ВЫСОКОПРОЧНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ 6XXX И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК C22C21/08 C22C21/10 C22F1/05 C22F1/53 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Данная заявка заявляет приоритет и преимущество подачи предварительной заявки на патент США № 62/269180, поданной 18 декабря 2015 г., которая в полном объеме включена в данный документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

В изобретении предложены новые высокопрочные алюминиевые сплавы 6xxx и способы производства этих сплавов. Эти сплавы демонстрируют улучшенные механические свойства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Стальные компоненты транспортных средств увеличивают массу транспортного средства и снижают эффективность топлива. Необходимо замещение стальных компонентов высокопрочными алюминиевыми компонентами, так как это бы уменьшило массу транспортного средства и повысило эффективность топлива. Необходимы новые алюминиевые сплавы 6xxx с высоким пределом текучести и низким значением удлинения, а также способы получения этих сплавов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Охваченные варианты реализации изобретения определяются формулой изобретения, а не этим кратким описанием сущности изобретения. Это краткое описание сущности изобретения представляет собой общий обзор различных аспектов изобретения и представляет некоторые концепции, которые дополнительно показаны на фигурах и описаны в разделе Подробного описания изобретения ниже. Это краткое описание сущности изобретения не предполагает ни определения ключевых или существенных признаков заявляемого предмета изобретения, ни применения в отдельности для определения объема заявляемого предмета изобретения. Предмет изобретения следует рассматривать со ссылкой на соответствующие части полного описания, любые или все графические материалы и каждый пункт формулы изобретения.

Описаны композиции новых высокопрочных алюминиевых сплавов 6xxx. Элементная композиция описанных в данном документе алюминиевых сплавов 6xxx может содержать 0,001-0,25% масс. Cr, 0,4-2,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,5-2,0% масс. Mg, 0,005-0,40% масс. Mn, 0,5-1,5% масс. Si, до 0,15% масс. Ti, до 4,0% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. общего содержания примесей, а оставшиеся % масс. составляет Al. В некоторых неограничивающих примерах описанный в данном документе алюминиевый сплав 6xxx может содержать 0,03% масс. Cr, 0,8% масс. Cu, 0,15% масс. Fe, 1,0% масс. Mg, 0,2% масс. Mn, 1,2% масс. Si, 0,04% масс. Ti, 0,01% масс. Zn и до 0,15% масс. примесей, а оставшиеся % масс. составляет Al. В некоторых дополнительных неограничивающих примерах описанный в данном документе алюминиевый сплав 6xxx может содержать 0,03% масс. Cr, 0,4% масс. Cu, 0,15% масс. Fe, 1,3% масс. Mg, 0,2% масс. Mn, 1,3% масс. Si, 0,04% масс. Ti, 0,01% масс. Zn и до 0,15% масс. примесей, а оставшиеся % масс. составляет Al. В дополнительных неограничивающих примерах описанный в данном документе алюминиевый сплав 6xxx может содержать 0,1% масс. Cr, 0,4% масс. Cu, 0,15% масс. Fe, 1,3% масс. Mg, 0,2% масс. Mn, 1,3% масс. Si, 0,04% масс. Ti, 0,01% масс. Zn и до 0,15% масс. примесей, а оставшиеся % масс. составляет Al.

Также описаны способы производства этих композиций новых высокопрочных алюминиевых сплавов 6xxx. Способ получения тонкого листа из алюминиевого сплава может включать: литье алюминиевого сплава 6xxx, быстрое нагревание литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C, выдерживание литого алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов, снижение температуры до приблизительно 420°C - 480°C, и горячую прокатку литого алюминиевого сплава в тонкий лист алюминиевого сплава. Прокатанный тонкий лист алюминиевого сплава может иметь толщину приблизительно до 18 мм и температуру окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C. Тонкий лист алюминиевого сплава может быть подвергнут термообработке при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа и последующей закалкой до температуры окружающей среды. Тонкий лист алюминиевого сплава, необязательно, может быть подвергнут холодной прокатке до конечной толщины, причем холодная прокатка приводит к снижению толщины на 10% - 45%. Тонкий лист алюминиевого сплава, необязательно, может быть подвергнут старению путем выдерживания листа из алюминиевого сплава при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов.

Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный описанным выше способом, может достигать предела текучести, составляющего по меньшей мере 300 МПа, и/или удлинения, составляющего по меньшей мере 10%. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx также может демонстрировать минимальное соотношение r/t, составляющее около 1,2 без растрескивания, где r представляет радиус применяемого инструмента (штампа), а t представляет толщину материала.

В некоторых примерах способ получения тонкого листа алюминиевого сплава может включать: непрерывное литье алюминиевого сплава 6xxx, быстрое нагревание непрерывно литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C, поддержание температуры от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов, снижение температуры до 420°C - 480°C, горячую прокатку непрерывно литого алюминиевого сплава до толщины менее 1 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C, термообработку тонкого листа алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа, и закалку тонкого листа алюминиевого сплава до температуры окружающей среды. Тонкий лист алюминиевого сплава может дополнительно быть подвергнут холодной прокатке и старению путем выдерживания тонкого листа алюминиевого сплава при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов. Тонкий лист алюминиевого сплава, необязательно, может быть подвергнут холодной прокатке до конечной толщины, причем холодная прокатка приводит к снижению толщины на 10% - 45%.

Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный описанным выше способом, может достигать предела текучести, составляющего по меньшей мере 300 МПа, и/или удлинения, составляющего по меньшей мере 10%. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx также может демонстрировать минимальное соотношение r/t, составляющее около 1,2 без растрескивания.

Эти новые высокопрочные сплавы 6xxx имеют множество применений в транспортной отрасли и могут замещать стальные компоненты для получения более легких транспортных средств. Такие транспортные средства включают, без ограничений: автомобили, фургоны, жилые прицепы, передвижные дома, грузовики, неокрашенные кузова, кабины грузовиков, трейлеры, автобусы, мотоциклы, скутеры, велосипеды, лодки, корабли, контейнеры для морских перевозок, поезда, двигатели поездов, железнодорожные пассажирские вагоны, железнодорожные грузовые вагоны, самолеты, дроны и космические аппараты.

Новые высокопрочные сплавы 6xxx можно использовать для замещения таких стальных компонентов, которые присутствуют в шасси или являются составляющей частью шасси. Эти новые высокопрочные сплавы 6xxx также можно использовать, без ограничений, в деталях транспортных средств, например, деталях поездов, деталях кораблей, деталях грузовиков, деталях автобусов, деталях аэрокосмических аппаратов, корпусах неокрашенных кузовов и деталях машин.

Описанные высокопрочные сплавы 6xxx могут замещать высокопрочные стали алюминием. В одном примере стали, имеющие предел текучести ниже 340 МПа, могут быть замещены описанными алюминиевыми сплавами 6xxx без необходимости модификации основной конструкции за исключением добавления, в случае необходимости, элементов жесткости, при этом элементы жесткости относятся к добавочным металлическим пластинам или стержням, если этого требует конструкция.

Эти новые высокопрочные сплавы 6xxx можно использовать в других применениях, в которых необходима высокая прочность без сильного снижения пластичности (сохранение общего удлинения, составляющего по меньшей мере 8%). Например, эти высокопрочные сплавы 6xxx можно использовать в применениях, связанных с электроникой, и в специализированных продуктах, включая, без ограничений, аккумуляторные пластины, электронные компоненты и части электронных устройств.

Другие предметы и преимущества изобретения станут очевидны из нижеприведенного подробного описания неограничивающих примеров изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На ФИГ. 1 схематически представлен способ производства высокопрочных алюминиевых сплавов 6xxx в соответствии с одним примером.

На ФИГ. 2 представлены обобщенные данные по пределу текучести («ПТ») в МПа по левой оси y и общему удлинению (ОУ%) по правой оси y для выбранных примеров, подвергнутых старению в течение различных периодов времени (ось х, минуты) при 200°C после 40% холодной обработки (ХО). Вариант реализации 1, Варианты реализации 2-1 и 2-2 представляют примеры, приведенные в Таблице 1.

На ФИГ. 3 схематически представлен предел текучести по левой оси y в МПа для Варианта реализации 1 с 40% ХО (ромбы) и зависимость от различных значений времени старения в минутах при 200°C. Конечная толщина тонкого листа составляет 3 мм. По правой оси y квадратами показано процентное удлинение для Варианта реализации 1 в виде функции от различных значений времени старения в минутах с 40% ХО.

ФИГ. 4A представляет собой микрофотографию, полученную методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), Варианта реализации 1 в условиях искусственного старения T6, демонстрирующую преципитаты β''/β' (25-100 нм) (масштабная планка = 50 нм), исследуемые вдоль оси зоны <001>.

ФИГ. 4B представляет собой микрофотографию, полученную методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), Варианта реализации 1 в условиях искусственного старения T6, демонстрирующую содержащие Cu преципитаты фазы L/Q' (2-5 нм) (масштабная планка = 20 нм), исследуемые вдоль оси зоны <001>.

ФИГ. 5A представляет собой ПЭМ-микрофотографию Варианта реализации 1 в условиях T8x (40% ХО после термообработки раствора с последующим искусственным старением при 200°C в течение 1 часа), демонстрирующую преципитаты β''/β' вдоль дислокаций, созданных во время холодной прокатки.

