JP2024010058A - 高強度で高度に成形可能なアルミニウム合金およびその作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高強度で高度に成形可能なアルミニウム合金並びに該合金の作製方法及び加工方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金が、特定割合のＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、及び最大０．１５重量％の総不純物、残りはＡｌから成り、前記不純物は、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｓｒ、またはそれらの組み合わせであり、前記アルミニウム合金が、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、及びＶのうちの少なくとも１種を含み、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、及び／又はＶの合計含有量が少なくとも０．１４重量％であり、アルミニウム合金が０．０１～０．３重量％のＶを含み、アルミニウム合金が、全Ｓｉ含有量からＭｇ２Ｓｉ及びＦｅ含有相に必要なＳｉを差し引くことで計算できる過剰のＳｉを含み、過剰のＳｉ含有量が０．７５～１．０である、アルミニウム合金。加工方法には、多段階の均質化、熱間圧延及び冷間圧延、並びに溶体化ステップが含まれる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／５７５，５７３号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、材料科学、材料化学、金属製造、アルミニウム合金、およびアルミニウム製造の分野に関する。本開示は、特に高強度で高度に成形可能なアルミニウム合金ならびにそれを作製する方法および加工する方法に関する。
アルミニウム合金は、一部には合金の元素含有量のために高強度を示すことがある。例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）、および／または銅（Ｃｕ）などの特定の元素を高濃度で含めることで、高強度６ｘｘｘシリーズアルミニウム合金を調製できる。しかし、これらの元素を高濃度で含有するアルミニウム合金は、成形特性の不良を示す。特に、アルミニウムマトリックスの粒界に沿って析出物が形成される可能性がある。粒界に沿った析出物の形成は、合金の強度を高めることができるが、合金の変形に悪影響を及ぼす（例えば、曲げ性、成形性、または任意の適切な所望の変形性を低下させる）。さらに、合金は人工時効後の降伏強度の低下を示すことがある。
本発明の網羅された実施形態は、この発明の概要ではなく、特許請求の範囲によって定義される。この発明の概要は、本発明の様々な態様の高レベルの概説であり、以下の発明を実施するための形態の項でさらに説明される概念のいくつかを紹介する。この発明の概要は、特許請求される主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものでも、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。主題は、明細書全体、一部のまたは全ての図面、および各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。
本明細書では、約０．８～１．５重量％のＳｉ、０．１～０．５重量％のＦｅ、０．５～１．０重量％のＣｕ、０．５～０．９重量％のＭｇ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．５重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＣｒ、最大０．５重量％のＺｒ、最大０．５重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含むアルミニウム合金を説明する。いくつかの場合では、アルミニウム合金は、約０．９～１．４重量％のＳｉ、０．１～０．３５重量％のＦｅ、０．６～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．９重量％のＭｇ、０．０１～０．０９重量％のＴｉ、最大０．３重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＣｒ、最大０．３重量％のＺｒ、最大０．３重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含むことができる。いくつかの場合では、アルミニウム合金は、約１．０～１．３重量％のＳｉ、０．１～０．２５重量％のＦｅ、０．７～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．８重量％のＭｇ、０．０１～０．０５重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＭｎ、最大０．２重量％のＣｒ、最大０．２重量％のＺｒ、最大０．２重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含むことができる。任意選択的に、アルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、およびＶのうちの少なくとも１種を含む。いくつかの例では、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量は、少なくとも約０．１４重量％である（例えば、０．１４重量％～約０．４重量％または約０．１５重量％～約０．２５重量％）。任意選択的に、アルミニウム合金は約０．０１～０．３重量％のＶを含む。いくつかの例では、アルミニウム合金は過剰のＳｉを含み、過剰のＳｉ含有量は約０．０１～約１．０である。
本明細書に記載のアルミニウム合金を含むアルミニウム合金製品もまた本明細書に記載する。任意選択的に、アルミニウム合金製品は、少なくとも約５％の体積パーセントで回転した立方晶結晶学的組織を含む。アルミニウム合金製品は、分散粒子を含むことができる。任意選択的に、分散粒子は、１ｍｍ２当たり少なくとも約１，５００，０００個の分散粒子の量でアルミニウム合金中に存在する。任意選択的に、分散粒子は、アルミニウム合金製品の約０．５％～約５％の範囲の面積を占める。いくつかの場合では、アルミニウム合金製品はＦｅ‐構成物を含む。Ｆｅ－構成物は、Ａｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ相粒子を含むことができる。任意選択的に、Ｆｅ－構成物の平均粒径は最大約４μｍである。アルミニウム合金製品は、Ｔ６調質の場合に少なくとも約３００ＭＰａの降伏強度、および／またはＴ４調質の場合に少なくとも約２０％の均一伸びおよび少なくとも約１２０°の最小曲げ角を示すことができる。
さらに、本明細書には、アルミニウム合金製品の製造方法が説明される。本方法は、本明細書に記載のアルミニウム合金を鋳造して鋳造物品を提供することと、二段階均質化プロセスで鋳造物品を均質化することと、鋳造物品を熱間圧延および冷間圧延して最終ゲージアルミニウム合金製品を提供することと、最終ゲージのアルミニウム合金製品を溶体化熱処理することと、最終ゲージのアルミニウム合金製品を予備時効することとを含む。二段階均質化プロセスは、鋳造物品を第一段階の均質化温度に加熱し、鋳造物品を第一段階の均質化温度である時間保持することと、鋳造物品を第二段階の均質化温度にさらに加熱し、鋳造物品を第二段階の均質化温度である時間保持することとを含むことができる。任意選択的に、第一段階の均質化温度は約４７０℃～約５３０℃であり、第二段階の均質化温度は約５２５℃～約５７５℃である。いくつかの例では、第二段階の均質化温度は第一段階の均質化温度よりも高い。
さらなる態様、目的、および利点は、以下の発明を実施するための形態および図の詳細な説明を考慮することで明らかになるであろう。
本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の引張特性を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の粒子構造を示す顕微鏡写真である。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の機械的特性を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の機械的特性を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の機械的特性を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の再結晶集合組織の分布を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の一連の顕微鏡写真である。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の分散粒子数密度および分散粒子面積分率を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の一連の顕微鏡写真である。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金のＦｅ－構成物の粒度分布を示すグラフである。 本開示の特定の態様によるアルミニウム合金の一連の顕微鏡写真である。
新規なアルミニウム合金および製品、ならびにそれらを調製する方法が本明細書に記載される。合金は、高い強度および高い成形性を示す。本明細書でさらに説明するように、Ｃｕ、Ｍｇ、およびＳｉを含む溶質元素は、合金の強度と成形性の両方を高める相乗効果のために遷移元素（例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、およびＶ）と組み合わされる。遷移元素は、以下でさらに説明するように、アルミニウム合金の粒界に沿った析出物の形成を防ぐことに役立つ。さらに、合金と製品の調製に使用される加工方法は、合金と製品が示す高い強度と高い成形性に寄与する。
定義および説明：
