JP2015528856A - 改良された6xxxxアルミニウム合金及びその製造方法 - Google Patents

改良された6xxxxアルミニウム合金及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】新規な6xxxxアルミニウム合金を開示する。新規な6xxxxアルミニウム合金は、Mgを1.05〜1.50重量%、Siを0.60〜0.95重量%(但し、Mg/Siは重量%比で1.30〜1.90)、Cuを0.275〜0.50重量%、V、Fe、Cr、Mn、Zr、Ti及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも一種の二次元素を0.05〜1.0重量%含んでいる。【選択図】 図1a

Description

アルミニウム合金は、様々な用途において有用である。
しかしながら、アルミニウム合金の1つの特性を改良するのに、別の特性を損なうことなく行うことは困難である。例えば、合金の靱性を低下させることなく、合金の強度を高めることは難しい。アルミニウム合金に関係する他の特性を2つ挙げると、耐食性と耐疲労性である。
広義において、本特許出願は、新規な6xxxxアルミニウム合金、及び該合金を製造する方法に関する。一般的に、新規な6xxxxアルミニウム合金製品は、例えば、後記する合金元素の特定した含有量により特性の組合せの改良が得られる。例えば、新規な6xxxxアルミニウム合金は、以下の実施例に示されるように、特に、強度、靱性、疲労強度及び耐食性のうちの2又はそれより多くの特性の改良が達成される。新規な6xxxxアルミニウム合金は、展伸形態(wrought form)、とりわけ圧延形態(例えば、シート又はプレート)、押出、鍛造等の形態で製造されることができる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、鍛造ホイール製品の形態である。一実施態様において、6xxx鍛造ホイール製品は、ダイ鍛造によるホイール製品である。
新規な6xxxxアルミニウム合金は、概して、一次合金元素(primary alloying elements)として、マグネシウム(Mg)、ケイ素(Si)及び銅(Cu)を含み、二次元素(secondary elements)として、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)及びチタン(Ti)からなる群から選択される少なくとも一種の合金を含み(comprise)、残部アルミニウム及び他の不純物である。なお、実質的にこれら元素から構成される(consist essentially of)実施例があり、これら元素のみから構成される(consist of)実施例もある。
マグネシウムに関しては、新規な6xxxxアルミニウム合金は、一般的に、1.05重量%〜1.50 重量%の Mgを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも1.10重量%のMgを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも1.15重量%のMgを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも1.20重量%のMgを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、1.45重量%以下のMgを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、1.40重量%以下のMgを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、1.35重量%以下のMgを含んでいる。
新規な6xxxxアルミニウム合金は、一般的に、0.60重量%〜0.95重量%のSiを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.65重量%のSiを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.70重量%のSiを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.90重量%以下のSiを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.85重量%以下のSiを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.80重量%以下のSiを含んでいる。
新規な6xxxxアルミニウム合金は、一般的に、MgとSiを、1.30乃至1.90(Mg/Si)の比で含んでいる。一実施態様において、Mg/Si比は、1.35以上である。他の実施態様において、Mg/Si比は、1.40以上である。さらに実施態様において、Mg/Si比は、1.45以上である。一実施態様において、Mg/Si比は、1.85以下である。他の実施態様において、Mg/Si比は、1.80以下である。さらに他の実施態様において、Mg/Si比は、1.75以下である。さらに他の実施態様において、Mg/Si比は、1.70以下である。さらに他の実施態様において、Mg/Si比は、1.65以下である。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金のMg/Si比は、1.35乃至1.85である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金のMg/Si比は、1.35乃至1.80である。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金のMg/Si比は、1.40乃至1.75である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金のMg/Si比は、1.40乃至1.70である。更に他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金のMg/Si比は、1.45乃至1.65である。なお、上記の成分限定については、他の組合せを用いることもできる。上記した量のMgとSiを用いることにより、とりわけ、強度及び/又は耐疲労性の向上が促進される。
新規な6xxxxアルミニウム合金は、一般的に、0.275重量%〜0.50重量%のCuを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.30重量%のCuを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.325重量%のCuを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.35重量%のCuを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.45重量%以下のCuを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.425重量%以下のCuを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、0.40重量%以下のCuを含んでいる。上記した量のCuを用いることにより、とりわけ、強度と耐疲労性の向上が促進される。以下にさらに詳しく説明するが、新規な6xxxxアルミニウム合金がバナジウムを実質的に含まないとき(即ち、Vの含有量が0.05重量%よりも少ないとき)、新規な6xxxxアルミニウム合金は、Cuを0.35重量%以上含有すべきである。
