JP2024504029A - カルシウムを含む鋳造アルミニウム合金及び関連プロセス - Google Patents

カルシウムを含む鋳造アルミニウム合金及び関連プロセス Download PDF

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Abstract

合金がMgを含むか、または含むように改変されているアルミニウム合金を連続的に鋳造するプロセスが記載される。当該プロセスは、鋳造アルミニウム合金の表面欠陥及び浸出物を減少させるために、鋳造前に溶融アルミニウム合金にCaを添加するものである。【選択図】図1

Description

優先権
本出願は、2021年1月26日に出願された米国仮出願第63/199,806号の優先権を主張するものであり、その内容及び開示の全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、冶金学、アルミニウム合金、アルミニウム製作、及び関連分野の分野に関する。特に、本開示は、カルシウムを含む鋳造アルミニウム合金組成物、ならびに鋳造アルミニウム合金及びアルミニウム合金物品を形成するためのプロセスを提供する。
アルミニウム(Al)合金は、自動車、輸送、産業、またはエレクトロニクス関連の用途など、複数の用途でスチールやその他の金属にますます代用されている。一部の用途では、そのような合金は、高強度、高成形性、耐食性、及び/または軽量を示す必要がある場合がある。しかし、従来の方法と組成物では、確立された方法で製造した場合、様々な用途に必要な要件、仕様、及び/または性能を達成できない可能性があるため、前述の特性を有する合金を製造することは困難である。例えば、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、及び亜鉛(Zn)などの溶質含有量が高いアルミニウム合金は、鋳造時に亀裂やその他の表面欠陥を示すことがある。
このような表面の欠陥に対処する既知の方法の1つは、インゴットの表面を削ることであり、これはインゴットの表面層を機械加工で除去するものである。表面欠陥に対処する別の既知の方法は、合金にベリリウムを含めることである。ベリリウムはアルミニウム鋳造インゴットの表面欠陥を制御するのに効果的であったが、もはや食品や飲料の包装に使用することは許可されておらず、工場労働者の健康上の懸念となっている。
本開示に含まれる実施形態は、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次の概要であり、以下の発明を実施するための形態のセクションでさらに説明されるいくつかの概念を紹介している。この発明の概要は、特許請求される主題の重要または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、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することも意図していない。主題は、明細書全体、任意のまたは全ての図面、及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、高強度及び高成形性を示し、亀裂を示さず、鋳造中及び/または鋳造後に表面欠陥が減少したアルミニウム合金が、合金の製造及び処理方法とともに提供される。この合金は、自動車、輸送、航空宇宙、産業、電子機器などの用途に使用することができる。
いくつかの例では、アルミニウム合金製品を製造するプロセスは、アルミニウム合金を連続鋳造してスラブを形成することを含み、アルミニウム合金は、少なくとも2.0重量%のMgを含み、溶融形態では、合金は30ppm~500ppmカルシウム(Ca)を含む。いくつかの場合では、鋳造スラブは鋳造中及び/または鋳造後に亀裂を示さない。いくつかの場合では、スラブは、カルシウムを添加していないスラブと比較して、表面欠陥が減少している。
本明細書に記載する方法に従い調製したアルミニウム合金製造物品もまた、本明細書に記載される。アルミニウム合金製品は、改良された表面を有するアルミニウム合金シート、アルミニウム合金プレート、またはアルミニウム合金シェートであることができる。表面を、顕微鏡を通じて視覚的に観察し、浸出物のサイズ及び量、並びに表面の輝きを確認することができる。本明細書の方法に従って調製されたアルミニウム合金物品は、カルシウムを添加せずに調製されたアルミニウム合金物品よりも開放気孔率の少ない、より均一な表面を有する。さらに、金属間化合物粒子は小さく、よく分布している。7xxx合金など、アルミニウム合金によっては、アルミニウム合金製品は、質別T6で少なくとも560MPaの長横方向引張降伏強度を備えることができる。任意に、アルミニウム合金製品は、5xxx合金以外の合金など、質別T6の場合、約80°から約120°の曲げ角度を含むことができる。任意に、アルミニウム合金製品は、質別T4にあり、かつ塗装焼き付けの後に、約500MPa~約650MPaの降伏強度を有することができる。アルミニウム合金製品には、自動車車体部品、モータービークル部品、輸送車体部品、航空宇宙機体部品、または電子機器筐体が含まれ得る。
