生产2XXX铝合金的方法

相关申请交叉引用

本专利申请要求于2021年8月24日提交的标题为“生产2XXX铝合金的方法(METHODS OF PRODUCING 2XXX ALUMINUM ALLOYS)”的美国临时专利申请第63/236,614号的优先权，所述申请通过引用以其整体并入本文。

背景技术

铝合金在各种应用中都是有用的。然而，改善铝合金的一种特性而不降低另一种特性通常被证明是难以办到的。例如，难以增加合金的强度而不降低合金的韧性。仅举两例，所关注的铝合金的其它特性包含耐腐蚀性和疲劳裂纹扩展速率抗性。

发明内容

广义上，本专利申请涉及生产2xxx铝合金的方法。在一种方法中，方法包括以至少两个步骤对2xxx铝合金进行人工时效(“两步人工时效”)。在一个实施例中，所述人工时效包括(a)在300℉至450℉的第一温度下对2xxx铝合金进行第一时效并且持续4至120小时的第一时效时间，以及(b)在第二温度下对所述2xxx铝合金进行第二时效，持续30分钟至120小时的第二时效时间，其中所述第二温度比所述第一温度低20℉至150℉。新的两步人工时效步骤可以促进特性的改进组合，如强度、延展性、断裂韧度和耐腐蚀性中的两种或更多种的改进组合。在一个实施例中，至少部分地由于所述第一时效步骤和所述第二时效步骤，所述2xxx铝合金具有(i)LT抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)、(ii)ST抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)或(iii)LT抗应力腐蚀开裂性和ST抗应力腐蚀开裂性两者。以下章节中提供了另外的细节。

i.

本文所述的新方法适用于2xxx铝合金(如下所定义的)。一些有用的2xxx铝合金包含由奥科宁克公司(Arconic Inc.)于2019年11月15日提交的国际专利申请公开号WO2020/123096A2中描述的铝合金，所述国际专利申请公开目前转让给奥科宁克科技公司(ArconicTechnologies LLC)。

在一个实施例中，2xxx铝合金包括以下(并且在一些情况下基本上由以下组成或由以下组成)：0.08至0.20wt.％的Ti；4.5至5.5wt.％的Cu；0.20至0.6wt.％的Mn；0.20至0.8wt.％的Mg；0.05至0.60wt.％的Ag；至多1.0wt.％的Zn；至多0.30wt.％的Fe；至多0.20wt.％的Si；至多0.25wt.％的Zr；至多0.25wt.％的Cr；以及至多0.25wt.％的V，其余部分为铝、偶存元素和杂质。在一个实施例中，所述2xxx铝合金是2039合金(如下文所述由铝协会蒂尔表(Aluminum Association Teal Sheet)文献定义的)，所述合金经改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti，如下文所述的钛极限/范围中的任一者。在一个实施例中，所述2xxx铝合金是经改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti；以及0至0.10wt.％的Zr的2039合金。此段落的教导内容还适用于其它2x39合金，如2139。本文所述的2xxx铝合金可以实现强度、延展性、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)等中的至少两种的改进组合。

如上所述，所述2xxx铝合金通常包含0.08至0.20wt.％的Ti。钛与所述2xxx铝合金的其它元素的组合的使用可以产生具有以下特性的改进组合，如强度、延展性(伸长率)、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)等中的两种或更多种的改进组合的2xxx铝合金产品。所述2xxx铝合金中存在的钛的量应受到限制，使得不在所述合金中形成大初级粒子。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.09wt.％的Ti。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.10wt.％的Ti。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.11wt.％的Ti。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.18wt.％的Ti。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.16wt.％的Ti。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的Ti。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.14wt.％的Ti。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.13wt.％的Ti。钛可以有助于改进抗应力腐蚀开裂性特性，同时还有助于例如晶粒细化等。钛可以作为单独元素和/或作为晶粒细化化合物的一部分添加。晶粒细化剂的实例包含Ti与B(例如TiB

如上所述，2xxx铝合金可以包含4.5至5.5wt.％的Cu。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少4.6wt.％的Cu。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少4.7wt.％的Cu。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少4.8wt.％的Cu。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于5.4wt.％的Cu。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于5.3wt.％的Cu。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于5.2wt.％的Cu。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于5.1wt.％的Cu。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于5.0wt.％的Cu。