新規な6xxxxアルミニウム合金は、一般的に、0.05重量%〜1.0重量%の二次元素を含んでいる。二次元素は、バナジウム、マンガン、クロム、鉄、ジルコニウム、チタン及びそれらの組合せからなる群から選択される。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は二次元素を0.10〜0.80重量%含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、二次元素を0.15重量%〜0.60重量%含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、二次元素を0.20重量%〜0.45重量%含んでいる。
一実施態様において、二次元素は少なくもバナジウムを含んでおり、これらの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.05重量%のVを含んでいる。他の実施態様において、二次元素は少なくもバナジウムと鉄を含んでいる。さらに他の実施態様において、二次元素は少なくもバナジウム、鉄及びチタンを含んでいる。他の実施態様において、二次元素は少なくもバナジウム、鉄、チタン及びクロムを含んでいる。他の実施態様において、二次元素は少なくもバナジウム、鉄、チタン及びマンガンを含んでいる。さらに他の実施態様において、二次元素は、バナジウム、鉄、チタン、マンガン及びクロムを全て含んでいる。
他の実施態様において、二次元素はバナジウムを実質的に含まず(即ち、Vの含有量が0.05重量%よりも少ない)、これらの実施態様では、二次元素は、バナジウム、マンガン、クロム、鉄、ジルコニウム、チタン及びこれらの組合せからなる群から選択され、マンガン、クロム及びジルコニウムの少なくとも一種が存在する。一実施態様において、少なくともクロムが存在する。一実施態様において、少なくともクロムとジルコニウムが存在する。一実施態様において、少なくともジルコニウムが存在する。一実施態様において、少なくともジルコニウムとマンガンが存在する。一実施態様において、少なくともマンガンが存在する。
以下のデータに示されるように、バナジウムは有用な二次元素であるが、新規な6xxxxアルミニウム合金には必ずしも含まれる必要はない。バナジウムが含まれる実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金に含まれるVの含有量は0.05〜0.25重量%である。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.20重量%以下のVを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.18重量%以下のVを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.16重量%以下のVを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.14重量%以下のVを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.13重量%以下のVを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.06重量%のVを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.07重量%のVを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.16重量%のVを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.06〜0.14重量%のVを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.07〜0.13重量%のVを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。
他の実施態様において、二次元素はバナジウムを実質的に含まず、これらの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金に含まれるVの量は0.05重量%より少ない。これらの実施態様では、バナジウムに代えて、クロム、マンガン及び/又はジルコニウムを用いることができる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、Vの含有量は0.05重量%よりも少ないが、クロム、マンガン及び/又はジルコニウムを合計量で0.15〜0.60重量%含んでいる(即ち、Cr+Mn+Zrが0.15重量%〜0.60重量%である)。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、Vの含有量は0.05重量%よりも少ないが、クロム、マンガン及び/又はジルコニウムを合計量で0.20〜0.45重量%含んでいる。新規な6xxxxアルミニウム合金がバナジウムを実質的に含まない(即ち、アルミニウム合金のV含有量が0.05重量%よりも少ない)実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は、少なくとも0.35重量%のCuを含有すべきである。Vを含有しないこれらの実施態様のうち幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.375重量%のCuを含んでいる。Vを含有しないこれらの実施態様のうち幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.40重量%のCuを含んでいる。
クロムが存在する実施態様(バナジウムを含む場合又は含まない場合)において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.40重量%のCrを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.35重量%以下のCrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.30重量%以下のCrを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.25重量%以下のCrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.20重量%以下のCr含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.08重量%のCrを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.25重量%のCrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.08〜0.20重量%のCrを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金はクロムを実質的に含まず、これらの実施態様で含まれるCrの量は0.05重量%より少ない。
