JP2018534420A - T4調質度の時効硬化性アルミニウム合金を温間成型するためのプロセス - Google Patents
T4調質度の時効硬化性アルミニウム合金を温間成型するためのプロセス Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、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62/239,014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。非限定的な冷は、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を成形する開示されるプロセスは、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、合金、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450〜600℃、400〜600℃、350〜600℃、300〜600℃、250〜600℃、200〜600℃、150〜600℃、100〜600℃、450〜550℃、400〜550℃、350〜550℃、300〜550℃、250〜550℃、200〜550℃、150〜550℃、100〜550℃、450〜500℃、400〜500℃、350〜500℃、300〜500℃、250〜500℃、200〜500℃、150〜500℃、100〜500℃、400〜450℃、350〜450℃、300〜450℃、250〜450℃、200〜450℃、150〜450℃、100〜450℃、350〜−400℃、300〜400℃、250〜400℃、200〜400℃、150〜400℃、100〜400℃、300〜350℃、250〜350℃、200〜350℃、150〜350℃、100〜350℃、250〜300℃、200〜300℃、150〜300℃、または100〜300℃、例えば、最大約100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、または600℃の温度に加熱される。
本明細書に開示される過程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。
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。
高温引張試験
AA6016合金試料の高温引張試験を行った。試験試料は、図1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。高温試験のために、試験片を、90℃/秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度に加熱した。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2は、引張試験前及び引張試験中のAA6016試料の加熱曲線を示し、矢印は、試験片が目標温度に達したときの引張試験の開始を示す。AA6016試験片及び鋼試験片(Voestalpine(Linz,Austria)製のDX56D(低炭素鋼))も室温で試験した。室温で試験した鋼試料を図3で「鋼冷」と称し、室温で試験したAA6016試験片を図3で「RT」と称する。
熱処理後引張試験
AA6016合金試料の熱処理後引張試験を行った。試験試料は、図1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。熱処理後試験のために、試験片を、90℃/秒の加熱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、焼き入れ後に室温で1週間時効処理した。室温で維持したAA6016の試験片(「室温試験片」)も比較のために試験した。図4は、熱処理後のAA6016試験片の応力−ひずみ曲線を示す。図4に示される熱処理後の応力−ひずみ曲線は、実質的に同様の形状及び規模のものであり、室温試験片(基準T4)の応力−ひずみ曲線とも類似していた。図4に示される応力−ひずみ曲線は、実験に使用した熱処理がAA6016試験片の機械的特性または冶金学的状態を改変しなかったことを実証している。
異なる加熱速度で加熱した試料の熱処理後引張試験
異なる加熱速度で加熱したAA6016合金試料の熱処理後引張試験を行った。試験試料は、図1に示されるAA6016合金の試験片であった。試験片は、1.2mmの厚さを有した。熱処理後試験のために、試験片を、90℃/秒の加熱速度(図7の上の組の曲線及び図8の各組の左のヒストグラム)または3℃/秒の加熱速度(図7の下の組の曲線及び図8の各組の右のヒストグラム)での誘導加熱により様々な温度加熱し(図7〜8で「HT」と称する)、水中で冷却し(すなわち、水焼き入れを指す「WQ」)、室温で1週間自然に時効処理し、180℃で10時間熱処理し、その後、室温に冷却した。室温で維持したAA6016も比較のために試験し、図7〜8で「RT」と称する。図7は、試験したAA6016試験片の応力−ひずみ曲線を示す。図8は、図7を生成するために使用した実験における試料と同じ様式で処理したAA6016合金試料の比較電気伝導率測定の結果を示す棒グラフである。
細線化試験
AA6016合金試料の引張予ひずみ及びそれらの細線化測定を行った。試験試料は、図1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、90℃/秒での誘導加熱によって各々の指示された温度で、45%、65%、及び85%に予ひずみした。AA6016試験片も室温で試験した(図9で「RT」と称する)。各試料の細線化を、細線化測定に使用した例示的なアルミニウム合金試験片の長手方向側面図の写真である図10に示される場所における室温での予ひずみ後に測定した。水平線は、細線化測定が行われた位置を示し、最も小さい厚さ測定値を使用して、細線化値を計算した。細線化測定のために、試験片を、各温度で温間成型し、45%、65%、または85%に予ひずみしたか、または各温度で温間成型し、予ひずみしなかった(図9に「WF」として示される)。図9は、破砕までの温度での引張試験中のAA6016試験片の応力−ひずみ曲線を示し、応力−ひずみ曲線を提示された温度で予ひずみステップ中に測定した。垂直点線は、先に測定した鋼試料の全伸びを表す。試験は、試料が予ひずみにより破砕からどれくらいにあるかを示した。
実験室規模の型打ち
アルミニウム合金AA6170シート(厚さ1mm)を270cm×270cmのブランクに切断し、型打ちを行った。この正方形片を、任意選択で本明細書に記載の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及び2を加熱せず、室温(約25℃)で型打ちした。試料3を200℃の型打ち温度に加熱した。試料4を350℃の型打ち温度に加熱した。試験パラメータ及び結果を表1に示す。
Claims (20)
- 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90℃/秒の加熱速度で約100℃〜約600℃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、シートである、請求項1に記載のプロセス。
- 前記物品は、2XXXシリーズ合金、6XXXシリーズ合金、または7XXXシリーズ合金から作製される、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記物品は、前記加熱ステップ前にT4調質度である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 物品は、前記加熱ステップ前及び後にT4調質度である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記成形された物品を冷却することをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 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6に記載のプロセス。
- 前記加熱された物品の工学ひずみは、40〜90%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品の伸びは、加熱前の前記物品と比較して最大約30%増加する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記温度は、約150℃〜450℃である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記温度は、約250℃〜450℃である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記温度は、約350℃〜500℃である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記第1の成形ステップ後の前記物品の細線化は、約22%未満である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記物品の成形は、型打ち、プレス、またはプレス成型を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記加熱は、誘導加熱を含む、請求項1〜14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1〜15のいずれか一項に記載のプロセス。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載のプロセスにより生産される、成形されたアルミニウム合金物品。
- 前記物品は、動力車パネルである、請求項17に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
- 少なくとも約150MPaの最終引張強度を有する、請求項18に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
- 約10〜150MPaの最終引張強度を有する、請求項18に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
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