[發明專利]高強度壓淬火7XXX合金

在審

• 申請號: 202011231878.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112921218A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: D·J·舒梅克;T·K·法戈;W·格柏瑞克;R·A·馬圖斯卡
• 申請（專利權）人: 凱瑟鋁制品有限責任公司
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22F1/053
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

本發明涉及一種7xxx系鋁合金組合物，其包含或基本上由以下組成或由以下組成：(以重量％計)：1.0?1.8％Mg；7.0?8.3％Zn；0.10?0.25％Zr；最高0.80％Cu和容許雜質為0.3％Si、0.4％Fe、0.4％Mn、和0.1％Ti，以及其他元素限定為不可避免的雜質，每種雜質分別限制為0.05％以內和合計為0.15％以內，MgZn₂的范圍為7.0?9.9％，其余為鋁。這種7xxx系鋁合金能夠通過從高溫熱工序(例如擠出、鍛造或軋制)淬火來生產，以達到其最大強度。在一個實施例中，該合金能夠滿足強度水平超過65KSI/450MPa屈服拉伸強度、69KSI/480MPa極限拉伸強度和11％伸長率。

相關申請的交叉引用

本申請根據35USC 119(e)要求2019年12月5日提交的美國臨時申請No.62/944,200的權益，其內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及一種沉淀可硬化的鋁合金，它對淬火高度不敏感，因此能夠通過從諸如擠出、鍛造和軋制之類的熱加工過程的高溫中淬火而獲得優異的強度。該合金還具有很高的耐腐蝕性能，特別是應力腐蝕開裂(stress corrosion cracking,SCC)，并在長期的中等溫度暴露中提供穩定的機械性能。

背景技術

為了提高汽車工業的燃油效率，已經集中大量精力研究輕質材料。鋁合金是鋼的替代品，并且由于具有較高的比強度(強度除以密度)，因此可以顯著減輕車輛的重量。由于需要進一步減輕重量，因此鋁合金的優點可以通過甚至更高強度的合金來進一步增加，這些合金的密度與先前的鋁合金的差異僅可忽略不計。歷史上一直使用以Mg₂Si為主要強化沉淀物的6XXX鋁合金。這些6XXX合金用途廣泛，可通過多種生產方法(擠出、鍛造或軋制)輕松生產，并且具有利于汽車應用的材料特性，例如耐腐蝕和長期暴露于中度溫度中穩定的機械性能。自然地，隨著使用這些合金，引入了更高強度的變體，以進一步減輕車輛重量并實現更高的燃油效率。但是，很難始終如一地獲得6XXX合金中高于400MPa YTS(屈服拉伸強度)的強度，因此6XXX合金的設計局限性導致無法進一步減輕重量。

從歷史上看，在7XXX鋁合金中獲得了更高的強度。這些合金已在航空航天工業中廣泛使用，其中某些合金的強度可達到520MPa YTS(屈服拉伸強度)以上的強度。7XXX合金更容易出現腐蝕問題，特別是應力腐蝕開裂(SCC)。通過相對復雜的人工老化循環和監控相對于材料電導率的強度的控制方法，已克服了在航空航天應用中對SCC的敏感性。這些7XXX合金對淬火的敏感性也更高，這意味著它們從高溫冷卻的速度必須非常高，以確保沉淀硬化元素的固溶體。這使得許多制造方法不切實際，例如使用淬火進行擠出以獲得最大的機械性能。盡管這些歷史上的7XXX合金具有吸引人的性能，但實現它們所需的額外復雜性使它們在大多數汽車平臺應用中的成本高昂。

盡管7XXX合金中的主要合金元素是Zn，但同時還通過添加Mg和Cu來實現其大部分強度。它們共同形成S相(Al₂CuMg)，這是7XXX合金中引起淬火敏感性的主要相。因此，通過減少Cu、S相，由此最小化對淬火敏感性的影響。然而，對于抗SCC，需要一些Cu。從SCC角度來看，不含Cu的鋁7XXX合金在歷史上性能相對較差。

相對于汽車應用而言，7XXX合金的另一方面是它們對延長時間的中等溫度暴露中的相對耐受性。據報道，與當時可用的6XXX合金相比，在這些7XXX合金中，通過拉伸強度測量的長期熱穩定性較差。由于許多汽車部件都暴露于中等熱量水平，因此有必要使其機械性能在長期暴露中保持穩定。

發明內容

本發明涉及一種對淬火高度不敏感的7XXX合金，其實現了強度超過450MPa YTS(屈服拉伸強度)，并實現了增強的抗應力腐蝕開裂(SCC)性。這種7XXX合金的優選應用是在汽車應用中，以提供在長時間中等溫度暴露中可接受的熱穩定性。

附圖說明