如上所述，2xxx铝合金可以包含0.20至0.6wt.％的Mn。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.25wt.％的Mn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.30wt.％的Mn。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.55wt.％的Mn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.50wt.％的Mn。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.45wt.％的Mn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.40wt.％的Mn。

如上所述，2xxx铝合金可以包含0.20至0.6wt.％的Mg。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.25wt.％的Mg。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.30wt.％的Mg。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.55wt.％的Mg。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.50wt.％的Mg。

如上所述，2xxx铝合金可以包含0.05至0.6wt.％的Ag。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.10wt.％的Ag。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.15wt.％的Ag。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.20wt.％的Ag。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.25wt.％的Ag。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.30wt.％的Ag。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.55wt.％的Ag。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.50wt.％的Ag。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.45wt.％的Ag。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.40wt.％的Ag。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多1.0wt.％的Zn。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.10wt.％的Zn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.20wt.％的Zn。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.30wt.％的Zn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.40wt.％的Zn。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.50wt.％的Zn。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.90wt.％的Zn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.80wt.％的Zn。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.70wt.％的Zn。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.60wt.％的Zn。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多0.25wt.％的Zr。在一些实施例中，(a)钛含量升高和(b)锆的使用两者的组合可以有助于实现具有强度、伸长率、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)等中的至少两种的改进组合的改进2xxx铝合金产品。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.05wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.06wt.％的Zr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.07wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.08wt.％的Zr。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.18wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.16wt.％的Zr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.14wt.％的Zr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.13wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.12wt.％的Zr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.11wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.10wt.％的Zr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.09wt.％的Zr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.08wt.％的Zr。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多0.30wt.％的Fe。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.01wt.％的Fe。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.02wt.％的Fe。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.25wt.％的Fe。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.20wt.％的Fe。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的Fe。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.10wt.％的Fe。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.08wt.％的Fe。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.06wt.％的Fe。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.04wt.％的Fe。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多0.20wt.％的Si。在一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.01wt.％的Si。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含至少0.02wt.％的Si。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的Si。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.10wt.％的Si。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.07wt.％的Si。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的Si。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.03wt.％的Si。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多0.25wt.％的Cr。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.20wt.％的Cr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的Cr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.10wt.％的Cr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的Cr。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.03wt.％的Cr。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.01wt.％的Cr。

如上所述，2xxx铝合金可以包含至多0.25wt.％的V。在一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.20wt.％的V。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.15wt.％的V。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.10wt.％的V。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的V。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.03wt.％的V。在又一个实施例中，2xxx铝合金包含不大于0.01wt.％的V。

下文提供根据本公开的有用合金的一些实施例(所有值都以重量百分比计)。

如上所述，在一种方法中，所述2xxx铝合金是经改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti的2039铝合金，如上文所述的钛极限/范围中的任一者。根据铝协会蒂尔表(2015)，2039铝合金包括4.5至5.5wt.％的Cu；0.20至0.50wt.％的Mn；0.40至0.8wt.％的Mg；0.05至0.50wt.％的Ag；0.10至0.25wt.％的Zr；至多0.20wt.％的Si；至多0.30wt.％的Fe；至多0.15wt.％的Ti，其余部分是铝、偶存元素和杂质，其中所述2xxx铝合金总共包含不大于0.15wt.％的所述杂质，并且其中所述2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的所述杂质中的每一种。

如上所述，在一种方法中，所述2xxx铝合金是经改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti的2139铝合金，如上文所述的钛极限/范围中的任一者。根据铝协会蒂尔表(2015)，2139铝合金包括4.5至5.5wt.％的Cu；0.20至0.6wt.％的Mn；0.20至0.8wt.％的Mg；0.15至0.60wt.％的Ag；至多0.10wt.％的Si；至多0.15wt.％的Fe；至多0.05wt.％的Cr；至多0.25wt.％的Zn；至多0.15wt.％的Ti；至多0.05wt.％的V，其余部分是铝、偶存元素和杂质，其中所述2xxx铝合金总共包含不大于0.15wt.％的所述杂质，并且其中所述2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的所述杂质中的每一种。