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例による処理中のアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例による処理中のアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例による処理中のアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例による処理中のアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示すデジタル画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の断面を示す複合顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の断面を示す複合顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の表面を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の断面を示す複合顕微鏡画像である。 本明細書に記載の実施例によるアルミニウム合金の抽出粒子のXRDである。
本明細書には、マグネシウムを含むアルミニウム合金が記載されており、アルミニウム合金が溶融形態にある場合、連続鋳造の前にカルシウムが合金に添加される。いくつかの場合では、マグネシウムを含むアルミニウム合金は、マグネシウム含有量のために、従来の鋳造プロセスを使用して鋳造することが困難な場合がある。開示されたプロセスは、本明細書に記載のマグネシウムを含むアルミニウム合金の薄いゲージ(例えば、約5mm~約50mmまでの厚さを有するアルミニウム合金体)の鋳造を可能にし、目視によって決定される鋳造中及び/または鋳造後に亀裂が生じないようにすることができる(例えば、直接冷却鋳造インゴットよりも、本明細書に記載の方法に従って調製されたスラブの方が平方メートル当たりの亀裂が少ない)。さらに、この合金は、カルシウムを添加しないプロセスで形成されたものよりも表面欠陥が少ない。いくつかの実施例では、アルミニウム合金は、本明細書に記載のプロセスに従って連続鋳造することができる。
定義及び説明
本明細書で使用される場合、用語「発明」、「その発明」、「この発明」、及び「本発明」は、本特許出願の主題及び以下の特許請求の範囲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、本明細書に説明される主題を制限するものではない、または下記の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を制限するものではないと理解されたい。
本明細書で使用される場合、「金属」の意味は、文脈が明確に指示しない限り、純粋な金属、合金、及び金属固溶体を含む。
この説明では、「シリーズ」または「5xxx」などのアルミニウム業界の呼称で識別される合金を参照している。アルミニウム及びその合金の命名及び識別に最も一般的に使用されている番号指定システムの理解のためには、いずれもアルミニウム協会によって発行されている「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、文脈上明らかにそうでない限り、単数と複数の言及を含む。
本明細書で使用する場合、プレートは一般に、約15mm超の厚さを有する。例えば、プレートは、約15mm超、約20mm超、約25mm超、約30mm超、約35mm超、約40mm超、約45mm超、約50mm超、または約100mm超の厚さを有するアルミニウム製品を指し得る。
本明細書で使用する場合、シェート(シートプレートとも呼ばれる)は一般に、約4mm~約15mmの厚さを有する。例えば、シェートは、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、約9mm、約10mm、約11mm、約12mm、約13mm、約14mm、または約15mmの厚さを有し得る。
本明細書で使用する場合、シートとは、4mm未満(例えば、3mm未満、2mm未満、1mm未満、0.5mm未満、0.3mm未満、または0.1mm未満)の厚さを有するアルミニウム製品を指す。例えば、シートは、約0.1mm、約0.2mm、約0.3mm、約0.4mm、約0.5、約0.6mm、約0.7mm、約0.8mm、約0.9mm、約1mm、約1.1mm、約1.2mm、約1.3mm、約1.4mm、約1.5mm、約1.6mm、約1.7mm、約1.8mm、約1.9mm、約2mm、約2.1mm、約2.2mm、約2.3mm、約2.4mm、約2.5mm、約2.6mm、約2.7mm、約2.8mm、約2.9mm、約3mm、約3.1mm、約3.2mm、約3.3mm、約3.4mm、約3.5mm、約3.6mm、約3.7mm、約3.8mm、または約3.9mmの厚さを有し得る。