ФИГ. 5B представляет собой ПЭМ-микрофотографию Варианта реализации 1 в условиях T8x (40% ХО после термообработки раствора с последующим искусственным старением при 200°C в течение 1 часа), демонстрирующую преципитаты фазы L/Q' вдоль дислокаций, созданных во время холодной прокатки. Преципитаты оказались немного крупнее по сравнению с отпуском T6. Наблюдаемое дополнительное деформационное упрочнение вследствие холодной обработки приводит к комбинации преципитационного и дислокационного упрочнения. Фигура 5A имеет масштабную планку = 50 нм, а Фигура 5B имеет масштабную планку = 20 нм.

ФИГ. 6 представляет собой гистограмму, демонстрирующую влияние отсутствия усталости (четыре левых столбика гистограммы) или наличия усталости (четыре правых столбика гистограммы) на рабочий предел прочности на разрыв (предел текучести в МПа по левой оси y) и процентное удлинение по правой оси y (Удл. %) для исходного сплава AA6061 и Варианта реализации 1, каждый с 40% ХО. Начальные результаты показывают сохранение рабочих условий прочности. Круглым символом обозначено общее удлинение Варианта реализации 1 после 40% ХО. Квадратным символом указано общее удлинение стандартного материала AA6061 с 40% ХО. Два левых столбика гистограммы в каждой группе из четырех столбиков гистограммы представляют предел текучести для AA6061 (левый столбик) и Варианта реализации 1 (правый столбик). Два правых столбика гистограммы в каждой группе из четырех столбиков гистограммы представляют предел прочности на разрыв для AA6061 (левый столбик) и Варианта реализации 1 (правый столбик). Данные показывают отсутствие существенного влияния на прочность или процентное удлинение вне зависимости от подверженности усталости или отсутствия усталости.

ФИГ. 7A и 7B представляют собой поперечные сечения образцов после испытаний на коррозию ASTM G110, демонстрирующие коррозионное поведение AA6061 T8x (ФИГ. 7A) и Варианта реализации 1 T8x (ФИГ. 7B). Для обоих образцов наблюдали сравнимое коррозионное поведение. Масштабные планки для ФИГ. 7A и 7B составляют 100 микрон.

На ФИГ. 8 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 30% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время (в часах) при 140°C указано по оси х, а процентное удлинение (A80) показано по правой оси y. Эти данные были получены для AA6451 с 30% холодной обработки (ХО). Rp0.2 = предел текучести, Rm = прочность на разрыв, Ag = равномерное удлинение (удлинение при наивысшей Rm) и A80 = общее удлинение. Этот график показывает, что через 10 часов прочность повышается или остается постоянной, а удлинение снижается. На ФИГ. 8 и на ФИГ. 9 образцы исследовали при толщине 2 мм.

На ФИГ. 9 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 23% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время при 170°C в часах указано по оси х, а процентное удлинение (A80) показано по правой оси y. Эти данные были получены для AA 6451 с 23% холодной обработки. Предел текучести (Rp) достигает пика через 5-10 часов. Прочность на разрыв (Rm) снижается через 2,5 часа. Удлинение снижается после старения. Используемые обозначения Rp, Rm, A80 и Ag такие же, как и на ФИГ. 8.

На ФИГ. 10 приведен график, демонстрирующий стабильность прочности в МПа во время отверждения краски при 180°C в течение 30 минут. Применяли 50% холодной обработки. Старение проводилось при 140°C и в течение 10 часов за исключением символа Х, для которого соответствующие параметры составляли 140°C и 5 часов. Этот график показывает, что прочность композиции высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия, является по существу стабильной при отверждении краски. В действительности, прочность немного повышается. X = Композиция высокопрочного сплава 6xxx 8931, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%); Ромб = AA6451; Квадрат = AA6451 + 0,3% Cu, Звездочка = Сплав 0657.

На ФИГ. 11 приведен график, демонстрирующий влияние 30% или 50% холодной прокатки (ХП) и старения при различных температурах на удлинение (ось y A80) и прочность в МПа по оси х (Rp0.2). Температуры старения представлены на фигуре следующими символами: круги = 100°C, ромбы = 120°C, квадраты = 130°C и треугольники = 140°C. Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu. X представляет сплав AA6451 в полных условиях T6. Фигура показывает, что увеличение ХП приводило к повышению прочности и снижению удлинения. Данные демонстрируют, что изменения в холодной обработке можно использовать для достижения компромисса между прочностью и удлинением. Диапазон значений удлинения для 30% ХО составлял от около 7% до около 14%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 310 МПа до около 375 МПа. Диапазон значений удлинения для 50% ХП составлял от около 3,5% до около 12%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 345 МПа до около 400 МПа. 50% ХП приводила к более высокой прочности, но меньшему удлинению по сравнению с 30% ХП.

На ФИГ. 12 приведен график, демонстрирующий влияние 30% или 50% ХП и старения при различных температурах на удлинение (ось y A80) и прочность в МПа по оси х (Rp0.2). Температуры старения представлены на фигуре следующими символами: круги = 100°C, ромбы = 120°C, квадраты = 130°C, треугольники = 140°C, X = 160°C и звездочки = 180°C. Исследуемый сплав 8931 представлял собой высокопрочный 6xxx. X представляет сплав 8931 в полных условиях T6 (Композиция высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%)). На ФИГ. видно, что увеличение холодной обработки приводило к повышению прочности и снижению удлинения. Диапазон значений удлинения для 30% ХП составлял от около 6% до около 12%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 370 МПа до около 425 МПа. Диапазон значений удлинения для 50% ХП составлял от около 3% до около 10%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 390 МПа до около 450 МПа. 50% ХП приводила к более высокой прочности, но меньшему удлинению по сравнению с 30% ХП. Данные демонстрируют, что изменения в ХП можно использовать для достижения компромисса между прочностью и удлинением.

На ФИГ. 13 приведен график, демонстрирующий влияние ХП на изменение поверхностной текстуры (r-значение) при 90° относительно направления прокатки. Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu в условиях T4. Треугольники представляют условия T4 плюс 50% ХП, квадраты представляют условия T4 плюс 23% ХП, ромбы указывают на условия T4 при 140°C в течение 2, 10 или 36 часов искусственного старения. Данные демонстрируют, что увеличение холодной обработки повышает r-значение 90° в направлении прокатки. Данные также демонстрируют, что старение после холодной прокатки существенно не меняет r-значение.

На ФИГ. 14 приведен график, демонстрирующий влияние ХП на изменение поверхностной текстуры (r-значение). Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu в условиях T4. X указывает на условия T4, треугольники представляют условия T4 плюс 23% ХП плюс 170°C в течение 10 часов искусственного старения, квадраты представляют условия T4 плюс 50% ХП плюс 140°C в течение 10 часов искусственного старения, ромбы указывают на условия T4 плюс 50% ХП. Данные демонстрируют, что увеличение холодной обработки повышает r-значение 90° в направлении прокатки. Данные также демонстрируют, что старение после холодной прокатки существенно не меняет r-значение.

На ФИГ. 15 представлена таблица значений прочности и удлинения различных сплавов после 20-50% ХП и старения при 120°C - 180°C. Измерения прочности были получены при 90° относительно направления прокатки. Исследуемые сплавы представляли собой AA6014, AA6451, AA6451 плюс 0,3% Cu, сплав 0657 (сплав, имеющий композицию Si-1,1%; Fe-0,24%; Cu-0,3%; Mn-0,2%; Mg-0,7%; Cr-0,01%; Zn-0,02%; и Ti-0,02%), AA6111, сплав 8931 (композиция высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%)).

На ФИГ. 16 представлена таблица, демонстрирующая влияние 30% ХП с последующим старением при 140°C в течение 10 часов на предел текучести (Rp0.2 (МПа)) сплава AA6451 с 0,3% Cu и сплава AA6451 с 0,1% Cu. Результаты демонстрируют, что предел текучести возрастает при 30% ХП и старении при 140°C в течение 10 часов для сплава, содержащего 0,3% Cu. Повышение также наблюдается для сплава, содержащего 0,1% Cu, но оно не настолько выражено, как в случае сплава с 0,3% Cu.

На ФИГ. 17 представлена таблица, демонстрирующая влияние 30% ХП с последующим старением при 140°C в течение 10 часов на удлинение (A80(%)) сплава AA6451 с 0,3% Cu и сплава AA6451 с 0,1% Cu. Результаты демонстрируют, что ХП и старение оказывали сходное влияние на удлинение сплавов, содержащих 0,3% Cu и 0,1% Cu.

На ФИГ. 18 приведен график, демонстрирующий результаты испытаний сгибаемости (r/t, ось y) Варианта реализации 1 (слева), Варианта реализации 2-2 (посередине) и типичного AA6061 (справа), каждого при толщине 3 мм в условиях T8. Ромб = Прошел, X = Не прошел.

На ФИГ. 19 приведено схематическое представление Варианта реализации 1 (панель), подвергнутого 20% ХП, демонстрирующее предел текучести (квадраты) в МПа (левая ось y) и процентное удлинение (ромбы) в % ОУ по правой оси y в виде функции от времени старения (по оси х в минутах (мин)).