マンガンが存在する実施態様(バナジウムを含む場合又は含まない場合)において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.50重量%のMnを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.25重量%以下のMnを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.20重量%以下のMnを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.15重量%以下のMnを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.25重量%のMnを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.25重量%のMnを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.20重量%のMnを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.15重量%のMnを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金はマンガンを実質的に含まず、これらの実施態様で含まれるMnの量は0.05重量%より少ない。
ジルコニウムが存在する実施態様(バナジウムを含む場合又は含まない場合)において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.25重量%のZrを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.20重量%以下のZrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.18重量%以下のZrを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.15重量%以下のZrを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.06重量%のZrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.07重量%のZrを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.20重量%のZrを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.06〜0.18重量%のZrを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.07〜0.15重量%のZrを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金はジルコニウムを実質的に含まず、これらの実施態様に含まれるZrの量は0.05重量%より少ない。
鉄は、一般的に、合金中に存在し、0.01〜0.80重量%の範囲で存在してもよい。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.50重量%以下のFeを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.40重量%以下のFeを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.30重量%以下のFeを含んでいる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.08重量%のFeを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.10重量%のFeを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05〜0.50重量%のFeを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.08〜0.40重量%のFeを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.10〜0.30重量%のFeを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.10〜0.25重量%のFeを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。低い耐疲労性が許容されるとき、新規な6xxxxアルミニウム合金中のFe含有量は多くても構わない。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は鉄を実質的に含まず、これらの実施態様に含まれるFeの量は0.01重量%より少ない。
チタンが存在する実施態様(バナジウムを含む場合又は含まない場合)において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.001〜0.10重量%のTiを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.05重量%以下のTiを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.04重量%以下のTiを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.03重量%以下のTiを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.005重量%のTiを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は少なくとも0.01重量%のTiを含んでいる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.005〜0.05重量%のTiを含んでいる。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.01〜0.04重量%のTiを含んでいる。さらに他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金は0.01〜0.03重量%のTiを含んでいる。なお、上記した限定とは異なる組合せを用いることもできる。幾つかの実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金はチタンを実質的に含まず、これらの実施態様に含まれるTiの量は0.001重量%より少ない。