在一个实施例中，2039铝合金或2139铝合金被改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti，如上文所述的钛极限/范围中的任一者(“经改性的2039/2139铝合金”)，并且被进一步改性以包含锌(Zn)。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含0.08至0.20wt.％的Ti并且包含0.10至1.0wt.％的Zn。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.20wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.30wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.40wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.50wt.％的Zn。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.90wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.80wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.70wt.％的Zn。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.60wt.％的Zn。

在一个实施例中，2039/2139铝合金被改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti，如上文所述的钛极限/范围中的任一者(“经改性的2139铝合金”)，并且被进一步改性以包含适当的量的锆。(2039，如由铝协会蒂尔表指定的，包含0.10-0.25wt.％Zr；以及2139，如由铝协会蒂尔表指定的，仅包含锆作为杂质)。(a)钛含量升高和(b)锆的使用两者的组合可以有助于实现具有强度、伸长率、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)等中的至少两种的改进组合的改进2039/2139铝合金产品。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含0.05至0.20wt.％的Zr。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.06wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.07wt.％的Zr。在又一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含至少0.08wt.％的Zr。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.18wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.16wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.15wt.％的Zr。在又一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.14wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.13wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.12wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.11wt.％的Zr。在又一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.10wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.09wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含不大于0.08wt.％的Zr。在一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含0.05wt.％至0.15wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含0.07wt.％至0.14wt.％的Zr。在另一个实施例中，经改性的2039/2139铝合金包含0.08wt.％至0.13wt.％的Zr。所述2xxx铝合金中存在的锆的量应受到限制，使得不在所述合金中形成大初级粒子。

在一个实施例中，2139铝合金被改性以包含0.08至0.20wt.％的Ti，如上文所述的钛极限/范围中的任一者(“经改性的2139铝合金”)，并且被进一步改性以包含锆，如上文所述的锆极限/范围中的任一者，并且被进一步改性以包含锌，如上文所述的锌极限/范围中的任一者。

如上所述，所述合金通常包含所陈述的合金成分，其余部分为铝、任选的偶存元素和杂质。如本文所使用的，“偶存元素”意指除以上所列元素之外，可以任选地添加到所述合金中以帮助所述合金的生产的那些元素或材料。偶存元素的实例包含铸造助剂，如晶粒细化剂和脱氧剂。任选的偶存元素可以至多1.0wt.％的累积量被包含在合金中。作为一个非限制性实例，可以在铸造期间将一个或多个偶存元素添加到合金中，以减少或限制(并且在一些情况下，消除)由于例如氧化物折叠、凹点和氧化物斑块所导致的铸锭开裂。这些类型的偶存元素在本文中通常被称作脱氧剂。一些脱氧剂的实例包含Ca、Sr和Be。当钙(Ca)被包含在所述合金中时，其通常以至多0.05wt.％或至多0.03wt.％的量存在。在一些实施例中，Ca以0.001-0.03wt.％或0.05wt.％，如0.001-0.008wt.％(或10至80ppm)的量被包含在所述合金中。锶(Sr)可以被包含在合金中(完全或部分地)作为Ca的替代物，并且因此可以与Ca相同或类似的量被包含在合金中。传统上，添加铍(Be)有助于减小铸锭开裂的倾向，但出于环境、健康和安全性原因，合金的一些实施例基本上不含Be。当Be被包含在合金中时，其通常以至多20ppm的量存在。偶存元素可以微量存在，或可以大量存在，并且可以在不脱离本文所述合金的情况下自行添加所希望或其它的特征，只要所述合金保持本文所述的所希望的特征即可。然而，应理解，不得/不能通过仅添加不会在其它方面影响本文所希望和所获得的特性组合的数量的一种或多种元素来避开本公开的范围。

所述2xxx铝合金通常含有少量杂质。在一个实施例中，2xxx铝合金包含总计不大于0.15wt.％的杂质，并且其中所述2xxx铝合金包含不大于0.05wt.％的所述杂质中的每一种。在另一个实施例中，2xxx铝合金包含总计不大于0.10wt.％的杂质，并且其中所述2xxx铝合金包含不大于0.03wt.％的所述杂质中的每一种。

ii.