本明細書で使用される「発明」、「その発明」、「この発明」、および「本発明」という用語は、本特許出願および以下の特許請求の範囲の主題の全てを広く指すことが意図されている。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するものでも、または以下の特許請求の意味もしくは範囲を限定するものでもないと理解すべきである。
この説明では、参照は、「シリーズ」または「ＡＡ６ｘｘｘ」のようなアルミニウム工業の指定により識別された合金を参照する。アルミニウムおよびその合金の命名および識別に最も一般的に使用される番号指定システムの理解については、両方とも、Ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって出版された「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ」または「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｉｎｇｏｔ」を参照されたい。
本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、または「ｔｈｅ」の意味は、文脈上他に明確に指示されない限り、単数および複数の参照物を含む。
本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約１５℃～約３０℃、例えば、約１５℃、約１６℃、約１７℃、約１８℃、約１９℃、約２０℃、約２１℃、約２２℃、約２３℃、約２４℃、約２５℃、約２６℃、約２７℃、約２８℃、約２９℃、または約３０℃の温度を含み得る。
本明細書で使用される場合、プレートは、一般に、約１５ｍｍを超える厚さを有する。例えば、プレートは、１５ｍｍ超、２０ｍｍ超、２５ｍｍ超、３０ｍｍ超、３５ｍｍ超、４０ｍｍ超、４５ｍｍ超、５０ｍｍ超、または１００ｍｍ超の厚さを有するアルミニウム製品を指してもよい。
本明細書で使用される場合、シェート（シートプレートとも称される）は、概して、約４ｍｍ～約１５ｍｍの厚さを有する。例えば、シェートは、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、または１５ｍｍの厚さを有し得る。
本明細書で使用される場合、シートは、概して、約４ｍｍ未満の厚さを有するアルミニウム製品を指す。例えば、シートは、４ｍｍ未満、３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満の厚さを有し得る。
本明細書で使用される場合、「鋳造金属物品」、「鋳造物品」、「鋳造アルミニウム合金」などの用語は、交換可能であり、直接チル鋳造（直接チル共鋳造を含む）または半連続鋳造、連続鋳造（例えば、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、ブロック鋳造機、もしくは任意の他の連続鋳造機を使用することを含む）、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、または任意の他の鋳造方法によって製造された製品を指す。
本出願では、合金の状態または調質について言及する。最も一般的に使用される合金調質の説明の理解に関しては、「Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ （ＡＮＳＩ） Ｈ３５ ｏｎ Ａｌｌｏｙ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」を参照されたい。Ｆ状態または調質は、製造されたままのアルミニウム合金を指す。Ｏ状態または調質は、焼き戻し後のアルミニウム合金を指す。Ｔ１状態または調質は、熱間加工から冷却され、自然に時効させた（例えば、室温で）アルミニウム合金を指す。Ｔ２状態または調質は、熱間加工から冷却され、冷間加工され、自然に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ３状態または調質は、溶体化熱処理され、冷間加工され、自然に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ４状態または調質は、溶体化熱処理され、自然に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ５状態または調質は、熱間加工から冷却され、人工的に（昇温で）時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ６状態または調質は、溶体化熱処理され、人工的に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ７状態または調質は、溶体化熱処理され、人工的に過剰に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ８ｘ状態または調質、溶体化熱処理され、冷間加工され、人工的に時効させたアルミニウム合金を指す。Ｔ９状態または調質は、溶体化熱処理され、人工的に時効させ、冷間加工されたアルミニウム合金を指す。
以下のアルミニウム合金は、それらの元素組成に関して、合金の総重量に基づく重量百分率（重量％）で記載されている。各合金のある特定の例では、残部はアルミニウムであり、不純物の合計に対する最大重量％は０．１５重量％である。
合金の組成
本明細書では、新規のアルミニウム合金について説明する。合金は、高い強度および高い成形性を示す。いくつかの場合では、合金の元素組成によって合金の特性が達成され得る。アルミニウム合金は、析出硬化型または析出硬化性合金にすることができる。任意選択的に、アルミニウム合金は、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金（例えば、銅が主要な合金化元素である）、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金（例えば、マグネシウムとシリコンが主要な合金化元素である）、または７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金（例えば、亜鉛が主要な合金化元素である）に分類できるアルミニウム合金であってもよい。いくつかの場合では、アルミニウム合金を２ｘｘｘシリーズ、６ｘｘｘシリーズ、または７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金に改質できる。本明細書で使用するとき、一連のアルミニウム合金に関連する「改質された」という用語は、通常特定のシリーズ内に分類される合金組成を指すが、１以上の元素（種類または量）の改質は異なる主要な合金化元素をもたらす。例えば、改質された６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金は、マグネシウムとシリコンではなく、銅とシリコンが主要な合金化元素であるアルミニウム合金を指すことができる。
いくつかの場合では、アルミニウム合金は、表１に提供されるような以下の元素組成を有し得る。
Figure 2024010058000002
他の実施例では、合金は、表２に提供されるような以下の元素組成を有し得る。
Figure 2024010058000003
一実施例では、合金は、表３に提供されるように、以下の元素組成を有し得る。
Figure 2024010058000004
特定の例では、本明細書に記載の合金は、シリコン（Ｓｉ）を、合金の総重量に基づいて、約０．８％～約１．５％（例えば、約０．９％～約１．４５％、約０．９％～約１．４％、約０．９％～約１．３５％、約０．９％～約１．３％、約０．９％～約１．２５％、約０．９％～約１．２％、約０．９５％～約１．５％、約０．９５％～約１．４５％、約０．９５％～約１．４％、約０．９５％～約１．３５％、約０．９５％～約１．３％、約０．９５％～約１．２５％、約０．９５％～約１．２％、約１．０％～約１．５％、約１．０％～約１．４５％、約１．０％～約１．４％、約１．０％～約１．３５％、約１．０％～約１．３％、約１．０％～約１．２５％、または約１．０％～約１．２％）の量で含む。例えば、合金はＳｉを、０．８％、０．８１％、０．８２％、０．８３％、０．８４％、０．８５％、０．８６％、０．８７％、０．８８％、０．８９％、０．９％、０．９１％、０．９２％、０．９３％、０．９４％、０．９５％、０．９６％、０．９７％、０．９８％、０，９９％、１．０％、１．０１％、１．０２％、１．０３％、１．０４％、１．０５％、１．０６％、１．０７％、１．０８％、１．０９％、１．１％、１．１１％、１．１２％、１．１３％、１．１４％、１．１５％、１．１６％、１．１７％、１．１８％、１．１９％、１．２％、１．２１％、１．２２％、１．２３％、１．２４％、１．２５％、１．２６％、１．２７％、１．２８％、１．２９％、１．３％、１，３１％、１．３２％、１．３３％、１．３４％、１．３５％、１．３６％、１．３７％、１．３８％、１．３９％、１．４％、１．４１％、１．４２％、１．４３％、１．４４％、１．４５％、１．４６％、１．４７％、１，４８％、１．４９％、または１．５％含むことができる。全て重量％で表した。
特定の態様では、本明細書に記載の合金は、鉄（Ｆｅ）を、合金の総重量に基づいて、約０．１％～約０．５％（例えば、約０．１％～約０．４５％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．３５％、約０．１％～約０．３％、約０．１％～約０．２５％、約０．１％～約０．２％、約０．１５％～約０．４５％、約０．１５％～約０．４％、約０．１５％～約０．３５％、約０．１５％～約０．３％、約０．１５％～約０．２５％、約０．１５％～約０．２％、約０．２％～約０．４５％、約０．２％～約０．４％、約０．２％～約０．３５％、約０．２％～約０．３％、約０．２％～約０．２５％、約０．２５％～約０．４５％、約０．２５％～約０．４％、約０．２５％～約０．３５％、約０．２５％～約０．３％、約０．３％～約０．４５％、約０．３％～約０．４％、または約０．３％～約０．３５％）の量で含む。例えば、合金は、Ｆｅを、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５％含むことができる。全て重量％で表した。
