JP2018534419A - 硬化したアルミニウム合金を温間成型するためのプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、2015年10月8日に出願された米国仮特許出願第62/239,008号に対する優先権及びその出願の利益を主張するものである。
開示されるプロセスは、任意のアルミニウム合金または析出硬化性アルミニウム合金、例えば、Al、Mg、Si、及び任意選択でCuを含有し、時効硬化反応を示し得るアルミニウム合金を用いて実行され得る。開示されるプロセスに供され得るアルミニウム合金は、硬化された熱処理可能な時効硬化性アルミニウム合金(例えば、熱処理及び/または時効により強化され得る合金)、例えば、2XXX、6XXX、及び7XXXシリーズ合金を含む。非限定的な例は、AA6010、AA6013、AA6056、AA6111、AA6016、AA6014、AA6008、AA6005、AA6005A、AA6120、AA6170、AA7075、AA7085、AA7019、AA7022、AA7020、AA2013、AA2014、AA2008、AA2014、及びAA2017、及びAA2024を含む。
アルミニウムシートまたはそのようなシートから作製された物品の成形は、合金、シート、または物品の加熱を含む。いくつかの例において、シートまたは物品の加熱は、指定された加熱速度または指定された範囲内の加熱速度で、指定された温度または指定された範囲内の温度まで行われる。温度、加熱速度もしくはそれらの範囲、またはそれらの組み合わせは、「加熱パラメータ」と称され得る。本明細書に記載のプロセスにおいて、シートまたは物品は、約125〜425℃、150〜425℃、175〜425℃、200〜425℃、225〜425℃、250〜425℃、275〜425℃、300〜425℃、325〜400℃、350〜400℃、375〜400℃、125〜375℃、125〜375℃、150〜375℃、175〜375℃、200〜375℃、225〜375℃、250〜375℃、275〜375℃、300〜375℃、325〜375℃、350〜375℃、125〜350℃、150〜350℃、175〜350℃、200〜350℃、225〜350℃、250〜350℃、275〜350℃、300〜350℃、325〜350℃、125〜325℃、150〜325℃、175〜325℃、200〜325℃、225〜325℃、250〜325℃、275〜325℃、300〜325℃、125〜300℃、150〜300℃、175〜300℃、200〜300℃、225〜300℃、250〜300℃、275〜300℃、125〜275℃、150〜275℃、175〜275℃、200〜275℃、225〜275℃、250〜275℃、125〜250℃、150〜250℃、175〜250℃、200〜250℃、225〜250℃、250〜275℃、125〜225℃、150〜225℃、175〜225℃、200〜225℃、125〜200℃、150〜200℃、175〜200℃、125〜175℃、150〜175℃、または125〜150℃、例えば、最大約150℃、175℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、または350℃の温度に加熱される。
本明細書に開示されるプロセスにおけるシートまたは物品の加熱は、特性の有利な組み合わせをもたらす。例えば、シートまたは物品の成型性及び強度特性の有利な組み合わせが達成される。いくつかの他の場合において、シートはまた、成形中に有利に低い細線化を示し得る。さらに、シートまたは物品は、加熱前及び加熱後で同じ冶金学的状態を維持し、冷却されると、加熱前のシートまたは物品が有する特性と比較して、ある特定の特性及び挙動を保つ。
0MPa、約530〜590MPa、約530〜580MPa、約530〜570MPa、約530〜560MPa、約530〜550MPa、約530〜540MPa、540〜600MPa、約540〜590MPa、約540〜580MPa、約540〜570MPa、約540〜560MPa、約540〜550MPa、550〜600MPa、約550〜590MPa、約550〜580MPa、約550〜570MPa、約550〜560MPa、560〜600MPa、約560〜590MPa、約560〜580MPa、約560〜570MPa、570〜600MPa、約570〜590MPa、約570〜580MPa、580〜600MPa、または約580〜590MPaの最終引張強度(引張試験中の工学ひずみとして測定される)を有し得る。
開示されるプロセスは、加熱ステップ中または加熱ステップ後に少なくとも1つの成形ステップを含んでもよい。「成形」という用語は、本明細書で使用される場合、切断、型打ち、プレス、プレス成型、絞り加工、または当業者に知られている二次元もしくは三次元形状を形成し得る他のプロセスを含み得る。時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金で作製された物品は、本明細書で先に論じられたように加熱され、加熱された物品が成形される。上記成形ステップは、温間成型プロセスに含まれてもよい。温間成型は、型打ちまたはプレスにより行われてもよい。一般的に説明される型打ちまたはプレスプロセスステップにおいて、物品は、相補的な形状の2つの金型の間でそれをプレスすることにより成形される。温間成型は、等温条件または非等温条件下で行うことができる。等温条件下では、アルミニウム合金ブランク及び全ての工具構成要素、例えば金型は、同じ温度に加熱される。非等温条件下では、工具構成要素は、ブランクとは異なる温度を有してもよい。
開示されるプロセスは、アルミニウム合金物品、例えば、型打ちされたアルミニウム物品(例えば、型打ちされた自動車パネル)の生産のための既存のプロセス及びラインに組み込まれ、それにより、合理的及び経済的な様式でプロセス及び結果として得られる物品を改善し得る。本明細書に記載のプロセスを実行し、かつ物品を生産するための装置及びシステムは、本発明の範囲内に含まれる。
T4、T61及びT6調質度のAA6016合金試料の室温引張試験
T4、T61及びT6調質度のAA6016アルミニウム合金試料の室温引張試験を行った。引張試験により得られた応力−ひずみ曲線を、図1に示す。試験試料は、図2に示されるように成形されたAA6016合金の試験片であった。試験片は、1.2mmの厚さを有した。試験片を、以下のように処理した:「T4」試料−室温で1ヶ月時効処理;「T61」試料−T4調質度試料を140℃で14時間熱処理;「T6」試料−T4試料を180℃で14時間熱処理。図1に示される応力−ひずみ曲線は、3つの調質度の間の強度及び成型性の差を示す。
AA6016の高温引張試験
AA6016アルミニウム合金試料の高温引張試験を行った。高温試験のために、図2に示される試験片に実質的に類似し、1.2mmの厚さを有する試験片を、90℃/秒の速度での誘導加熱により様々な温度(図3に示される通り)に加熱した。高温計を使用して、各試験片の温度を測定した。引張試験中、各試験片の指定された試験温度を維持した。図3は、引張試験前及びその間のT4調質度のAA6016アルミニウム合金試料の加熱曲線を示し、矢印は、一旦試験片が目標温度に達した時の引張試験の開始を示している。T6またはT61調質度のAA6016アルミニウム合金試料の加熱曲線は、図3に類似していた(図示せず、試料の加熱は、試料の調質度と無関係であるため)。
