JP2022512990A - 急速に時効した高強度かつ熱処理可能なアルミニウム合金製品、及びそれを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2018年11月12日出願の米国特許出願第62/758,840号の優先権及び出願の利益を主張する。
本明細書で使用される「発明(invention)」、「本発明(the invention)」、「本発明(this invention)」及び「本発明(the present invention)」という用語は、本特許出願の主題のすべて及び以下の特許請求の範囲を概して指すことを意図している。これらの用語を含む明細書は、本明細書に記載された主題を限定することも、以下の特許請求の範囲の意味または範囲を限定することもないと理解されるべきである。
本明細書に記載の方法は、圧延アルミニウム合金製品を熱処理工程(例えば、高温での溶体化工程及び/または変形工程)に供し、続いてクエンチ及び加速時効処理を行うことを含む。いくつかの非限定的な例で、圧延アルミニウム合金製品を溶体化して可溶相を溶融することができ、これは、圧延アルミニウム合金製品を十分な温度で十分な時間維持して、ほぼ均一な固溶体を得て、次にクエンチして過飽和を達成したときに生じる。他のいくつかの非限定的な例で、圧延アルミニウム合金製品を高温で変形させて成形したアルミニウム合金製品を提供し、次にクエンチして変形工程から生じる転位の運動を阻止することができる。前述のような熱処理及びクエンチ工程(例えば、溶体化及びクエンチ工程、及び/または高温で行われる変形及びクエンチ工程)は、本明細書に記載の加速時効処理を可能にする。
F質別の圧延アルミニウム合金製品を、溶体化(すなわち、溶体化熱処理)工程などの熱処理工程にかけることができる。溶体化工程は、圧延アルミニウム合金製品を室温から少なくとも約400℃の溶体化温度に加熱することを含むことができる。場合によっては、溶体化温度は、約400℃~約500℃(例えば、約410℃~約490℃、約420℃~約480℃、約430℃~約470℃、または約440℃~約460℃)であり得る。例えば、溶体化温度は、約400℃、約405℃、約410℃、約415℃、約420℃、約425℃、約430℃、約435℃、約440℃、約445℃、約450℃、約455℃、約460℃、約465℃、約470℃、約475℃、約480℃、約485℃、約490℃、約495℃、または約500℃であり得る。
本明細書に記載の方法は、少なくとも1つの変形工程を含むことができる。本明細書で使用する場合、「変形させる」という用語は、切断、打ち抜き、圧締、プレス成形、線引き、成形、歪み、または当業者であれば既知の二次元もしくは三次元形状を作成できる他の処理を含み得る。例えば、打ち抜きまたは圧締工程で、圧延アルミニウム合金製品は、相補的な形状の2つのダイの間でそれを圧締することによって変形される。変形工程は、クエンチ工程後の圧延アルミニウム合金製品、または高温での圧延アルミニウム合金製品のいずれかで実施することができる。
前述の熱処理及びクエンチ工程によって作製された圧延アルミニウム合金製品は、W質別(すなわち、熱処理及びクエンチの後、かつ時効硬化前のアルミニウム合金を説明する名称)にある。本明細書に記載の方法で、W質別圧延アルミニウム合金製品は、加速時効処理を受けることができ、その結果、圧延アルミニウム合金製品の時効硬化が生じ得る。いくつかの態様で、時効硬化は、室温(自然時効)及び/または高温(人工時効または析出熱処理)のいずれかで合金元素の溶質原子の析出を得るために実行される。場合によっては、本明細書に記載の加速時効処理は、自然時効処理と、W質別圧延アルミニウム合金製品を90℃~220℃の範囲の高温で最大約8時間加熱する、人工時効処理を含む。場合によっては、自然時効工程は実行されない。本明細書に記載の加速時効処理によって処理された圧延アルミニウム合金製品は、費用及び時間のかかる従来の人工時効方法(それは、大幅に長い時効時間を必要とする(例えば少なくとも24時間))によって得られるものと同等またはそれ以上の強度及び硬度特性の改善を達成する。
本明細書に記載の方法から得られる製品は、T7質別である。T7質別の達成は、粒界の溶質析出に起因する可能性があり、そこで、溶質析出物は、最大約10ナノメートル(nm)の三次元形状の円相当径(ECD、つまり顕微鏡技術で観察された直径であって、そこで析出物はその三次元形状にかかわりなく、視野内で円形に見え得る)を有し得る。場合によっては、溶質析出物は、約5nm~約10nm(例えば、約5nm、約6nm、約7nm、約8nm、約9nm、または約10nm)のECDを有することができる。このような析出物は、析出硬化をサポートするには大きすぎる可能性があるため、冶金学的に安定した圧延アルミニウム合金製品を提供する。
本明細書に記載の製品及び方法は、自動車用途及び/または輸送用途(自動車、航空機及び鉄道用途を含む)、または他の任意の所望の用途で使用できる。いくつかの例で、製品及び方法は、自動車の車体部品製品(例えば、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強材(例えば、Aピラー、Bピラー及びCピラー)、内側パネル、外側パネル、サイドパネル、内側ボンネット、外側ボンネット、またはトランクリッドパネル)を作製するために使用できる。本明細書に記載の圧延アルミニウム合金製品及び方法は、例えば、外部パネル及び内部パネルを作製するために航空機または鉄道車両用途で使用できる。
例示1は、圧延アルミニウム合金製品を少なくとも約400℃の溶体化温度で溶体化させることと、前記圧延アルミニウム合金製品をクエンチしてW質別圧延アルミニウム合金製品を製造することと、前記W質別圧延アルミニウム合金製品を自然時効させて中間時効圧延アルミニウム合金製品を製造することと、前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を最大約8時間の期間人工時効させることと、を含む、圧延アルミニウム合金製品を処理する方法である。
