％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.70％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％、约2％、约2.05％、约2.1、约2.15％、约2.2％、约2.25％、约2.3％、约2.35％、约2.4％、约2.45％、约2.5％；约2.6％、约2.65％、约2.7％、约2.75％、约2.8％、约2.85％、约2.9％、约2.95％、约3％、约3.05％、约3.1％、约3.15％、约3.2％、约3.25％、约3.3％、约3.35％、约3.4％、约3.45％、约3.5％、约3.55％、约3.6％、约3.65％、约3.7％、约3.75％、约3.8％、约3.85％、约3.9％、约3.95％；约4％、约4.05％、约4.1％、约4.15％、约4.2％、约4.25％、约4.3％、约4.35％、约4.4％、约4.45％、约4.5％、约4.55％、约4.6％、约4.65％、约4.7％、约4.75％、约4.8％、约4.85％、约4.9％、约4.95％；约5％、约5.05％、约5.1％、约5.15％、约5.2％、约5.25％、约5.3％、约5.35％、约5.4％、约5.45％、约5.5％、约5.55％、约5.6％、约5.65％、约5.7％、约5.75％、约5.8％、约5.85％、约5.9％、约5.95％；约6％、约6.05％、约6.1％、约6.15％、约6.2％、约6.25％、约6.3％、约6.35％、约6.4％、约6.45％、约6.5％、约6.55％、约6.6％、约6.65％、约6.7％、约6.75％、约6.8％、约6.85％、约6.9％、约6.95％或约7％的Cu。在某些方面，合金中不存在Cu(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约7％(例如，0.2％至7％、0.25％至7％、0.3％至6.5％或0.4％至5％)的量的镁(Mg)。例如，合金可包含0％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.70％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％、约2％、约2.05％、约2.1、约2.15％、约2.2％、约2.25％、约2.3％、约2.35％、约2.4％、约2.45％、约2.5％；约2.6％、约2.65％、约2.7％、约2.75％、约2.8％、约2.85％、约2.9％、约2.95％、约3％、约3.05％、约3.1％、约3.15％、约3.2％、约3.25％、约3.3％、约3.35％、约3.4％、约3.45％、约3.5％、约3.55％、约3.6％、约3.65％、约3.7％、约3.75％、约3.8％、约3.85％、约3.9％、约3.95％；约4％、约4.05％、约4.1％、约4.15％、约4.2％、约4.25％、约4.3％、约4.35％、约4.4％、约4.45％、约4.5％、约4.55％、约4.6％、约4.65％、约4.7％、约4.75％、约4.8％、约4.85％、约4.9％、约4.95％；约5％、约5.05％、约5.1％、约5.15％、约5.2％、约5.25％、约5.3％、约5.35％、约5.4％、约5.45％、约5.5％、约5.55％、约5.6％、约5.65％、约5.7％、约5.75％、约5.8％、约5.85％、约5.9％、约5.95％；约6％、约6.05％、约6.1％、约6.15％、约6.2％、约6.25％、约6.3％、约6.35％、约6.4％、约6.45％、约6.5％、约6.55％、约6.6％、约6.65％、约6.7％、约6.75％、约6.8％、约6.85％、约6.9％、约6.95％或约7％的Mg。在某些方面，合金中不存在Mg(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的钪(Sc)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Sc。在某些方面，合金中不存在Sc(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的铁(Fe)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Fe。在某些方面，合金中不存在Fe(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的铈(Ce)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Ce。在某些方面，合金中不存在Ce(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约10％(例如，0.01％至10％、0.05％至9％、0.1％至9％或0.15％至9％)的量的锌(Zn)。例如，合金可包含0％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.70％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.1％、约1.2％、约1.3％、约1.4％、约1.5％、约1.6％、约1.7％、约1.8％、约1.9％、约2％、约2.1％、约2.2％、约2.3％、约2.4％、约2.5％、约2.6％、约2.7％、约2.8％、约2.9％、约3％、约3.1％、约3.2％、约3.3％、约3.4％、约3.5％、约3.6％、约3.7％、约3.8％、约3.9％、约4％、约4.1％、约4.2％、约4.3％、约4.4％、约4.5％、约4.6％、约4.7％、约4.8％、约4.9％、约5％、约5.1％、约5.2％、约5.3％、约5.4％、约5.5％、约5.6％、约5.7％、约5.8％、约5.9％、约6％、约6.1％、约6.2％、约6.3％、约6.4％、约6.5％、约6.6％、约6.7％、约6.8％、约6.9％、约7％、约7.1％、约7.2％、约7.3％、约7.4％、约7.5％、约7.6％、约7.7％、约7.8％、约7.9％、约8％、约8.1％、约8.2％、约8.3％、约8.4％、约8.5％、约8.6％、约8.7％、约8.8％、约8.9％、约9％、约9.1％、约9.2％、约9.3％、约9.4％、约9.5％、约9.6％、约9.7％、约9.8％、约9.9％或约10％的Zn。在某些方面，合金中不存在Zn(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含至多约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的镍(Ni)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Ni。在某些方面，合金中不存在Ni(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的锶(Sr)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Sr。在某些方面，合金中不存在Sr(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的钙(Ca)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Ca。在某些方面，合金中不存在Ca(即，0％)。全部以wt.％表达。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.15％至1％)的量的钇(Y)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Y。在某些方面，合金中不存在Y(即，0％)。全部以wt.％表达。

铝合金还可包含不经历包晶或共晶反应的不混溶元素，诸如Pb、Bi、In和Sn。

在一些方面，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约2％(例如，0.01％至2％、0.05％至1.75％、0.1％至1.5％或0.25％至1％)的量的锰(Mn)。例如，合金可包含0％、约0.05％、约0.1％、约0.15％、约0.2％、约0.25％、约0.3％、约0.35％、约0.4％、约0.45％、约0.5％、约0.55％、约0.6％、约0.65％、约0.7％、约0.75％、约0.8％、约0.85％、约0.9％、约0.95％、约1％、约1.05％、约1.1％、约1.15％、约1.2％、约1.25％、约1.3％、约1.35％、约1.4％、约1.45％、约1.5％、约1.55％、约1.6％、约1.65％、约1.7％、约1.75％、约1.8％、约1.85％、约1.9％、约1.95％或约2％的Mn。在某些方面，合金中不存在Mn(即，0％)。全部以wt.％表达。