新型合金可用于多种产品形式，例如包含铸锭或坯锭、锻造产品形式(板材、锻件和挤出件)、成形铸件、增材制造产品和粉末冶金产品。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金呈厚锻造产品的形式。厚锻造铝合金产品是横截面厚度是至少12.7mm的锻造产品。锻造产品可以是辊压产品、锻制产品或挤出产品。在一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是至少25mm。在另一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是至少38mm。在又一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是至少50mm。在另一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是至少76mm。在又一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是至少102mm或更高。

本文所述的改进特性可以用厚度是至多305mm的厚锻造产品实现。在一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是不大于254mm。在另一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是不大于203mm。在又一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是不大于178mm。在另一个实施例中，厚锻造铝合金产品的厚度是不大于152mm。如此段落中所使用的，厚度是指产品的最小厚度，意味着产品的一些部分的厚度可以稍大于所陈述的最小厚度。

在另一种方法中，新型2xxx铝合金是厚度小于12.7mm的薄锻造产品。薄锻造产品的厚度是小于12.7mm。在一个实施例中，薄锻造产品的厚度是0.5mm至12.6mm。在另一个实施例中，薄锻造产品的厚度是1.0mm至12.6mm。在又一个实施例中，薄锻造产品的厚度是2.0mm至12.6mm。在另一个实施例中，薄锻造产品的厚度是3.0mm至12.6mm。在又一个实施例中，薄锻造产品的厚度是4.0mm至12.6mm。在另一个实施例中，薄锻造产品的厚度是5.0mm至12.6mm。在又一个实施例中，薄锻造产品的厚度是6.0mm至12.6mm。在另一个实施例中，薄锻造产品的厚度是7.0mm至12.6mm。在又一个实施例中，薄锻造产品的厚度是8.0mm至12.6mm。

iii.

如上所述，公开了生产2xxx铝合金的新方法。在一种方法中，方法包括以至少两个步骤对2xxx铝合金进行人工时效(“两步人工时效”)。如下所示，使用350℉的第一步骤时效实践持续24小时和270℉的第二步骤时效实践持续24小时进行时效的2xxx铝合金实现了强度、延展性、断裂韧度和耐腐蚀性中的至少两种的出乎意料的组合。如本领域的技术人员所了解的，可以基于众所周知的铝合金时效原理和/或方案来调整时效温度和/或时间。因此，本领域的技术人员可以提高时效温度但减少时效时间，或反之亦然，或仅略微改变这些参数中的仅一个，并且仍然实现与在350℉下进行时效24小时并且然后在270℉下进行时效24小时相同的结果。因此，本文公开的一些实施例涉及在350℉下进行第一人工时效，持续24小时，或者以基本上等同的人工时效温度和持续时间进行第一时效，以及在270℉下进行第二人工时效，持续24小时，或者以基本上等同的人工时效温度和持续时间进行第二时效。可以实现与这种特定实践相同结果的人工时效实践的量是众多的，并且因此本文未列出所有此类替代性时效实践，即使所述时效实践在本发明的范围内。短语“或基本上等同的人工时效温度和持续时间”或短语“或基本上等同的实践”被用于体现所有此类替代性时效实践。如可以理解的，这些替代性人工时效步骤可以在一个或多个步骤中并且在一个或多个温度下发生。也就是说，可以使用多个子步骤来实现第一时效步骤和/或第二时效步骤，所述子步骤可以包含年龄整合。在一个实施例中，人工时效实践仅由两步组成，即，在第二人工时效步骤之后没有完成另外的人工时效步骤。

在一种方法中，人工时效实践包括(a)在300℉至450℉的第一温度下对2xxx铝合金进行第一时效并且持续4至120小时的第一时效时间，以及(b)在第二温度下对所述2xxx铝合金进行第二时效，持续30分钟至120小时的第二时效时间，其中所述第二温度比所述第一温度低20℉至150℉。在一个实施例中，至少部分地由于所述第一时效步骤和所述第二时效步骤，所述2xxx铝合金具有(i)LT抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)、(ii)ST抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)或(iii)LT抗应力腐蚀开裂性和ST抗应力腐蚀开裂性两者。