特定の例では、本明細書に記載の合金は、銅（Ｃｕ）を、合金の総重量に基づいて、約０．５％～約１．０％（例えば、約０．５５％～約１．０％、約０．６％～約１．０％、約０．６５％～約１．０％、約０．７％～約１．０％、約０．７５％～約１．０％、約０．８％～約１．０％、約０．５％～約０．９５％、約０．５５％～約０．９５％、約０．６％～約０．９５％、約０．６５％～約０．９５％、約０．７％～約０．９５％、約０．７５％～約０．９５％、約０．８％～約０．９５％、約０．５％～約０．９％、約０．５５％～約０．９％、約０．６％～約０．９％、約０．６５％～約０．９％、約０．７％～約０．９％、約０．７５％～約０．９％、約０．８％～約０．９％、約０．５％～約０．８５％、約０．５５％～約０．８５％、約０．６％～約０．８５％、約０．６５％～約０．８５％、約０．７％～約０．８５％、約０．７５％～約０．８５％、約０．８％～約０．８５％、約０．５％～約０．８％、約０．５５％～約０．８％、約０．６％～約０．８％、約０．６５％～約０．８％、約０．７％～約０．８％、または約０．７５％～約０．８％）の量で含む。例えば、合金は、Ｃｕを、０．５％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、０．６％、０６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、０．８％、０．８１％、０．８２％、０．８３％、０．８４％、０．８５％、０．８６％、０．８７％、０．８８％、０．８９％、０．９％、０．９１％、０．９２％、０．９３％、０．９４％、０．９５％、０．９６％、０．９７％、０．９８％、０．９９％または１．０％含むことができる。全て重量％で表した。
特定の例にでは、本明細書に記載の合金は、マグネシウム（Ｍｇ）を、合金の総重量に基づいて、約０．５％～約０．９％（例えば、約０．５５％～約０．９％、約０．６％～約０．９％、約０．６５％～約０．９、約０．７％～約０．９％、約０．７５％～約０．９％、約０．８％～約０．９％、約０．５％～約０．８５％、約０．５５％～約０．８５％、約０．６％～約０．８５％、約０．６５％～約０．８５％、約０．７％～約０．８５％、約０．７５％～約０．８５％、約０．８％～約０．８５％、約０．５％～約０．８％、約０．５５％～約０．８％、約０．６％～約０．８％、約０．６５％～約０．８％、約０．７％～約０．８％、または約０．７５％～約０．８％）の量で含む。例えば、合金は、Ｍｇを、０．５％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、０．６％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、０．８％、０．８１％、０．８２％、０．８３％、０．８４％、０．８５％、０．８６％、０．８７％、０．８８％、０．８９％、または０．９％含むことができる。全て重量％で表した。
特定の態様では、本明細書に記載の合金は、チタン（Ｔｉ）を、合金の総重量に基づいて、最大約０．１％（例えば、約０．０１％～約０．０９％、約０．０２％～約０．０９％、約０．０３％～約０．０９％、約０．０４％～約０．０９％、約０．０５％～約０．０９％、約０．０１％～約０．０８％、約０．０２％～約０．０８％、約０．０３％～約０．０８％、約０．０４％～約０．０８％、約０．０５％～約０．０８％、約０．０１％～約０．０７％、約０．０２％～約０．０７％、約０．０３％～約０．０７％、約０．０４％～約０．０７％、約０．０５％～約０．０７％、約０．０１％～約０．０６％、約０．０２％～約０．０６％、約０．０３％～約０．０６％、約０．０４％～約０．０６％、約０．０５％～約０．０６％、約０．０１％～約０．０５％、約０．０２％～約０．０５％、約０．０３％～約０．０５％、または約０．０４％～約０．０５％）の量で含む。例えば、合金は、Ｔｉを、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、または０．１％含むことができる。いくつかの例では、Ｔｉは合金中に存在しない（すなわち、０％のＴｉ）。全て重量％で表した。
特定の例では、本明細書に記載の合金は、マンガン（Ｍｎ）を、合金の総重量に基づいて、最大で約０．５％、（例えば、約０．０１％～約０．５％、約０．０１％～約０．４％、約０．０１％～約０．３％、約０．０１％～約０．２％、約０．０１％～約０．１％、約０．０６～約０．５％、約０．０６％～約０．４％、約０．０６％～約０．３％、約０．０６％～約０．２％、約０．０６％～約０．１％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．３％、または約０．１％～約０．２％）の量で含む。例えば、合金は、Ｍｎを、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５％含むことができる。いくつかの例では、Ｍｎは、合金中に存在しない（すなわち、０％のＭｎ）。全て重量％で表した。
特定の態様では、本明細書に記載の合金は、クロム（Ｃｒ）を、合金の総重量に基づいて、最大約０．５％（例えば、約０．０１％～約０．５％、約０．０１％～約０．４％、約０．０１％～約０．３％、約０．０１％～約０．２％、約０．０１％～約０．１％、約０．０６～約０．５％、約０．０６％～約０．４％、約０．０６％～約０．３％、約０．０６％～約０．２％、約０．０６％～約０．１％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．３％、または約０．１％～約０．２％）の量で含む。例えば、合金は、Ｃｒを、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５％含むことができる。いくつかの例では、Ｃｒは合金中に存在しない（すなわち、０％のＣｒ）。全て重量％で表した。
特定の態様にでは、本明細書に記載の合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を、合金の総重量に基づいて、最大約０．５％（例えば、約０．０１％～約０．５％、約０．０１％～約０．４％、約０．０１％～約０．３％、約０．０１％～約０．２％、約０．０１％～約０．１％、約０．０６～約０．５％、約０．０６％～約０．４％、約０．０６％～約０．３％、約０．０６％～約０．２％、約０．０６％～約０．１％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．３％、または約０．１％～約０．２％）の量で含む。例えば、合金は、Ｚｒを、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５％含むことができる。特定の態様では、Ｚｒは合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表した。
特定の態様では、本明細書に記載の合金は、バナジウム（Ｖ）を、合金の総重量に基づいて、最大約０．５％（例えば、約０．０１％～約０．５％、約０．０１％～約０．４％、約０．０１％～約０．３％、約０．０１％～約０．２％、約０．０１％～約０．１％、約０．０６～約０．５％、約０．０６％～約０．４％、約０．０６％～約０．３％、約０．０６％～約０．２％、約０．０６％～約０．１％、約０．１％～約０．５％、約０．１％～約０．４％、約０．１％～約０．３％、または約０．１％～約０．２％）の量で含む。例えば、合金は、Ｖを、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５％含むことができる。特定の態様では、Ｖは合金中に存在しない（すなわち、０％のＶ）。全て重量％で表した。
任意選択的に、合金組成物は、時に不純物と称されることもある他の微量元素を、各約０．０５％以下、０．０４％以下、０．０３％以下、０．０２％以下、または０．０１％以下の量でさらに含むことができる。これらの不純物としては、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｓｒ、またはそれらの組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。したがって、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｈｆ、またはＳｒは、０．０５％以下、または０．０４％以下、または０．０３％以下、または０．０２％以下、または０．０１％以下の量で合金中に存在してもよい。特定の態様では、全ての不純物の合計は、０．１５％を超えない（例えば、０．１％）。全て重量％で表した。合金組成にはアルミニウムも含まれる。特定の態様では、合金の残りの割合はアルミニウムである。
好適な合金の１つの非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、 ０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．１３％のＭｎ、０．０７％のＣｒ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。いくつかの場合では、好適な合金の別の非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．１４％のＣｒ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。いくつかの場合では、好適な合金の別の非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．０７％のＣｒ、０．１１％のＺｒ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。いくつかの場合では、好適な合金の別の非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．０８％のＣｒ、０．１１％のＶ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。いくつかの場合では、好適な合金の別の非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．０９％のＺｒ、０．１０％のＶ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。いくつかの場合では、好適な合金の別の非限定的な例には、１．２０％のＳｉ、０．１８％のＦｅ、０．８０％のＣｕ、０．７０％のＭｇ、０．０２％のＴｉ、０．０９％のＭｎ、０．１０％のＶ、および最大０．１５％の総不純物、残りはＡｌが含まれる。