新規な6xxxxアルミニウム合金は他の元素を実質的に含まない。この明細書で用いる「他の元素(other elements)」という語は、周期表に含まれる元素のうち、上記したケイ素、バナジウム、鉄、クロム、チタン、ジルコニウム及び鉄以外のあらゆる他の元素を意味する。この段落での「実質的に含まない(substantially free)」という語は、6xxxxアルミニウム合金の中に含まれる量が、他の元素のうちのどの元素も0.10重量%以下であって、合計量で0.35重量%を超えないことを意味する。他の実施態様において、6xxxxアルミニウム合金に含まれる量が、これら他の元素のうちのどの元素も0.05重量%を超えず、合計量で0.15重量%を超えない量である。他の実施態様において、6xxxxアルミニウム合金に含まれる量が、これら他の元素のうちのどの元素も0.03重量%を超えず、合計量で0.10重量%を超えない量である。
新規な6xxxxアルミニウム合金は高い強度を達成することができる。一実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金から作られた展伸製品(新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品)は、L方向(長手方向)の引張降伏強度で少なくとも45ksiの強度を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、L方向の引張降伏強度で少なくとも46ksiの強度を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、L方向の引張降伏強度で少なくとも47ksi、又は少なくとも48ksi、又は少なくとも49ksi、又は少なくとも50ksi、又は少なくとも51ksi、又は少なくとも52ksi、又は少なくとも53ksi、又は少なくとも54ksi、又は少なくとも55ksi又はそれらよりも大きな強度を実現する。
新規な6xxxxアルミニウム合金は良好な伸びを達成することができる。一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、L方向の伸びで少なくとも6%の伸びを実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、L方向の伸びで少なくとも8%の伸びを実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、L方向の伸びで少なくとも10%,又は少なくとも12%、又は少なくとも14%又はそれ以上の伸びを実現する。強度と伸びの特性は、ASTM E8及びB557に準拠して測定される。
新規な6xxxxアルミニウム合金は良好な靱性を達成することができる。一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は、シャルピー衝撃試験による試験結果で、少なくとも35ft.−lbs.の靱性を実現する。なお、シャルピー衝撃試験はASTM E23−07aに準拠して実施される。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、シャルピー衝撃試験による試験結果で、少なくとも40ft.−lbs.の靱性を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、シャルピー衝撃試験による試験結果で、少なくとも45ft.−lbs.、又は少なくとも50ft.−lbs.、又は少なくとも55ft.−lbs.、又は少なくとも60ft.−lbs.、又は少なくとも65ft.−lbs.、又は少なくとも70ft.−lbs.、又は少なくとも75ft.−lbs.、又は少なくとも80ft.−lbs.、又は少なくとも85ft.−lbs.又はそれらよりも高い靱性を実現する。
新規な6xxxxアルミニウム合金は良好な耐疲労性を達成することができる。一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品(例えば、製品の形態、寸法、形状、質別(temper)が同じ)の平均回転疲労寿命と比較して10%以上優れた平均回転疲労寿命を実現する。なお、平均回転疲労寿命とは、少なくとも5個の展伸6xxxxアルミニウム合金試料を、ISO 1143(2010)(金属材料−−回転棒曲げ疲労試験)に準拠して測定した回転疲労寿命の平均、即ち回転ビーム疲労である。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品の平均回転疲労寿命と比較して20%以上優れた平均回転疲労寿命を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品の平均回転疲労寿命と比較して25%以上、又は30%以上、又は40%以上、又は45%以上、又はそれらよりも優れた平均回転疲労寿命を実現する。
一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品は鍛造されたホイール製品であり、鍛造6xxxxアルミニウム合金ホイール製品は、SAE J267(2007)に準拠した試験で2.8X荷重ファクターを印加したとき、1000000サイクル以上の平均ラジアル疲労寿命を実現する。他の実施態様において、鍛造6xxxxアルミニウム合金ホイール製品は、1050000サイクル以上の平均ラジアル疲労寿命を実現する。他の実施態様において、鍛造6xxxxアルミニウム合金ホイール製品は、1100000サイクル以上、又は1150000サイクル以上、又は1200000サイクル以上、又は1250000サイクル以上、又は1300000サイクル以上、又は1350000サイクル以上、又はそれらを超える平均ラジアル疲労寿命を実現する。
一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品について、SAE J267(2007)に準拠した平均ラジアル寿命試験で2.8X荷重ファクターを印加したとき、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品(例えば、製品の形態、寸法、形状、質別が同じ)の平均ラジアル疲労寿命と比較して10%以上優れた平均ラジアル疲労寿命を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品の平均ラジアル疲労寿命と比較して20%以上優れた平均ラジアル疲労寿命を実現する。他の実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金は、公知の6061合金から作られた同じ展伸製品の平均ラジアル疲労寿命と比較して25%以上、又は30%以上、又は40%以上、又は45%以上、又はそれらを超える平均ラジアル疲労寿命を実現する。
新規な6xxxxアルミニウム合金は良好な耐食性を達成することができる。一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品の平均腐食深さ(average depth of attack)は、ASTM G110(曝露時間24H、最少試料数5)に準拠した試験でT/10位置での測定結果は0.008インチ以下を実現する。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品のT/10位置での平均腐食深さは0.006インチ以下である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品のT/10位置での平均腐食深さは0.004インチ以下、又は0.002インチ以下、又は0.001インチ以下、又はそれらよりも小さい。
