实现减少的开裂的组成梯度直冷铸铝锭的制作方法

本公开总体上涉及冶金学，并且更具体地涉及铝合金产品以及铝合金锭铸造和加工技术。

背景技术：

1、铝合金锭可使用直冷(dc)铸造来铸造。然而，一些金属或合金可能因边缘开裂而自发地破裂，或者在铸造为锭期间或之后经历实质性损坏(诸如冷开裂)。某些金属或合金可能因在dc铸造期间形成的脆性微结构、微孔隙和热应力的组合而在铸造期间或之后经历冷开裂。高强度合金产品特别地易受由于在铸造期间形成冷开裂应力而造成的失效的影响，这是因为(i)其组成的富集性质导致晶粒被脆性低共熔和/或多孔产物包围，从而提供在裂纹萌生之后穿过晶界的现成晶间断裂机制，以及(ii)特定合金元素在凝固期间的体积收缩差异使应力对于更稀的合金更大。这些易受失效影响性可能受益于使用特定模具型材来防止冷开裂。冷开裂的效应是可观察到的，例如，在冷却到低于约480℃时。使用dc铸造技术遇到的另一个问题包括边缘开裂。边缘开裂可能是由碱元素(诸如钠(na))引起的晶界熔化促成的。边缘开裂也可能是由锭边缘上的正宏观偏析引起的，其中随着锭的宽度增大，在锭的短面处的正偏析更高。当存在大宏观偏析时，正常均化热处理实践可能是不充分的，从而造成严重偏析的边缘的熔化并在热轧期间产生边缘开裂。冷开裂和边缘开裂造成回收和操作时间损失，以及安全问题，包括拉开锭中的裂纹或热撕裂。本公开通过在锭的外区域上形成组成梯度来解决冷开裂和边缘开裂的问题。

技术实现思路

1、术语实施方案和类似术语旨在广泛地指代本公开和所附权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制所附权利要求的含义或范围。本文涵盖的本公开的实施方案由所附权利要求而非本
技术实现要素：
限定。本发明内容是本公开的各方面的高级概述，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容既不旨在确认所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。

2、在一方面，描述了制备组成梯度铝合金产品的方法。这一方面的一种方法可包括在模具中铸造复合锭。该复合锭可包括：内区域，该内区域包含第一铝合金；外区域，该外区域包围内区域，该外区域包含与第一铝合金不同的第二铝合金；以及组成梯度区，该组成梯度区在内区域与外区域之间。第一铝合金的至少一种合金元素可具有在从内区域到外区域的方向上贯穿组成梯度区降低的含量。

3、在实施方案中，该方法可包括同时地铸造第一铝合金和第二铝合金，诸如在铸造过程的全部或部分期间。在一些情况下，第一铝合金(内区域)的铸造可在第二铝合金(外区域)的铸造开始之前开始。在一些情况下，第二铝合金(外区域)的铸造可在第一铝合金(内区域)的铸造开始之前开始。在实施方案中，该方法可包括将第一铝合金从第一高度递送到模具，并且将第二铝合金从第二高度递送到模具，其中第二高度与第一高度不同。

4、在实施方案中，该方法还可包括对复合锭进行剥皮以从轧制表面去除组成梯度区的至少一部分和外区域。该剥皮可包括去除材料以产生包含第一铝合金的单块锭。

5、在实施方案中，第一铝合金可包括7xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金或2xxx系列铝合金。第一铝合金可包括7075铝合金、5182铝合金或2024铝合金。在实施方案中，第二铝合金可包括1xxx系列铝合金。第二铝合金可具有例如至少99.7％的纯度。

6、在实施方案中，第一铝合金的至少一种合金元素可包括zn、cu、mg或na。在实施方案中，外区域可基本上没有该至少一种合金元素。

7、在实施方案中，复合锭可基本上没有开裂。该开裂可包括例如冷开裂、热开裂、边缘开裂或尾部开裂。另外地或替代地，复合锭可不经历龟裂，例如，在热轧过程期间。在实施方案中，复合锭可基本上没有多孔结构。例如，多孔结构可包括作为在热轧期间从断裂的成核点的孔隙。