合金の微細構造および特性
特定の態様では、Ｓｉ、Ｍｇ、およびＣｕの含有量と比率は、強度と成形性を高めるために制御される。任意選択的に、遷移元素（例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶ）含有量は、強度と成形性を高めるために制御される。
いくつかの場合では、本明細書に記載の合金には過剰なＳｉが含まれる。任意選択的に、ＳｉおよびＭｇ含有量は、本明細書に記載されるように、過剰のＳｉが合金中に存在するように制御される。過剰なＳｉ含有量は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，６１４，５５２号、第４欄、４９～５２行に記載されている方法に従って計算することができる。簡単に言えば、ＭｇとＳｉはＭｇ２Ｓｉとして結合し、時効硬化後にかなりの強度改善をもたらす。さらに、Ａｌ（ＦｅＭｎ）ＳｉなどのＳｉ含有構成要素が形成される可能性がある。Ｓｉ含有量がＭｇ２Ｓｉの化学量論比を超え、Ａｌ（ＦｅＭｎ）Ｓｉ成分に含まれる量を超える場合、過剰なＳｉが存在する。過剰なＳｉ含有量は、全Ｓｉ含有量からＭｇ２Ｓｉ（Ｍｇ／１．７３）およびＦｅ含有相（Ｆｅ／３）に必要なＳｉを差し引くことで計算できる。過剰なＳｉ含有量は、１．０以下（例えば、約０．０１～約１．０、約０．１～約０．９、または約０．５～０．８）とすることができる。例えば、過剰なＳｉ含有量は、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、０．４０、０．４５、０．５０、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、０．９０、０．９５、１．０、またはその間の任意の値であり得る。
いくつかの態様では、本明細書に記載される合金は、少なくとも１種の遷移元素（例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶのうちの少なくとも１つ）を含む。任意選択的に、本明細書に記載の合金中の遷移元素の合計含有量は少なくとも約０．１４重量％である。例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量は、約０．１４重量％～約０．４０重量％（例えば、約０．１５重量％～約０．３５重量％または約０．２５重量％～約０．３０重量％）であり得る。いくつかの場合では、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量は、約０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、または０．４％である。いくつかの場合では、存在する遷移元素の総重量パーセンテージが少なくとも０．１４重量％である限り、遷移元素のうちの１種以上が存在しなくてもよい。
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶなどの遷移元素の１種以上の存在は、均質化ステップの間など、本明細書に記載の加工方法の間に分散粒子を有利に形成することができる。分散粒子は、溶体化熱処理ステップなどの加工ステップの間に、析出物の不均一な核形成部位として機能することができる。特定の態様では、粒界（ＧＢ）の析出は、析出核形成に有利なＧＢの誤配向により発生する。分散粒子はＧＢ析出物を減少または除去し、ひずみの局所化も低減するため、変形中にひずみ分布が拡散される。ＧＢ析出物の減少もしくは除去、および／または変形中の拡散しているひずみ分布により、得られる合金および合金製品の曲げ性が改善される。
いくつかの非限定的な例では、本明細書に記載の分散粒子は、Ａｌと、上述の合金組成物に見られる合金化元素のうちの１種以上を含有することができる。いくつかの例では、分散粒子は、以下の式：ＡｌＸ、ＡｌＸＸ、ＡｌＸＳｉ、Ａｌ（Ｆｅ、Ｘ）、Ａｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉなどのうちの１つ以上による組成を有することができ、式中、各ＸはＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、またはＺｒからなる群から選択される。
分散粒子の平均寸法と分布は、本明細書に記載の合金および合金製品によって示される望ましい強度特性と成形特性をもたらす重要な因子である。寸法と分布は、前述のように遷移元素の存在によって影響され、以下でさらに説明するように、合金の処理方法によっても影響を受ける。いくつかの例では、分散粒子は、１平方ミリメートル（ｍｍ２）当たり平均少なくとも約１，５００，０００個の分散粒子の量でアルミニウム合金中に存在することができる。例えば、分散粒子は、少なくとも約１，６００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約１，７００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約１，８００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約１，９００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，０００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，１００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，２００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，３００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，４００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，５００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，６００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，７００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，８００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、少なくとも約２，９００，０００個の分散粒子／ｍｍ２、または少なくとも約３，０００，０００個の分散粒子／ｍｍ２の量で存在することができる。いくつかの例では、アルミニウム合金中に存在する分散粒子の平均数は、１ｍｍ２当たり約１，５００，０００個の分散粒子～１ｍｍ２当たり約５，０００，０００個の分散粒子（例えば、１ｍｍ２当たり約１，７５０，０００個の分散粒子～１ｍｍ２当たり約４，７５０，０００個の分散粒子、または１ｍｍ２当たり約２，０００，０００個の分散粒子～１ｍｍ２当たり約４，５００，０００個の分散粒子）であり得る。アルミニウム合金中の分散粒子は、合金の約０．５％～約５％（例えば、合金の約１％～約４％、または約１．５％～約２．５％）の範囲の面積を占めることができる。
任意選択的に、分散粒子は、約１０ｎｍ～約６００ｎｍ（例えば、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１００ｎｍ～約４５０ｎｍ、約２００ｎｍ～約４００ｎｍ、約１０ｎｍ～約２００ｎｍ、または約５００ｎｍ～約６００ｎｍ）の平均直径を有することができる。例えば、分散粒子は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１２０ｎｍ、１３０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７０ｎｍ、１８０ｎｍ、１９０ｎｍ、２００ｎｍ、２１０ｎｍ、２２０ｎｍ、２３０ｎｍ、２４０ｎｍ、２５０ｎｍ、２６０ｎｍ、２７０ｎｍ、２８０ｎｍ、２９０ｎｍ、３００ｎｍ、３１０ｎｍ、３２０ｎｍ、３３０ｎｍ、３４０ｎｍ、３５０ｎｍ、３６０ｎｍ、３７０ｎｍ、３８０ｎｍ、３９０ｎｍ、４００ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍ、４３０ｎｍ、４４０ｎｍ、４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、４９０ｎｍ、５００ｎｍ、５１０ｎｍ、５２０ｎｍ、５３０ｎｍ、５４０ｎｍ、５５０ｎｍ、５６０ｎｍ、５７０ｎｍ、５８０ｎｍ、５９０ｎｍ、６００ｎｍ、またはその間の任意の値の直径を有し得る。
本明細書に記載される合金には、本明細書においてＦｅ含有粒子とも呼ばれるＦｅ－構成物が含まれる。任意選択的に、Ｆｅに加えて、Ｆｅ－構成物は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、および／またはＭｇのうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの例では、Ｆｅ－構成物はＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ相粒子であり得、ＸはＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶ、および／またはＡｌＦｅＳｉ相粒子であり得る。例えば、Ｆｅ－構成物は、Ａｌ３Ｆｅ、Ａｌｘ（Ｆｅ、Ｍｎ）、Ａｌ３Ｆｅ、Ａｌ１２（Ｆｅ、Ｍｎ）３Ｓｉ、Ａｌ７Ｃｕ２Ｆｅ、Ａｌ（Ｆｅ、Ｍｎ）２Ｓｉ３、Ａｌｘ（Ｍｎ、Ｆｅ）、およびＡｌ１２（Ｆｅ、Ｍｎ）３Ｓｉ、のうちの１種以上を含むことができる。）本明細書に記載の遷移元素の存在は、ＡｌＦｅＳｉ粒子のＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ粒子への変換をもたらす。いくつかの例では、回転楕円体粒子であるＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ相粒子の数は、フレークまたは針状粒子であるＡｌＦｅＳｉ相粒子の数よりも多い。任意選択的に、Ｆｅ－構成物の少なくとも５０％がＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ粒子として存在する（例えば、Ｆｅ－構成物の少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％がＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ粒子として存在する）。Ｆｅ－構成物は、最大約４μｍの平均粒径を有し得る。例えば、Ｆｅ－構成物は、平均して、約０．１μｍ～約４μｍ（例えば、約０．５μｍ～約３．５μｍまたは約１μｍ～約３μｍ）の寸法の範囲であり得る。