任选地，铝合金组成还可包括其他微量元素，有时称为杂质，每种微量元素的量为约0.05％或以下、约0.04％或以下、约0.03％或以下、约0.02％或以下或者约0.01％或以下的。这些杂质可包括但不限于Ga、B、C、Be或它们的组合。因此，Ga、B、B、C或Be可以约0.05％或以下、约0.04％或以下、约0.03％或以下、约0.02％或以下或者约0.01％或以下的量存在于合金中。在某些方面，所有杂质的总和不超过0.15％(例如，约0.1％)。全部以wt.％表达。在某些方面，合金的其余百分比是铝。

本文公开的合金组成，包括前述实施方案中任一者的铝合金材料，具有铝(Al)作为主要成分，例如，其量为合金的至少80.0％。任选地，合金组成具有至少85.0％的Al、或至少86.0％的Al、或至少86.5％的Al、或至少87.0％的Al、或至少87.5％的Al、或至少88.0％的Al、或至少88.5％的Al、或至少89.0％的Al、或至少89.5％的Al、或至少90.0％的Al、或至少90.5％的Al、或至少91.0％的Al、或至少91.5％的Al、或至少92.0％的铝。全部以wt.％表达。

在一些方面，可将增强材料添加到合金以形成金属基复合材料(MMC)。在2012年5月30日提交的名称为“A Process for Producing Reinforced Aluminum-Metal MatrixComposites”的WO 2012/164581中描述了MMC，该文献的全部内容以引用方式并入本文。这种增强材料可包括SiC、TiB₂、Al₂O₃、B₄C、TiC、CNT(碳纳米管)以及其他材料。MMC以其高强度和轻质而著称，并且可用于汽车工业中。在一些方面，增强材料可按金属基复合材料的重量计以至多20％的量存在。不受理论的约束，据信本文所述的功能梯度适用于MMC，因为在MMC产品的中心具有未再结晶区域可允许减少基体和增强材料之间的分层。

在一些方面，增强材料可“原位”形成在锭集槽(sump)内或在金属运输系统期间或在熔化/保温炉内形成。与“非原位”添加的增强材料相比，这种“原位”增强材料与基体的接合倾向更好。这种“原位”增强材料可包括TiB₂、TiC、NbB₂、Al₂O₃、SiC、ZrB₂、AlB₂、Al₃Ti、Al₇Cr、Al₃Zr、Al₃Nb、Al₃Ta、Al₃V、AlN、Al₃Hf、Al₃HfO以及其他材料。

本文公开的铝合金制品可以是任何合适的铝合金制品。如上所述，制品由具有跨至少一个维度的功能梯度的铝合金产品形成。在一些方面，功能梯度跨产品的厚度。例如，产品可具有中心未再结晶区域，该区域可表现出高强度，但由于产品的外表面可再结晶，这可有助于保持可成形性。如下所述，可使用光学显微镜基于晶粒的纵横比或使用电子背散射衍射或X射线衍射通过纹理来量化再结晶。

铝合金产品可具有任何合适的物理构造。任选地，铝合金产品是轧制铝合金板、沙特板或片材。在一些实施方案中，铝合金产品是轧制铝合金沙特板。在一些实施方案中，铝合金产品是轧制铝合金片材。

再结晶度或再结晶商可通过本领域已知的任何合适的方法来确定。例如，在诸如扫描电子显微照片(SEM)或光学显微照片(OM)的显微照片中，就具有更高均匀度的晶粒结构而言，可观察到更高的再结晶度或再结晶商。在一些其他示例中，电子背散射衍射(EBSD)也可用于评估再结晶度。任选地，用“再结晶商”阐述再结晶度，如本文所用，再结晶商是指公式：1–LAGB/(MAGB+HAGB)。在一些实施方案中，再结晶商可以是指或表示与材料的总量或体积相比被再结晶的材料的百分比、量或体积。LAGB是指给定体积中相邻晶粒之间的取向差为2°至15°的晶界数量(即，小角度晶界的数量)。MAGB是指给定体积中相邻晶粒之间的取向差大于15°但不大于30°的晶界数量(即，中角度晶界的数量)。HAGB是指给定体积中相邻晶粒之间的取向差大于30°的晶界数量(即，高角度晶界的数量)。LAGB、MAGB和HAGB的数量或值可通过测量相邻晶粒之间的取向差的角度来确定，如EBSD所记录。当严重变形的材料在高温下退火时，材料的恢复或再结晶可能会减少材料中储存的能量。恢复与再结晶竞争，因为两者在退火期间都是由储存的能量促成的。恢复可被定义为在没有高角度晶界迁移的情况下发生在变形材料中的退火过程。变形结构通常是具有具有位错角度的壁的微孔结构。随着恢复的进行，这些微孔壁经历了向真正的亚晶粒结构的转变。这是通过逐渐消除外来位错并将剩余位错重新排列到低角度晶界中而发生的。然而，再结晶是通过储存的变形能量促成的高角度晶界的形成和迁移在变形材料中形成新的晶粒结构。因此，LAGB在再结晶过程中被消除。

如本文所述形成的功能梯度可跨铝合金产品的至少一个维度，诸如厚度和/或宽度。任选地，铝合金产品的至少两个外区域(例如，产品的至少两个平行表面)具有比朝向铝合金产品的中心的再结晶商更高的再结晶商。任选地，至少两个外区域的再结晶商比铝合金产品的中心的再结晶商高至少0.01(例如，0.01至1.0)、或高至少0.03、或高至少0.05、或高至少0.07、或高至少0.10、或高至少0.15、或高至少0.20、或高至少0.25、或高至少0.30、或高至少0.35、或高至少0.40、或高至少0.45、或高至少0.50。