8、在实施方案中，铸造复合锭可包括直冷铸造过程，其中内区域和外区域在其中该外区域与冷却水接触的布置中共铸造。

9、在实施方案中，外区域可具有复合锭的总厚度的7％至15％的厚度。在实施方案中，组成梯度区可具有复合锭的总厚度的2％至10％的厚度。

10、这一方面的方法可包括附加过程步骤。例如，一种轧制铝合金产品可通过本文所述的方法形成。在实施方案中，这一方面的一种方法还可包括加工单块锭以形成包含第一铝合金的铝合金沙特板、板或片材。这一方面的方法还可包括均化过程、热轧过程、冷轧过程、退火过程、溶解热处理过程、淬火过程或表面处理过程中的一者或多者。

11、在实施方案中，该方法还可包括在铸造期间导引磁场，该磁场被配置为抑制在垂直于组成梯度区的方向上的湍流。在实施方案中，该方法还可包括在铸造期间导引磁场以抑制在垂直于组成梯度区的方向上的湍流。导引可包括例如将磁场定位在介于第一高度与第二高度之间的高度处。在实施方案中，该方法还可包括在铸造期间导引磁场以抑制在垂直于组成梯度区的方向上的湍流。导引磁场可包括例如提供挡渣坝，该挡渣坝在熔融液体内定位在介于第一高度与第二高度之间的高度处。

12、在另一方面，描述了铝合金复合锭。在一些实施方案中，铝合金复合锭可通过本文所述的方法制备。铝合金复合锭可包括：内区域，该内区域包含第一铝合金；外区域，该外区域包围内区域；以及组成梯度区，该组成梯度区在内区域与外区域之间。外区域可包含与第一铝合金不同的第二铝合金。第一铝合金的至少一种合金元素可具有在从内区域到外区域的方向上贯穿组成梯度区降低的含量。

13、在实施方案中，第一铝合金可包括7xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金或2xxx系列铝合金。第一铝合金可包括7075铝合金、5182铝合金或2024铝合金。在实施方案中，第二铝合金可包括1xxx系列铝合金。第二铝合金可具有例如至少99.7％的纯度。任选地，第一铝合金的至少一种合金元素可包括zn、cu、mg或na。在实施方案中，外区域可基本上没有该至少一种合金元素。

14、在实施方案中，复合锭可基本上没有开裂，诸如没有冷开裂、热开裂、边缘开裂和/或尾部开裂，可任选地在轧制期间不经历龟裂。在实施方案中，复合锭可基本上没有多孔结构。多孔结构可包括作为在热轧期间从断裂的成核点的孔隙。

15、在实施方案中，外区域可具有复合锭的总厚度的7％至15％的厚度。在实施方案中，组成梯度区可具有复合锭的总厚度的2％至10％的厚度。

16、在另一方面，描述了轧制铝合金产品。轧制铝合金产品可包括：内区域，该内区域包含第一铝合金；外区域，该外区域包围内区域；以及组成梯度区，该组成梯度区在内区域与外区域之间。外区域可包含与第一铝合金不同的第二铝合金。第一铝合金的至少一种合金元素可具有在从内区域到外区域的方向上贯穿组成梯度区降低的含量。

17、在实施方案中，轧制铝合金产品可由本文所述的锭制成，诸如铝合金复合锭。在实施方案中，第一铝合金可包括7xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金或2xxx系列铝合金。第一铝合金可包括7075铝合金、5182铝合金或2024铝合金。在实施方案中，第二铝合金可包括1xxx系列铝合金。第二铝合金可具有至少99.7％的纯度。在实施方案中，第一铝合金的至少一种合金元素可包括zn、cu、mg或na。在实施方案中，外区域可基本上没有该至少一种合金元素。

18、其他目的和优点将从下文对非限制性示例的详细描述中显而易见。