一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品の最大腐食深さ(maximu depth of attack)は、ASTM G110(曝露時間24H、最少試料数5)に準拠した試験でT/10位置での測定結果は0.011ンチ以下を実現する。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品のT/10位置での最大腐食深さは0.009インチ以下である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品のT/10位置での最大腐食深さは0.007インチ以下、又は0.005インチ以下、又は0.003インチ以下、又はそれらよりも小さい。
一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品の平均腐食深さは、ASTM G110(曝露時間24H、最少試料数5)に準拠した試験で表面位置での測定結果は0.008インチ以下を実現する。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品の表面位置での平均腐食深さは0.007インチ以下である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品の表面位置での平均腐食深さは0.006インチ以下、又は0.005インチ以下、又は0.004インチ以下、又はそれらよりも小さい。
一実施態様において、新規な展伸6xxxxアルミニウム合金製品の最大腐食深さは、ASTM G110(曝露時間24H、最少試料数5)に準拠した試験で表面位置での測定結果は0.010ンチ以下を実現する。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品の表面位置での最大腐食深さは0.009インチ以下である。他の実施態様において、新規な6xxxxアルミニウム合金製品の表面位置での最大腐食深さは0.008インチ以下、又は0.007インチ以下、又は0.006インチ以下、又はそれらよりも小さい。
上記特性についは、以下の実施例に示されるように、複数の特性を達成することができる。
図1aは実施例1の結果を示すグラフである。 図1bは実施例1の結果を示すグラフである。 図1cは実施例1の結果を示すグラフである。 図1dは実施例1の結果を示すグラフである。 図1eは実施例1の結果を示すグラフである。 図1fは実施例1の結果を示すグラフである。
図1g−1乃至図1g−4は、実施例1の顕微鏡写真である。
<ブックモールドの考察>
ブックモールドインゴットを9個作製した。それらの成分組成を次の表1に示す(値は全て重量%である)。
6061合金及び6069合金は、公知の6xxxxアルミニウム合金である。表1中の全ての合金はアルミニウム及び他の不純物である。不純物は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である。本発明合金のMg/Si比は1.46乃至1.59である。
合金は、2.875インチ(ST)×4.75インチ(LT)×17インチ(L)のインゴットとして鋳造し、厚さ2インチに加工した後、均質化処理した(homogenized)。インゴットは、次に、約0.5インチに熱間圧延した。これは圧延率(reduction)が75%に相当する。プレートは、次に溶体化熱処理が行われた後,冷水(100°F)にクエンチした。プレートは次に385°F及び350°Fの温度で異なる時間で時効させて、時効曲線を作成した。時効曲線結果に基づいて、2種類の時効条件(385°Fで2時間と350°Fで8時間)により様々な特性を調べた。385°Fで2時間の時効条件では、全体的に、略ピーク強度を示し、350°Fで8時間の時効条件では、全体的に、不完全時効状態(underaged condition)を示している。試験結果は、図1a〜図1fに示され、表2〜表7に記載されている。強度特性と伸び特性の測定は、ASTM E8及びB557に準拠して行なった。シャルピー衝撃試験の測定は、ASTM E23−07aに準拠して行なった。回転疲労寿命試験はISO1143(2010)に準拠し、15ksiの応力、R=−1及びKt=3の条件で行なった。耐食性の試験は、ASTM G110に準拠して24時間行なった。
図1a〜図1cは、合金の引張特性を示している。試験した全ての合金は、公知の6061合金よりも高いニアピーク強度(near peak strength)を有している。
図1dは、合金の回転疲労寿命を示している。Feが0.7重量%よりも多い合金(6xxx−8及び6xxx−9)は疲労寿命が短い。6xxx−8合金及び6xxx−9合金は、1.0重量%超の二次元素を含む。二次元素は、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)及びチタン(Ti)であり、疲労性能を低下させる。さらに、合金6及び合金8は、Cuを約0.7重量%含み、疲労性能をさらに低下させる結果となっており、Cuを約0.55重量%よりも少なく維持することが重要であることを示している。
図1eは、合金のシャルピー衝撃エネルギー(ノッチなし)を示している。シャルピー衝撃靱性は、破壊靱性の指標である。なお、シャルピー衝撃エネルギーは、合金形成元素(例えば、Fe、Cr及びV)の増加と共に増大することは予期し得なかったことである。図1fに、これら元素との相関関係が示されている。この傾向は、シャルピー衝撃エネルギーがアルミニウム合金中における構成粒子濃度(constituent particle concentration)が増加すると低下するという一般的傾向と相反するものである。
表4及び表5は、ASTM G110(24時間試験)に準拠した腐食深さ試験に関する腐食データを示している。全ての合金は、公知の6061合金よりも同等か又は優れた耐食性を示している。
合金の色と光沢についても調べた。本発明合金の色と光沢は、公知の6061合金と比べて、DURA−BRIGHT法(米国特許第6440290号参照)の処理の前後両方とも良好であった。
幾つかの合金について顕微鏡写真を撮影し、その幾つかを図1g−1乃1g−4に示している。分散粒子(dispersoids)の数と分散粒子の分散の一様性は両方とも、VとCrの両元素の含有によって向上した。さらに、VとCrを含有した合金の顕微鏡組織は、図1g−3及び1g−4に示されるように、より多くの部分が結晶化されていない。
<追加のブックモールドの考察>
さらに7個のブックモールドインゴットを、実施例1と同じ要領にて作製した。但し、合金の時効条件は全て385°Fの温度にて2時間である点が異なる。実施例2の合金の成分組成を次の表6に示す(値は全て重量%である)。
表6中の全ての合金は残部アルミニウム及び他の不純物である。不純物は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である。合金のMg/Si比は1.64乃至1.75である。