本明細書で使用される場合、成形性とは、破砕、引き裂き、ネッキング、耳形成、またはしわ、スプリングバック、またはかじりなどの成形エラーが発生することなく、材料が所望の形状に変形する能力を指す。いくつかの場合では、変形モードによって成形性が分類され得る。変形モードの例としては、ドローイング、ストレッチング、ベンディング、ストレッチフランジングなどがある。
本出願では、合金の質別または調質について言及され得る。最も一般に使用される合金質別の説明の理解については、「American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems」を参照のこと。調質または質別Fは、製造されたままのアルミニウム合金を指す。調質または質別Oは、焼きなまし後のアルミニウム合金を指す。本明細書で質別Hとも称される調質または質別Hxxは、熱処理(例えば、焼きなまし)の有無にかかわらず、冷間圧延後の熱処理可能ではないアルミニウム合金を指す。好適な質別Hには、質別HX1、HX2、HX3、HX4、HX5、HX6、HX7、HX8、またはHX9が含まれる。調質または質別T1は、熱間加工から冷却され、(例えば、室温で)自然時効されたアルミニウム合金を指す。調質または質別T2は、熱間加工から冷却され、冷間加工され、自然時効されたアルミニウム合金を指す。調質または質別T3は、溶体化処理され、冷間加工され、自然時効されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別T4は、溶体化処理され、自然時効されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別T5は、熱間加工から冷却され、(高温で)人工時効されたアルミニウム合金を指す。調質または質別T6は、溶体化処理され人工時効されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別T7は、溶体化処理され人工過剰時効されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別T8は、溶体化処理され、冷間加工され、人工時効されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別T9は、溶体化処理され、人工時効され、冷間加工されたアルミニウム合金溶液を指す。調質または質別Wは、溶体化処理後のアルミニウム合金を指す。
本明細書で使用する場合、「形成質別」とは、アルミニウム合金が高強度質別よりも大きく変形できる質別を指す。例えば、6xxxシリーズのアルミニウム合金は、質別T6よりも質別T4で大きく変形する可能性があり、したがって、この例では、質別T4を形成質別と呼ぶことができる。
本明細書で使用される場合、「高強度質別」とは、アルミニウム合金を人為的に時効して最高時効強度にする質別を指す。例えば、6xxxシリーズのアルミニウム合金は溶体化処理され、人工的に質別T6まで時効処理され、ピーク時効強度が得られる。さらに、例示的な高強度質別には、質別T6、T7、T8、またはT9が挙げられ得る。
本明細書で使用する場合、「室温」の意味は、約15℃~約30℃の温度、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℃を含み得る。
本明細書に開示の範囲はすべて、両端点、及びそこに包含されるありとあらゆる部分範囲を包含すると理解されたい。例えば、記載された範囲「1~10」は、最小値1及び最大値10(かつこれらを含む)の間の、ありとあらゆる部分範囲を含むと考えられるべきであり、すなわち、すべての部分範囲は、1以上の最小値から始まり(例えば、1~6.1)、かつ10以下の最大値で終わる(例えば、5.5~10)。「およそ」によって変更されたすべての値には、正確な値も含まれる。
アルミニウム合金及び物品
アルミニウム合金の特性は、アルミニウム合金の組成によって部分的に決定される。特定の態様では、合金は、合金が所望の形成用途に適切な特性を有するか否かに影響を与え得るか、または決定さえし得る。
本明細書に記載のアルミニウム合金物品は、合金がMgを含むか、またはMgを含むように改変されている限り、5xxxシリーズのアルミニウム合金または7xxxシリーズのアルミニウム合金を含む、任意の適切なアルミニウム合金で作製することができる。
好適な5xxxシリーズアルミニウム合金としては、例えば、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5018B、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5041、AA5052、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5454、AA5454A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA6186、AA6087、AA5187及びAA5088が挙げられる。