На ФИГ. 20A приведен график, демонстрирующий Вариант реализации 2, а на ФИГ. 20B приведен график, демонстрирующий Вариант реализации 2-2, подвергнутые 20% ХП, демонстрирующий предел текучести (квадраты) в МПа (левая ось y) и процентное удлинение (ромбы) в % ОУ по правой оси y в виде функции от времени старения (по оси х в минутах (мин)).

На ФИГ. 21 приведена гистограмма, демонстрирующая предел текучести (левая ось y) (ПТ в МПа, нижняя часть каждого столбика гистограммы) и предел прочности на разрыв (ППР в МПа, верхняя часть каждого столбика гистограммы) и общий % удлинения в виде окрашенных кругов (правая ось y) (УДЛ%) Варианта реализации 1. В направлении слева направо столбики гистограммы представляют a) Вариант реализации 1 при отпуске T6, 5 мм лист; b) Вариант реализации 1 с 20% ХО при отпуске T8x, 7 мм лист; c) Вариант реализации 1 с 40% ХО при отпуске T8x, 7 мм лист; и d) Вариант реализации 1 с 40% ХО при отпуске T8x, 3 мм лист.

На ФИГ. 22 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 30% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 3 при 30% ХО. ПТ = предел текучести, ППР = предел прочности на разрыв, РУ = равномерное удлинение (удлинение при наибольшем ППР) и ОУ = общее удлинение. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение снижается или остается постоянным.

На ФИГ. 23 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 26% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 3 при 26% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение снижается или остается постоянным.

На ФИГ. 24 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 46% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 3 при 46% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение возрастает или остается постоянным.

На ФИГ. 25 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 65% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 3 при 65% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение возрастает или остается постоянным.

На ФИГ. 26 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 32% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 4 при 32% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение остается постоянным.

На ФИГ. 27 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 24% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 4 при 24% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение остается постоянным.

На ФИГ. 28 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 45% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 4 при 45% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение остается постоянным.

На ФИГ. 29 приведен график, демонстрирующий кривую старения после 66% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время старения (в часах) при 200°C указано по оси х, а процент удлинения показан по правой оси y. Эти данные были получены для алюминиевого сплава Варианта реализации 4 при 66% ХО. В этой таблице показано, что через 4 часа прочность снижается или остается постоянной, а удлинение возрастает или остается постоянным.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения и описания:

В контексте данного документа подразумевается, что термины «изобретение», «данное изобретении», «это изобретение» и «настоящее изобретение» в широком смысле относятся ко всем предметам этой заявки на патент и нижеприведенной формулы изобретения. Утверждения, содержащие эти термины, следует понимать как такие, которые не ограничивают описанный в данном документе предмет или смысл или объем приведенной ниже патентной формулы изобретения.

Это описание ссылается на сплавы, обозначаемые номерами AA и другими схожими обозначениями, такими как «серии». Для понимания системы числовых обозначений, наиболее часто используемых в назывании и идентификации алюминия и его сплавов, смотрите “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” или “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, которые обе опубликованы Ассоциацией алюминиевой промышленности.

В контексте данного документа форма единственного числа включает ссылки на единственное и множественное число, если иное четко не следует из контекста.

Во всем тексте данной заявки элементы выражены в массовых процентах (% масс.). Суммарное количество примесей в сплаве может не превышать 0,15% масс. Оставшуюся часть в каждом сплаве составляет алюминий.

Термин отпуск T4 и ему подобные означает тело алюминиевого сплава, которое было солюционировано и затем природным образом состарено до по существу стабильного состояния. Отпуск T4 применим к телам, которые не были подвергнуты холодной обработке после солюционирования или в которых действие холодной обработки при сплющивании или выпрямлении может не проявляться в пределах механических свойств.

Термин отпуск T6 и ему подобные означает тело алюминиевого сплава, которое было солюционировано и затем искусственно состарено до состояния максимальной прочности (в пределах пиковой прочности 1 кфунт/кв. дюйм (6,9 МПа)). Отпуск T6 применим к телам, которые не были подвергнуты холодной обработке после солюционирования или в которых действие холодной обработки при сплющивании или выпрямлении может не проявляться в пределах механических свойств.

Термин отпуск T8 относится к алюминиевому сплаву, который был подвергнут термообработке на твердый раствор, холодной обработке, а затем искусственно состарен.

Термин отпуск F относится к алюминиевому сплаву в состоянии после производства.

Сплавы:

В одном примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,001-0,25% масс. Cr, 0,4-2,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,5-2,0% масс. Mg, 0,005-0,40% масс. Mn, 0,5-1,5% масс. Si, до 0,15% масс. Ti, до 4,0% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,001-0,18% масс. Cr, 0,5-2,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,6-1,5% масс. Mg, 0,005-0,40% масс. Mn, 0,5-1,35% масс. Si, до 0,15% масс. Ti, до 0,9% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,06-0,15% масс. Cr, 0,9- 1,5% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,7-1,2% масс. Mg, 0,05-0,30% масс. Mn, 0,7-1,1% масс. Si, до 0,15% масс. Ti, до 0,2% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,07% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,06-0,15% масс. Cr, 0,6- 0,9% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,9-1,5% масс. Mg, 0,05-0,30% масс. Mn, 0,7-1,1% масс. Si, до 0,15% масс. Ti, до 0,2% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,07% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-2,0% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,01-3,0% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,15-0,25% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,01-3% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,15-0,25% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-3% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,08% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,15-0,25% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-3% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,08-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,15-0,25% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-3% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-2,5% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,8-1,4% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-2% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,6-1,5% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-1,5% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,6-1,5% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-1% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,02-0,15% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,10-0,30% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,10-0,30% масс. Mn, 0,6-1,5% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-0,5% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,01-0,15% масс. Cr, 0,1-1,3% масс. Cu, 0,15-0,30% масс. Fe, 0,5-1,3% масс. Mg, 0,05-0,20% масс. Mn, 0,5-1,3% масс. Si, до 0,1% масс., Ti, до 4,0% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

В другом примере сумма % масс. Fe и Mn в любом из предыдущих сплавов составляет менее 0,35% масс.

В другом примере Ti в любом из предыдущих сплавов присутствует в количестве 0,0-0,10% масс., 0,03-0,08% масс., 0,03-0,07% масс., 0,03-0,06% масс. или 0,03-0,05% масс.

В другом примере алюминиевые сплавы 6xxx содержат 0,04-0,13% масс. Cr, 0,4-1,0% масс. Cu, 0,15-0,25% масс. Fe, 0,8-1,3% масс. Mg, 0,15-0,25% масс. Mn, 0,6-1,5% масс. Si, 0,005-0,15% масс. Ti, 0,05-3% масс. Zn, до 0,2% масс. Zr, до 0,2% масс. Sc, до 0,25% масс. Sn, до 0,1% масс. Ni, до 0,15% масс. примесей, остаток составляет алюминий.

Хром

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Cr в количествах до 0,25% масс., 0,02-0,25% масс., 0,03-0,24% масс., 0,04-0,23% масс., 0,05-0,22% масс., 0,06-0,21% масс., 0,07-0,20% масс., 0,02-0,08% масс., 0,04-0,07% масс., 0,08-0,15% масс., 0,09-0,24% масс. или 0,1-0,23% масс. Например, сплав может содержать 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24% или 0,25% Cr. Все величины выражены в % масс.

Медь

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Cu в количествах от 0,4-2,0% масс., 0,5-1,0% масс., 0,6-1,0% масс., 0,4-0,9% масс., 0,4-0,8% масс., 0,4-0,7% масс., 0,4-0,6% масс., 0,5-0,8% масс. или 0,8-1,0% масс. Например, сплав может содержать 0,4%, 0,45%, 0,5%, 0,55%, 0,6%, 0,65%, 0,7%, 0,75%, 0,8%, 0,85%, 0,9%, 0,95%, 1,0%, 1,05%, 1,10%, 1,15%, 1,20%, 1,25%, 1,30%, 1,35%, 1,4%, 1,45%, 1,50%, 1,55%, 1,60%, 1,65%, 1,70%, 1,75%, 1,80%, 1,85%, 1,90%, 1,95% или 2,0% Cu. Все величины выражены в % масс.

Магний

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Mg в количествах от 0,5-2,0% масс., 0,8-1,5% масс., 0,8-1,3% масс., 0,8-1,1% масс. или 0,8-1,0% масс. Например, сплав может содержать 0,5%, 0,55%, 0,6%, 0,65%, 0,7%, 0,75%, 0,8%, 0,85%, 0,9%, 0,95%, 1,0%, 1,1%, 1,2%, 1,3%, 1,4%, 1,5%, 1,6%, 1,7%, 1,8%, 1,9% или 2,0% Mg. Все величины выражены в % масс.

Кремний

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Si в количествах от 0,5-1,5% масс., 0,6-1,3% масс., 0,7-1,1% масс., 0,8-1,0% масс. или 0,9-1,4% масс. Например, сплав может содержать 0,5%, 0,55%, 0,6%, 0,65%, 0,7%, 0,75%, 0,8%, 0,85%, 0,9%, 0,95%, 1,0%, 1,1%, 1,2%, 1,3%, 1,4% или 1,5% Si. Все величины выражены в % масс.

