本專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2014年4月30日提交的名為“IMPROVED7XXALUMINUMCASTINGALLOYS,ANDMETHODSFORMAKINGTHESAME”（改善的7XX鋁鑄造合金及其制備方法）的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/986,249號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該文獻(xiàn)全文以引用方式并入本文。
背景技術(shù)：
：鋁合金可用于各種各樣的應(yīng)用。然而，要改進(jìn)鋁合金的一種特性而不使其另一種特性退化很難實(shí)現(xiàn)。例如，要增加鋁鑄造合金的強(qiáng)度而不影響其他性能（諸如，鑄造性、伸長(zhǎng)率或應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性）比較困難。參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2008/0066833號(hào)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：廣義地講，本專(zhuān)利申請(qǐng)涉及改善的7xx鋁鑄造合金及其制備方法。該新型7xx鋁鑄造合金可例如實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、耐腐蝕性、鑄造性及抗疲勞失效等等中至少兩個(gè)的組合的改善。該新型7xx鋁鑄造合金一般包含（在某些情況下，基本上由以下物質(zhì)組成，或由以下物質(zhì)組成）主要合金元素和至少一種次要元素，所述主要合金元素為鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)和釩(V)，所述至少一種次要元素選自錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈦(Ti)和硼(B)，余量為鋁(Al)、鐵(Fe)、硅(Si)和其他元素，如下文所定義。就鋅而言，該新型7xx鋁鑄造合金一般包含3.0至8.0重量%的Zn。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)7.5重量%的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)7.0重量%的Zn。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)6.5重量%的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)6.0重量%的Zn。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)5.5重量%的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)5.0重量%的Zn。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少3.25重量%的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少3.5重量%的Zn。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少3.75重量%的Zn。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少4.0重量%的Zn。該新型7xx鋁鑄造合金一般包含1.0至3.0重量%范圍內(nèi)的Mg。鋅的量超過(guò)鎂的量。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)2.75重量%的Mg。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)2.5重量%的Mg。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)2.25重量%的Mg。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)2.0重量%的Mg。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)1.8重量%的Mg。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少1.1重量%的Mg。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少1.2重量%的Mg。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少1.3重量%的Mg。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少1.4重量%的Mg。該新型7xx鋁鑄造合金一般包含0.35至1.0重量%范圍內(nèi)的銅。鎂的量超過(guò)銅的量。如下文所示，銅可有助于（例如）改善耐腐蝕性和/或強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.95重量%的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.90重量%的Cu。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.85重量%的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.80重量%的Cu。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.40重量%的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.45重量%的Cu。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.50重量%的Cu。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.55重量%的Cu。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.60重量%的Cu。該新型7xx鋁鑄造合金一般包含0.05至0.30重量%的V。如下文所示，釩可有助于（例如）改善耐腐蝕性。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.25重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.20重量%的V。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.18重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.16重量%的V。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.15重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.14重量%的V。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.13重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.12重量%的V。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.11重量%的V。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.06重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.07重量%的V。