これら合金の機械的特性を調べた。その結果を以下の表7に示している。強度と伸びの測定は、夫々、ASTM E8及びB557に準拠して行なった。回転疲労寿命試験はISO1143(2010)に準拠し、15ksiの応力、R=−1及びKt=3の条件で行なった。表7を参照すると、Si、Mgの含有量が適量で、Si/Mg比が適当である合金は、耐疲労性及び強度が向上したことを示している。合金のSiとMgの過剰量は無視できる程度であり、全ての合金は、Mn、Cr及びVの含有量とは関係なく、少なくとも一部はSi、Mgの含有量及びSi/Mg比により、6061合金(実施例1の6xxx−1)と比べて特性の向上を示した。しかしながら、マンガン及びクロムの少なくとも一種とバナジウムとを含む合金は、強度と耐疲労性の両方が向上したことが観察される。
<ホイールの考察>
本発明の組成物(2種類)と比較例の組成物(7種類)をホイールとして作製した。具体的には、9個のインゴットの組成は以下の表8に示されるとおりであり、直接チル鋳造で作製し、均質化処理を施した後、型鍛造によりホイールを製作した。ホイールは、溶体化処理し、クエンチングした後、385°Fで2時間人工時効した。
表8の全ての合金は、記載した合金と約0.02重量%のTiを含み、残部アルミニウム及び他の不純物である。不純物は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である。発明合金のMg/Si比は1.43乃至1.63である。
ホイール製品の機械的特性を調べた。その結果を次の表9に示している。
強度と伸びの測定は、夫々、ASTM E8及びB557に準拠して行なった。ラジアル疲労寿命試験は、SAE J267(2007)に準拠し、2.8X荷重ファクターを印加して行なった。表9を参照すると、本発明の合金は、公知合金、及び本発明合金ではない比較合金と比べて、強度及び疲労寿命の向上を示している。
<追加ブックモールドの考察>
さらに10個のブックモールドインゴットを、実施例1と同じ要領にて作製した。但し、合金の時効条件は全て385°Fの温度にて2時間である点が異なる。実施例4の合金の成分組成を次の表10に示す(値は全て重量%である)。
表10中の全ての合金は、記載された元素及び約0.02重量%のTiを含み、残部アルミニウム及び他の不純物である。不純物は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である。発明合金のMg/Si比は1.52乃至1.62である。
合金は、2.875インチ(ST)×4.75インチ(LT)×17インチ(L)のインゴットとして鋳造し、厚さ2インチに加工した後、均質化処理した。インゴットは、次に、直径約1.5インチの円柱体(高さ3インチ)に機械加工した後、最終厚さ約0.52インチのディスクに変形させた。ディスクは、次に溶体化熱処理が行われた後,冷水(100°F)にクエンチし、次に385°F及び350°Fの温度で2時間時効させた。強度特性と伸び特性を、ASTM E8及びB557に準拠して測定した。回転疲労寿命試験を、ISO1143(2010)に準拠した方法で、15ksiの応力、R=−1及びKt=3の条件で行なった。試験結果を次の表11に示している。
表11を参照すると、発明合金は、非発明合金33(6061型)よりも特性の向上が認められる。バナジウムを含有する合金24〜26、28、29及び31は、非発明合金33(6061型)と比べて、強度は同等以上であり、回転疲労寿命は向上し、伸びは良好であった。合金27、30は、バナジウムを含んでいないが、クロム及びマンガンを含んでおり、非発明合金33(6061型)と比べて、回転疲労寿命は向上し、伸びは良好であった。非発明合金32は、1.14Si、Mg/Si比は1.07であり、伸びが低かった。
<追加ブックモールドの考察>
さらに7個のブックモールドインゴットを作製した。合金の成分組成を次の表13に示す(値は全て重量%である)。
表13中の全ての合金は、記載された元素及び約0.01〜0.02重量%のTiを含み、残部アルミニウム及び他の不純物である。不純物は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である。発明合金のMg/Si比は1.55乃至1.58である。合金は実施例1と同じ要領にて処理した。但し、合金の時効条件は全て385°Fの温度にて2時間である点が異なる。強度と伸びの測定は、夫々、ASTM E8及びB557に準拠して行なった。結果を以下の表14に示す。
表14を参照すると、発明合金は、非発明合金40(6061型)よりも特性の向上が認められる。具体的には、合金34、35は、非発明合金40(6061型)に比べて引張降伏強度(TYS)は向上し、伸びは良好であった。なお、バナジウムを含む合金34は、より高い強度を示した。非発明合金36は、0.62重量%のSi、0.96重量%のMg、0.28重量%のCuを含み、バナジウムを含んでおらず、引張降伏強度及び伸びは、非発明合金40(6061型)とほぼ同じであった。非発明合金37は、0.92重量%のSiを含み、Mg/Si比は1.24であり、伸びが低かった。非発明合金38は、0.30重量%のCuを含み、Mg/Si比は1.61であり、バナジウムを含んでおらず、降伏強度は、非発明合金40(6061型)よりも低かった。非発明合金39は、Cuが0.19重量%であり、降伏強度は、非発明合金40(6061型)よりも低かった。
上記結果のとおり、バナジウムを少なくとも0.05重量%含む合金は、特に、Cuを少なくとも0.275重量%含み、上記のとおりSiとMgを含むことにより、特性が向上する。上記結果はまた、バナジウムを少なくとも0.05重量%含まなくても、Vに代えてCr、Mn及び/又はZrを含み、Cuを少なくとも0.35重量%含み、上記のとおりSiとMgを含もことにより、特性の向上を達成することができる。
本開示の様々な実施形態を詳細に記載したが、当業者であれば、それらの実施形態の変更及び改変をなし得ることは明らかである。しかしながら、そのような変更及び改変は本開示の精神及び範囲内にあること理解されるべきである。

Claims (68)

  1. 6xxxアルミニウム合金であって、
    (a) Mgを1.05〜1.50重量%、
    (b) Siを0.60〜0.95重量%、但しMg/Siは重量%比で1.30〜1.90であり、
    (c) Cuを0.275〜0.50重量%、
    (d) V、Fe、Cr、Mn、Zr、Ti及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも一種の二次元素を0.05〜1.0重量%含み、
    少なくともVは、二次元素として、0.05重量%〜0.25重量%含まれ、
    Feが二次元素として含まれるとき、Feは0.80重量%以下であり、
    Mnが二次元素として含まれるとき、Mnは0.50重量%以下であり、
    Crが二次元素として含まれるとき、Crは0.40重量%以下であり、
    Zrが二次元素として含まれるとき、Zrは0.25重量%以下であり、
    Tiが二次元素として含まれるとき、Tiは0.10重量%以下であり、