Марганец

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Mn в количествах от 0,005-0,4% масс., 0,1-0,25% масс., 0,15-0,20% масс. или 0,05-0,15% масс. Например, сплав может содержать 0,005%, 0,01%, 0,015%, 0,02%, 0,025%, 0,03%, 0,035%, 0,04%, 0,045%, 0,05%, 0,055%, 0,06%, 0,065%, 0,07%, 0,075%, 0,08%, 0,085%, 0,09%, 0,095%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,28%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34%, 0,35%, 0,36%, 0,37%, 0,38%, 0,39% или 0,40% Mn. Все величины выражены в % масс.

Железо

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Fe в количествах от 0,1-0,3% масс., 0,1-0,25% масс., 0,1-0,20% масс. или 0,1-0,15% масс. Например, сплав может содержать 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,28%, 0,29% или 0,30% Fe. Все величины выражены в % масс.

Цинк

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Zn в количествах до 4,0% масс. Zn, 0,01-0,05% масс. Zn, 0, 1-2,5% масс. Zn, 0,001-1,5% масс. Zn, 0,0-1,0% масс. Zn, 0,01-0,5% масс. Zn, 0,5-1,0% масс. Zn, 1,0-1,9% масс. Zn, 1,5-2,0% масс. Zn, 2,0-3,0% масс. Zn, 0,05-0,5% масс. Zn, 0,05-1,0% масс. Zn, 0,05-1,5% масс. Zn, 0,05-2,0% масс. Zn, 0,05-2,5% масс. Zn или 0,05-3% масс. Zn. Например, сплав может содержать 0,0% 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24%, 0,25%, 0,26%, 0,27%, 0,28%, 0,29%, 0,30%, 0,31%, 0,32%, 0,33%, 0,34%, 0,35%, 0,36%, 0,37%, 0,38%, 0,39%, 0,40%, 0,41%, 0,42%, 0,43%, 0,44%, 0,45%, 0,46%, 0,47%, 0,48%, 0,49%, 0,50%, 0,55%, 0,60%, 0,65%, 0,70%, 0,75%, 0,80%, 0,85%, 0,90%, 0,95%, 1,0%, 1,1%, 1,2%, 1,3%, 1,4%, 1,5%, 1,6%, 1,7%, 1,8%, 1,9%, 2,0%, 2,1%, 2,2%, 2,3%, 2,4%, 2,5%, 2,6%, 2,7%, 2,8%, 2,9%, 3,0%, 3,1%, 3,2%, 3,3%, 3,4%, 3,5%, 3,6%, 3,7%, 3,8%, 3,9% или 4,0% Zn. В некоторых случаях Zn не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Титан

В различных примерах описанные сплавы могут содержать Ti в количествах до 0,15% масс., 0,005-0,15% масс., 0,005-0,1% масс., 0,01-0,15% масс., 0,05-0,15% масс. или 0,05-0,1% масс. Например, сплав может содержать 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009%, 0,010%, 0,011% 0,012%, 0,013%, 0,014%, 0,015%, 0,016%, 0,017%, 0,018%, 0,019%, 0,020%, 0,021% 0,022%, 0,023%, 0,024%, 0,025%, 0,026%, 0,027%, 0,028%, 0,029%,0,03%, 0,031% 0,032%, 0,033%, 0,034%, 0,035%, 0,036%, 0,037%, 0,038%, 0,039%, 0,04%, 0,041% 0,042%, 0,043%, 0,044%, 0,045%, 0,046%, 0,047%, 0,048%, 0,049%, 0,05% , 0,055%, 0,06%, 0,065%, 0,07%, 0,075%, 0,08%, 0,085%, 0,09%, 0,095%, 0,1%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14% или 0,15% Ti. В некоторых случаях Ti не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Олово

В различных примерах сплавы, описанные в вышеприведенных примерах, могут дополнительно содержать Sn в количествах до 0,25% масс., 0,05-0,15% масс., 0,06-0,15% масс., 0,07-0,15% масс., 0,08-0,15% масс., 0,09-0,15% масс., 0,1-0,15% масс., 0,05-0,14% масс., 0,05-0,13% масс., 0,05-0,12% масс. или 0,05-0,11% масс. Например, сплав может содержать 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009%, 0,010%, 0,011% 0,012%, 0,013%, 0,014%, 0,015%, 0,016%, 0,017%, 0,018%, 0,019%, 0,020%, 0,021% 0,022%, 0,023%, 0,024%, 0,025%, 0,026%, 0,027%, 0,028%, 0,029%,0,03%, 0,031% 0,032%, 0,033%, 0,034%, 0,035%, 0,036%, 0,037%, 0,038%, 0,039%, 0,04%, 0,041% 0,042%, 0,043%, 0,044%, 0,045%, 0,046%, 0,047%, 0,048%, 0,049%, 0,05%, 0,055%, 0,06%, 0,065%, 0,07%, 0,075%, 0,08%, 0,085%, 0,09%, 0,095%, 0,1%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19%, 0,20%, 0,21%, 0,22%, 0,23%, 0,24% или 0,25% Sn. В некоторых случаях Sn не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Цирконий

В различных примерах сплав содержит цирконий (Zr) в количестве до около 0,2% (например, от 0% до 0,2%, от 0,01% до 0,2%, от 0,01% до 0,15%, от 0,01% до 0,1% или от 0,02% до 0,09%) на основании общей массы сплава. Например, сплав может содержать 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009%, 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,1%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% или 0,2% Zr. В определенных аспектах Zr не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Скандий

В определенных аспектах сплав содержит скандий (Sc) в количестве до около 0,2% (например, от 0% до 0,2%, от 0,01% до 0,2%, от 0,05% до 0,15% или от 0,05% до 0,2%) на основании общей массы сплава. Например, сплав может содержать 0,001%, 0,002%, 0,003%, 0,004%, 0,005%, 0,006%, 0,007%, 0,008%, 0,009%, 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,1%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% или 0,2% Sc. В определенных примерах Sc не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Никель

В определенных аспектах сплав содержит никель (Ni) в количестве до около 0,07% (например, от 0% до 0,05%, от 0,01% до 0,07%, от 0,03% до 0,034%, от 0,02% до 0,03%, от 0,034 до 0,054%, от 0,03 до 0,06% или от 0,001% до 0,06%) на основании общей массы сплава. Например, сплав может содержать 0,01%, 0,011%, 0,012%, 0,013%, 0,014%, 0,015%, 0,016%, 0,017%, 0,018%, 0,019%, 0,02%, 0,021%, 0,022%, 0,023%, 0,024%, 0,025%, 0,026%, 0,027%, 0,028%, 0,029%, 0,03%, 0,031%, 0,032%, 0,033%, 0,034%, 0,035%, 0,036%, 0,037%, 0,038%, 0,039%, 0,04%,0,041%, 0,042%, 0,043%, 0,044%, 0,045%, 0,046%, 0,047%, 0,048%, 0,049%, 0,05%, 0,0521%, 0,052%, 0,053%, 0,054%, 0,055%, 0,056%, 0,057%, 0,058%, 0,059%, 0,06%, 0,061%, 0,062%, 0,063%, 0,064%, 0,065%, 0,066%, 0,067%, 0,068%, 0,069% или 0,07% Ni. В определенных аспектах Ni не присутствует в сплаве (т. е. 0%). Все величины выражены в % масс.

Другие элементы

В дополнение к вышеприведенным примерам описанный сплав может содержать следующее: до 0,5% масс. Ga (например, от 0,01% до 0,40% или от 0,05% до 0,25%), до 0,5% масс. Hf (например, от 0,01% до 0,40% или от 0,05% до 0,25%), до 3% масс. Ag (например, от 0,1% до 2,5% или от 0,5% до 2,0%), до 2% масс. по меньшей мере одного из легирующих элементов Li, Pb или Bi (например, от 0,1% до 2,0% или от 0,5% до 1,5%), или до 0,5% масс. по меньшей мере одного из следующих элементов Ni, V, Sc, Mo, Co или других редкоземельных металлов (например, от 0,01% до 0,40% или от 0,05% до 0,25%). Все процентные значения выражены в % масс. в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,10%, 0,11%, 0,12%, 0,13%, 0,14%, 0,15%, 0,16%, 0,17%, 0,18%, 0,19% или 0,20% одного или более из Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag и Ni. Все величины выражены в % масс.

В Таблице 1 представлен стандартный сплав (AA6061) для сравнительных целей и несколько примеров сплавов. Все числовые значения приведены в (% масс.), остаток составляет алюминий. В приведенных в качестве примеров сплавах каждый сплав может содержать до около 0,15% масс. примесей.