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.08重量%的V。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.09重量%的V。當(dāng)疲勞性能較為關(guān)鍵時(shí)，應(yīng)使用不超過(guò)0.15重量%的V。該新型7xx鋁鑄造合金一般包含（總計(jì)）0.01至1.0重量%的一種或多種次要元素，其中所述次要元素選自錳、鋯、鉻、鈦、硼以及它們的組合。此類(lèi)次要元素可至少部分地有助于（例如）獲得適當(dāng)?shù)木Я＝Y(jié)構(gòu)和尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含（總計(jì)）0.10至0.80重量%的次要元素。在另一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含（總計(jì)）0.15至0.60重量%的次要元素。在另一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含（總計(jì)）0.15至0.45重量%的次要元素。所述一種或多種次要元素可以有助于形成適當(dāng)晶粒尺寸和結(jié)構(gòu)的任意組合形式包含在該新型7xx鋁鑄造合金中，只要次要元素的總量在上文所提供的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，該次要元素至少包括鋯。在另一個(gè)實(shí)施例中，該次要元素至少包括鋯和鈦。在又一個(gè)實(shí)施例中，該次要元素至少包括鋯、鈦和硼。在又一個(gè)實(shí)施例中，該次要元素至少包括鋯、鎂、鈦和硼。在部分這些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含鉻，如下文所定義。在另一個(gè)實(shí)施例中，該次要元素包括鋯、鎂、鈦、鉻和硼中的全部。在其他實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金至少包含鉻，但基本上不含鎂、鋯、鈦和硼中的一種或多種，如下文所定義。在存在錳的實(shí)施例中，該新型7xx鑄合金一般包含0.01至0.50重量%的Mn。在一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.25重量%的Mn。在另一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.15重量%的Mn。在又一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.10重量%的Mn。在另一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.09重量%的Mn。在又一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.08重量%的Mn。在又一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.07重量%的Mn。在一些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含錳，并且在這些實(shí)施例中包含小于0.01重量%的Mn。在存在鋯的實(shí)施例中，該新型7xx鑄合金一般包含0.05至0.25重量%的Zr。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.05至0.20重量%的Zr。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.07至0.18重量%的Zr。在一些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含鋯，并且在這些實(shí)施例中包含小于0.05重量%的Zr，諸如小于0.03重量%的Zr，或小于0.01重量%的Zr。在存在鉻的實(shí)施例中，該新型7xx鑄合金一般包含0.05至0.40重量%的Cr。在一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.10至0.35重量%的Cr。在另一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金包含0.15至0.25重量%的Cr。在一些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含鉻，并且在這些實(shí)施例中包含小于0.05重量%的Cr，諸如小于0.03重量%的Cr，或小于0.01重量%的Cr。在存在鈦的實(shí)施例中，該新型7xx鑄合金一般包含0.01至0.25重量%的Ti。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.15重量%的Ti。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.10重量%的Ti。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.01至0.08重量%的Ti。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.02至0.07重量%的Ti。在一些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含鈦，并且在這些實(shí)施例中包含小于0.01重量%的Ti，諸如小于0.005重量%的Ti，或小于0.001重量%的Ti。在存在硼的實(shí)施例中，該新型7xx鑄合金一般包含0.001至0.050重量%的B。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.005至0.040重量%的B。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含0.010至0.030重量%的B。在一些實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金基本上不含硼，并且在這些實(shí)施例中包含小于0.001重量%的B，諸如小于0.0005重量%的B，或小于0.0001重量%的B。該新型7xx鋁鑄造合金可包含鐵，至多0.50重量%的Fe，有時(shí)作為雜質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.35重量%的Fe。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.25重量%的Fe。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.15重量%的Fe。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.10重量%的Fe。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.01重量%的Fe。該新型7xx鋁鑄造合金可包含硅，至多0.25重量%的Si，有時(shí)作為雜質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.20重量%的Si。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.15重量%的Si。在又一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.10重量%的Si。在另一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.05重量%的Si。在一個(gè)實(shí)施例中，新型7xx鋁鑄造合金包含至少0.01重量%的Si。該新型7xx鋁鑄造合金可基本上不含其他元素。如本文所用，“其他元素”是指除上述列出的鋅、鎂、銅、釩、錳、鋯、鉻、鈦、硼、鐵和硅以外周期表中的任意其他元素，如上文所述。