任意選択的に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、および／またはＶの含有量および比率は、分散粒子の所望の寸法、タイプ、および分布を形成するように制御され、それにより、成形性および強度が改善される。いくつかの非限定的な例では、Ｃｒ対Ｍｎの比（本明細書ではＣｒ／Ｍｎ比とも呼ばれる）は、約０．１５：１～約０．７：１（例えば、約０．３：１～約０．６：１、または約０．４：１～約０．５５：１）であり得る。例えば、Ｃｒ／Ｍｎ比は、約０．１５：１、０．１６：１、０．１７：１．０、０．１８：１．０、０．１９：１、０．２０：１、０．２１；１、０．２２：１、０．２３：１、０．２４：１、０．２５：１、０．２６：１、０．２７：１、０．２８：１、０．２９：１、０．３０：１、０．３１；１、０．３２：１、０．３３：１、０．３４：１、０．３５：１、０．３６：１、０．３７：１、０．３８：１、０．３９：１、０．４０：１、０．４１：１、０．４２：１、０．４３：１、０．４４：１、０．４５：１、０．４６：１、０．４７：１、０．４８：１、０．４９：１、０．５０：１、０．５１：１、０．５２：１、０．５３：１、０．５４：１、０．５５：１、０．５６：１、０．５７：１、０．５８：１、０．５９：１、０．６０：１、０．６１：１、０．６２：１、０．６３：１、０．６４：１，０．６５：１、０．６６：１、０．６７：１、０．６８：１、０．６９：１、または０．７０：１であり得る。
いくつかの非限定的な例では、Ｃｒ対Ｖの比（本明細書ではＣｒ／Ｖ比とも呼ばれる）は、約０．５：１～約１．５：１（例えば、約０．６：１～約１．４：１、または約０．７：１～約１．３：１）であり得る。例えば、Ｃｒ／Ｖ比は、約０．５０：１、０．５１：１、０．５２：１、０．５３：１、０．５４：１、０．５５：１、０．５６：１、０．５７：１、０．５８：１、０．５９：１、０．６０：１、０．６１：１、０．６２：１、０．６３：１、０．６４：１、０．６５：１、０．６６：１、０．６７：１、０．６８：１、０．６９：１、０．７０：１、０．７１：１、０．７２：１、０．７３：１、０．７４：１、０．７５：１、０．７６：１、０．７７：１、０．７８：１、０．７９：１、０．８０：１、０．８１：１、０．８２：１、０．８３：１、０．８４：１、０．８５：１、０．８６：１、０．８７：１、０．８８：１、０．８９：１、０．９０：１、０．９１：１、０．９２：１、０．９３：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、０．９９：１、１．０：１，１．１：１，１．２：１、１．３：１、１．４：１、または１．５：１であり得る。
いくつかの非限定的な例では、Ｃｒ対Ｚｒの比（本明細書ではＣｒ／Ｚｒ比とも呼ばれる）は、約０．５：１～約１．５：１（例えば、約０．６：１～約１．４：１または約０．７：１～約１．３：１）であり得る。例えば、Ｃｒ／Ｚｒ比は、約０．５０：１、０．５１：１、０．５２：１、０．５３：１、０．５４：１、０．５５：１、０．５６：１、０．５７：１、０．５８：１、０．５９：１、０．６０：１、０．６１：１、０．６２：１、０．６３：１、０．６４：１、０．６５：１、０．６６：１、０．６７：１、０．６８：１、０．６９：１、０．７０：１、０．７１：１、０．７２：１、０．７３：１、０．７４：１、０．７５：１、０．７６：１、０．７７：１、０．７８：１、０．７９：１、０．８０：１、０．８１：１、０．８２：１、０．８３：１、０．８４：１、０．８５：１、０．８６：１、０．８７：１、０．８８：１、０．８９：１、０．９０：１、０．９１：１、０．９２：１、０．９３：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、０．９９：１、１．０：１，１．１：１，１．２：１、１．３：１、１．４：１、または１．５：１であり得る。
いくつかの非限定的な例では、Ｖ対Ｍｎの比（本明細書ではＶ／Ｍｎ比とも呼ばれる）は、約０．８：１～約１．４：１（例えば、約０．９：１～約１．３：１または約０．９：１～約１．２：１）であり得る。例えば、Ｖ／Ｍｎ比は、約０．８０：１、０．８１：１、０．８２：１、０．８３：１、０．８４：１、０．８５：１、０．８６：１、０．８７：１、０．８８：１、０．８９：１、０．９０：１、０．９１：１、０．９２：１、０．９３：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、０．９９：１、１．０：１，１．１：１，１．２：１、１．３：１、１．４：１であり得る。
いくつかの非限定的な例では、Ｖ対Ｚｒの比（本明細書ではＶ／Ｚｒ比とも呼ばれる）は、約０．８：１～約１．４：１（例えば、約０．９：１～約１．３：１または約０．９：１～約１．２：１）であり得る。例えば、Ｖ／Ｚｒ比は、約０．８０：１、０．８１：１、０．８２：１、０．８３：１、０．８４：１、０．８５：１、０．８６：１、０．８７：１、０．８８：１、０．８９：１、０．９０：１、０．９１：１、０．９２：１、０．９３：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、０．９９：１、１．０：１，１．１：１，１．２：１、１．３：１、１．４：１であり得る。
いくつかの非限定的な例では、Ｖ対Ｃｒの比（本明細書ではＶ／Ｃｒ比とも呼ばれる）は、約０．８：１～約１．４：１（例えば、約０．９：１～約１．３：１または約０．９：１～約１．２：１）であり得る。例えば、Ｖ／Ｃｒ比は、約０．８０：１、０．８１：１、０．８２：１、０．８３：１、０．８４：１、０．８５：１、０．８６：１、０．８７：１、０．８８：１、０．８９：１、０．９０：１、０．９１：１、０．９２：１、０．９３：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、０．９９：１、１．０：１，１．１：１，１．２：１、１．３：１、または１．４：１であり得る。
アルミニウム合金の機械的特性は、所望の使用に応じて、様々な時効条件によってさらに制御することができる。一例として、合金は、Ｔ４調質またはＴ６調質で製造（または提供）することができる。いくつかの非限定的な例では、提案された合金は、Ｔ４で非常に高い成形性と曲げ性を有し、Ｔ６調質で非常に高い強度を有する。特定の態様では、アルミニウム合金は、約１５０ＭＰａ～約２５０ＭＰａの範囲のＴ４降伏強度を有することができる（例えば、約１５０ＭＰａ、約１６０ＭＰａ、約１７０ＭＰａ、約１８０ＭＰａ、約１９０ＭＰａ、約２００ＭＰａ、２１０ＭＰａ、約２２０ＭＰａ、約２３０ＭＰａ、約２４０ＭＰａ、または約２５０ＭＰａ）。いくつかの場合では、降伏強度は約１８５ＭＰａ～約１９５ＭＰａである。
特定の態様では、Ｔ４調質における合金は、少なくとも約２０％（例えば、約２０％～約３０％または約２２％～約２６％）の均一な伸びを提供する。例えば、均一な伸びは、約２０％、約２１％、約２２％、約２３、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、または約３０％であり得る。任意選択的に、均一な伸びが縦（Ｌ）方向で測定される。
任意選択的に、Ｔ４調質の合金は、ＶＤＡ ２３８－１００に従って試験した場合、少なくとも１２０°の曲げ角度を提供する。例えば、曲げ角度は、約１２０°～約１４０°（例えば、１２０°、１２１°、１２２°、１２３°、１２４°、１２５°、１２６°、１２７°、１２８°、１２９°、１３０°、１３１°、１３２°、１３３°、１３４°、１３５°、１３６°、１３７°、１３８°、１３９°、または１４０°）。いくつかの非限定的な例では、Ｖを含めることで合金の成形性を改善できる。例えば、Ｖを含む合金は、Ｖを含有しない合金と比較して最大１０°の曲げ角の増加を示す（例えば、少なくとも約５°、少なくとも約６°、少なくとも約７°、少なくとも約８°、少なくとも約９°、少なくとも約１０°、またはその間の任意の値の改善を示す）。
特定の態様では、アルミニウム合金は、Ｔ６調質で少なくとも約２００ＭＰａの降伏強度を有することができる。非限定的な例では、降伏強度は、少なくとも約２００ＭＰａ、少なくとも約２１０ＭＰａ、少なくとも約２２０ＭＰａ、少なくとも約２３０ＭＰａ、少なくとも約２４０ＭＰａ、少なくとも約２５０ＭＰａ、少なくとも約２６０ＭＰａ、少なくとも約２７０ＭＰａ、少なくとも約２８０ＭＰａ、少なくとも約２９０ＭＰａ、少なくとも約３００ＭＰａ、少なくとも約３１０ＭＰａ、少なくとも約３２０ＭＰａ、少なくとも約３３０ＭＰａ、少なくとも約３４０ＭＰａ、少なくとも約３５０ＭＰａ、少なくとも約３６０ＭＰａ、少なくとも約３７０ＭＰａ、または少なくとも約３７５ＭＰａである。いくつかの場合では、降伏強度は、約２００ＭＰａ～約４００ＭＰａ、（例えば、約２００ＭＰａ、約２１０ＭＰａ、約２２０ＭＰａ、約２３０ＭＰａ、約２４０ＭＰａ、約２５０ＭＰａ、約２６０ＭＰａ、約２７０ＭＰａ、約２８０ＭＰａ、約２９０ＭＰａ、約３００ＭＰａ、約３１０ＭＰａ、約３２０ＭＰａ、約３３０ＭＰａ、約３４０ＭＰａ、約３５０ＭＰａ、約３６０ＭＰａ、約３７０ＭＰａ、または約３７５ＭＰａである。
特定の態様では、Ｔ６調質における合金は、少なくとも約５％（例えば、約５％～約１０％または約６％～約９％）の均一な伸びを提供する。例えば、均一な伸びは、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％であり得る。任意選択的に、均一な伸びが縦（Ｌ）方向で測定される。