熱処理後引張試験
T6及びT61調質度のAA6016アルミニウム合金試料の熱処理後引張試験を行った。試験試料は、図2に示されるように成形されたAA6016合金試料の試験片であった。試料は、1.2mmの厚さを有した。熱処理後試験のために、試料を90℃/秒の速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水中で冷却(「水焼き入れ」)し、水焼き入れ後に室温で1週間時効処理した。引張試験は室温で行われた。室温で維持されたAA6016の試料(図6〜7中の「RT」)も比較のために試験した。
異なる加熱速度で加熱された試料の熱処理後引張試験
異なる加熱速度で加熱されたT6調質度のAA6016合金試料の引張試験を行った。試験試料は、図2に示されるAA6016の試料であった。試料はそれぞれ、1.2mmの厚さを有した。熱処理後試験のために、試料を3℃/秒(図8中の特定された曲線、及び図9中の各組の左のヒストグラム)、または90℃/秒(図8中の特定された曲線、及び図9中の各組の右のヒストグラム)の速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水中で冷却(「水焼き入れ」)し、室温で1週間時効処理した。室温で維持されたAA6016合金試料(図8中の「RT」)もまた、比較のために試験された。図8は、室温で試験された、このようにして処理されたAA6016試料の応力−ひずみ曲線を示す。室温で維持されたAA6016合金試料の応力−ひずみ曲線もまた示されている(グラフで「基準T4」と称する)。
実験室規模の型打ち
T6調質度のアルミニウム合金AA6016シート(厚さ2mm)を、40cm×10cmの型打ちブランクに切断した。矩形片を、任意選択で本明細書に記載の温間成型方法に従って加熱した。4つの試料を型打ち実験に使用した。試料1を加熱せず、室温(約25℃)で型打ちした。試料2を200℃に加熱した。試料3を250℃に加熱した。試料4を350℃に加熱した。試験パラメータ及び結果を表1に示す。
予熱された合金におけるより深い絞り深さのための2ステップ型打ち手順
T6調質度のアルミニウム合金AA6016シート(厚さ2mm)を、40cm×10cmの型打ちブランクに切断した。2ステップ型打ち手順の第1のステップにおいて、矩形片を、本明細書に記載の温間成型方法に従って加熱した。3つの試料を型打ち実験に使用した。試料5を200℃に加熱した。試料6を250℃に加熱した。試料7を350℃に加熱した。基準として実施例5からの試料1が含まれている。試験パラメータ及び結果を表2に示す。
Claims (25)
- 硬化した時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金から作製された物品を成形するプロセスであって、
前記物品を、約3℃/秒〜約200℃/秒の速度で約125℃〜約425℃の温度に加熱することと、
前記物品を成形することと、を含む、プロセス。 - 前記物品は、シートまたはブランクである、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硬化した時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金は、2XXX、6XXXまたは7XXXシリーズ合金である、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記硬化した時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金は、6XXXシリーズ合金である、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記物品は、約125℃〜約325℃の温度に加熱される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、約150℃〜約250℃の温度に加熱される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、約150℃〜約200℃の温度に加熱される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、約90℃/秒〜約150℃/秒の速度で加熱される、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、約3℃/秒〜約90℃/秒の速度で加熱される、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、前記加熱ステップ前にT6またはT61調質度である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、前記加熱ステップ後にT61調質度である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、前記加熱ステップ後にT6調質度である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品は、前記加熱ステップ前及び後にT6またはT61調質度である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記成形された物品を冷却するステップをさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品の前記成形は、第1の成形ステップであり、前記冷却ステップ後に第2の成形ステップをさらに含む、請求項14に記載のプロセス。
- 前記第2の成形ステップから生じた前記物品の伸びは、前記第1の成形ステップから生じた前記加熱された物品の伸びの約75%〜約125%である、請求項15に記載のプロセス。
- 前記加熱された物品の工学ひずみは、約50〜200MPaである、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記加熱された物品の伸びは、加熱前の前記物品と比較して最大約3%〜約20%増加する、請求項1〜17のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品の成形は、前記物品の型打ち、プレス、またはプレス成型を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品の前記加熱は、誘導加熱を含む、請求項1〜19のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プロセスは、動力車パネルを生産する、請求項1〜20のいずれか一項に記載のプロセス。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載のプロセスにより作製される、成形された物品。
- 前記成形された物品は、動力車パネルである、請求項22に記載の成形された物品。
- 前記成形された物品は、少なくとも約200MPaの最終引張強度を有する、請求項22に記載の成形された物品。
- 前記成形された物品は、約200MPa〜約275MPaの最終引張強度を有する、請求項22に記載の成形された物品。
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