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      改進(jìn)的6xxx鋁合金及其生產(chǎn)方法_3

      文檔序號:9344713閱讀:來源:國知局
      幀大小。采集的數(shù)據(jù)以*.〇sc文件輸出。這種數(shù)據(jù)可以用來計(jì)算第一類型晶粒的體積分 數(shù),如下文所述。
      [0082] ?第一類型晶粒的體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算:采用*? osc文件的數(shù)據(jù)和5. 31版本TexSEM Lab 0頂分析軟件計(jì)算第一類型晶粒的體積分?jǐn)?shù)。在計(jì)算之前,可以用15°的公差角、最小 晶粒尺寸=3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、和單迭代凈化(single iteration cleanup)進(jìn)行數(shù)據(jù)凈化。隨后, 使用第一晶粒標(biāo)準(zhǔn)(下文),通過該軟件計(jì)算第一類型晶粒的量。
      [0083] ?第一晶粒標(biāo)準(zhǔn):通過具有5°晶粒公差角的晶粒取向離散(G0S)計(jì)算,最小晶粒 尺寸是三(3)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),并且置信指數(shù)是零(0)。"計(jì)算之前采用分區(qū)(apply partition) "、 "包括邊緣晶粒(edge grain) "和"忽略雙晶間界定義"都是必要的,而且應(yīng)當(dāng)使用"晶粒平 均取向"完成計(jì)算。G0SS 3°的任何晶粒為第一類型晶粒。如果使用多幀,那么將G0S數(shù) 據(jù)取平均值。
      [0084] "第一晶粒體積"(FGV)意指結(jié)晶材料的第一類型晶粒的體積分?jǐn)?shù)。
      [0085] "未再結(jié)晶百分比"等等通過下式確定:
      [0086] URX%= (1-FGV)*100%
      [0087] 如上所述,這種鋁合金體通常包括未再結(jié)晶占優(yōu)的微結(jié)構(gòu),即,F(xiàn)GV〈0. 50且URX% 多50%。在一個(gè)實(shí)施方案中,這種鋁合金體含有(以體積分?jǐn)?shù)計(jì))不高于0.45的第一 類型晶粒(即,根據(jù)上文中所提供的定義,這種鋁合金體至少55%是未再結(jié)晶的(U RX% 多55% ))。在其他實(shí)施方案中,這種鋁合金體可以含有(以體積分?jǐn)?shù)計(jì))不高于0. 40的 第一類型晶粒(URX%> 60% ),或不高于0. 35的第一類型晶粒(URX%彡65% ),或不高于 0. 30的第一類型晶粒(URX%彡70% ),或不高于0. 25的第一類型晶粒(URX%彡75% ),或不 高于0. 20的第一類型晶粒(URX%彡80% ),或不高于0. 15第一類型晶粒(URX%彡85% ), 或不高于〇. 10的第一類型晶粒(URX%彡90% ),或更低。
      [0088] ii?織構(gòu)
      [0089] 這種鋁合金體可以獲得獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)可以通過從晶體結(jié)構(gòu)數(shù) 據(jù)得到的鋁合金體的R-值說明。鋁合金體的微結(jié)構(gòu)與其性能(例如,強(qiáng)度、延展性、韌性、 耐蝕性等等)相關(guān)。
      [0090] 出于本申請的目的,根據(jù)R-值生成步驟生成R-值,在下文進(jìn)行描述。
      [0091] R-倌牛成步驟:
      [0092] 儀器:使用具有計(jì)算機(jī)控制的極圖單元和用于處理極圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集軟件 和0DF軟件(例如,Rigaku衍射儀所包括的Rigaku軟件)的X射線發(fā)生器(例如, Rigaku Ultima III衍射儀(美國Rigaku,德克薩斯伍德蘭茲(The Woodlands))。依照 B.D.Cullity 所著的 "X 線衍射基礎(chǔ)"(Elements of X-ray Diffraction),第二版,1978 年 (Addison-Wesley冶金和材料系列叢書)以及Rigaku關(guān)于Ultima III衍射儀和多用途裝 置的用戶手冊(或其他合適的類似衍射儀設(shè)備手冊)獲取反射極圖。
      [0093] 試樣制備:從T/4位置至表面測量極圖。因此,用于生成R-值的試樣(優(yōu)選地) 是7/8英寸(LT)乘lV 4英寸(L)。試樣尺寸可以基于測量設(shè)備而改變。在測量R-值之前, 可以通過以下方式制備試樣:
      [0094] 1?從一側(cè)加工乳制平面至比T/4平面厚0? 01"(如果厚度是合理的);和
      [0095] 2.化學(xué)蝕刻至T/4位置。