在本段的上下文中，短語(yǔ)“基本上不含”是指該新型7xx鋁鑄造合金包含不超過(guò)0.10重量%的其他元素中的任一元素，其中這些其他元素在該新型7xx鋁鑄造合金中的總組合量不超過(guò)0.35重量%。在另一個(gè)實(shí)施例中，這些其他元素中的每一者在該新型7xx鋁鑄造合金中都不超過(guò)0.05重量%，并且這些其他元素在該新型7xx鋁鑄造合金中的總組合量不超過(guò)0.15重量%。在另一個(gè)實(shí)施例中，這些其他元素中的每一者在該新型7xx鋁鑄造合金中都不超過(guò)0.03重量%，并且這些其他元素在該新型7xx鋁鑄造合金中的總組合量不超過(guò)0.10重量%。在一個(gè)實(shí)施例中，該新型7xx鋁鑄造合金被鑄造成7xx成形鑄件。就這一點(diǎn)而言，鑄造步驟可以是低壓壓鑄、重力永久模鑄、半永久模鑄、擠壓、鑄造、砂模鑄造和自旋/離心鑄造。鑄造之后，可對(duì)該新型7xx鑄造合金進(jìn)行回火（諸如通過(guò)固溶熱處理），之后淬火，然后進(jìn)行自然或人工時(shí)效處理。合適的回火包括例如T4、T5、T6和T7回火。該7xx成形鑄件可用于任意合適的應(yīng)用中，諸如汽車(chē)、航空、工業(yè)或商業(yè)運(yùn)輸應(yīng)用等。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件是汽車(chē)部件（例如，白車(chē)身(BIW)部件；懸掛部件）。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件包括在汽車(chē)中。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件是航空部件。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件包括在航空航天飛行器中。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件是工業(yè)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件是商業(yè)運(yùn)輸部件。在一個(gè)實(shí)施例中，該7xx成形鑄件包括在商業(yè)運(yùn)輸車(chē)輛中。雖然該新型7xx合金被描述為成形鑄造合金，但可預(yù)料的是，本文所述的合金組成也可用于生產(chǎn)鍛造產(chǎn)品。例如，可對(duì)本文所述的合金進(jìn)行鑄造（例如，作為鑄錠或坯錠），之后均質(zhì)化，然后進(jìn)行熱加工形成中間或最終形式（例如，當(dāng)熱加工產(chǎn)生中間形式時(shí)，在熱加工之后進(jìn)行冷加工）。在一個(gè)實(shí)施例中，該熱加工為鍛制。在一個(gè)實(shí)施例中，鍛制產(chǎn)生成形產(chǎn)品，諸如車(chē)輪產(chǎn)品。在另一個(gè)實(shí)施例中，該熱加工為軋制或擠制。在熱加工（以及任意可選的冷加工）之后，可對(duì)該新型合金進(jìn)行回火（諸如通過(guò)固溶熱處理），之后淬火，然后進(jìn)行自然或人工時(shí)效處理。合適的回火包括例如T4、T5、T6和T7回火。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2006/0000094號(hào)中所述的工藝將本文所述的新型合金組成加工成鍛制車(chē)輪產(chǎn)品，該文獻(xiàn)全文以引用方式并入本文。具體實(shí)施方式實(shí)例1通過(guò)定向凝固鑄造具有下表1所示的組成的幾種7xx鋁鑄造合金。該定向凝固合金的尺寸近似為25.4mm（1英寸）厚、102mm（4英寸）寬、254mm（10英寸）長(zhǎng)。表1-實(shí)例1所述合金的組成（以重量%計(jì)）合金A2-A4是本發(fā)明的合金。鑄造之后，通過(guò)以下步驟對(duì)合金進(jìn)行固溶熱處理：在約2小時(shí)內(nèi)從室溫加熱至約515.6℃（960℉），保持在約515.6℃（960℉）6小時(shí)，然后在沸水中淬火。然后對(duì)合金進(jìn)行自然時(shí)效處理約12-24小時(shí)，隨后通過(guò)以下步驟對(duì)其進(jìn)行人工時(shí)效處理：在約50分鐘內(nèi)將其加熱至約204℃（400℉），保持在約204℃（400℉）約10分鐘，在約15分鐘內(nèi)冷卻至182℃（360℉），保持在182℃（360℉）約4小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。然后根據(jù)ASTMG103-97(2011)“StandardPracticeforEvaluatingStress-CorrosionCrackingResistanceofLowCopper7XXXSeriesAl-Zn-Mg-CuAlloysinBoiling6%SodiumChlorideSolution（用于評(píng)估低銅7XXX系列Al-Zn-Mg-Cu合金在沸騰的6%氯化鈉溶液中的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性的標(biāo)準(zhǔn)操作）”評(píng)估合金的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性(SCC)。用240MPa的應(yīng)力水平來(lái)評(píng)估所有樣本。每種合金使用五個(gè)重復(fù)SCC樣本。SCC結(jié)果示于下表2中。表2-實(shí)例1所述合金的SCC沸騰鹽溶液測(cè)試結(jié)果“OK14”=通過(guò)14天的測(cè)試未失效加入釩就改善了Al-Zn-Mg-Cu合金的SCC性能。在沸騰鹽溶液測(cè)試中，合金Al的兩個(gè)樣本在一周內(nèi)失效，而含釩合金的樣本通過(guò)1周的沸騰測(cè)試未失效。較大的釩含量改善了SCC性能。合金A2（0.057重量%的V）的兩個(gè)SCC樣本在一至兩周內(nèi)失效，而A3（0.103重量%的V）和A4（0.151重量%的V）的樣本通過(guò)兩周的測(cè)試未失效。還根據(jù)ASMTB557和E8測(cè)試了合金的機(jī)械性能，結(jié)果示于下表3中。添加釩并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性地影響拉伸或屈服強(qiáng)度，但的確略微降低了伸長(zhǎng)率。表3-實(shí)例1所述合金的機(jī)械性能實(shí)例2按照實(shí)例1的方法，制備具有下表4所示的組成的幾種7xx鋁鑄造合金。使用實(shí)例1中所用的ASTM測(cè)試和條件測(cè)量SCC和機(jī)械性能，結(jié)果示于下表5-6中。表4-實(shí)例2所述合金的組成（以重量%計(jì)）合金B(yǎng)3和B4是本發(fā)明的合金。表5-實(shí)例2所述合金的SCC沸騰鹽溶液測(cè)試結(jié)果“OK7”=通過(guò)7天的測(cè)試未失效表6-實(shí)例2所述合金的機(jī)械性能合金屈服強(qiáng)度，MPA拉伸強(qiáng)度，MPA伸長(zhǎng)率，%B1268.5323.012.0B2284.5338.810.3B3301.5353.88.7B4323.0367.26.7如表5所示，銅對(duì)SCC性能有顯著影響。所有無(wú)銅合金的樣本(B1)都在不到2小時(shí)（0.08天）內(nèi)失效。所有含0.48重量%的Cu的合金樣本(B3)都在240MPa的應(yīng)力水平下通過(guò)了7天的測(cè)試。如表6所示，增加銅一般會(huì)增加強(qiáng)度，但會(huì)降低伸長(zhǎng)率。雖然已詳細(xì)描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但這些實(shí)施例的修改和調(diào)整對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。然而，應(yīng)當(dāng)明確理解，此類(lèi)修改形式和調(diào)整在本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3