还可通过查看跨功能梯度的维度的铝合金产品的组成来理解功能梯度。例如，功能梯度沿锭的中心线可具有更大的包晶形成元素含量，而沿外区域可存在更大的共晶形成元素含量。

如本文所述的铝合金产品可独立地表现出200MPa至700MPa或甚至大于700MPa(诸如至多750MPa、800MPa或850MPa)的抗拉强度。例如，抗拉强度可以是200MPa至650MPa、200MPa至600MPa、200MPa至550MPa、200MPa至500MPa、250MPa至650MPa、250MPa至600MPa、250MPa至550MPa、250MPa至500MPa、300MPa至650MPa、300MPa至600MPa、300MPa至550MPa、300MPa至500MPa、350MPa至650MPa、350MPa至600MPa、350MPa至550MPa、350MPa至500MPa、400MPa至650MPa、400MPa至600MPa、400MPa至550MPa、400MPa至500MPa、200MPa至225MPa、225MPa至250MPa、250MPa至275MPa、275MPa至300MPa、300MPa至325MPa、325MPa至350MPa、350MPa至375MPa、375MPa至400MPa、400MPa至425MPa、425MPa至450MPa、450MPa至475MPa、475MPa至500MPa、500MPa至525MPa、525MPa至550MPa、550MPa至575MPa、575MPa至600MPa、600MPa至625MPa、625MPa至650MPa、650MPa至675MPa或675MPa至700MPa。

如本文所述的铝合金产品可独立地表现出200MPa至600MPa或甚至大于600MPa(诸如至多650MPa、700MPa或750MPa)的屈服强度。例如，屈服强度可以是200MPa至550MPa、200MPa至500MPa、250MPa至600MPa、250MPa至550MPa、250MPa至500MPa、300MPa至600MPa、300MPa至550MPa、300MPa至500MPa、350MPa至600MPa、350MPa至550MPa、350MPa至500MPa、400MPa至600MPa、400MPa至550MPa、400MPa至500MPa、200MPa至225MPa、225MPa至250MPa、250MPa至275MPa、275MPa至300MPa、300MPa至325MPa、325MPa至350MPa、350MPa至375MPa、375MPa至400MPa、400MPa至425MPa、425MPa至450MPa、450MPa至475MPa、475MPa至500MPa、500MPa至525MPa、525MPa至550MPa、550MPa至575MPa或575MPa至600MPa。

制备铝合金产品的使用方法

在某些方面，所公开的铝合金产品是所公开的方法的产品。不旨在限制本文所述的本发明的范围，本文所述的铝合金产品的特性部分地由在其制备期间形成某些微观结构决定。

在至少一个方面，本公开提供了一种制造铝合金产品的方法，该方法包括：提供处于熔融状态的铝合金作为熔融铝合金；浇铸熔融铝合金以形成铝合金浇铸产品；将铝合金浇铸产品均化以形成经均化铝合金浇铸产品；以及将经均化铝合金浇铸产品进行轧制以形成轧制铝合金产品。在一些方面，通过直冷(DC)浇铸过程将熔融铝合金浇铸成锭。在一些方面，通过使用双带式浇铸机、双辊式浇铸机、块式浇铸机或任何其他连续浇铸机经由连续(CC)浇铸过程将熔融铝合金浇铸到浇铸腔中。

浇铸

本文公开的方法可包括将母合金(二元或三元或四元元素)或纯金属形式的不同合金元素添加到熔融液池中的步骤。这还可涉及使用磁铁或手动搅拌来搅拌熔炉。任选地，可添加增强颗粒。这可涉及去除浮渣。

本文公开的方法可包括使用感应炉或燃气炉或电阻炉来制备熔融液体的步骤。

本文公开的方法可包括浇铸熔融铝合金以形成铝合金浇铸产品的步骤。在一些实施方案中，可在浇铸之前处理熔融合金。该处理可包括炉熔化、在线除气、在线熔化和过滤中的一者或多者。铝合金浇铸产品可使用根据本领域普通技术人员已知的铝工业中常用的标准执行的任何浇铸过程形成，包括通过如本文所述的直接浇铸和连续浇铸方法。

在某些方面，熔融液体包括可恰好在使用直接浇铸方法将熔融液体递送到模具之前添加的分散的增强颗粒。另外地或替代地，熔融液体包括在初生熔融液体仍在流动时作为二次熔融液体添加到集槽内部的深处的分散的增强颗粒。在某些方面，二次熔融金属富集弥散体形成元素并且直接注入到集槽内部的深处。

作为一些非限制性示例，浇铸过程可包括直冷(DC)浇铸过程或连续浇铸(CC)过程。连续浇铸系统可包括一对移动的对置浇铸表面(例如，移动的对置带、辊或块)、位于这一对移动的对置浇铸表面之间的浇铸腔以及熔融金属喷射器。熔融金属喷射器可具有端部开口，熔融金属可从该端部开口离开熔融金属喷射器并且被喷射到浇铸腔中。在一些实施方案中，CC过程可包括但不限于使用双带式浇铸机、双辊式浇铸机或块式浇铸机。在一些实施方案中，浇铸过程通过CC过程来执行以形成坯料、板坯、沙特板、带材等形式的浇铸产品。在某些方面，使用DC浇铸。

浇铸产品(诸如锭、坯料、板坯、沙特板、带材等)可通过本领域普通技术人员已知的任何方式来加工。任选地，加工步骤可用于制备片材。此类加工步骤可包括但不限于均化、热轧、冷轧、溶解热处理和任选的预时效步骤，如本领域普通技术人员已知。使用本领域技术人员已知的修改和技术，加工步骤可适用于任何浇铸产品，包括但不限于锭、坯料、板坯、带材、板、沙特板等。可使用特定加工步骤来制备具有特定再结晶商分布的铝合金制品，如下所述。