如上所述，人工时效方法的第一步骤通常包括在第一温度下对2xxx铝合金进行时效持续第一时间段，如300℉至450℉并且持续4至120小时的第一时效时间。在一个实施例中，所述第一温度是至少310℉。在另一个实施例中，所述第一温度是至少320℉。在又一个实施例中，所述第一温度是至少330℉。在另一个实施例中，所述第一温度是至少340℉。在又一个实施例中，所述第一温度是至少350℉。在一个实施例中，所述第一温度不大于440℉。在另一个实施例中，所述第一温度不大于430℉。在又一个实施例中，所述第一温度不大于420℉。在另一个实施例中，所述第一温度不大于410℉。在又一个实施例中，所述第一温度不大于400℉。在另一个实施例中，所述第一温度不大于390℉。在又一个实施例中，所述第一温度不大于380℉。在另一个实施例中，所述第一温度不大于370℉。在一个实施例中，所述第一人工时效步骤的所述第一时间段(即，第一时效时间)是至少8小时。在另一个实施例中，所述第一时效时间是至少12小时。在又一个实施例中，所述第一时效时间是至少16小时。在另一个实施例中，所述第一时效时间是至少20小时。在又一个实施例中，所述第一时效时间是至少24小时。在一个实施例中，所述第一时效时间不大于96小时。在另一个实施例中，所述第一时效时间不大于72小时。在又一个实施例中，所述第一时效时间不大于48小时。在另一个实施例中，所述第一时效时间不大于40小时。在又一个实施例中，所述第一时效时间不大于36小时。在另一个实施例中，所述第一时效时间不大于32小时。在又一个实施例中，所述第一时效时间不大于28小时。

在一个实施例中，所述第一温度是330℉至370℉，并且所述第一时效时间是12至36小时。

在一种方法中，所述第一步骤的时间量根据在350℉下的等同时间来确定。在此方法中，所述第一步骤时间(t

其中

在一种方法中，t

如上所述，人工时效方法的第二步骤通常包括在第二温度下对2xxx铝合金进行时效持续第二时间段，如在比所述第一时效温度低至少20℉但低不大于150℉的温度下并且持续30分钟至120小时的时间段。例如，如果所述第一时效温度是350℉，则所述第二时效温度将不大于330℉(即，比第一温度低20℉)，但所述第二时效温度将是至少200℉(即，比第一时效温度低不大于150℉)。

在一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少至少30℉。在另一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少40℉。在又一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少50℉。在另一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少60℉。在又一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少70℉。在另一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低至少80℉。在一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低不大于140℉。在另一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低不大于130℉。在又一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低不大于120℉。在另一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低不大于110℉。在又一个实施例中，所述第二温度比所述第一温度低不大于100℉。

在一个实施例中，所述第二人工时效步骤的所述第二时间段(即，第二时效时间)是至少8小时。在另一个实施例中，所述第二时效时间是至少12小时。在又一个实施例中，所述第二时效时间是至少16小时。在另一个实施例中，所述第二时效时间是至少20小时。在又一个实施例中，所述第二时效时间是至少24小时。在一个实施例中，所述第二时效时间不大于96小时。在另一个实施例中，所述第二时效时间不大于72小时。在又一个实施例中，所述第二时效时间不大于48小时。在另一个实施例中，所述第二时效时间不大于40小时。在又一个实施例中，所述第二时效时间不大于36小时。在另一个实施例中，所述第二时效时间不大于32小时。在又一个实施例中，所述第二时效时间不大于28小时。

在一个实施例中，所述第二时效温度是250°至290℉，并且所述第二时效时间是12至36小时。

本文所述的两步时效实践可以常规方式进行，如通过使用温控炉。在一个实施例中，在所述第一时效步骤之后，使所述2xxx铝合金冷却至室温(例如，通过关闭炉和/或从炉中取出材料，之后使所述材料冷却至室温)。然后所述材料可以从室温再加热以完成所述第二时效步骤，例如，再加热到所述第二时效步骤的所述第二温度。

在另一个实施例中，将所述材料从所述第一温度冷却至所述第二温度。在此实施例中，可以改变炉设定点和/或可以关闭炉并且使其冷却至所述第二温度，之后启动所述第二时效步骤(例如，由于达到所述第二温度)。在此实施例中，所述第二步骤以下的冷却未完成。