好適な7xxxシリーズアルミニウム合金としては、例えば、AA7004、AA7204、AA7009、AA7010、AA7012、AA7014、AA7015、AA7017、AA7019、AA7019A、AA7022、AA7122、AA7023、AA7028、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7035、AA7035A、AA7036、AA7136、AA7037、AA7039、AA7040、AA7140、AA7041、AA7042、AA7049、AA7049A、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7160、AA7064、AA7068、AA7168、AA7075、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7090、AA7093、AA7095、AA7097、AA7099及びAA7199が挙げられる。
約2重量%以上の量でMgを含む上記の合金に加えて、例えば、合金が溶融形態にある間に合金にMgを添加することによって、合金にMgが添加される限り、任意の合金を使用することができる。
いくつかの場合では、アルミニウム合金は非熱処理合金を含む。例えば、合金は、上記のもの以外に1xxxシリーズアルミニウム合金、3xxxシリーズアルミニウム合金、4xxxシリーズアルミニウム合金、5xxxシリーズアルミニウム合金を含むことができる。1xxx、3xxx、4xxx、または5xxxシリーズのアルミニウム合金は、上記の量のMgを含むように改変することができる。
好適な1xxxシリーズアルミニウム合金としては、例えば、AA1050、AA1060、AA1070、AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198、及びAA1199が挙げられる。
好適な3xxxシリーズアルミニウム合金としては、例えば、AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130、及びAA3065が挙げられる。
好適な4xxxシリーズアルミニウム合金には、例えば、AA4004、AA4104、AA4006、AA4007、AA4008、AA4009、AA4010、AA4013、AA4014、AA4015、AA4015A、AA4115、AA4016、AA4017、AA4018、AA4019、AA4020、AA4021、AA4026、AA4032、AA4043、AA4043A、AA4143、AA4343、AA4643、AA4943、AA4044、AA4045、AA4145、AA4145A、AA4046、AA4047、AA4047A、及びAA4147が挙げられる。
いくつかの場合では、アルミニウム合金は熱処理合金を含む。例えば、合金は、上記のもの以外に6xxxシリーズアルミニウム合金または7xxxシリーズアルミニウム合金を含むことができる。6xxx、7xxxシリーズアルミニウム合金は、上記の量のMgを含むように改変することができる。
好適な6xxxシリーズアルミニウム合金としては、例えば、AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091、及びAA6092が挙げられる。
いくつかの場合では、合金の元素組成によって、少なくとも部分的に合金の特性を達成することができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム合金は、熱処理可能な時効硬化可能な合金であり得る。任意に、アルミニウム合金は、5xxxシリーズアルミニウム合金(例えば、Mgが主合金元素である)または7xxxシリーズアルミニウム合金(例えば、亜鉛が主合金元素である)として分類されるアルミニウム合金であり得る。いくつかの場合では、アルミニウム合金は、改変1xxxシリーズ、2xxxシリーズ、3xxxシリーズ、4xxxシリーズ、5xxx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であり得る。いくつかの特定の態様では、アルミニウム合金は、少なくとも2重量%のMgを含む5xxxシリーズアルミニウム合金または7xxxシリーズアルミニウム合金である。本明細書で使用される場合、一連のアルミニウム合金に関連する「改変された」という用語は、典型的には特定のシリーズ内に分類されるであろう合金組成物を指すが、1つまたは複数の元素(タイプまたは量)の改変は異なる優勢な合金元素、例えばマグネシウムをもたらす。
いくつかの実施形態では、アルミニウム合金の組成物は、連続鋳造プロセスに対するその応答に影響を与え得る。例えば、連続鋳造中または連続鋳造後の強度は、合金中に存在するMgの量によって影響を受け得る。