在一些情况下，浇铸过程可能会影响在后续加工步骤期间可能发生的再结晶和重新形成。例如，弥散体形成元素在浇铸产品(诸如锭)中的分布可能会影响浇铸产品进行再结晶的能力。通过选择性地形成富集至少一种包晶形成元素且贫化至少一种共晶元素的初生晶粒从而在浇铸过程期间使包晶(弥散体)形成元素偏析，浇铸产品以及经加工产品和制品的不同区域可能或多或少容易发生再结晶。包晶形成元素可以纳米级弥散体的形式从过饱和溶液中析出，所述纳米级弥散体可以是例如10nm的直径至100nm的直径。这些弥散体可具有不会像较大的颗粒那样促进再结晶成核的尺寸。相反，这些颗粒可能会抑制位错和晶界的运动，使得抑制再结晶。这些弥散体的体积或质量分数可决定或影响浇铸产品中的特定再结晶行为。

例如，除了初生晶粒尺寸对包晶元素在中心的宏观偏析有影响外，初生铝晶粒中的包晶元素固溶度的增加也可决定铸锭中宏观偏析的量。包晶元素固溶度的增加是由初生晶粒的凝固路径决定的。一旦包晶元素在初生晶粒内处于固溶状态，因此允许初生晶粒在锭中心沉降，包晶元素也可在变形阶段期间从下游析出，而不管初生晶粒尺寸如何。由于在均化过程期间一般会形成弥散体，因此在热轧后会发生再结晶。因此，浇铸初生晶粒尺寸(或枝晶尺寸)可能与包晶(弥散体)形成元素和再结晶机制无关。在一些情况下，可能存在所谓的“无颗粒区”，其中在均化之后初生晶粒中不存在弥散体。据信，当包晶(弥散体)形成元素在初生晶粒上的分布发生变化并且初生晶粒中心富集包晶元素并且在朝向晶粒(或枝晶)边界的方向上贫化时，会发生这种情况。

在大型铸件中，合金元素可能会贫化或累积。这被称为宏观偏析，它可能是由本质上不同组成的固相和液相的相对移动引起的。锭的中心可能特别容易发生宏观偏析，诸如在浇铸期间。例如，锭的这个区域可表现出共晶形成元素的贫化，其中相对贫化与浇铸速度成正比。这一特性在Yu和Granger的“Macrosegregation in Aluminum Alloy Ingot Castby the Semicontinuous Direct Chill(DC)Method,International Conference onAluminum alloys–Their physical and mechanical properties”，Charlottesville，Virginia.Warley(UK)：EMAS；1986，第17至29页中进一步阐明。如本文所述，虽然这种行为先前被认为是有害的，但本发明人反而有意形成宏观偏析但使用特定方法形成功能梯度。这种功能梯度产生具有期望特性并可回收的铝轧制产品。有利地，更多的初生晶粒累积在中心以提供铝合金产品，所述铝合金产品具有跨产品的至少一个维度的功能梯度。

类似地，包晶或弥散体形成元素也可选择性地富集在锭的中心线中，并且也可通过提高浇铸速度来增强富集。因此，通过改变浇铸速度，弥散体形成元素的分布可在锭的中心进行优化，这可影响可能发生再结晶的速率。例如，通过增加包含弥散体形成元素的锭的浇铸速度，与较慢的浇铸速率相比，可增加在锭的中心处的弥散体形成元素的浓度。然后可在后续加工步骤(例如，轧制、退火等)期间使用对应凝固锭中增加的弥散体含量来影响在经加工物体的中心处的再结晶速率。以此方式，例如，在后续轧制和退火步骤期间，浇铸可影响中心部分相对于表面部分的再结晶量和速率。因此，本文公开的方法可任选地利用高速率浇铸步骤，诸如约1.5英寸每分钟(IPM)或更高，诸如1.5至10IPM、2.5至10IPM、3.5至10IPM或4.5至10IPM。

为了影响弥散体在期望位置处(例如，朝向锭的中心或朝向外表面)的形成，可调整浇铸过程中的各种参数。例如，为了富集包晶(弥散体)元素，可控制锭内的熔融金属的流动。为了改变流动，高速喷射熔化技术使用定制喷嘴以允许流动以一定角度朝向短面和轧制面移动，因此集槽轮廓更陡峭，这迫使更多晶粒沉降到中心。可在不使用磁体的情况下执行高速喷射熔化技术。替代地，位于每个轧制面上并沿相反方向旋转的大磁体可用于产生在朝向锭中心的方向上从轧制表面移动的流动。改变流动的另一替代方案可包括使用带有成角度的狭槽的大组合袋，以提供更靠近端面移动并允许更多初生晶粒在集槽底部的中心沉降的流动。改变流动的又一替代方案可包括使用磁性高速液体喷射技术，以允许产生更深的集槽并因此增加偏析。这也可在锭的中心处产生共晶元素的更偏正的偏析。另外地或代替改变流动，可经由磁性装置或通过物理搅拌来施加对流。这些方法可用于改变晶粒在浇铸期间的沉降方式。在其他实施方案中，可增加浇铸速度，这可有助于增加熔池的深度。此外，增加凝固界面的角度可导致晶粒向模具中熔池底部(例如，朝向锭中心)的移动增加。该过程可根据期望功能梯度如何流动来调整，例如，弥散体集中在锭的中心或朝向表面/边缘。

产生期望的锭的浇铸过程的其他区别方面可包括以下任何方面。例如，原位技术可用于增加集槽深度并产生更多宏观偏析。另外地或替代地，可使用商业刮水器技术增加集槽深度。另外地或替代地，可将其中二次液体富集包晶元素和/或共晶元素(例如，二元合金液体的可能性)的二次液体射流在一次液体射流下方的更高深度处直接注入集槽中以大大增加偏析倍数，并且还可有助于在DC浇铸期间增加铝初生晶粒中的元素固溶度，从而表明类似的方法也可应用于CC。另外地或替代地，可将二元棒注入或直接馈送插入集槽的中心，使得在棒熔化时，实现在中心的那些棒元素浓度的增加。另外地或替代地，可将浆料流(或包含增强颗粒的液体)注入或馈送到集槽的中心，使得锭保持更细的颗粒尺寸，而不会在锭中心处变粗或凝聚。另外地或替代地，可使用上述技术的组合，诸如高速液体喷射技术与商业刮水器一起使用的组合和/或通过改变浇铸速度以提供增强的宏观偏析。