Таблица 1

Сплав Cr Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Sn AA6061 (стандарт) 0,25 0,26 0,42 0,98 0,03 0,56 0,04 0,01 Вариант реализации 1 0,03 0,8 0,15 1,0 0,2 1,2 0,04 0,01 0 Вариант реализации 2-1 0,03 0,4 0,15 1,3 0,2 1,3 0,04 0,01 0 Вариант реализации 2-2 0,1 0,4 0,15 1,3 0,2 1,3 0,04 0,01 0 Вариант реализации 1 + Sn 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 0,01-0,05 0,05- 0,15 Вариант реализации 2 + Sn 0,03-0,15 0,4-0,8 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 0,01-0,05 0,05 - 0,15 Вариант реализации 1+
Zn поддиапазон 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 0,01-0,5 0 Вариант реализации 1+
Zn поддиапазон (2) 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 0,5-1,0 0 Вариант реализации 1+
Zn поддиапазон (3) 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 1,0-1,9 0 Вариант реализации 1+
Zn поддиапазон (4) 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 1,5-2,0 0 Вариант реализации 1+
Zn поддиапазон (4) 0,03-0,15 0,6-1,0 0,15-0,25 0,8-1,3 0,15-0,25 1,0-1,4 0,005-0,1 2,0-3, 0 0 Вариант реализации 3 0,027 0,924 0,204 0,936 0,258 0,675 0,043 0,006 0 Вариант реализации 4 0,034 0,611 0,157 0,768 0,174 0,909 0,048 0,005 0

В некоторых примерах, таких как Варианты реализации 1 и 2, сплавы были разработаны так, чтобы гарантировать содержание Fe и Mn на уровне или ниже 0,35% масс. для улучшения сгибаемости.

Процесс:

Описанный в данном документе алюминиевый сплав 6xxx можно отливать, например, без ограничений, в слитки, заготовки, слябы, толстые листы, промежуточные или тонкие листы, используя любой подходящий способ литья, известный специалистам в данной области техники. В качестве нескольких неограничивающих примеров процесс литья может включать процесс литья с прямым охлаждением (ПО) и процесс непрерывного литья (НЛ). Процесс НЛ может включать, но не ограничиваться этим, применение двухленточных литейных машин, двухвалковых литейных машин или блоковых литейных машин. Кроме того, описанный в данном документе алюминиевый сплав 6xxx можно формовать в профили, полученные выдавливанием, используя любой подходящий способ, известный специалистам в данной области техники. Процесс ПО литья, процесс НЛ литья и процесс выдавливания можно проводить в соответствии со стандартами, обычно применяемыми в алюминиевой промышленности, как известно специалисту в данной области техники. Сплав в виде литого слитка, заготовки, сляба, толстого листа, промежуточного листа, тонкого листа или полученного выдавливанием профиля затем можно подвергать этапам дополнительной обработки.

На ФИГ. 1 показана схема одного типового процесса. В некоторых примерах алюминиевый сплав 6xxx получают путем солюционирования сплава при температуре от около 520°C до около 590°C. После солюционирования следует закалка и холодная обработка (ХО), а затем - термообработка (искусственное старение). Процент ХО после солюционирования варьируется от по меньшей мере 5% до 80% например, от 10% до 70%, от 10% до 45%, от 10% до 40%, от 10% до 35%, от 10% до 30%, от 10% до 25% или от 10% до 20%, от 20% до 60% или от 20 до 25% ХО. Проводя сначала солюционирование, а затем холодную обработку с последующим искусственным старением, были получены улучшенные свойства в терминах предела текучести и предела прочности на разрыв без ущерба для общего % удлинения. % ХО в данном контексте относится к изменению толщины вследствие холодной прокатки, деленному на исходную толщину полосы до холодной прокатки. В другом типовом процессе алюминиевый сплав 6xxx получают путем солюционирования сплава с последующей термообработкой (искусственным старением) без ХО. В данной заявке холодная обработка также называется холодной прокаткой (ХП).

После термообработки на твердый раствор с последующей закалкой получают супернасыщенный твердый раствор. Во время холодной прокатки образуются дополнительные дислокации вследствие операций формования. Без желания ограничиваться следующим утверждением, считается, что это приводит к повышению прочности и способствует диффузии элементов, приводя к образованию более плотных центров зародышеобразования для образования преципитатов во время последующего искусственного старения. Не желая быть связанным следующим утверждением, считается, что это будет подавлять образование кластеров или зон Гинье-Престона (ГП), которые могут быть связаны с аннигиляцией закалки в вакансиях дислокациями. Во время последующего искусственного старения достигается максимальная прочность посредством преципитации иглообразных преципитатов β''/β' и содержащей Cu L-фазы. Считается, что холодная обработка приводит к повышению кинетики и более высокой прочности отверждения краски и ускоренной реакции искусственного старения. Не желая быть связанным следующим утверждением, считается, что холодная прокатка после термообработки на твердый раствор приводит к стабилизации иглообразных преципитатов β''/β' и подавлению β-фазы. Конечная прочность материала связана с дисперсионным упрочнением и деформационным упрочнением вследствие повышенной плотности дислокаций, получаемой во время холодной обработки.

В некоторых примерах применяли следующие условия обработки. Образцы гомогенизировали при 510-590°C в течение 0,5-4 часов с последующей горячей прокаткой. Например, температура гомогенизации может составлять 515°C, 520°C, 525°C, 530°C, 535°C, 540°C, 545°C, 550°C, 555°C, 560°C, 565°C, 570°C, 575°C, 580°C или 585°C. Время гомогенизации может составлять 1 час, 1,5 часа, 2 часа, 2,5 часа, 3 часа или 3,5 часа. Целевая температура укладки составляла 420-480°C. Например, температура укладки может составлять 425°C, 430°C, 435°C, 440°C, 445°C, 450°C, 455°C, 460°C, 465°C, 470°C или 475°C. Целевая температура укладки указывает температуру слитка, сляба, заготовки, толстого листа, промежуточного листа или тонкого листа перед горячей прокаткой. Образцы подвергали горячей прокатке до 5 мм-18 мм. Например, толщина может составлять 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 11 мм, 12 мм, 13 мм, 14 мм, 15 мм, 16 мм или 17 мм. Предпочтительно толщины составляют около 11,7 мм и 9,4 мм.

Целевая температура окончания горячей прокатки может составлять 300-400°C. Температура окончания горячей прокатки может составлять 300°C, 305°C, 310°C, 315°C, 320°C, 325°C, 330°C, 335°C, 340°C, 345°C, 350°C, 355°C, 360°C, 365°C, 370°C, 375°C, 380°C, 385°C, 390°C, 395°C или 400°C. После этого проводили термообработку образцов в твердом растворе при 510-540°C в течение от 0,5 до 1 часа с последующей незамедлительной закалкой ледяной водой до температуры окружающей среды для гарантирования максимального насыщения. Температура термообработки на твердый раствор может составлять 515°C, 520°C, 525°C, 530°C или 535°C. Согласно оценкам время, необходимое для достижения температуры окружающей среды, будет варьироваться в зависимости от толщины материала и в среднем будет составлять 1,5-5 секунд. Предпочтительно, время, необходимое для достижения температуры окружающей среды, может составлять 2 секунд, 2,5 секунды, 3 секунд, 3,5 секунды, 4 секунд или 4,5 секунды. Температура окружающей среды может составлять от около -10°C до около 60°C. Температура окружающей среды также может составлять 0°C, 10°C, 20°C, 30°C, 40°C или 50°C.

В некоторых примерах способ получения тонкого листа алюминиевого сплава может включать следующие этапы: литье алюминиевого сплава 6xxx; быстрое нагревание литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C; выдерживание литого алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов; снижение температуры до 420°C - 480°C; горячую прокатку литого алюминиевого сплава в тонкий лист алюминиевого сплава, причем тонкой лист алюминиевого сплава имеет толщину до 18 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C; термообработку тонкого листа алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа; и закалку тонкого листа алюминиевого сплава до температуры окружающей среды.

В некоторых примерах способ получения тонкого листа алюминиевого сплава может включать следующие этапы: непрерывное литье алюминиевого сплава 6xxx; быстрое нагревание непрерывно литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C; поддержание температуры от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов; снижение температуры до 420°C - 480°C; горячую прокатку непрерывно литого алюминиевого сплава для создания тонкого листа алюминиевого сплава, причем тонкой лист алюминиевого сплава имеет толщину менее 1 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C; термообработку тонкого листа алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа; и закалку тонкого листа алюминиевого сплава до температуры окружающей среды.

После этого были исследованы два дополнительных способа обработки.

Способ 1

После закалки после термообработки на твердый раствор образцы искусственно состаривали при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов, как можно быстрее, но всегда в пределах 24 часов. Интервал времени между завершением термообработки на твердый раствор и закалки, и инициацией искусственного старения (термической обработки) составлял менее 24 часов, чтобы избежать эффекта естественного старения. Искусственное старение может происходить при температурах в диапазоне от около 160°C до около 240°C, от около 170°C до около 210°C или от около 180°C до около 200°C.

Способ 2

После закалки после термообработки на твердый раствор образцы подвергали холодной прокатке перед искусственным старением (термической обработкой) от начальной толщины ~11 мм и ~9 мм до ~7 мм и ~3 мм соответственно. Это может быть определено как ~20% и 40% - 45% ХО. Интервал времени между завершением термообработки на твердый раствор и закалки и инициацией искусственного старения составлял менее 24 часов, чтобы избежать эффекта естественного старения. % ХО, применяемой в целях исследования, составлял 40%, что приводило к конечной толщине 7 мм (после прокатки от начальной толщины 11,7 мм) и 3 мм (после прокатки от начальной толщины 5 мм). За этим следовало искусственное старение при 200°C в течение от 1 до 6 часов. В некоторых случаях последующее старение может происходить при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов.

В целом, начальные этапы процесса включают, последовательно: литье; гомогенизацию; горячую прокатку; термообработку на твердый раствор; и закалку. После этого осуществляют Способ 1 или Способ 2. Способ 1 включает этап старения. Способ 2 включает холодную прокатку и последующее старение.