本明細書に記載のカルシウム添加プロセスによって形成されたアルミニウム合金物品は、驚くべきことに、かつ予想外に、そのようなカルシウムを添加せずに形成された物品よりも少ない浸出物、小さい浸出物、またはその両方を有した。さらに、合金は、浸出物に関連する開放気孔が少ない、より均一な表面を有していた。金属間化合物粒子も小さく、よく分散していた。いくつかの態様では、本明細書に記載のプロセスによって形成された物品は、Caの添加以外同じプロセスによって形成された物品と比較して、浸出物の数を少なくとも10%、例えば、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、または少なくとも70%減少させた。同様に、いくつかの態様では、本明細書に記載のプロセスによって形成された物品は、Caの添加以外同じプロセスによって形成された物品と比較して、浸出物のサイズを少なくとも10%、例えば、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、または少なくとも70%減少させた。
例示的なアルミニウム合金
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のアルミニウム合金物品は、1xxxシリーズ、2xxxシリーズ、3xxxシリーズ、4xxxシリーズ、5xxx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から作製することができる。特定の態様では、合金は、高強度、高成形性、及び耐食性を示す。
いくつかの態様では、(改変された)アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて約0.3%~約10%、約0.5%~約10%、約0.7%~約10%、約1.0%~約10%、約2.0%~約10%(例えば、2.25%~10%、2.5%~10%、2.5%~9%、2.5%~8%、2.5%~7.5%、または2.5%~7%)の量でMgを含む。例えば、合金は、約0.3%、約0.4%、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、約1.0%、約1.1%、約1.2%、約1.3%、約1.4%、約1.5%、約1.6%、約1.7%、約1.8%、約1.9%、約2%、約2.1%、約2.2%、約2.3%、約2.4%、約2.5%、約2.6%、約2.7%、約2.8%、約2.9%、約3%、約3.1%、約3.2%、約3.3%、約3.4%、約3.5%、約3.6%、約3.7%、約3.8%、約3.9%、約4%、約4.1%、約4.2%、約4.3%、約4.4%、約4.5%、約4.6%、約4.7%、約4.8%、約4.9%、約5%、約5.1%、約5.2%、約5.3%、約5.4%、約5.5%、約5.6%、約5.7%、約5.8%、約5.9%、約6%、約6.1%、約6.2%、約6.3%、約6.4%、約6.5%、約6.6%、約6.7%、約6.8%、約6.9%、約7%、約7.1%、約7.2%、約7.3%、約7.4%、約7.5%、約7.6%、約7.7%、約7.8%、約7.9%、約8%、約8.1%、約8.2%、約8.3%、約8.4%、約8.5%、約8.6%、約8.7%、約8.8%、約8.9%、約9%、約9.1%、約9.2%、約9.3%、約9.4%、約9.5%、約9.6%、約9.7%、約9.8%、約9.9%、または約10%のMgを含むことができる。全て重量%で表示されている。
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約2%(例えば、0.01%~2%、0.05%~1.75%、0.1%~1.5%、または0.25%~1%)の量でマンガン(Mn)を含む。例えば、合金は、0%、約0.05%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、0.45%、約0.5%、約0.55、約0.6%、約0.65%、約0.7%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.05%、約1.1%、約1.15%、約1.2%、約1.25%、約1.3%、約1.35%、約1.4%、約1.45%、約1.5%、約1.55%、約1.6%、約1.65%、約1.7%、約1.75%、約1.8%、約1.85%、約1.9%、約1.95%、または約2%のMnを含むことができる。特定の態様では、Mnは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約2%(例えば、0.01%~2%、0.05%~1.75%、0.1%~1.5%、または0.15%~1%)の量でクロム(Cr)を含む。例えば、合金は、0%、約0.05%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、約0.45%、約0.5%、約0.55、約0.6%、約0.65%、約0.7%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.05%、約1.1%、約1.15%、約1.2%、約1.25%、約1.3%、約1.35%、約1.4%、約1.45%、約1.5%、約1.55%、約1.6%、約1.65%、約1.7%、約1.75%、約1.8%、約1.85%、約1.9%、約1.95%、または約2%のCrを含むことができる。