均化

均化步骤可包括加热由本文所述的合金组成制备的铝合金浇铸产品以获得至少400℃的峰值金属温度(PMT)(例如，至少400℃、至少410℃、至少420℃、至少430℃、至少440℃、至少450℃、至少460℃、至少470℃、至少480℃、至少490℃、至少500℃、至少510℃、至少520℃或至少530℃)。例如，铝合金产品可加热到400℃至580℃、420℃至575℃、440℃至570℃、460℃至565℃、485℃至560℃、500℃至560℃或520℃至580℃的温度。任选地，到PMT的加热速率是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。任选地，到PMT的加热速率是10℃/min至100℃/min(例如，10℃/min至90℃/min、10℃/min至70℃/min、10℃/min至60℃/min、20℃/min至90℃/min、30℃/min至80℃/min、40℃/min至70℃/min，或50℃/min至60℃/min)。

在一些情况下，然后允许铝合金浇铸产品均热(即，保持在特定温度，诸如PMT)一段时间。在一些实施方案中，允许铝合金浇铸产品均热至多24小时(例如，从30分钟到6小时，包括30分钟和6小时)。例如，在一些实施方案中，铝合金产品在至少400℃的温度下均热30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时或其间的任何时间段。

在一些实施方案中，本文所述的均化可在两阶段均化过程中执行。在一些实施方案中，均化过程可包括上述加热和均热步骤，其可称为第一阶段，并且可进一步包括第二阶段。在均化过程的第二阶段，将铝合金浇铸产品的温度增加到比用于均化过程的第一阶段的温度更高的温度。在均化过程的第一阶段期间，铝合金浇铸产品的温度可增加到例如比铝合金浇铸产品温度高至少5℃的温度。例如，铝合金浇铸产品温度可增加到至少405℃的温度(例如，至少410℃、至少415℃或至少420℃)。到第二阶段均化温度的加热速率可以是5℃/小时或更小、3℃/小时或更小或2.5℃/小时或更小。然后在第二阶段期间允许铝合金浇铸产品均热一段时间。在一些实施方案中，允许铝合金浇铸产品均热至多10小时(例如，从30分钟到10小时，包括30分钟和10小时)。例如，铝合金浇铸产品可在至少405℃的温度下均热30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时或10小时。在一些实施方案中，在均化后，允许铝合金浇铸产品在空气中冷却至室温。

均化步骤可允许在浇铸期间形成的包晶相或弥散相析出。如本文所述，锭可在锭中心具有更大量的包晶形成元素，但如果需要，这也可相反以在表面具有更大量的弥散体。

均化炉内的温度梯度可用于在锭横截面上产生微观结构的变化。例如，锭的表面和中心之间的温差会导致弥散体形成的变化。

在均化之后，可在锭表面施加淬火水持续几秒，使得外表面更快地冷却得并将内表面保持在较高温度，这也可促进跨横截面的微观结构的梯度。微观结构的梯度可包括化学组成梯度、初生晶粒分布、不溶性金属间化合物颗粒(类型、尺寸、形状、分布)、纹理或再结晶晶粒分布、强化析出物和/或增强颗粒中的至少一者。

热轧

在均化步骤后，可执行一个或多个热轧道次。热轧道次是认为形成了梯度微观结构时的步骤，因为弥散相用于抑制再结晶。如上所述，弥散相可以更大量存在于锭中心或锭表面，具体取决于期望的最终用途和期望的特性。

在某些情况下，铝合金产品在250℃至550℃(例如，300℃至500℃、或350℃至450℃、或300℃至520℃)范围内的温度下进行热轧。在一些方面，为了控制再结晶后的晶粒生长过程，在轧制期间选择性地加热铝合金产品，例如，通过使用不同的温度分布来提供梯度加热。梯度加热可使用磁性、微波或感应加热方法。例如，梯度加热可包括加热片材或厚剪切规格板，使得外部部分具有高于再结晶温度的温度并且内部部分具有低于再结晶温度的温度。替代地或另外地，可在加热后立即施加喷水，使得外部部分立即降到低于再结晶温度的温度，而内部部分保持高于再结晶温度的温度。

在某些实施方案中，铝合金产品被热轧到4mm至15mm厚规格(例如，5mm至12mm厚规格)，其被称为沙特板。例如，铝合金产品可热轧到15mm厚规格、14mm厚规格、13mm厚规格、12mm厚规格、11mm厚规格、10mm厚规格、9mm厚规格、8mm厚规格、7mm厚规格、6mm厚规格或5mm厚规格，或其间的任何值。

在某些其他实施方案中，铝合金产品可热轧到大于15mm厚的规格(即，板)。例如，铝合金产品可热轧到25mm厚规格、24mm厚规格、23mm厚规格、22mm厚规格、21mm厚规格、20mm厚规格、19mm厚规格、18mm厚规格、17mm厚规格或16mm厚规格，或其间的任何合适的规格或超过25mm厚。

在某些其他实施方案中，铝合金产品可在侧面进行交叉轧制。

在其他情况下，铝合金产品可热轧到小于4mm的规格(即，片材)。例如，铝合金产品可热轧到3.5mm厚规格、3mm厚规格、2mm厚规格或1mm厚规格，或其间的任何值。