      [0096] 極圖的X射線測量:極圖的反射(基于Schulz反射法)
      [0097] 1.將試樣裝在帶有試樣乳制方向指示的試樣環(huán)形托架上
      [0098] 2?將試樣托架單元插入極圖單元中
      [0099] 3.將試樣的方向定位到相同于極圖單元的水平面=0° )的位置
      [0100] 4.使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)散狹縫(DS)、具有Ni %濾光片的標(biāo)準(zhǔn)極圖接收狹縫(RS)和標(biāo)準(zhǔn)散 射狹縫(SS)(狹縫的確定將取決于所用的輻射、峰的2 0和峰寬度)。Rigaku Ultima III 衍射儀采用2/3deg DS、5_ 1?和6_ SS。
      [0101] 5.將電源設(shè)定成推薦的工作電壓和電流(對于Cu輻射默認(rèn)為40KV 44mA,并采用 Ultima III上的Ni濾光片)
      [0102] 6?以 5。步幅從 AlUll)、Al(_和 A1 (22。)峰的 a = 15。、0 = 0。至 a = 90。、 0 = 355°測量背景強(qiáng)度并且在每個(gè)步幅計(jì)數(shù)1秒(3個(gè)極圖對于精確的0DF通常是足夠 的)
      [0103]7?以 5° 步幅從 A1U11)、A1_、A1(22。)和 A1(311)峰的 a = 15。、0 = 0° 至 a = 90、0 = 355°測量峰強(qiáng)度并且在每個(gè)步幅計(jì)數(shù)1秒
      [0104] 8.在測量期間,試樣以每秒2cm被振蕩以獲得較大的采樣面積從而改進(jìn)采樣統(tǒng)計(jì)
      [0105] 9.從峰強(qiáng)度減去背景強(qiáng)度(這通常由用戶專用軟件完成)
      [0106] 10.對吸收進(jìn)行校正(通常由用戶專用軟件完成)
      [0107] 通常將輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用于輸入0DF軟件的格式。0DF軟件將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,計(jì) 算0DF,并重新計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的極圖。利用該信息,采用Taylor-Bishop-Hi 11模型(參 見 Kuroda, M.等人,Texture optimization of rolled aluminum alloy sheets using a genetic algorithm, Materials Science and Engineering A 385(2004)235-244 和 Man, Chi-Sing, On the r-value of textured sheet metals, International Journal of Plasticityl8 (2002) 1683-1706)計(jì)算 R-值。
      [0108] 與常規(guī)地生產(chǎn)的材料相比,根據(jù)本文所述的方法生產(chǎn)的鋁合金體可以獲得高的標(biāo) 準(zhǔn)化R-值。"標(biāo)準(zhǔn)化R-值"等等意指在相對于乳制方向0°角由RV-對照試樣的R-值標(biāo) 準(zhǔn)化的R-值。例如,如果RV-對照試樣在相對于乳制方向0°角獲得0. 300的R-值,這一 R-值和所有其他R-值可以通過除以〇. 300標(biāo)準(zhǔn)化。
      [0109] "RV-對照試樣"等等意指取自T4狀態(tài)下參考樣本鋁合金體(在上文定義)的對 照試樣。
      [0110] "乳制方向"等等意指乳制產(chǎn)品的L-方向(參見圖13)。對于非乳制產(chǎn)品,并且在 提到R-值的上下文中,"乳制方向"等等意指延伸的主要方向(例如,擠壓方向)。出于本 申請的目的,在相對于乳制方向0°至90°角并以5°的增加量計(jì)算材料的多個(gè)R-值。出 于簡單的目的,"取向角"有時(shí)用來指短語"相對于乳制方向的角"。
      [0111] "最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值"等等意指在相對于乳制方向的任何角度獲得的最大標(biāo)準(zhǔn)化 R-值。
      [0112] "最大RV角度"等等意指獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值的角度。
      [0113] 作為非限制性的例子,表2提供了含有RV-對照試樣的R-值(非標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn) 化)和根據(jù)本文所述的新方法加工的鋁合金體的R-值(非標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化)的表格。