特定の態様では、Crは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約2.5%(例えば、0.01%~2.25%、0.02%~2%、0.03%~1.5%、または0.04%~1%)の量で銅(Cu)を含む。例えば、合金は0%、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、約0.45%、約0.5%、約0.55%、約0.6%、約0.65%、約0.70%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.05%、約1.1%、約1.15%、約1.2%、約1.25%、約1.3%、約1.35%、約1.4%、約1.45%、約1.5%、約1.55%、約1.6%、約1.65%、約1.7%、約1.75%、約1.8%、約1.85%、約1.9%、約1.95%、約2%、約2.05%、約2.1、約2.15%、約2.2%、約2.25%、約2.3%、約2.35%、約2.4%、約2.45%、または約2.5%のCuを含むことができる。特定の態様では、Cuは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約2%(例えば、0.01%~2%、0.05%~1.75%、0.1%~1.5%、または0.15%~1%)の量でケイ素(Si)を含む。例えば、合金は、0%、約0.05%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、約0.45%、約0.5%、約0.55、約0.6%、約0.65%、約0.7%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.05%、約1.1%、約1.15%、約1.2%、約1.25%、約1.3%、約1.35%、約1.4%、約1.45%、約1.5%、約1.55%、約1.6%、約1.65%、約1.7%、約1.75%、約1.8%、約1.85%、約1.9%、約1.95%、または約2%のSiを含むことができる。特定の態様では、Siは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
特定の態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約2%(例えば、0.01%~2%、0.05%~1.75%、0.1%~1.5%、または0.15%~1%)の量の鉄(Fe)を含む。例えば、合金は、0%、約0.05%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、約0.45%、約0.5%、約0.55%、約0.6%、約0.65%、約0.7%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.05%、約1.1%、約1.15%、約1.2%、約1.25%、約1.3%、約1.35%、約1.4%、約1.45%、約1.5%、約1.55%、約1.6%、約1.65%、約1.7%、約1.75%、約1.8%、約1.85%、約1.9%、約1.95%、または約2%のFeを含むことができる。特定の態様では、Feは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
特定の態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、0%~約10%(例えば、0.01%~10%、0.05%~9%、または0.15%~9%)の量の亜鉛(Zn)を含む。例えば、合金は、0%、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.1%、約0.15%、約0.2%、約0.25%、約0.3%、約0.35%、約0.4%、約0.45%、約0.5%、約0.55%、約0.6%、約0.65%、約0.70%、約0.75%、約0.8%、約0.85%、約0.9%、約0.95%、約1%、約1.1%、約1.2%、約1.3%、約1.4%、約1.5%、約1.6%、約1.7%、約1.8%、約1.9%、約2%、約2.1%、約2.2%、約2.3%、約2.4%、約2.5%、約2.6%、約2.7%、約2.8%、約2.9%、約3%、約3.1%、約3.2%、約3.3%、約3.4%、約3.5%、約3.6%、約3.7%、約3.8%、約3.9%、約4%、約4.1%、約4.2%、約4.3%、約4.4%、約4.5%、約4.6%、約4.7%、約4.8%、約4.9%、約5%、約5.1%、約5.2%、約5.3%、約5.4%、約5.5%、約5.6%、約5.7%、約5.8%、約5.9%、約6%、約6.1%、約6.2%、約6.3%、約6.4%、約6.5%、約6.6%、約6.7%、約6.8%、約6.9%、約7%、約7.1%、約7.2%、約7.3%、約7.4%、約7.5%、約7.6%、約7.7%、約7.8%、約7.9%、約8%、約8.1%、約8.2%、約8.3%、約8.4%、約8.5%、約8.6%、約8.7%、約8.8%、約8.9%、約9%、約9.1%、約9.2%、約9.3%、約9.4%、約9.5%、約9.6%、約9.7%、約9.8%、約9.9%、または約10%のZnを含むことができる。特定の態様では、Znは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全て重量%で表示されている。