冷轧和退火以及进一步轧制

在热轧后，可执行一个或多个冷轧道次。在某些实施方案中，来自热轧步骤的轧制产品(例如，板、沙特板或片材)可冷轧成薄规格沙特板或片材。在一些实施方案中，该薄规格沙特板或片材被冷轧成具有在0.9mm至12.0mm、或2.0mm至8.0mm、或3.0mm至6.0mm、或4.0mm至5.0mm范围内的厚度(即，第一厚度)。在一些实施方案中，该薄规格沙特板或片材被冷轧至具有厚度12.0mm、11.9mm、11.8mm、11.7mm、11.6mm、11.5mm、11.4mm、11.3mm、11.2mm、11.1mm、11.0mm、10.9mm、10.8mm、10.7mm、10.6mm、10.5mm、10.4mm、10.3mm、10.2mm、10.1mm、10.0mm、9.9mm、9.8mm、9.7mm、9.6mm、9.5mm、9.4mm、9.3mm、9.2mm、9.1mm、9.0mm、8.9mm、8.8mm、8.7mm、8.6mm、8.5mm、8.4mm、8.3mm、8.2mm、8.1mm、8.0mm、7.9mm、7.8mm、7.7mm、7.6mm、7.5mm、7.4mm、7.3mm、7.2mm、7.1mm、7.0mm、6.9mm、6.8mm、6.7mm、6.6mm、6.5mm、6.4mm、6.3mm、6.2mm、6.1mm、6.0mm、5.9mm、5.8mm、5.7mm、5.6mm、5.5mm、5.4mm、5.3mm、5.2mm、5.1mm、5.0mm、4.9mm、4.8mm、4.7mm、4.6mm、4.5mm、4.4mm、4.3mm、4.2mm、4.1mm、4.0mm、3.9mm、3.8mm、3.7mm、3.6mm、3.5mm、3.4mm、3.3mm、3.2mm、3.1mm、3.0mm、2.9mm、2.8mm、2.7mm、2.6mm、2.5mm、2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.1mm、1.0mm或0.9mm，或其间的任何值。

在一些实施方案中，一个或多个冷轧道次将轧制铝产品的厚度减少至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％、或至少70％。在一些实施方案中，一个或多个冷轧道次将浇铸产品减少到不超过10mm、或不超过9mm、或不超过8mm、或不超过7mm、或不超过6mm、或不超过5mm的厚度(即，第一厚度)。

在一个或多个冷轧道次后，可执行退火。这也可称为中间退火(intermediateannealing/inter-annealing)，因为它在轧制过程的中间进行，因为在一些实施方案中，在退火之后执行一个或多个附加的轧制道次。

退火步骤可包括将轧制铝产品从室温加热到380℃至500℃的温度(例如，385℃至495℃、390℃至490℃、395℃至485℃、400℃至480℃、405℃至475℃、410℃至470℃、415℃至465℃、420℃至460℃、425℃至455℃、430℃至460℃、380℃至450℃、405℃至475℃或430℃至500℃)。

该中间退火步骤可例如在所得产品中产生某些有益的纹理特征。特别地，中间退火有助于在产品表面上形成再结晶围观结构并在产品的中间形成恢复和/或未再结晶结构。在一些示例中，产品表面的纹理将以再结晶组分为主，包括立方体、立方体ND和立方体RD，而不是变形型组分，诸如Bs、S和Cu。因此，在不降低强度的情况下，提高了产品的弯曲性能。

板、沙特板或片材可在中间退火温度下均热一段时间。在一个非限制性示例中，允许板、沙特板或片材均热至多约2小时(例如，约15分钟至约120分钟，包括15分钟和120分钟)。例如，板、沙特板或片材可在约400℃至约500℃的温度下均热15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、60分钟、65分钟、70分钟、75分钟、80分钟、85分钟、90分钟、95分钟、100分钟、105分钟、110分钟、115分钟或120分钟，或其间的任何值。

在一些实施方案中，轧制铝合金产品的中间退火在高于铝合金的最低再结晶温度不超过45℃、或不超过40℃、或不超过35℃、或不超过30℃、或不超过25℃、或不超过20℃、或不超过15℃、或不超过10℃的温度下执行。在一些实施方案中，轧制铝合金产品的中间退火在高于铝合金的最低再结晶温度的温度下执行不超过3.0小时、或不超过2.5小时、或不超过2.0小时、或不超过1.5小时、或不超过1.0小时。

任选地，中间退火可包括多个退火子步骤。例如，在一些实施方案中，在高于最低再结晶温度的第一温度下执行退火持续第一时间段，并且在高于最低再结晶温度的第二温度下执行持续第二时间段。例如，高于最低再结晶温度的第一温度可大于高于最低再结晶温度的第二温度。退火可例如使表面部分比中间部分更早地经受更高温度的退火条件。通过使用其中第二步的温度低于第一步的温度的两步(或多步)中间退火过程，轧制铝合金产品的表面部分比中间部分可经受比再结晶条件更长的时间段。这也可能发生在使用单一退火温度的单步中间退火过程中，但效果在多步退火过程中可能更显著。

任选地，在中间退火之后，执行进一步的轧制，诸如冷轧。在一些实施方案中，执行一个或多个附加的冷轧道次。这种附加的轧制使铝合金产品达到最终厚度(即，第二厚度)。在一些实施方案中，最终厚度在0.1mm至4.0mm的范围内。在一些实施方案中，最终厚度是4.0mm、3.9mm、3.8mm、3.7mm、3.6mm、3.5mm、3.4mm、3.3mm、3.2mm、3.1mm、3.0mm、2.9mm、2.8mm、2.7mm、2.6mm、2.5mm、2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.1mm、1.0mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。在一些其他此类实施方案中，最终厚度不超过4.0mm、或不超过3.5mm、或不超过3.0mm、或不超过2.5mm、或不超过2.0mm、或不超过1.5mm、或不超过1.0mm、或不超过0.5mm、或不超过0.3mm、或不超过0.1mm。

精加工步骤

任选地，在中间退火和/或附加的轧制后，可进行附加的精加工步骤，包括但不限于固溶、淬火、时效和卷绕中的一者或一者。

在一些实施方案中，可进行溶解热处理步骤。溶解热处理步骤可包括将铝合金产品从室温加热到430℃至580℃的温度。例如，溶解热处理步骤可包括将铝合金产品从室温加热到440℃至580℃、460℃至500℃或480℃至490℃的温度。在一些示例中，溶解热处理步骤的加热速率可以是250℃/小时至350℃/小时(例如，250℃/小时、255℃/小时、260℃/小时、265℃/小时、270℃/小时、275℃/小时、280℃/小时、285℃/小时、290℃/小时、295℃/小时、300℃/小时、305℃/小时、310℃/小时、315℃/小时、320℃/小时、325℃/小时、330℃/小时、335℃/小时、340℃/小时、345℃/小时或350℃/小时)。