      [0114] 表 2
      [0115]
      [0117] 圖10是對照物的標(biāo)準(zhǔn)化R-值和85%冷加工試樣的標(biāo)準(zhǔn)化R-值與取向角成函數(shù) 關(guān)系的曲線圖。圖10還包括11%、35%和60%冷加工的鋁合金體的標(biāo)準(zhǔn)化R-值。
      [0118] 如圖10所示,高冷加工的鋁合金體獲得比RV-對照試樣高得多的R-值,特別是在 相對于乳制方向20°和70°的取向角之間。對于85%冷加工的合金體,在50°的最大RV 角度獲得5. 196的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。RV-對照試樣在5°的最大RV角度獲得1. 030的最 大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。這些R-值可以表明在與常規(guī)地生產(chǎn)的鋁合金體相比下的新鋁合金體的織 構(gòu)(并且因此表明微結(jié)構(gòu))。
      [0119] 在一個(gè)方案中,根據(jù)本文所述的新方法加工的鋁合金體可以獲得至少2. 0的最大 標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在一個(gè)實(shí)施例中,新鋁合金體可以獲得至少2. 5的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在其他 實(shí)施例中,新鋁合金體可以獲得至少3. 0,或者至少3. 5,或者至少4. 0,或者至少4. 5,或者 至少5.0,或更高的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值??梢栽?0°至70°的取向角獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。 在一些實(shí)施例中,可以在30°至70°的取向角獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在其他實(shí)施例中,可 以在35°至65°的取向角獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在又一實(shí)施例中,可以在40°至65°的 取向角獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在又一實(shí)施例中,可以在45°至60°的取向角獲得最大標(biāo) 準(zhǔn)化R-值。在其他實(shí)施例中,可以在45°至55°的取向角獲得最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。
      [0120] 在另一個(gè)方案中,根據(jù)本文所述的新方法加工的鋁合金體在新鋁合金體的最大RV 角可以獲得比RV-對照試樣至少高200%的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在該方案中,新鋁合金體的 標(biāo)準(zhǔn)化R-值與在新鋁合金體的最大RV角出現(xiàn)的角度上RV-對照試樣的標(biāo)準(zhǔn)化R-值相比。 例如,如上圖10和表2所示,與RV-對照試樣在相同50°角的標(biāo)準(zhǔn)化R-值相比,85 %冷加 工的鋁合金體在其50°的最大RV角實(shí)現(xiàn)717%的標(biāo)準(zhǔn)化R-值增加(5. 196/0. 725*100% = 717% )。在一個(gè)實(shí)施例中,在新鋁合金體的最大RV角,鋁合金體可以實(shí)現(xiàn)比RV-對照試樣 高至少250 %的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在其他實(shí)施例中,在新鋁合金體的最大RV角,該鋁合金 體可以實(shí)現(xiàn)比RV-對照試樣高至少300 %,高至少350 %,高至少400 %,高至少450 %,高至 少500%,高至少550%,高至少600%,至少高650%,至少高700%,或更高的最大標(biāo)準(zhǔn)化 R-值。
      [0121] 在另一個(gè)方案中,根據(jù)本文所述的新方法加工的鋁合金體可以獲得比RV-對照試 樣的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值高至少200%的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在這一方案中,不考慮最大標(biāo)準(zhǔn) 化R-值出現(xiàn)的角度,新鋁合金體的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值與RV-對照試樣的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值 相比。例如,如上圖10和表2所示,85%冷加工的鋁合金體在50°的取向角時(shí)獲得的最 大標(biāo)準(zhǔn)化R-值為5. 