还可以实践上述的变化，其中使材料稍微冷却至低于所述第二温度，但并非一直冷却至室温，并且此类变化在本公开的范围内。

在一个实施例中，方法包括制备用于人工时效的2xxx铝合金。制备步骤可以包含例如将2xxx铝合金铸造成铸锭或坯锭(例如，经由直接冷却(DC)铸造)。在常规刮光、车削或剥离(如果需要的话)和均匀化之后，所述铸锭/坯锭可以通过对产品进行热加工来进一步处理，所述均匀化可以在刮光之前或之后完成。然后产品可以被任选地冷加工、固溶热处理、淬火和最终冷加工(例如通过伸展或压缩0.5％至15％进行)。在最终冷加工步骤后，产品可以被人工时效，如上所提供的。因此，在一些实施例中，产品可以在T3或T8回火中产生。在其它实施例中，可以使用其它T回火(例如T1、T2、T4、T5、T6、T7或T9回火中的任一种)。T回火定义于ANSI H35.1(2009)中。

在一些实施例中，成型操作可以与人工时效同时完成，例如，通过在人工时效之前、在人工时效期间、在人工时效之后及其组合将合金成型为预定成型产品。在此类情况下，在固溶热处理之后完成的冷加工的累积量可能更高，如10-15％冷加工或更大。

如上所述，作为加工到T回火的部分，可以将锻造产品进行固溶热处理，并且然后任选地冷加工，如通过伸展。在一种方法中，将锻造产品加工到T回火，并且所述加工的部分包含在固溶热处理之后伸展0.5到10％。如通过以下实例所示出的，在一些情况下，适当的量的伸展可以有助于实现以下特性的改进组合，如强度、延展性、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)特性中的两种或更多种的改进组合。在一个实施例中，将锻造产品在固溶热处理之后伸展至少1％。在另一个实施例中，将锻造产品在固溶热处理之后伸展至少1.5％。在又一个实施例中，将锻造产品在固溶热处理之后伸展至少2％。在一个实施例中，将锻造产品在固溶热处理之后伸展不大于9％。在另一个实施例中，将锻造产品在固溶热处理之后伸展不大于8％。

iv.

新型2xxx铝合金通常实现强度、伸长率、断裂韧度和耐腐蚀性(例如，抗应力腐蚀开裂性)中的至少两种的改进组合。

出于本专利申请的目的，“T8回火”是根据ANSI H35.1(2009)，并且包含所有人工时效条件，包含未时效、峰时效或接近峰时效和过度时效条件。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少390MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少400MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少410MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少420MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少430MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少440MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少450MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(L)是至少460MPa或更大。以上强度特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上强度特性可以在厚度是0.5至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的平面应变(K

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少6.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少8.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少10.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少12.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少14.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(L)是至少16.0％或更大。以上伸长率特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上伸长率特性可以在厚度是0.5至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少390MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少400MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少410MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少420MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少430MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少440MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少450MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(LT)是至少460MPa或更大。以上强度特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上强度特性可以在厚度是0.5至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的平面应变(K

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少6.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少8.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少10.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少12.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少14.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(LT)是至少16.0％或更大。以上伸长率特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上伸长率特性可以在厚度是0.5至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少350MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少360MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少370MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少380MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少390MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少400MPa。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少410MPa。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的抗拉屈服强度(ST)是至少420MPa或更大。以上强度特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上强度特性可以在厚度是7.0至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的平面应变(K

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(ST)是至少3.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(ST)是至少4.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(ST)是至少5.0％。在另一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(ST)是至少6.0％。在又一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下实现的伸长率(ST)是至少7.0％。以上伸长率特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。以上伸长率特性可以在厚度是7.0至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下具有LT抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)。LT抗应力腐蚀开裂性特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。LT抗应力腐蚀开裂性特性可以在厚度是0.5至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下具有ST抗应力腐蚀开裂性(如下所定义的)。ST抗应力腐蚀开裂性特性可以在厚度是至少25mm、或至少38mm、或至少50mm、或至少76mm或至少108mm或更高的产品中实现。ST抗应力腐蚀开裂性特性可以在厚度是7.0至12.6mm的薄锻造产品中实现。

在一个实施例中，新型2xxx铝合金的厚度是至少12.7mm并且在T8回火下具有LT抗应力腐蚀开裂性和ST抗应力腐蚀开裂性两者。

虽然以上特性通常涉及厚板材产品，但类似特性也可以在厚锻制产品和厚挤出产品中实现。此外，上述特性中的许多可以组合地实现，如以下实例所示。

v.