Толщины тонких алюминиевых листов, полученных описанными способами, могут составлять до 15 мм. Например, толщины тонких алюминиевых листов, полученных описанными способами, могут составлять: 15 мм, 14 мм, 13 мм, 12 мм, 11 мм, 10 мм, 9 мм, 8 мм, 7 мм, 6 мм, 5 мм, 4 мм, 3,5 мм, 3 мм, 2 мм, 1 мм, или любую толщину менее 1 мм, например, 0,9 мм, 0,8 мм, 0,7 мм, 0,6 мм, 0,5 мм, 0,4 мм, 0,3 мм, 0,2 мм, или 0,1 мм. Начальная толщина может составлять до 20 мм. В некоторых примерах тонкие листы алюминиевых сплавов, полученные описанными способами, могут иметь конечную толщину от около 2 мм до около 14 мм.

Механические свойства сплавов

По сравнению с отлитым в лаборатории AA6061, который имитирует промышленную композицию, на основании анализа коммерчески производимого материала, новые примеры продемонстрировали существенное улучшение прочности как в условиях T6 (вследствие изменения композиции), так и в условиях T8x (вследствие комбинации способа производства (холодная обработка) и изменений в композиции). Кроме того, описанные сплавы можно получать, без ограничений, при отпусках T4 и F. Этот новый способ производства и изменения композиции представляет усовершенствование по сравнению с современными сплавами, такими как AA6061. Новые аспекты, как проиллюстрировано в предыдущем разделе, связаны с комбинированием (i) способа производства (путем холодной прокатки после термообработки на твердый раствор и закалки) и (ii) модификации композиции с различным содержанием % масс. Cu, Si, Mg и Cr.

В Таблице 2 обобщены улучшенные механические свойства двух типовых сплавов по сравнению с AA6061. На ФИГ. 2 и 3 приведены дополнительные данные, касающиеся свойств типовых сплавов. Приведены предел текучести (ПТ) в МПа и процент удлинения (УДЛ %).

Таблица 2

Условия Начальная толщина (мм) ПТ (MPa) УДЛ (%) Примечание AA6061 (промышленное производство) 3-6 250-260 14-18 Базовое промышленное литье AA6061 (лабораторное литье) 5 291 20 Базовое лабораторное литье Вариант реализации 1 (условия T6), старение при 200°C в течение 1 часа 5 324 19 Эффект композиции Вариант реализации 1 (условия T8x), 40% ХО и старение при 200°C в течение 1 часа 5 393 12 Эффект способа производства и композиции

Эти сплавы исследовали в отношении значений прочности и % удлинения в условиях T6 и T8x. Проводили исследования методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) для подтверждения типов преципитатов и механизма упрочнения (См. ФИГ. 4 и 5). В некоторых примерах тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный в соответствии с описанным в данном документе способом, может иметь предел текучести, составляющий по меньшей мере 300 МПа, например, от около 300 МПа до 450 МПа. В некоторых примерах тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный в соответствии с описанным в данном документе способом, может иметь удлинение, составляющее по меньшей мере 10%.

В некоторых примерах тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный в соответствии с описанным в данном документе способом, может иметь минимальное соотношение r/t для тонкого листа алюминиевого сплава, составляющее около 1,2, без растрескивания. Соотношение r/t может служить оценкой сгибаемости материала. Как описано ниже, сгибаемость оценивали на основании соотношения r/t, где r представляет радиус используемого инструмента (штампа), а t представляет толщину материала. Более малое соотношение r/t указывает на лучшую сгибаемость материала.

Кроме того, сплавы исследовали, чтобы оценить рабочие свойства, связанные с нагрузкой. В частности, исследовали варианты, в которых применяли усталостную нагрузку 70 МПа при R-значении -1, что считается жесткими условиями с точки зрения применения, при температуре 60°C. После 100 000 циклов образцы исследовали, чтобы определить значения предела прочности на разрыв. Начальные данные позволяют предположить, что после усталостной нагрузки прочность сохраняется по сравнению с базовым металлом, не подвергнутым усталостным условиям (См. ФИГ. 6).

И наконец, описанные сплавы исследовали в коррозионных условиях на основании ASTM G110. Согласно наблюдениям коррозионное поведение Варианта реализации 1 сравнимо с текущим исходным уровнем AA6061, который, как считается, имеет превосходную коррозионную стойкость на основании начальных результатов (См. ФИГ. 7).

Обобщенные данные по результатам, представленным на ФИГ. 2-6, приведены ниже, демонстрируя значения прочности во время искусственного старения при 200°C, при этом ПЭМ-изображения, обобщают механизмы упрочнения и подтверждают, что значения прочности сохраняются после применения усталостной нагрузки и испытаний в течение 100000 циклов.

Следующие примеры служат для дополнительной иллюстрации изобретения, в то же время никоим образом не ограничивая его. Наоборот, следует четко понимать, что могут существовать различные варианты реализации, модификации и эквиваленты, которые могут быть предложены специалистами в данной области техники после прочтения описания в данном документе, без отступления от сущности изобретения. Во время описанных исследований в последующих примерах, следовали традиционным процедурам, если не указано иное. Некоторые процедуры описаны ниже в иллюстративных целях.

Пример 1

Типовые сплавы, имеющие композиции, приведенные в Таблице 1, получали в соответствии со следующими типовыми способами: слитки из алюминиевого сплава в состоянии после литья гомогенизировали при температуре от около 520°C до около 580°C в течение по меньшей мере 12 часов; затем гомогенизированные слитки подвергали горячей прокатке до промежуточной толщины, включающей 16 проходов через стан горячей прокатки, причем слитки попадали в стан горячей прокатки при температуре от около 500°C до около 540°C и выходили из стана горячей прокатки при температуре от около 300°C до 400°C; затем алюминиевые сплавы промежуточной толщины, необязательно, подвергали холодной прокатке до тонких листов алюминиевых сплавов, имеющих первую толщину от около 2 мм до около 4 мм; тонкие листы алюминиевых сплавов солюционировали при температуре от около 520°C до 590°C; тонкие листы закаляли водой и/или воздухом; тонкие листы, необязательно, подвергали холодной прокатке до конечной толщины от около 1 мм до около 3 мм (т. е. тонкие листы подвергали холодному обжатию, составляющему от около 20% до около 70% (например, 25% или 50%)); тонкие листы подвергали термообработке при температуре от около 120°C до около 180°C в течение периода времени от около 30 минут до около 48 часов (например, от 140°C до 160°C в течение от 5 часов до 15 часов).

Типовые сплавы дополнительно подвергали искусственному старению, чтобы оценить влияние на прочность на разрыв и удлинение. На ФИГ. 8 схематически представлена кривая старения после 30% ХО. По левой вертикальной оси указана прочность в МПа, время при 140°C в часах указано по горизонтальной оси, а процент удлинения (A80) показан по правой вертикальной оси. Эти данные были получены для AA6451 с 30% ХО. Rp0.2 относится к пределу текучести, Rm относится к пределу прочности на разрыв, Ag относится к равномерному удлинению (удлинению при наивысшей Rm), а A80 относится к общему удлинению. Эта таблица показывает, что через 10 часов прочность повышается или остается постоянной, а удлинение снижается. На ФИГ. 8 и на ФИГ. 9 образцы исследовали при толщине 2 мм.

На ФИГ. 9 схематически представлена кривая старения после 23% ХО. По левой оси y указана прочность в МПа, время при 170°C в часах указано по оси х, а процентное удлинение (A80) показано по правой оси y. Эти данные были получены для AA6451 с 23% холодной обработки. Предел текучести (Rp) достигает пика через 5-10 часов. Прочность на разрыв (Rm) снижается через 2,5 часа. Удлинение снижается после старения. Rp0.2 относится к пределу текучести, Rm относится к пределу прочности на разрыв, Ag относится к равномерному удлинению (удлинению при наивысшей Rm), а A80 относится к общему удлинению.

Типовые сплавы подвергали симуляционному процессу отверждения краски, чтобы оценить влияние на предел прочности на разрыв. На ФИГ. 10 схематически представлена стабильность прочности в МПа во время отверждения краски при 180°C в течение 3 минут. Применяли 50% холодной обработки. Старение происходило при 140°C в течение 10 часов за исключением символа Х, для которого соответствующие параметры составляли 140°C и 5 часов. Этот график показывает, что прочность композиции высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия, является по существу стабильной при отверждении краски. В действительности, прочность немного повышается. Условные обозначения на ФИГ. 10 показывают, что обозначения «X» представляют сплав 8931. Сплав 8931 является типовым описанным в данном документе сплавом и представляет собой композицию высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%); обозначения в виде «ромбов» представляют сплав AA6451; обозначения в виде «квадратов» представляют сплав AA6451 + 0,3% Cu; и обозначения в виде «звездочек» представляют сплав 0657 (сплав, имеющий композицию (Si-1,1%; Fe-0,24%; Cu-0,3%; Mn-0,2%; Mg-0,7%; Cr-0,01%; Zn-0,02%; и Ti-0,02%, остаток составляет Al).