特定の態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、約0%~約0.5%(例えば、0%~0.45%、0.01%~0.4%、0.01%~0.35%、0.01%~0.2%、または0.02%~0.1%)の量でジルコニウム(Zr)を含む。例えば、合金は、0%、約0.001%、約0.002%、約0.003%、約0.004%、約0.005%、約0.006%、約0.007%、約0.008%、約0.009%、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.1%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、約0.25%、約0.26%、約0.27%、約0.28%、約0.29%、約0.30%、約0.31%、約0.32%、約0.33%、約0.34%、約0.35%、約0.36%、約0.37%、約0.38%、約0.39%、約0.40%、約0.41%、約0.42%、約0.43%、約0.44%、約0.45%、約0.46%、約0.47%、約0.48%、約0.49%、または約0.50%のZrを含むことができる。全て重量%で表示されている。
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて最大0.5%(例えば、0%~約0.5%、0.01%~約0.4%、約0.01%~約0.35%、約0.01%~約0.2%、または約0.02%~約0.1%)の量でニッケル(Ni)を含む。例えば、合金は、約0.001%、約0.002%、約0.003%、約0.004%、約0.005%、約0.006%、約0.007%、約0.008%、約0.009%、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.1%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、約0.25%、約0.26%、約0.27%、約0.28%、約0.29%、約0.30%、約0.31%、約0.32%、約0.33%、約0.34%、約0.35%、約0.36%、約0.37%、約0.38%、約0.39%、約0.40%、約0.41%、約0.42%、約0.43%、約0.44%、約0.45%、約0.46%、約0.47%、約0.48%、約0.49%、または約0.50%のNiを含むことができる。全て重量%で表示されている。
特定の態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、最大約0.25%(例えば、0%~約0.25%、0%~約0.2%、0%~約0.05%、0.01%~約0.15%、または0.01%~約0.1%)の量のスズ(Sn)を含む。例えば、合金は、約0.001%、約0.002%、約0.003%、約0.004%、約0.005%、約0.006%、約0.007%、約0.008%、約0.009%、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.1%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、または約0.25%のSnを含むことができる。全て重量%で表示されている。
特定の態様では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、最大約0.1%(例えば、0.01%~0.1%)の量のチタン(Ti)を含む。例えば、合金は、約0.001%、約0.002%、約0.003%、約0.004%、約0.005%、約0.006%、約0.007%、約0.008%、約0.009%、約0.01%、約0.011%、約0.012%、約0.013%、約0.014%、約0.015%、約0.016%、約0.017%、約0.018%、約0.019%、約0.02%、約0.021%、約0.022%、約0.023%、約0.024%、約0.025%、約0.026%、約0.027%、約0.028%、約0.029%、約0.03%、約0.031%、約0.032%、約0.033%、約0.034%、約0.035%、約0.036%、約0.037%、約0.038%、約0.039%、約0.04%、約0.05%、約0.051%、約0.052%、約0.053%、約0.054%、約0.055%、約0.056%、約0.057%、約0.058%、約0.059%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.099%または約0.1%のTiを含むことができる。全て重量%で表示されている。