除非另外指明，否则以下定义适用于本申请：

“2xxx铝合金”是具有铜作为主要合金化元素的铝合金组合物，其根据“用于锻造铝和锻造铝合金的国际合金命名和化学组成极限(International Alloy Designationsand Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought AluminumAlloys)”，又名“蒂尔表”(2015)中提供的铝协会定义。出于本专利申请的目的，2xxx铝合金组合物可以用于非锻造产品，如成型铸造、铸锭/坯锭和增材制造产品等中。本专利申请的2xxx铝合金通常不含锂，具有少于0.05wt.％的Li，以及通常少于0.03wt.％的Li或少于0.01wt.％的Li。

“锻造铝合金产品”意指在铸造之后热加工的铝合金产品，并且包含辊压产品(片材或板材)、锻制产品和挤出产品。

“锻制铝合金产品”意指模具锻制或手工锻制的锻造铝合金产品。

“固溶热处理”意指将铝合金暴露于高温以用于将溶质放入固溶体中。

如热轧等“热加工”意指在高温下加工铝合金产品。在热加工期间限制/避免应变硬化，这通常区分热加工与冷加工。

如冷轧等“冷加工”意指在不被视为热加工温度的温度下加工铝合金产品。

回火定义根据由美国铝业协会(The Aluminum Association)发布的标题为“美国国家标准铝合金和回火命名系统(American National Standard Alloy and TemperDesignation Systems for Aluminum)”的ANSI H35.1(2009)。

强度和伸长率是根据ASTM E8/E8M-16ae1和B557-15测量的。平面应变断裂韧度是根据ASTM 339-20确定的。

“LT抗应力腐蚀开裂性”意指至少三分之二的2xxx铝合金样本在LT方向上以300MPa的净应力且根据ASTM G47使用根据ASTM G49的图4的恒应变类型加应力框架夹具进行60天交替浸没测试之后不失效，并且测试需要三个重复样本。在一个实施例中，所有三个样本在LT方向上以300MPa的净应力且根据ASTM G47进行60天交替浸没测试之后都不失效。在另一个实施例中，所有三个样本在LT方向上以300MPa的净应力且根据ASTM G47进行90天交替浸没测试之后都不失效。在一个实施例中，所有三个样本在LT方向上以350MPa的净应力且根据ASTM G47进行60天交替浸没测试之后都不失效。在另一个实施例中，所有三个样本在LT方向上以350MPa的净应力且根据ASTM G47进行90天交替浸没测试之后都不失效。

“ST抗应力腐蚀开裂性”意指至少三分之二的2xxx铝合金样本在ST方向上以250MPa的净应力且根据ASTM G47并且使用根据G49的夹具进行60天交替浸没测试之后不失效，并且测试需要至少3个样本。在一个实施例中，所有三个样本在ST方向上以250MPa的净应力且根据ASTM G47进行60天交替浸没测试之后都不失效。在另一个实施例中，所有三个样本在ST方向上以250MPa的净应力且根据ASTM G47进行90天交替浸没测试之后都不失效。在一个实施例中，所有三个样本在ST方向上以300MPa的净应力且根据ASTM G47进行60天交替浸没测试之后都不失效。在另一个实施例中，所有三个样本在ST方向上以300MPa的净应力且根据ASTM G47进行90天交替浸没测试之后都不失效。

vi.

在以下描述中部分阐述此新技术的这些和其它方面、优点和新颖特征，并且本领域的技术人员在检查以下描述和附图后将变得显而易见，或可以通过实践本公开所提供的技术的一个或多个实施例而习得。

在已经公开的那些益处和改进当中，根据结合附图进行的以下描述，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。在本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅说明可以通过各种形式体现的本发明。另外，连同本发明的各个实施例一起给出的每一个实例均旨在示意而非限制。

在通篇说明书和权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语采取本文明确相关的含义。如本文所使用的，短语“在一个实施例中”和“在一些实施例中”不一定指相同实施例，虽然可以是。另外，如本文所使用的，短语“在另一个实施例中”和“在一些其它实施例中”不一定指不同实施例，虽然可以是。因此，可以容易地将本发明的各个实施例组合，而不偏离本发明的范围或精神。