На ФИГ. 11 приведен график, демонстрирующий влияние 30% или 50% холодной прокатки (ХП) и старения при различных температурах на удлинение (ось y A80) и прочность в МПа по оси х (Rp0.2). Температуры старения представлены на фигуре следующими символами: круги = 100°C, ромбы = 120°C, квадраты = 130°C и треугольники = 140°C. Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu в полных условиях T6. На Фиг. показано, что увеличение ХП приводило к повышению прочности и снижению удлинения. Данные демонстрируют, что изменение в холодной обработке можно использовать для достижения компромисса между прочностью и удлинением. Диапазон значений удлинения для 30% ХО составлял от около 7% до около 14%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 310 МПа до около 375 МПа. Диапазон значений удлинения для 50% ХП составлял от около 3,5% до около 12%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 345 МПа до около 400 МПа. 50% ХП приводила к более высокой прочности, но меньшему удлинению по сравнению с 30% ХП. Варьирование времени и температуры во время процесса старения оказывало небольшое влияние на удлинение и прочность по сравнению с влиянием изменения ХП.

На ФИГ. 12 приведен график, демонстрирующий влияние 30% или 50% ХП и старения при различных температурах на удлинение (ось y A80) и прочность в МПа по оси х (Rp0.2). Температуры старения представлены на фигуре следующими символами: круги = 100°C, ромбы = 120°C, квадраты = 130°C, треугольники = 140°C, X = 160°C и звездочки = 180°C. Исследуемый сплав 8931 представлял собой высокопрочный 6xxx. X представляет сплав 8931 в полных условиях T6 (Композиция высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%)). На Фиг. показано, что увеличение холодной обработки приводило к повышению прочности и снижению удлинения. Диапазон значений удлинения для 30% ХП составлял от около 6% до около 12%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 370 МПа до около 425 МПа. Диапазон значений удлинения для 50% ХП составлял от около 3% до около 10%, тогда как соответствующие уровни прочности находились в диапазоне от около 390 МПа до около 450 МПа. 50% ХП приводила к более высокой прочности, но меньшему удлинению по сравнению с 30% ХП. Данные демонстрируют, что изменение в ХП можно использовать для достижения компромисса между прочностью и удлинением. Варьирование времени и температуры во время процесса старения оказывало небольшое влияние на удлинение и прочность по сравнению с влиянием изменения ХП.

На ФИГ. 13 приведен график, демонстрирующий влияние ХП на изменение поверхностной текстуры типовых сплавов (r-значение) при 90° относительно направления прокатки. Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu в условиях T4. Треугольники представляют условия T4 плюс 50% ХП, квадраты представляют условия T4 плюс 23% ХП, ромбы указывают на условия T4 при 140°C в течение 2, 10 или 36 часов искусственного старения. Данные демонстрируют, что увеличение холодной обработки повышает r-значение 90° в направлении прокатки. Данные также демонстрируют, что старение после холодной прокатки существенно не меняет r-значение.

На ФИГ. 14 приведен график, демонстрирующий влияние ХП на изменение поверхностной текстуры (r-значения) типовых сплавов. Исследуемый сплав представлял собой AA6451 плюс 0,3% Cu в условиях T4. X указывает на условия T4, треугольники представляют условия T4 плюс 23% ХП плюс 170°C в течение 10 часов искусственного старения, квадраты представляют условия T4 плюс 50% ХП плюс 140°C в течение 10 часов искусственного старения, ромбы указывают на условия T4 плюс 50% ХП. Данные демонстрируют, что увеличение холодной обработки повышает r-значение 90° в направлении прокатки. Данные также демонстрируют, что старение после холодной прокатки существенно не меняет r-значение.

На ФИГ. 15 представлена таблица значений прочности и удлинения различных сплавов после 20-50% ХП и старения при 120°C - 180°C. Измерения прочности были получены при 90° относительно направления прокатки. Исследуемые сплавы представляли собой AA6014, AA6451, AA6451 плюс 0,3% Cu, сплав 0657 (имеющий композицию Si-1,1%; Fe-0,24%; Cu-0,3%; Mn-0,2%; Mg-0,7%; Cr-0,01%; Zn-0,02%; и Ti-0,02%), AA6111, сплав 8931 (композиция высокопрочного сплава 6xxx, состоящего из сердцевины и покрытия (Сердцевина: Si-1,25%; Fe-0,2%; Cu-1,25%; Mn-0,25%; Mg-1,25%; Cr-0,04%; Zn-0,02%; и Ti-0,03%; Покрытие: Si-0,9%; Fe-0,16%; Cu-0,05%; Mn-0,06%; Mg-0,75%; Cr-0,01%; и Zn-0,01%)).

На ФИГ. 16 представлена таблица, демонстрирующая влияние 30% ХП с последующим старением при 140°C в течение 10 часов на предел текучести (Rp0.2 (МПа)) сплава AA6451 с 0,3% Cu и сплава AA6451 с 0,1% Cu. Результаты демонстрируют, что предел текучести возрастает при 30% ХП и старении при 140°C в течение 10 часов для сплава, содержащего 0,3% Cu. Повышение также наблюдается для сплава, содержащего 0,1% Cu, но оно не настолько выражено, как в случае сплава с 0,3% Cu.

На ФИГ. 17 представлена таблица, демонстрирующая влияние 30% ХП с последующим старением при 140°C в течение 10 часов на удлинение (A80(%)) сплава AA6451 с 0,3% Cu и сплава AA6451 с 0,1% Cu. Результаты демонстрируют, что ХП и старение оказывали сходное влияние на удлинение сплавов, содержащих 0,3% Cu и 0,1% Cu.

Образцы Вариантов реализации 1, 2-1 и 2-2 подвергали испытаниям на изгиб 90°, чтобы оценить их способность к деформации. Для проведения испытаний на изгиб использовали штампы с постепенно уменьшающимся радиусом. Сгибаемость оценивали на основании (соотношения r/t), где r представляет радиус используемого инструмента (штампа), а t представляет толщину материала. Более низкое соотношение r/t указывает на лучшую сгибаемость материала. Образцы из Вариантов реализации 1, 2-1 и 2-2 испытывали в условиях T8x, также известных как условия с высоким сопротивлением. Результаты обобщены на ФИГ. 18.

Видно, что сопоставимые соотношения сгибаемости (r/t) наблюдали для Вариантов реализации 1 и 2-2, в случае которых разрушение происходило между r/t 1,5 и 2,5. Это может быть связано с фактом, что негативное влияние Cr компенсировалось снижением содержания магния, что приводило к снижению количества преципитатов β''/β'. В различных случаях описанные сплавы имеют гибкость ниже соотношения r/t от около 1,6 до менее 2,5 (при этом повышенная сгибаемость представлена более низким соотношением r/t).

Пример 2

Варианты реализации 1, 2-1 и 2-2 подвергали термообработке на твердый раствор, как было описано ранее. За ней следовала около 20% ХО до конечной толщины около 7 мм. После этого образцы искусственно состаривали при 200°C с разными временными периодами. Результаты обобщены на ФИГ. 19. Описанные сплавы после применения 20% ХО с последующей обработкой старения имели минимальный предел текучести 360 МПа и минимальное общее удлинение % УДЛ 20% и/или более. См. ФИГ. 19, 20A и 20B.

Пример 3

Варианты реализации 1, 2-1 и 2-2 подвергали традиционной обработке искусственного старения с последующей ХО от около 20% до около 40%. Холодную обработку применяли к образцам, имеющим начальную толщину около 11 мм и около 9 мм, что приводило к конечной толщине 7 мм и 3 мм. Результаты для Варианта реализации 1 обобщены на ФИГ. 21.

Как продемонстрировано в этом примере, Вариант реализации 1 имел минимальный предел текучести 330 МПа в условиях T6 с минимальным общим удлинением 20%. Комбинируя композицию и способ производства, при котором применяли от около 20% ХО до менее 25% ХО после обработки на твердый раствор и закалки, и перед старением, получали минимальный предел текучести около 360 МПа с минимальным общим удлинением около 20%. Данный вариант демонстрировал минимальный предел текучести после 40% - 45% ХО, составлявший 390 МПа, с минимальным общим удлинением 15 %.

Пример 4

Варианты реализации 3 и 4 подвергали традиционной обработке искусственного старения с последующей ХО от около 24% до около 66% ХО. Холодную обработку применяли к образцам, имеющим начальную толщину около 10 мм и около 5 мм, что приводило к конечной толщине около 7,5 мм, около 5,5 мм, около 3,5 мм и около 3,3 мм. Время обработки искусственного старения варьировали. Образцы испытывали в отношении предела текучести, предела прочности на разрыв, общего удлинения и равномерного удлинения. Результаты для Варианта реализации 3 обобщены на ФИГ. 22, 23, 24 и 25. Результаты для Варианта реализации 4 обобщены на ФИГ. 26, 27, 28 и 29.

Все патенты, публикации и рефераты, цитируемые выше, в полном объеме включены в данный документ посредством ссылки. Были описаны различные варианты реализации изобретения для удовлетворения различных целей изобретения. Следует понимать, что эти варианты реализации являются просто иллюстрациями принципов изобретения. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность осуществления многочисленных модификаций и адаптаций без отступления от сущности и объема данного изобретения, которые определяются нижеприведенной формулой изобретения.