2つの7xxxシリーズ圧延アルミニウム合金製品、合金1(AA7075アルミニウム合金)及び合金2(9.16重量%のZn、1.18重量%のCu、2.29重量%のMg、0.23重量%のFe、0.1重量%のSi、0.11重量%のZr、0.042重量%のMn、0.04重量%のCr、0.01重量%のTi、最大0.15重量%の不純物、及び残部はAlを含む、7xxxアルミニウム合金)を機械的試験のために同一の方法で作製した。具体的には、合金を480℃の温度で溶体化し、この温度で5分間維持した。続いて、合金を3日間自然時効させた。次に、合金は、表1及び表2の「時効条件」の見出しの下に挙げられたパラメータに従って、2段階の加速時効処理を含む、加速時効処理にかけられた。更に、合金1及び合金2のそれぞれからの2つの試料は、合金をT73質別(表1及び表2では「107℃/6時間~160℃/24時間」と表記)及びT6質別(表1及び表2では「125℃/24時間」と表記)に時効させるために、比較人工時効処理にかけられた。
Claims (20)
- 圧延アルミニウム合金製品を処理する方法であって、前記方法が、
少なくとも約400℃の溶体化温度で圧延アルミニウム合金製品を溶体化することと、
前記圧延アルミニウム合金製品をクエンチして、W質別圧延アルミニウム合金製品を製造することと、
前記W質別圧延アルミニウム合金製品を自然時効させて、中間時効圧延アルミニウム合金製品を製造することと、
前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を最大約8時間の期間、人工時効させることと、を含む、前記方法。 - 前記溶体化温度が少なくとも約400℃~約500℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延アルミニウム合金製品を約125℃~約500℃の温度で変形させることを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延アルミニウム合金製品をクエンチすることが、約5℃/秒~約1000℃/秒の速度で前記圧延アルミニウム合金製品を冷却することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延アルミニウム合金製品をクエンチすることが、前記圧延アルミニウム合金製品を変形させた後に実施される、請求項3に記載の方法。
- 前記W質別圧延アルミニウム合金製品を自然時効させることが、前記W質別圧延アルミニウム合金製品を室温で最大約12か月間時効させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を人工時効させることが、単一工程の時効手順を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を人工時効させることが、複数工程の時効手順を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数工程の時効手順が、少なくとも第1の時効工程及び少なくとも第2の時効工程を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記第1の時効工程が、前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を約90℃~約135℃の第1の時効温度まで加熱し、前記第1の時効温度を一定期間維持することを含み、
前記第2の時効工程が、前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を約140℃~約220℃の第2の時効温度まで加熱し、前記第2の時効温度を一定期間維持することを含み、
ここで、前記第1の時効工程及び前記第2の時効工程の総時効時間が5時間を超える、請求項9に記載の方法。 - 前記圧延アルミニウム合金製品が、モノリシックな合金から作製される、または前記圧延アルミニウム合金製品が、コア層と少なくとも1つのクラッド層を有するクラッド圧延アルミニウム合金製品から作製される、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 圧延アルミニウム合金製品を処理する方法であって、前記方法が、
圧延アルミニウム合金製品を約125℃~約500℃の温度で変形させることと、
前記圧延アルミニウム合金製品をクエンチして、W質別圧延アルミニウム合金製品を製造することと、
前記W質別圧延アルミニウム合金製品を自然時効させて、中間時効圧延アルミニウム合金製品を製造することと、
前記中間時効圧延アルミニウム合金製品を最大約8時間の期間、人工時効させることと、を含む、前記方法。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の方法に従って作製した製品。
- 前記製品がT7質別で提供される、請求項13に記載の製品。
- 最大約10nmの円相当径を備える、粒界析出物を有する、請求項13または14に記載の製品。
- 前記製品が少なくとも約450MPaの降伏強度を有する、請求項13~15のいずれか1項に記載の製品。
- 前記製品が、少なくとも約6%の一様伸びを有する、請求項13~16のいずれか1項に記載の製品。
- 前記製品が、自動車の車体部品、航空宇宙機の機体部品、船舶の船体部品、または電子機器のハウジングである、請求項13~17のいずれか1項に記載の製品。
- 前記製品が、少なくとも132.5°の3点曲げβ角度を示す、請求項13~18のいずれか1項に記載の製品。
- 前記製品が最大約40%IACSの導電率を示す、請求項13~19のいずれか1項に記載の製品。
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