196。RV-對照試樣在5°的取向角時(shí)最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值為1. 030。因 此,85 %冷加工的鋁合金體在最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值上相對于RV-對照試樣獲得505 %的增加 (5. 196/1. 030*100%= 505% )。在一個(gè)實(shí)施例中,鋁合金體可以獲得比RV-對照試樣的最 大標(biāo)準(zhǔn)化R-值高至少250 %的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。在其他實(shí)施例中,該鋁合金體可以獲得比 RV-對照試樣的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值高至少300 %,或高至少350 %,或高至少400 %,或高至少 450 %,或高至少500 %,或更高的最大標(biāo)準(zhǔn)化R-值。
      [0122] iii.顯微照片
      [0123] 根據(jù)本文所述的新方法生產(chǎn)的一些6xxx鋁合金體的顯微照片在圖lib-圖lie中 示出。圖11a是T6狀態(tài)下鋁合金體的參照樣本的微結(jié)構(gòu)。圖lib-圖lie分別是具有11%、 35%、60%和85%冷加工的新鋁合金體的微結(jié)構(gòu)。這些顯微照片展示了使用本文所述新方 法所獲得的獨(dú)特微結(jié)構(gòu)的一些方面。如圖所示,新鋁合金體的晶粒呈現(xiàn)為非等軸的(伸長 的)晶粒。對于60%和85%冷加工的鋁合金體,晶粒結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為纖維狀/繩狀,并具有多 個(gè)剪切帶。這些獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)可對新鋁合金體的性能改進(jìn)作出貢獻(xiàn)。
      [0124] F.仵詵的熱處理后講行的步驟
      [0125] 在熱處理步驟(300)之后,6XXX鋁合金體可以經(jīng)過多種任選的最終處理(400)。例 如,伴隨熱處理步驟(300)或在熱處理步驟之后,6 XXX鋁合金體可以經(jīng)過多種額外加工或 拋光操作(例如,基本上不影響機(jī)械性能的成型操作、整平或矯直操作,如拉伸和/或其他 操作,如切削、陽極化處理、涂漆、拋光、打磨)。任選的最終處理步驟(400)不能是任何會 實(shí)質(zhì)性影響鋁合金體微結(jié)構(gòu)的有目的的/有意義的熱處理(例如,不能是任何退火步驟)。 因此,可以保持由冷加工步驟(200)和熱處理步驟(300)的組合所獲得的微結(jié)構(gòu)。
      [0126] 在一個(gè)方案中,一個(gè)或多個(gè)任選的最終處理步驟(400)可以伴隨熱處理步驟 (300)完成。在一個(gè)實(shí)施例中,任選的最終處理步驟(400)可以包括成型,并且可以伴隨(例 如,同時(shí)地)熱處理步驟(300)完成這個(gè)成型步驟。在一個(gè)實(shí)施例中,由于伴隨的成型操作 和熱處理操作,該鋁合金體可以是基本上最終的形式(例如,在熱處理步驟期間成型汽車 門外板和/或內(nèi)板)。
      [0127] G.組成
      [0128] 如上所述,6xxx錯(cuò)合金體是由6xxx錯(cuò)合金制成。6xxx錯(cuò)合金是含有娃和鎂的 鋁合金,硅和鎂的至少之一作為占優(yōu)的合金成分。出于本申請的目的,6 XXX鋁合金是具有 0. 1-2. Owt. %的娃和0. 1 - 3. Owt. %的鎂的錯(cuò)合金,其中,所述娃和所述鎂的至少之一是除 鋁之外在鋁合金體中占優(yōu)的合金元素。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx鋁合金包含至少0.25wt. % 的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于2. Owt. %的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合 金包含至少大約0. 25wt. %的Si。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于大約1. 5wt. % 的Si。6XXX鋁合金還可以包含如下所定義的次級元素、第三元素和/或其他元素。
      [0129] 6xxx鋁合金可以包含次級元素。次級元素從由銅、鋅及其組合構(gòu)成的組中選擇。 在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx鋁合金包含銅。在另一個(gè)實(shí)施例中,6xxx鋁合金包含鋅。在又一個(gè)實(shí) 施例中,6xxx錯(cuò)合金包含銅和鋅。當(dāng)以足夠的量存在時(shí),這些次級元素,與娃和鎂主元素組 合,可以促進(jìn)應(yīng)變硬化響應(yīng)和沉淀硬化響應(yīng)之一或兩者。因此,當(dāng)結(jié)合本文所述的新方法使 用時(shí),6xxx錯(cuò)合金可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的綜合性能,如改進(jìn)的強(qiáng)度(例如,與處于T6狀態(tài)的6xxx 鋁合金體相比)