    (e) 残部がアルミニウム及び他の元素であって、前記他の元素は、各元素の含有量が0.10重量%以下であり、合計量で0.35重量%以下である、6xxxアルミニウム合金。
  2. Feを0.01〜0.50重量%含んでいる、請求項1の6xxxxアルミニウム合金。
  3. Feを0.05〜0.50重量%含んでいる、請求項1又は2の6xxxxアルミニウム合金。
  4. Feを0.05〜0.30重量%含んでいる、請求項1乃至3の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  5. Mnを0.35重量%以下含んでいる、請求項1乃至4の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  6. Crを0.25重量%以下含んでいる、請求項1乃至5の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  7. Zrを0.15重量%以下含んでいる、請求項1乃至6の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  8. Tiを0.01〜0.05重量%含んでいる、請求項1乃至7の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  9. Siを少なくとも0.65重量%含んでいる、請求項1乃至8の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  10. Siを少なくとも0.70重量%含んでいる、請求項1乃至9の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  11. Siを0.90重量%以下含んでいる、請求項1乃至10の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  12. Siを0.85重量%以下含んでいる、請求項1乃至11の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  13. Siを0.80重量%以下含んでいる、請求項1乃至12の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  14. Mgを少なくとも1.10重量%含んでいる、請求項1乃至13の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  15. Mgを1.40重量%以下含んでいる、請求項1乃至14の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  16. Mgを1.35重量%以下含んでいる、請求項1乃至15の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  17. Mgを1.30重量%以下含んでいる、請求項1乃至16の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  18. Cuを少なくとも0.30重量%含んでいる、請求項1乃至17の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  19. Cuを少なくとも0.325重量%含んでいる、請求項1乃至18の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  20. Cuを少なくとも0.35重量%含んでいる、請求項1乃至19の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  21. Cuを0.475重量%以下含んでいる、請求項1乃至20の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  22. Cuを0.45重量%以下含んでいる、請求項1乃至21の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  23. Cuを0.425重量%以下含んでいる、請求項1乃至22の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  24. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.35である、請求項1乃至23の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  25. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.40である、請求項1乃至24の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  26. Mg/Siは重量%比で1.85以下である、請求項1乃至25の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  27. Mg/Siは重量%比で1.80以下である、請求項1乃至26の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  28. Mg/Siは重量%比で1.75以下である、請求項1乃至27の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  29. Mg/Siは重量%比で1.70以下である、請求項1乃至28の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  30. Mg/Siは重量%比で1.65以下である、請求項1乃至29の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  31. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.45である、請求項1乃至30の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  32. Vを0.05〜0.20重量%含んでいる、請求項1乃至31の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  33. Vを0.05〜0.16重量%含んでいる、請求項1乃至32の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  34. 他の元素は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である、請求項1乃至33の何れかの6xxxアルミニウム合金。
  35. 他の元素は、各元素の含有量が0.03重量%以下であり、合計量で0.10重量%以下である、請求項1乃至34の何れかの6xxxアルミニウム合金。
  36. 6xxxアルミニウム合金であって、
    (a) Mgを1.05〜1.50重量%、
    (b) Siを0.60〜0.95重量%、但しMg/Siは重量%比で1.30〜1.90であり、
    (c) Cuを0.35〜0.50重量%、
    (d) Vを0.05重量%未満、