Изобретение относится к новым высокопрочным алюминиевым сплавам 6xxx и способам получения из них тонких алюминиевых листов. Алюминиевый сплав 6xxx содержит, мас.%: 0,001-0,25 Cr, 0,4-2,0 Cu, 0,10-0,30 Fe, 0,5-2,0 Mg, 0,005-0,40 Mn, 0,5-1,5 Si, до 0,15 Ti, до 4,0 Zn, до 0,2 Zr, до 0,2 Sc, до 0,25 Sn, до 0,1 Ni, до 0,15 примесей, остальное - алюминий. Способ получения тонкого листа алюминиевого сплава 6ххх включает литье алюминиевого сплава 6xxx, нагрев до температуры от 510°C до 590°C и выдержку в течение от 0,5 до 4 часов, снижение температуры до 420°C - 480°C, горячую прокатку до толщины 18 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C, термообработку при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа и закалку. Изобретение направлено на улучшение механический свойств алюминиевых сплавов серии 6ххх. 5 н. и 36 з.п. ф-лы, 4 пр., 29 ил.

1. Алюминиевый сплав 6xxx, содержащий 0,001-0,25 мас.% Cr, 0,4-2,0 мас. % Cu, 0,10-0,30 мас.% Fe, 0,5-2,0 мас.% Mg, 0,005-0,40 мас.% Mn, 0,5-1,5 мас.% Si, до 0,15 мас.% Ti, до 4,0 мас. % Zn, до 0,2 мас. % Zr, до 0,2 мас.% Sc, до 0,25 мас.% Sn, до 0,1 мас.% Ni, до 0,15 мас. % примесей, остальное алюминий.

2. Алюминиевый сплав 6xxx по п. 1, который содержит, мас.%: 0,03 Cr, 0,8 Cu, 0,15 Fe, 1,0 Mg 0,2 Mn, 1,2 Si, 0,04 Ti, 0,01 Zn и до 0,15 примесей, остальное алюминий.

3. Алюминиевый сплав 6xxx по п. 1, который содержит, мас.%: 0,03 Cr, 0,4 Cu, 0,15 Fe, 1,3 Mg, 0,2 Mn, 1,3 Si, 0,04 Ti, 0,01 Zn и до 0,15 примесей, остальное алюминий.

4. Алюминиевый сплав 6xxx по п. 1, который содержит, мас.%: 0,1 Cr, 0,4 Cu, 0,15 Fe, 1,3 Mg, 0,2. Mn 1,3 Si, 0,04 Ti, 0,01 Zn и до 0,15 примесей, остальное алюминий.

5. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-4, который дополнительно содержит 0,05-0,15 мас. % Sn.

6. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что Cr присутствует в количестве 0,02-0,08 мас. %.

7. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что Cr присутствует в количестве 0,08-0,15 мас. %.

8. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что сумма Fe и Mn составляет менее 0,35 мас. %

9. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что Zn присутствует в диапазоне 0,05-2,5 мас. %, 0,05-2 мас. %, 0,05-1,5 мас. %, 0,05-1 мас.% или 0,05-0,5 мас.%.

10. Алюминиевый сплав 6xxx по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что Cu присутствует в диапазоне 0,4-0,8 мас. %, 0,4-0,6 мас. %, 0,6-1,0 мас. %, 0,5-0,8 мас. % или 0,8-1,0 мас. %.

11. Способ получения тонкого листа алюминиевого сплава 6ххх, включающий:

литье алюминиевого сплава 6xxx по п. 1;

нагрев литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C;

выдержку литого алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов;

снижение температуры до 420°C - 480°C;

горячую прокатку литого алюминиевого сплава в тонкий лист алюминиевого сплава, причем прокатанный тонкий лист алюминиевого сплава имеет толщину до 18 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C;

термообработку тонкого листа алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа; и

закалку тонкого листа алюминиевого сплава до температуры окружающей среды.

12. Способ по п. 11, который дополнительно включает после закалки выдержку тонкого листа алюминиевого сплава при 160-240°C в течение от 0,5 до 6 часов.

13. Способ по п. 11, который дополнительно включает после закалки:

холодную прокатку тонкого листа алюминиевого сплава; и

выдержку тонкого листа алюминиевого сплава при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что % холодной обработки (ХО) составляет от 10% до 45%, от 10% до 40%, от 10% до 35 %, от 10% до 30%, от 10% до 25% или от 10% до 20%.

15. Способ по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что алюминиевый сплав 6xxx содержит 0,02-0,15 мас. % Cr, 0,4-1,0 мас. % Cu, 0,10-0,30 мас. % Fe, 0,8-2,0 мас. % Mg, 0,10-0,30 мас. % Mn, 0,8-1,4 мас. % Si, 0,005-0,15 мас. % Ti, 0,01-3 мас. % Zn и до 0,15мас. % примесей, остальное алюминий.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что алюминиевый сплав 6xxx дополнительно содержит 0,05-0,15мас. % Sn.

17. Способ по любому из пп. 11-16, который дополнительно включает измерение предела текучести и удлинения тонкого листа алюминиевого сплава для определения достижения тонким листом необходимого предела текучести и удлинения.

18. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что литье алюминиевого сплава 6xxx включает литье слитка с прямым охлаждением.

19. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что литье алюминиевого сплава 6xxx включает непрерывное литье сляба, листа промежуточной толщины, толстого листа или тонкого листа.

20. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что литье алюминиевого сплава 6xxx включает выдавливание выдавленного профиля.

21. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный способом по любому из пп. 11-20.

22. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по п. 21, отличающийся тем, что тонкий лист получен при отпуске T6, T8x, T4 или F.

23. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по п. 21 или 22, отличающийся тем, что тонкий лист имеет предел текучести, составляющий по меньшей мере 300 МПа.

24. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 21-23, отличающийся тем, что тонкий лист имеет предел текучести от 300 МПа до 450 МПа.

25. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 21-24, отличающийся тем, что тонкий лист имеет удлинение, составляющее по меньшей мере 10%.

26. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 21-25, отличающийся тем, что минимальное соотношение r/t тонкого листа алюминиевого сплава составляет около 1,2 без растрескивания.

27. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 21-26, отличающийся тем, что тонкий лист имеет конечную толщину 2-14 мм.

28. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 21-26, отличающийся тем, что тонкий лист имеет конечную толщину менее 1 мм.

29. Способ получения тонкого листа алюминиевого сплава 6ххх, включающий:

непрерывное литье алюминиевого сплава 6xxx по п. 1;

нагревание непрерывно литого алюминиевого сплава до температуры от 510°C до 590°C;

поддержание температуры от 510°C до 590°C в течение от 0,5 до 4 часов;

снижение температуры до 420°C - 480°C;

горячую прокатку непрерывно литого алюминиевого сплава для получения тонкого листа алюминиевого сплава, причем тонкий лист алюминиевого сплава имеет толщину менее 1 мм при температуре окончания горячей прокатки от 330°C до 390°C;

термообработку тонкого листа алюминиевого сплава при температуре от 510°C до 540°C в течение от 0,5 до 1 часа; и

закалку тонкого листа алюминиевого сплава до температуры окружающей среды.

30. Способ по п. 29, который дополнительно включает после закалки выдержку тонкого листа алюминиевого сплава при 160-240°C в течение от 0,5 до 6 часов.

31. Способ по п. 29, который дополнительно включает после закалки:

холодную прокатку тонкого листа алюминиевого сплава; и

выдержку тонкого листа алюминиевого сплава при 200°C в течение от 0,5 до 6 часов.

32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что % ХО составляет от 10% до 45%, от 10% до 40%, от 10% до 35 %, от 10% до 30%, от 10% до 25% или от 10% до 20%.

33. Способ по любому из пп. 29-32, который дополнительно включающий измерение предела текучести и удлинения тонкого листа алюминиевого сплава для определения достижения тонкий листом из алюминиевого сплава необходимого предела текучести и удлинения.

34. Способ по любому из пп. 29-33, отличающийся тем, что непрерывное литье алюминиевого сплава 6xxx включает применение двухленточных литейных машин, двухвалковых литейных машин или блоковых литейных машин.

35. Способ по любому из пп. 29-34, отличающийся тем, что алюминиевый сплав 6xxx содержит, мас.%: 0,02-0,15 Cr, 0,4-1,0 Cu, 0,10-0,30 Fe, 0,8-2,0 Mg, 0,10-0,30 Mn, 0,8-1,4 Si, 0,005-0,15 Ti, 0,01-3 Zn и до 0,15 примесей, остальное алюминий.

36. Способ по п. 35, отличающийся тем, что алюминиевый сплав 6xxx дополнительно содержит 0,05-0,15 мас. % Sn.

37. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx, полученный способом по любому из пп. 29-36.

38. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по п. 37, отличающийся тем, что непрерывно литой алюминиевый сплав получен при отпуске T6, T8x, T4 или F.

39. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по п. 37 или 38, отличающийся тем, что тонкий лист имеет предел текучести, составляющий по меньшей мере 300 МПа.

40. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 37-39, отличающийся тем, что тонкий лист имеет предел текучести от 300 МПа до 450 МПа.

41. Тонкий лист алюминиевого сплава 6xxx по любому из пп. 37-40, отличающийся тем, что тонкий лист имеет удлинение, составляющее по меньшей мере 10%.