合金製品には、合金製品の表面に再結晶集合組織構成要素も含まれている。例えば、合金製品には、立方体、ゴス、真ちゅう、Ｓ、Ｃｕ、および回転した立方体（（「ＲＣ」と呼ばれる）再結晶集合組織構成要素のうちの１種以上が含まれる。任意選択的に、少なくとも約５体積％の回転した立方体組織構成要素が合金製品に存在する（例えば、約５体積％～約２０体積％、約６体積％～約１８体積％、約８体積％～約１５体積％、約１０体積％～約１３体積％、または約５体積％～約６体積％）。そのような回転した立方体組織構成要素は、合金製品に望ましい曲げをもたらし得る。
アルミニウム合金の調製方法
本発明を限定することを意図するものではないが、アルミニウム合金の特性は、合金の調製中の微細構造体の形成によって部分的に判定される。特定の態様では、合金組成物の調製方法は、合金が所望の用途に適した特性を有するか否かに影響し得るかまたは決定し得る。
鋳造
本明細書に記載される合金は、任意の適切な鋳造方法を使用して鋳造物品に鋳造することができる。例えば、鋳造プロセスは、直接チル（ＤＣ）鋳造プロセスを含むことができる。任意選択的に、鋳造プロセスは、連続鋳造（ＣＣ）プロセスを含むことができる。次いで、鋳造物品は、さらなる加工ステップに供され得る。例えば、本明細書に記載の加工方法は、均質化、熱間圧延、冷間圧延、および溶体化のステップを含むことができる。いくつかの場合では、加工方法はまた、予備時効ステップおよび／または人工時効ステップも含むことができる。
均質化
均質化ステップは、二段階の加熱プロセスを含むことができる。均質化プロセスの第一段階では、本明細書に記載の合金組成物から調製された鋳造物品は、第一段階の均質化温度（例えば、分散粒子核形成温度）まで加熱することができる。第一段階の均質化温度は、約４７０℃～約５３０℃（例えば、約４７０℃、約４８０℃、約４９０℃、約５００℃、約５１０℃、約５２０℃、約５３０℃、またはその間のいずれかの値）であり得る。いくつかの場合では、第一の均質化温度までの加熱速度は、約１００℃／時間以下、７５℃／時間以下、５０℃／時間以下、４０℃／時間以下、３０℃／時間以下、２５℃／時間以下、２０℃／時間以下、または１５℃／時間以下であり得る。他の場合には、第一の均質化温度までの加熱速度は、約１０℃／分～約１００℃／分（例えば、約１５℃／分～約９０℃／分、約２０℃／分～約８０℃／分、約３０℃／分～約８０℃／分、約４０℃／分～約７０℃／分、約４５℃／分～約６５℃／分、）であり得る。
次いで、鋳造物品を、ある時間均熱化する（すなわち、示した温度に保持される）。１つの非限定的な例によれば、鋳造物品は、最大約６時間（例えば、包括的に、約３０分～約６時間）の間、均熱化することができる。例えば、鋳造物品は、約４７０℃～約５３０℃の温度で、３０分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、またはそれらの間の任意の時間の間、均熱化することができる。
均質化プロセスの第二段階では、アルミニウム合金鋳造物品の温度は、均質化プロセスの第一段階で使用される温度よりも高い温度に上げられる。そのアルミニウム合金鋳造物品の温度は、例えば、均質化プロセスの第一段階中でのアルミニウム合金鋳造物品の温度よりも少なくとも５℃高い温度まで上げられ得る。例えば、鋳造物品は、約５２５℃～約５７５℃（例えば、約５３０℃～約５７０℃）（例えば約５３０℃～約５７０℃または約５３５℃～５６５℃の第二段階の均質化温度（例えば、分散粒子粗大化温度）までさらに加熱することができる。場合によっては、第二段階の均質化温度は、第二の均質化ステップにおいて約５２５℃、約５３０℃、５３５℃、約５４０℃、約５４５℃、約５５０℃、約５５５℃、約５６０℃、約５６５℃、約５７０℃、約５７５℃、またはその間の任意の値）の温度に加熱され得る。いくつかの場合では、第二段階の均質化温度への加熱速度は、約５０℃／時間以下、３０℃／時間以下、または２５℃／時間以下であり得る。
次いで、アルミニウム合金鋳造物品を、第二段階中である時間均熱化することができる。１つの非限定的な例によれば、鋳造物品は、最大約５時間（例えば、包括的に、約２０分～約５時間）の間、均熱化することができる。例えば、鋳造物品は、約５２５℃～約５７５℃の温度で約１５分、約２０分、約３０分、約４５分、約１時間、約１．５時間、約２時間、約３時間、約４時間、約５時間、またはその間の任意の値の間で均熱化することができる。
熱間圧延
均質化ステップの後、熱間圧延ステップを行うことができる。特定の場合では、鋳造物品を敷設し、約５００℃～約５６０℃（例えば約５１０℃～約５５０℃または約５２０℃～約５４０℃）の範囲の入口温度で熱間圧延する。入口温度は、例えば、約５０５℃、５１０℃、５１５℃、５２０℃、５２５℃、５３０℃、５３５℃、５４０℃、５４５℃、５５０℃、５５５℃、５６０℃、またはその間の任意の値であり得る。特定の場合では、熱間圧延出口温度は、約２５０℃～約３８０℃（例えば、約２７５℃～約３７０℃または約３００℃～約３６０℃）の範囲であり得る。例えば、熱間圧延出口温度は、約２５５℃、２６０℃、２６５℃、２７０℃、２７５℃、２８０℃、２８５℃、２９０℃、２９５℃、３００℃、３０５℃、３１０℃、３１５℃、３２０℃、３２５℃、３３０℃、３３５℃、３４０℃、３４５℃、３５０℃、３５５℃、３６０℃、３６５℃、３７０℃、３７５℃、または３８０℃であり得る。
特定の場合では、鋳造物品は、約４ｍｍ～約１５ｍｍゲージ（例えば、約５ｍｍ～約１２ｍｍゲージ）に熱間圧延され、これはホットバンドと称される。例えば、鋳造物品は、１５ｍｍゲージ、１４ｍｍゲージ、１３ｍｍゲージ、１２ｍｍゲージ、１１ｍｍゲージ、１０ｍｍゲージ、９ｍｍゲージ、８ｍｍゲージ、７ｍｍゲージ、６ｍｍゲージ、５ｍｍゲージ、または４ｍｍゲージに熱間圧延できる。圧延されたままのホットバンドの調質は、Ｆ調質と呼ばれる。
冷間圧延
冷間圧延ステップは、溶体化ステップの前に合金に任意選択的に適用することができる。特定の態様では、ホットバンドは最終ゲージのアルミニウム合金シートに冷間圧延される。いくつかの実施例では、最終ゲージのアルミニウム合金シートは、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．９ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、または０．１ｍｍの厚さを有する。
溶体化
溶体化ステップは、アルミニウム合金シートまたは他の圧延物品を室温から最高金属温度まで加熱することを含むことができる。任意選択的に、最高金属温度は、約５２０℃～約５９０℃（例えば、約５２０℃～約５８０℃、約５３０℃～約５７０℃、約５４５℃～約５７５℃、約５５０℃～約５７０℃、約５５５℃～約５６５℃、約５４０℃～約５６０℃、約５６０℃～約５８０℃、または約５５０℃～約５７５℃）であり得る。アルミニウム合金シートは、この最高金属温度においてある時間均熱化することができる。特定の態様では、アルミニウム合金シートは、最大約２分間（例えば、包括的に、約１０秒～約１２０秒）、均熱化することができる。例えば、シートは、約５２０℃～約５９０℃の温度で１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、３０秒、３５秒、４０秒、４５秒、５０秒、５５秒、６０秒、６５秒、７０秒、７５秒、８０秒、８５秒、９０秒、９５秒、１００秒、１０５秒、１１０秒、１１５秒、１２０秒、またはその間の任意の値の、秒で均熱化することができる。
時効
アルミニウム合金シートは、任意選択的に予備時効熱処理を受けることができる。いくつかの実施例では、予備時効は、アルミニウム合金シートを、約８０℃～約１２０℃（例えば、約８０℃、約８５℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１０５℃、約１１０℃、約１１５℃、約１２０℃、またはその間の任意の値）の温度に加熱して、アルミニウム合金シートを巻き取りすることができる。コイル状アルミニウム合金シートは、最大約２４時間（例えば、約１時間、約２時間、約６時間、約１２時間、約１８時間、約２４時間またはその間の任意の値）の時間で冷却することができる（すなわち、コイル冷却が実施される）。
次いで、アルミニウム合金シートを自然時効および／または人工時効することができる。いくつかの実施例では、アルミニウム合金シートを、ある時間自然時効させて、Ｔ４調質にすることができる。例えば、アルミニウム合金シートは、１週間以上、２週間以上、３週間以上、または４週間以上で自然に時効することができる。
特定の態様では、Ｔ４調質のアルミニウム合金シートは、約１８０℃～２２５℃（例えば、１８５℃、１９０℃、１９５℃、２００℃、２０５℃、２１０℃、２１５℃、２２０℃、または２２５℃）である時間人工時効して、Ｔ６調質をもたらすことができる。例えば、アルミニウム合金シートは、約１５分～約３時間（例えば、１５分、３０分、６０分、９０分、１０５分、２時間、２．５時間、３時間、またはその間の任意の値）の時間で、人工的に時効され、Ｔ６調質をもたらすことができる。
使用方法
本明細書に記載の合金、製品、および方法は、商用車、航空機、もしくは鉄道用途などの自動車、電子機器および輸送用途で使用され得る。例えば、合金は、強度を得るために、シャシー、クロスメンバー、およびシャシー内部の部品（商用車シャシーにおける２つのＣチャネル間の全ての部品を包含するがそれらに限定されない）に使用することができ、高強度鋼の完全または部分的な代替として機能する。特定の実施形態では、合金は、Ｆ、Ｔ４、Ｔ６、またはＴ８ｘ調質で使用することができる。特定の態様では、合金は、追加の強度を提供するための剛化材と共に使用される。特定の態様では、合金は、加工温度および操作温度が約１５０℃以下の用途に有用である。
特定の態様では、本合金および方法は、自動車の車体部品製品を調製するために使用され得る。例えば、本発明の合金および方法は、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、およびＣピラー）、内部パネル、サイドパネル、フロアパネル、トンネル、構造パネル、補強パネル、インナーフード、またはトランクリッドパネルなど、自動車の車体部品を調製するために使用され得る。本開示のアルミニウム合金および方法はまた、航空機、または鉄道車両の用途において、例えば、外部および内部パネルを調製するために使用され得る。