另外，除非上下文另外明确指出，否则如本文所使用的，术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”。除非上下文另外明确指出，否则术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的另外因素。此外，在本说明书全篇中，除非上下文另外明确规定，否则“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”的含义包含复数指代物。除非上下文另外明确规定，否则“在…中”的含义包含“在…中”和“在…上”。

虽然已经描述了本发明的多个实施例，但应了解这些实施例仅具说明性且无限制性，且多种修饰对于所属领域的技术人员而言可为显而易见的。仍进一步地，除非上下文明确要求，否则可以任何期望的顺序执行各种步骤，并且可以添加和/或消除任何适用的步骤。

附图说明

图1是示出实例1合金的TYS(L)相对于K

图2是示出实例1合金的TYS(LT)相对于K

图3是示出实例1合金的TYS(ST)相对于K

具体实施方式

实例1

将表1中所示的2xxx铝合金的若干工业级DC铸锭(18英寸x 80英寸)均质化，并且然后常规地进行缩放/剥离。

表1-实例1合金的组成(以wt.％为单位)

*指示组成；所述合金的其余部分是偶存元素和杂质，其中所述合金含有不大于0.03wt.％的任一种杂质，并且其中所述合金含有总计不大于0.10wt.％的所有杂质。

然后将铸锭热轧成4.9英寸(124.5mm)的最终规格，并且然后冷却至室温。然后将所述2xxx铝合金在975℉(523℃)下进行固溶热处理，水淬灭，并且然后自然时效10小时。然后将最终规格材料伸展2％或8％，并且然后如下表2所示进行人工时效。

表2-实例1合金的伸展和人工时效实践

然后测试合金的机械特性。强度和伸长率是根据ASTM E8/E8M-16ae1和B557-15确定的。平面应变断裂韧度(K

表3-实例1合金的机械特性

如图2所示，多步骤实践显示出比350℉/24小时时效条件更高的屈服强度。另外，2％与8％伸展之间的强度和韧度两者的特性差异较低，从而表明两步时效材料可以适合于水压成形应用(例如，其中单个水压成形部件可以包含可变应变的区域，并且因此特性随板内的位置而变化)。

还根据上文提供的“ST抗应力腐蚀开裂性”定义测量合金在ST方向上的SCC(抗应力腐蚀开裂性)特性。SCC结果在下表4中示出。对于所有测试，样本类型为T形条，并且位置为T/2。

表4-实例1合金的ASTM G44 SCC测试结果(ST方向)

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如所示的，经多步骤时效的合金(2％和8％伸展材料两者)在210MPa和250MPa净应力水平两者下在90天测试周期内均没有实现任何失效。相反，经单个步骤时效的合金实现了多次失效。

还在海域处测试了合金在ST方向上的SCC抗性，以测试合金在天然盐水条件下的抗腐蚀性。在恒定应变夹具(例如，类似于加速实验室SCC测试中使用的恒定应变夹具)中测试了用于海域环境SCC测试的样本。海域SCC测试条件包含经由机架连续地将样品暴露于海域环境中，其中样品距地面约1.5米，样品从水平面定向45°，并且样品的面面向主风。样品位于距沿海线100米处。在一个实施例中，所述沿海线具有岩石性质，其中主风朝向所述样品定向，以便提供侵袭性的盐雾暴露(例如，类似于所述海域暴露站Pt.Judith，奥科宁克科技公司的美国罗德岛州(Rhode Island,USA of Arconic Corp.))。测试结果在下表5中示出。对于所有测试，样本类型为T形条，并且位置为T/2。

表5-实例1合金的海域测试SCC结果(ST方向)

●“T”＝仍在测试中

再次，经多步骤时效的合金(2％和8％伸展材料两者)在210MPa和250MPa净应力水平下进行596天测试后均没有实现任何失效。相反，经单个步骤时效的合金实现了多次失效。在300MPa净应力水平下，在192天的测试中，经多步骤时效的合金中仅单个样本失效(样本具有8％的伸展)。相反，在300MPa净应力水平下，经单个步骤时效的合金实现了多次失效，大多数在60天或更短时间内发生。

虽然已详细描述了本公开的各种实施例，但显而易见的是，本领域技术人员将对这些实施例进行修改和调整。不过，应明确地理解，这类修改和调整处于本公开的精神和范围内。