      [0130] 當(dāng)使用銅時(shí),6xxx鋁合金通常包括至少0. 35wt. %的Cu。在一個(gè)實(shí)施例中, 6xxx錯(cuò)合金包含至少0. 5wt. %的Cu。6xxx錯(cuò)合金通常包含不高于2. Owt. %的Cu,如不 高于1.5wt. %的Cu。在其他實(shí)施例中,銅可以以低的水平存在,并且在這些實(shí)施例中以 0.0 lwt. %至0. 34wt. %的水平存在。在其他實(shí)施例中,銅作為雜質(zhì)包含在合金中,并且在這 些實(shí)施例中以小于〇. 〇lwt. %的水平存在。
      [0131] 當(dāng)使用鋅時(shí),6xxx錯(cuò)合金通常包含至少0. 35wt. %的Zn。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx 鋁合金包含〇. 5wt. %的Zn。6xxx鋁合金通常包含不高于2. 5wt. %的Zn。在一個(gè)實(shí)施例 中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于2. Owt. %的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于 1.5wt. %的Zn。在其他實(shí)施例中,鋅可以以低水平存在,并且在這些實(shí)施例中以0. 05wt. % 至0.34wt. %的水平存在。在其他實(shí)施例中,鋅作為雜質(zhì)包含在合金中,并且在這些實(shí)施例 中以0. 04wt. %或更低的水平存在。
      [0132] 出于多種目的,6xxx鋁合金可以包括多種第三元素,例如增強(qiáng)機(jī)械性能、物理性能 或腐蝕性能(即,強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性、耐蝕性),以增強(qiáng)在升溫下的性能,以有助于鑄造, 以控制鑄造或鍛造晶粒結(jié)構(gòu),和/或以增強(qiáng)機(jī)械加工性,等等。當(dāng)存在上述目的時(shí),這些第 三元素可以包括以下的一種或多種:(i)至多3. Owt. %的Ag,(ii)各自至多為2. Owt. %的 Li、Mn、Sn、Bi和Pb中的一種或多種,(iii)各自至多為1. Owt. %的Fe、Sr、Sb和Cr中的 一種或多種,和(iv)各自至多為0. 5wt. %的、¥、2廠3(:、11、^^〇、(:〇和稀土元素中的 一種或多種。當(dāng)存在上述目的時(shí),第三元素通常以至少O.Olwt. %的量含于合金中。
      [0133] 6xxx鋁合金可以包括鐵作為第三元素或雜質(zhì)。當(dāng)鐵不作為第三元素包含于合金中 時(shí),鐵可以作為雜質(zhì)包含于6xxx錯(cuò)合金中。在這些實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金通常包含不高于 0. 50wt. %的鐵。在一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于0. 25wt. %的鐵。在另一個(gè)實(shí)施 例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于0. 15wt. %的鐵。在又一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于 0. 10wt. %的鐵。在另一個(gè)實(shí)施例中,6xxx錯(cuò)合金包含不高于0. 05wt. %的鐵。
      [0134] 6XXX鋁合金通常含有低量的"其他元素"(例如,鑄造助劑和非鐵雜質(zhì))。其他元 素意指,除上述的鋁、鎂、硅、次級元素(當(dāng)包含時(shí))、第三元素(當(dāng)包含時(shí))以及鐵(當(dāng)包含 時(shí))之外,可以包含在6 XXX鋁合金中的元素周期表中的任何其他元素。除鐵之外,當(dāng)任何 次級元素和/或第三元素作為雜質(zhì)包含在合金中時(shí),這些元素落入"其他元素"的范圍內(nèi)。 例如,如果6 XXX合金包含作為雜質(zhì)并且不作為合金添加劑的銅(例如,出于本發(fā)明的目的 低于0.0 lwt. %的銅),則銅將落入"其他元素"的范圍內(nèi)。同樣地,如果6xxx合金包含作 為雜質(zhì)并且不作為合金添加劑的鋅(例如,出于本發(fā)明的目的低于0.04wt. %的鋅),則鋅 將落入"其他元素"的范圍內(nèi)。作為另一個(gè)例子,
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