在一些实施方案中，然后可在基于所选择的规格的淬火步骤中以可在约50℃/s至400℃/s之间变化的淬火速度将铝合金产品冷却至约25℃的温度。例如，淬火速率可以是约50℃/s至约375℃/s、约60℃/s至约375℃/s、约70℃/s至约350℃/s、约80℃/s至约325℃/s、约90℃/s至约300℃/s、约100℃/s至约275℃/s、约125℃/s至约250℃/s、约150℃/s至约225℃/s或约175℃/s至约200℃/s。

在淬火步骤中，铝合金产品用液体(例如，水)和/或气体或另一种选定的淬火介质快速淬火。在某些方面，铝合金产品可用水快速地淬火。在某些实施方案中，铝合金产品用空气淬火。

在一些实施方案中，铝合金产品可进行人工时效一段时间以产生T6或T7回火。在某些实施方案中，铝合金产品可在约100℃至225℃(例如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃或225℃)下人工时效一段时间。任选地，铝合金产品可进行冷作并人工时效约15分钟至约48小时的时段(例如，15分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时、31小时、32小时、33小时、34小时、35小时、36小时、37小时、38小时、39小时、40小时、41小时、42小时、43小时、44小时、45小时、46小时、47小时或48小时，或其间的任何值)。

在一些实施方案中，还可在生产期间或之后应用退火步骤以产生卷材形式的铝合金产品以提高生产率或可成形性。例如，可在O回火下使用热轧或冷轧步骤以及在热轧或冷轧步骤后的退火步骤提供卷材形式的合金。成形可在O回火下进行，然后进行溶解热处理、淬火和人工时效/烤漆。

在某些方面，为了生产卷材形式并且与F回火相比具有高成形性的铝合金产品，可对卷材应用退火步骤。不旨在限制本发明，退火的目的和退火参数可包括：(1)释放材料中的加工硬化以获得可成形性；(2)使材料再结晶或恢复而不引起明显的晶粒长大；(3)设计或转换纹理以适合成形和减少成形期间的各向异性；以及(4)避免预先存在的析出颗粒的粗化。

在一个或多个方面，本公开提供了通过上述过程或其任何实施方案形成的铝合金产品。

制品

本公开提供了一种制品，该制品由本文公开的铝合金产品组成。在一些实施方案中，制品由轧制铝合金产品组成。此类制品的示例包括但不限于汽车、卡车、拖车、火车、有轨电车、飞机、装甲车、轮船、小船、前述任一者的主体面板或部分、桥梁、管线、管道、管路、小船、轮船、储存容器、储罐、家具、窗户、门、栏杆、功能性或装饰性建筑件、管道栏杆、电部件、导管、饮料容器、食品容器或箔。

在一些其他实施方案中，本文公开的铝合金产品可用于汽车和/或运输应用中，包括机动车辆、飞机和铁路应用，或任何其他期望的应用。在一些示例中，本文公开的铝合金产品可用于制备机动车辆车身部分产品，诸如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A支柱、B支柱和C支柱)、内部面板、外部面板、侧部面板、内罩、外罩或行李箱盖板。本文所述的铝合金和方法还可用于飞机或铁路车辆应用中，以制备例如外部和内部面板。

在一些其他实施方案中，本文公开的铝合金制品可用于电子应用中。例如，本文公开的铝合金产品还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，制品可用于制备移动电话(例如，智能电话)和平板底架的外罩的壳体。

在一些其他实施方案中，本文公开的铝合金产品可用于工业应用中。例如，本文公开的铝合金产品可用于为一般分销市场制备产品。

在一些其他实施方案中，本文公开的铝合金制品可用作航空航天主体部件。例如，本文公开的铝合金制品可用于制备结构性航空航天主体部件，诸如机翼、机身、副翼、方向舵、升降舵、整流罩或支架。在一些其他实施方案中，本文公开的铝合金制品可用于制备非结构性航空航天主体部件，诸如座椅轨道、座椅框架、面板或铰链。

以下示例用于进一步说明本公开的某些实施方案，然而同时不构成对本公开的任何限制。相反，应当清楚地理解，可采取各种实施方案、修改及其等效物，在不脱离本公开的精神的情况下，本领域普通技术人员在阅读本文的描述之后可想到这些实施方案、修改及其等效物。

说明性方面

如下文所用，对一系列方面(例如，“方面1至4”)或一组未枚举方面(例如，“任一先前或后续方面”)的任何引用应分开被理解为对那些方面中的每一者的引用(例如，“方面1至4”应当被理解为“方面1、方面2、方面3或方面4”)。方面1是一种制备功能梯度铝合金产品的方法，所述方法包括：在模具中浇铸锭或将熔融液体浇铸到浇铸腔以形成浇铸产品，所述浇铸产品包括铝合金，并且所述浇铸产品包含至少一种包晶形成元素和至少一种共晶形成元素，其中所述浇铸：a)形成富集所述至少一种包晶形成元素且贫化所述至少一种共晶元素的初生晶粒；以及b)控制所述初生晶粒的移动和累积；将所述浇铸产品均化，其中在均化期间，所述初生晶粒被析出；以及轧制所述经均化浇铸产品以形成所述功能梯度铝合金产品。

方面2是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述铝合金是2xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金。

方面3是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述至少一种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。

方面4是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述至少一种共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

方面5是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述在模具中浇铸锭包括直冷浇铸过程。

方面6是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述将熔融液体浇铸到浇铸腔包括连续浇铸过程。

方面7是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述连续浇铸过程包括用双带式浇铸机、双辊式浇铸机、块式浇铸机或任何其他连续浇铸机中的至少一者进行的浇铸。