    (e) Fe、Cr、Mn、Zr、Ti及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも一種の二次元素を0.05〜1.0重量%含み、
    Cr、Mn及びZrの少なくとも一種は、二次元素として、合計量で0.15重量%〜0.80重量%含まれ、
    二次元素として含まれるMnは0.50重量%以下であり、
    二次元素として含まれるCrは0.40重量%以下であり、
    Zrが二次元素として含まれるとき、Zrは0.25重量%以下であり、
    Feが二次元素として含まれるとき、Feは0.80重量%以下であり、
    Tiが二次元素として含まれるとき、Tiは0.10重量%以下であり、
    (f) 残部がアルミニウム及び他の元素であって、前記他の元素は、各元素の含有量が0.10重量%以下であり、合計量で0.35重量%以下である、6xxxアルミニウム合金。
  37. Feを0.01〜0.50重量%含んでいる、請求項36の6xxxxアルミニウム合金。
  38. Feを0.05〜0.50重量%含んでいる、請求項36又は37の6xxxxアルミニウム合金。
  39. Feを0.05〜0.30重量%含んでいる、請求項36乃至38の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  40. Mnを0.35重量%以下含んでいる、請求項36乃至39の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  41. Crを0.30重量%以下含んでいる、請求項36乃至40の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  42. Zrを0.15重量%以下含んでいる、請求項36乃至41の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  43. Cr及びMnを両方とも含み、CrとMnの合計量で0.15重量%〜0.60重量%である請求項36乃至42の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  44. Zrを0.05重量%未満含んでいる、請求項43の6xxxxアルミニウム合金。
  45. Tiを0.01〜0.05重量%含んでいる、請求項36乃至44の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  46. Siを少なくとも0.65重量%含んでいる、請求項36乃至45の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  47. Siを少なくとも0.70重量%含んでいる、請求項36乃至46の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  48. Siを0.90重量%以下含んでいる、請求項36乃至47の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  49. Siを0.85重量%以下含んでいる、請求項36乃至48の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  50. Siを0.80重量%以下含んでいる、請求項36乃至49の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  51. Mgを少なくとも1.10重量%含んでいる、請求項36乃至50の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  52. Mgを1.40重量%以下含んでいる、請求項36乃至51の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  53. Mgを1.35重量%以下含んでいる、請求項36乃至52の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  54. Mgを1.30重量%以下含んでいる、請求項1乃至16の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  55. Cuを少なくとも0.375重量%含んでいる、請求項36乃至54の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  56. Cuを少なくとも0.40重量%含んでいる、請求項36乃至55の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  57. Cuを0.475重量%以下含んでいる、請求項36乃至56の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  58. Cuを0.45重量%以下含んでいる、請求項36乃至57の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  59. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.35である、請求項36乃至58の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  60. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.40である、請求項36乃至59の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  61. Mg/Siは重量%比で1.85以下である、請求項36乃至60の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  62. Mg/Siは重量%比で1.80以下である、請求項36乃至61の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  63. Mg/Siは重量%比で1.75以下である、請求項36乃至62の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  64. Mg/Siは重量%比で1.70以下である、請求項36乃至63の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  65. Mg/Siは重量%比で1.65以下である、請求項36乃至64の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  66. Mg/Siは重量%比で少なくとも1.45である、請求項36乃至65の何れかの6xxxxアルミニウム合金。
  67. 他の元素は、各元素の含有量が0.05重量%以下であり、合計量で0.15重量%以下である、請求項36乃至66の何れかの6xxxアルミニウム合金。
  68. 他の元素は、各元素の含有量が0.03重量%以下であり、合計量で0.10重量%以下である、請求項36乃至67の何れかの6xxxアルミニウム合金。
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