例えば、本明細書に記載の合金および方法はまた、携帯電話およびタブレットコンピュータなどの電子機器用のハウジングを調製するためにも使用され得る。例えば、合金は、陽極酸化の有無にかかわらず、携帯電話（例えば、スマートフォン）、およびタブレットボトムシャーシの外部ケーシング用のハウジングを調製するために使用され得る。例示的な家庭用電化製品としては、携帯電話、オーディオ装置、ビデオ装置、カメラ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、テレビ、ディスプレイ、家電製品、ビデオ再生および記録装置などが挙げられる。例示的な家庭用電化製品部品は、家庭用電化製品用の外側ハウジング（例えば、ファサード）および内側部品を含む。
例示
例示１は、約０．８～１．５重量％のＳｉ、０．１～０．５重量％のＦｅ、０．５～１．０重量％のＣｕ、０．５－０．９重量％のＭｇ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．５質量％のＭｎ、最大０．５質量％のＣｒ、最大０．５質量％のＺｒ、最大０．５質量％のＶ、最大０．１５質量％の不純物、およびＡｌを含むアルミニウム合金である。
例示２は、約０．９～１．４重量％のＳｉ、０．１～０．３５重量％のＦｅ、０．６～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．９重量％のＭｇ、０．０１～０．０９重量％のＴｉ、最大０．３重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＣｒ、最大０．３重量％のＺｒ、最大０．３重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示３は、約１．０～１．３重量％のＳｉ、０．１～０．２５重量％のＦｅ、０．７～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．８重量％のＭｇ、０．０１～０．０５重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＭｎ、最大０．２重量％のＣｒ、最大０．２重量％のＺｒ、最大０．２重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示４は、アルミニウム合金が、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、およびＶのうちの少なくとも１種を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示５は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量が少なくとも約０．１４重量％である、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示６は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量が約０．１４重量％～約０．４重量％である、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示７は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量が約０．１５重量％～約０．２５重量％である、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示８は、アルミニウム合金が約０．０１～０．３重量％のＶを含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示９は、アルミニウム合金が過剰のＳｉを含み、過剰のＳｉ含有量が約０．０１～約１．０である、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
例示１０は、先行または後続する例示いずれかに記載のアルミニウム合金を含む、アルミニウム合金製品である。
例示１１は、アルミニウム合金製品が、少なくとも約５％の体積パーセントで回転した立方体結晶組織を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１２は、アルミニウム合金製品が、少なくとも１ｍｍ２当たり約１，５００，０００個の量の分散粒子を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１３は、分散粒子がアルミニウム合金の約０．５％～約５％の範囲の面積を占める、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である
例示１４は、アルミニウム合金製品が、Ｆｅ－構成物を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１５は、Ｆｅ－構成物がＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ相粒子を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１６は、Ｆｅ－構成物の平均粒子径が最大で約４μｍである、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１７は、アルミニウム合金製品が、Ｔ６調質において少なくとも約３００ＭＰａの降伏強度を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である。
例示１８は、アルミニウム合金製品が、Ｔ４調質において少なくとも約２０％の均一な伸びおよび少なくとも約１２０°の最小曲げ角を含む、先行または後続する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品である
例示１９は、鋳造物品を提供するために例示１に記載によるアルミニウム合金を鋳造することと、鋳造物品を二段階均質化プロセスにおいて均質化することであって、二段階均質化プロセスは、鋳造物品を第一段階の均質化温度に加熱し、鋳造物品を第一段階の均質化温度である時間保持することと、鋳造物品を第二段階の均質化温度にさらに加熱し、鋳造物品を第二段階の均質化温度である時間保持することと、を含む、均質化することと、熱間圧延および冷間圧延して、最終ゲージのアルミニウム合金製品を提供することと、最終ゲージのアルミニウム合金製品の溶体化熱処理することと、最終ゲージのアルミニウム合金製品を予備時効することと、を含む、先行または後続する例示のいずれかによるアルミニウム合金製品を製造する方法である。
例示２０は、第一段階の均質化温度が約４７０℃～約５３０℃であり、第二段階の均質化温度が約５２５℃～約５７５℃であり、第二段階の均質化温度が第一段階の均質化温度よりも高い、先行する例示のいずれかに記載のアルミニウム合金製品を製造する方法である。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立つが、それを限定するものではない。それどころか、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の趣旨から逸脱することなくそれら自体を当業者に示唆し得る様々な実施形態、変更および均等物に頼ることができることを明確に理解されたい。以下の実施例に記載されている研究の間、特記しない限り、従来の手順に従った。説明の目的ために、手順のいくつかを以下に説明する。
実施例１：アルミニウム合金の特性
強度および成形性の試験のために合金が調製された。これらの合金の組成は、下記の表４に提供される。表４の各合金組成では、残りはＡｌである。
Figure 2024010058000005
合金は、成分をインゴットにＤＣ鋳造し、本明細書に記載の二段階均質化ステップでインゴットを均質化することにより調製した。第１のステップは、最大量の微細な分散粒子（例えば、約１０ｎｍ未満の直径を有する分散粒子）の核形成を提供した。第２のステップでは、微細な分散粒子を粗大化した。次に、均質化された鋳造物品を敷設し、本明細書に記載の方法によって１０ｍｍゲージに熱間圧延した。ホットバンドをコイル状に巻き取って冷却し、次いで２ｍｍゲージに冷間圧延した。次に、溶体化熱処理ステップを５６０℃で３５秒間実施した。シートを１００℃に加熱し、１時間均熱化して（例えば、上記のコイル冷却をシミュレートするため）、自然時効を行ってＴ４調質を達成することにより、予備時効ステップを実施した。その後、Ｔ４合金を２００℃で３０分間時効することにより、Ｔ６調質を達成した。
降伏強度、均一な伸び、曲げ角度など、Ｔ４調質におけるＤ１～Ｄ６合金の特性を決定した。引張試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って、合金シートの圧延方向に対して３方向で行い、再結晶中に発生する異方性特性を評価した。降伏強度（「ＹＳ」と呼ばれ、ヒストグラムで示される）および均一な伸び（「ＵＥ」と呼ばれ、点で示される）は、圧延方向に沿った縦方向（「Ｌ」と縦方向の縦縞模様で示される）と、圧延方向に対して９０°の横方向（「Ｔ」と呼ばれ、横縞で示される）と、圧延方向に対して４５°の対角方向（「Ｄ」と呼ばれ、十字で示される）と、を図１に示す。降伏強度と均一伸びに基づくグラフで明らかなように、合金は、図２で観察されるように、細長い再結晶粒組織でさえ引張試験を受けた３方向の全てにおいて等方性挙動を示した。均一な伸び値は２４％～２６％の範囲であり、降伏強度は１８５ＭＰａ～１９５ＭＰａであった。
図３は、Ｔ４およびＴ６調質における合金Ｄ１～Ｄ６の降伏強度と均一な伸びを示している。Ｔ４調質の合金Ｄ１～Ｄ６において、組成は降伏強度と均一な伸びにほとんど影響を与えなかった。Ｔ６調質の合金Ｄ１～Ｄ６において、組成は均一伸びに無視できる効果を有し、Ｖを含む合金では約１０ＭＰａの降伏強さの低下を示した。降伏強度の低下は、Ｖ含有分散粒子上の溶質析出物の不均質核形成による溶体化中の溶質損失（例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、および／またはＣｕ）に起因する可能性がある。