方面8是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述轧制包括热轧。

方面9是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述析出的初生晶粒在所述轧制期间抑制再结晶。

方面10是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述铝合金产品跨所述产品的厚度呈功能梯度。

方面11是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述铝合金产品跨所述产品的宽度呈功能梯度。

方面12是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述初生晶粒具有25至250微米的最大尺寸。

方面13是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含所述至少一种包晶形成元素和所述至少一种共晶形成元素。

方面14是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中在浇铸期间将所述至少一种包晶形成元素、所述至少一种共晶形成元素或它们的组合添加到所述锭或液体金属。

方面15是如任一先前或后续方面中任一项所述的方法，其中形成初生晶粒还包括形成溶质元素、金属间化合物颗粒、富溶质颗粒、增强颗粒或它们的组合中的至少一者。

方面16是一种铝合金产品，所述铝合金产品包括跨至少一个维度的功能梯度，其中所述功能梯度包括未再结晶中心和再结晶表面和/或从中心到表面的增强颗粒比例变化。

方面17是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述产品在所述未再结晶中心中包含至少一种包晶形成元素。

方面18是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述至少一种包晶形成元素包括Ti、Zr、V、Hf、Nb、Ta、Cr或它们的组合中的至少一者。

方面19是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述至少一种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。

方面20是如任一先前或后续方面中任一项所述的铝合金产品，其中所述产品在所述再结晶表面中包含至少一种共晶形成元素。

方面21是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述共晶形成元素包括Si、Cu、Fe、Zn、Mg、Sc、Ni、Mn、Ce和Y和它们的组合中的至少一者。

方面22是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

方面23是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述产品能够包含至少一种增强颗粒。

方面24是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒是TiB₂、TiC、NbB₂、Al₂O₃、SiC、ZrB₂、AlB₂、Al₃Ti、Al₇Cr、Al₃Zr、Al₃Nb、Al₃Ta、Al₃V、AlN、Al₃Ni、Al₃Hf、Al₃HfO和它们的组合中的至少一者。

方面25是如任一先前或后续方面所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒添加到熔融金属中或在浇铸期间原位形成。

方面26是如任一先前或后续方面中任一项所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒以大于0.1重量％的量存在。

方面27是一种铝合金制品，所述铝合金制品包括如任一先前方面中任一项所述的铝合金产品。

上文引用的所有专利、专利申请、出版物和摘要以全文引用方式并入本文。为了实现本发明的各个目的，已经描述了本发明的各个实施方案。应当认识到，这些实施方案仅说明本发明的原理。在不脱离如在所附权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下，本发明的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 (27)

1.一种制备功能梯度铝合金产品的方法，所述方法包括：

在模具中浇铸锭或将熔融液体浇铸到浇铸腔以形成浇铸产品，所述浇铸产品包括铝合金，并且所述浇铸产品包含至少一种包晶形成元素和至少一种共晶形成元素，其中所述浇铸：

a)形成富集所述至少一种包晶形成元素且贫化所述至少一种共晶元素的初生晶粒；以及

b)控制所述初生晶粒的移动和累积；

将所述浇铸产品均化，其中在均化期间，所述初生晶粒被析出；以及

轧制所述经均化浇铸产品以形成所述功能梯度铝合金产品。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述铝合金是2xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一种共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述在模具中浇铸锭包括直冷浇铸过程。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述将熔融液体浇铸到浇铸腔包括连续浇铸过程。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述连续浇铸过程包括用双带式浇铸机、双辊式浇铸机、块式浇铸机或任何其他连续浇铸机中的至少一者进行的浇铸。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述轧制包括热轧。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述析出的初生晶粒在所述轧制期间抑制再结晶。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述铝合金产品跨所述产品的厚度呈功能梯度。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述铝合金产品跨所述产品的宽度呈功能梯度。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述初生晶粒具有25至250微米的最大尺寸。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述铝合金包含所述至少一种包晶形成元素和所述至少一种共晶形成元素。

14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中在浇铸期间将所述至少一种包晶形成元素、所述至少一种共晶形成元素或它们的组合添加到所述锭或液体金属。

15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中形成初生晶粒还包括形成溶质元素、金属间化合物颗粒、富溶质颗粒、增强颗粒或它们的组合中的至少一者。

16.一种铝合金产品，所述铝合金产品包括跨至少一个维度的功能梯度，其中所述功能梯度包括未再结晶中心和再结晶表面和/或从中心到表面的增强颗粒比例变化。

17.如权利要求16所述的铝合金产品，其中所述产品在所述未再结晶中心中包含至少一种包晶形成元素。

18.如权利要求17所述的铝合金产品，其中所述至少一种包晶形成元素包括Ti、Zr、V、Hf、Nb、Ta、Cr或它们的组合中的至少一者。

19.如权利要求17或18所述的铝合金产品，其中所述至少一种包晶形成元素以0.2重量％或更少的量存在。

20.如权利要求16至19中任一项所述的铝合金产品，其中所述产品在所述再结晶表面中包含至少一种共晶形成元素。

21.如权利要求20所述的铝合金产品，其中所述共晶形成元素包括Si、Cu、Fe、Zn、Mg、Sc、Ni、Mn、Ce和Y和它们的组合中的至少一者。

22.如权利要求20或21所述的铝合金产品，其中所述共晶形成元素以大于0.2重量％的量存在。

23.如权利要求16至19所述的铝合金产品，其中所述产品能够包含至少一种增强颗粒。

24.如权利要求23所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒是TiB₂、TiC、NbB₂、Al₂O₃、SiC、ZrB₂、AlB₂、Al₃Ti、Al₇Cr、Al₃Zr、Al₃Nb、Al₃Ta、Al₃V、AlN、Al₃Ni、Al₃Hf、Al₃HfO和它们的组合中的至少一者。

25.如权利要求23或24所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒添加到熔融金属中或在浇铸期间原位形成。

26.如权利要求23至25中任一项所述的铝合金产品，其中所述增强颗粒以大于0.1重量％的量存在。

27.一种铝合金制品，所述铝合金制品包括如权利要求16至26中任一项所述的铝合金产品。