図４は、Ｔ４調質における合金Ｄ１～Ｄ６の曲げ角試験結果を示すグラフである。ＣｒおよびＶの添加により、変形（例えば、曲げ、成形、スタンピング、または任意の適切な変形プロセス）中に歪み分布を拡散することにより曲げを改善する多数の微細な分散粒子が生成された。いくつかの場合では、ＭｎがＦｅおよびＳｉと結合して、Ｚｒ、Ｃｒ、および／またはＶと比較してＭｎの拡散性が高いため、分散粒子を形成するのではなく、Ｆｅ－構成物を形成および球状化する。Ｆｅ－構成物の球状化は、変形中に亀裂を開始する可能性のある細長い（すなわち、針状）微粒子を排除することにより、曲げを改善した。さらに、Ｖを含有する合金（例えば、合金Ｄ４～Ｄ６）は、Ｆｅ－構成物の球状化により、Ｖを含まないバリアントと比較して改善した曲げを示した。図５は、Ｔ４およびＴ６調質の合金Ｄ１～Ｄ６の降伏強度（ＹＳ）と曲げ角度（ＶＤＡ）を比較している。
実施例２：アルミニウム合金の微細構造
図６は、立方体、ゴス、真ちゅう、Ｓ、Ｃｕ、および回転した立方体（「ＲＣ」と呼ばれる）を含む、合金Ｄ１～Ｄ６の再結晶集合組織構成要素を示している。各合金Ｄ１～Ｄ６は、組織成分の同様な分布を示し、組成は再結晶集合組織にほとんど影響を与えなかった。驚くべきことに、各合金は比較的大量の回転した立方体組織を示し、その結果、図４および図５に示すように曲げ角度が大幅に改善された。
図７は、Ｔ４調質における合金Ｄ１～Ｄ６の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示している。ＴＥＭ画像から明らかなように、各合金に分散粒子が形成されている（明るい白色の粒子として表示される）。合金Ｄ４（ＣｒおよびＶを含む）は、ＣｒおよびＶの拡散率が比較的低いため、より多くの分散粒子を示した。同様に、合金Ｄ５およびＤ６は、ＭｎおよびＺｒの比較的高い拡散率のために、より少ない数の分散粒子を示した。したがって、合金Ｄ６は、Ｆｅ－構成物に組み込まれるＭｎの親和性と、Ｍｎ分散粒子だけを形成するのではないために、より少ない量の分散粒子を示した。図８は、Ｔ４調質の合金Ｄ１～Ｄ６の分散粒子数密度（ヒストグラム）と面積分率（白丸）を示す。Ｖを含有しない合金（合金Ｄ１～Ｄ３）は、同様の分散粒子数密度を示した。合金Ｄ２（遷移金属合金化元素としてＣｒのみを組み込んだ）は、合金Ｄ１およびＤ３（ＭｎおよびＣｒを組み込んだＤ１と、ＺｒおよびＣｒを組み込んだＤ３）と比較して、より高い分散粒子面積分率を示した。合金Ｄ４（ＣｒおよびＶを組み込んだ）は、最高の分散粒子数密度と最高の分散粒子面積分率を示した。
図９は、Ｔ４調質における合金Ｄ１～Ｄ６の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ＳＥＭ画像で明らかなのは、Ｆｅ－構成物の形成である。（明るい白色の細長い微粒子として示されている）。合金Ｄ１～Ｄ６のそれぞれは、図１０に示すように、同量のＦｅ－構成物の形成と、同様のＦｅ－構成物粒径分布を示した。前述のように、遷移金属合金化元素を使用すると、Ｆｅの一部を置換することによってＦｅ－構成物（例えば、ＡｌＦｅＳｉ）の形成が減少し、したがって球状のＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ成分が形成される。過剰なＳｉの存在と低い均質化温度（例えば、約５００℃）での処理により、各合金はＡｌＦｅＳｉ（細長い微粒子）を示し続け、遷移金属合金化元素を使用しない合金では寸法と粒度分布が減少した。いくつかの態様では、遷移金属合金化元素を含有しない合金のＡｌＦｅＳｉ成分は、遷移金属合金化元素を含有する合金で観察されるＡｌＦｅＳｉ成分よりも大きい寸法を示した。Ｆｅ－構成物の寸法と粒度分布を、アルミニウム合金シートの表面から約０．５ｍｍの深さで評価した（グラフで「ＱＴ」と表示されている、クォーター厚と呼ばれる）。
図１１は、合金Ｄ１の光学顕微鏡（「ＯＭ」と呼ばれる）およびＳＥＭ画像を示している。合金Ｄ１は、鋳造後に、上記のように、１時間で５０℃～５６０℃の温度勾配をつけ、２時間均熱化し、続いて熱間圧延、冷間圧延、溶体化、予備時効、および自然時効を含む一段階均質化を行った。ＯＭ画像で明らかなのは、合金Ｄ１におけるＭｇ２Ｓｉの初期溶融および／または共晶溶融である（暗い領域として表示）。ＳＥＭ画像は、均質化中に合金に形成されたボイドが暗い領域であることを示している。エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸＳ）は、ボイド内にＦｅ－構成物が存在することを示した（明るい微粒子として表示）。本明細書に記載される例示的な二段階均質化を採用することにより、遷移金属合金化元素がアルミニウム合金組成物に組み込まれる場合の初期溶融および／または共晶溶融を排除することができる。
上に引用された全ての特許、刊行物、および要約は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的を達成するために記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることが認識されるべきである。多くの変更およびその適合は、以下の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明らかであろう。

Claims (20)

  1. ０．８～１．５重量％のＳｉ、０．１～０．５重量％のＦｅ、０．５～１．０重量％のＣｕ、０．５～０．９重量％のＭｇ、最大０．１重量％のＴｉ、最大０．５重量％のＭｎ、最大０．５重量％のＣｒ、最大０．５重量％のＺｒ、最大０．５重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含むアルミニウム合金。
  2. ０．９～１．４重量％のＳｉ、０．１～０．３５重量％のＦｅ、０．６～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．９重量％のＭｇ、０．０１～０．０９重量％のＴｉ、最大０．３重量％のＭｎ、最大０．３重量％のＣｒ、最大０．３重量％のＺｒ、最大０．３重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  3. １．０～１．３重量％のＳｉ、０．１～０．２５重量％のＦｅ、０．７～０．９重量％のＣｕ、０．６～０．８重量％のＭｇ、０．０１～０．０５重量％のＴｉ、最大０．２重量％のＭｎ、最大０．２重量％のＣｒ、最大０．２重量％のＺｒ、最大０．２重量％のＶ、最大０．１５重量％の不純物、およびＡｌを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  4. 前記アルミニウム合金が、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、およびＶのうちの少なくとも１種を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  5. Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの合計含有量が少なくとも０．１４重量％である、請求項４に記載のアルミニウム合金。
  6. Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの前記合計含有量が０．１４重量％～０．４重量％である、請求項５に記載のアルミニウム合金。
  7. Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＶの前記合計含有量が０．１５重量％～０．２５重量％である、請求項５または６に記載のアルミニウム合金。
  8. 前記アルミニウム合金が０．０１～０．３重量％のＶを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  9. 前記アルミニウム合金が過剰のＳｉを含み、過剰のＳｉ含有量が０．０１～１．０である、請求項１～８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のアルミニウム合金を含むアルミニウム合金製品。
  11. 前記アルミニウム合金製品は、少なくとも５％の体積パーセントで回転した立方体の結晶学的組織を含む、請求項１０に記載のアルミニウム合金製品。
  12. 前記アルミニウム合金製品が、１ｍｍ２当たり少なくとも１，５００，０００個の分散粒子の量の分散粒子を含む、請求項１０に記載のアルミニウム合金製品。
  13. 前記分散粒子が、前記アルミニウム合金製品の０．５％～５％の範囲の面積を占める、請求項１２に記載のアルミニウム合金製品。
  14. 前記アルミニウム合金製品が、Ｆｅ－構成物を含む、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
  15. 前記Ｆｅ－構成物がＡｌ（Ｆｅ、Ｘ）Ｓｉ相粒子を含む、請求項１４に記載のアルミニウム合金製品。
  16. 前記Ｆｅ－構成物の平均粒径が最大４μｍである、請求項１４または１５に記載のアルミニウム合金製品。
  17. 前記アルミニウム合金製品が、Ｔ６調質において少なくとも３００ＭＰａの降伏強度を含む、請求項１０～１６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
  18. 前記アルミニウム合金製品が、Ｔ４調質において少なくとも２０％の均一な伸びおよび少なくとも１２０°の最小曲げ角を含む、請求項１０～１６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
  19. アルミニウム合金製品を製造する方法であって、
    請求項１に記載のアルミニウム合金を鋳造して鋳造物品を形成することと、
    二段階均質化プロセスにおいて前記鋳造物品を均質化することであって、前記二段階均質化プロセスは、前記鋳造物品を第一段階の均質化温度に加熱し、前記鋳造物品を前記第一段階の均質化温度である時間保持することと、前記鋳造物品を第二段階の均質化温度にさらに加熱し、前記鋳造物品を前記第二段階の均質化温度である時間保持することと、
    熱間圧延および冷間圧延して最終ゲージのアルミニウム合金を提供することと、
    前記最終ゲージのアルミニウム合金製品を溶体化熱処理することと、
    前記最終ゲージのアルミニウム合金製品を予備時効することと、を含む、方法。
  20. 前記第一段階の均質化温度が４７０℃～５３０℃であり、前記第二段階の均質化温度が５２５℃～５７５℃であり、前記第二段階の均質化温度が前記第一段階の均質化温度よりも高い、請求項１９に記載の方法。
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