任意により、アルミニウム合金組成物は、それぞれ、約0.05%以下、約0.04%以下、約0.03%以下、約0.02%以下、または約0.01%以下の量の不純物と呼ばれる場合がある他の微量元素もさらに含み得る。これらの不純物には、V、Ga、Hf、Sr、またはそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。従って、V、Ga、Hf、またはSrは、約0.05%以下、約0.04%以下、約0.03%以下、約0.02%以下、または約0.01%以下の量で合金中に存在し得る。特定の態様では、全ての不純物の合計は、約0.15%(例えば、約0.1重量%)を超えない。全て重量%で表示されている。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。
アルミニウム合金は、ベリリウム(Be)を実質的に含まない可能性があり、例えば、約0.01%以下のBe、約0.009%、約0.008%、約0.007%、約0.006%、約0.005%、約0.004%、約0.003%、約0.002%、約0.001%、約0.0009%、約0.0008%、約0.0007%、約0.0006%、約0.0005%、約0.0004%、約0.0003%、約0.002%、約0.0001%、または0%のBeである。
以下に説明するように、アルミニウム合金が溶融形態になると、カルシウム(Ca)が溶融合金に添加される。溶融形態では、アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいて、最大約500ppm(例えば、30ppm~500ppm、40ppm~500ppm、50ppm~500ppmまで、50ppm~400ppm、または50ppm~250ppm)の量のCaを含む。例えば、合金は、約30ppm、約35ppm、約40ppm、約45ppm、約50ppm、約55ppm、約60ppm、約65ppm、約70ppm、約75ppm、約80ppm、約85ppm、約90ppm、約95ppm、約100ppm、約105ppm、約110ppm、約115ppm、約120ppm、約125ppm、約130ppm、約135ppm、約140ppm、約145ppm、約150ppm、約155ppm、約160ppm、約165ppm、約170ppm、約175ppm、約180ppm、約185ppm、約190ppm、約195ppm、約200ppm、約205ppm、約210ppm、約215ppm、約220ppm、約225ppm、約230ppm、約235ppm、約240ppm、約245ppm、約250ppm、約255ppm、約260ppm、約265ppm、約270ppm、約275ppm、約280ppm、約285ppm、約290ppm、約295ppm、約300ppm、約305ppm、約310ppm、約315ppm、約320ppm、約325ppm、約330ppm、約335ppm、約340ppm、約345ppm、約350ppm、約355ppm、約360ppm、約365ppm、約370ppm、約375ppm、約380ppm、約385ppm、約390ppm、約395ppm、約400ppm、約405ppm、約410ppm、約415ppm、約420ppm、約425ppm、約430ppm、約435ppm、約440ppm、約445ppm、約450ppm、約455ppm、約460ppm、約465ppm、約470ppm、約475ppm、約480ppm、約485ppm、約490ppm、約495ppm、または約500ppmのCaを含むことができる。全て重量ppmで表示されている。
作製方法
アルミニウム物品の製造方法も本明細書に記載される。アルミニウム合金を鋳造することができ、その後、さらなる処理工程を実行することができる。いくつかの例では、処理工程は、任意の急冷工程、予熱及び/または均質化工程、熱間圧延工程、溶体化工程、予備時効工程、及び高温時効工程を含む。
いくつかの例では、方法は、スラブを鋳造すること、スラブを熱間圧延して、シート、シェートまたはプレートの形の熱間圧延アルミニウム合金を製造すること、アルミニウムシート、シェートまたはプレートを溶液化すること、及びアルミニウムシート、シェートまたはプレートを時効させることを含む。いくつかの例では、スラブは連続鋳造機から出る際に熱急冷される。いくつかのさらなる実施例において、スラブは、連続鋳造機から出る際にコイル状に巻かれる。いくつかの場合では、コイル状スラブは空気中で冷却される。いくつかの場合では、この方法は、コイル状スラブを予熱することをさらに含む。いくつかの場合では、この方法は、時効処理したアルミニウムシート、シェート、またはプレートをコーティングすることをさらに含む。いくつかの場合では、この方法は、コーティングしたアルミニウムシート、シェート、またはプレートを塗料焼き付けすることをさらに含む。この方法の工程は、以下でさらに説明される。
鋳造
本明細書に記載される合金は、連続鋳造(CC)プロセスを使用してスラブへ鋳造することができる。上述のように、アルミニウム合金は溶融され、溶融形態にあるときに、Caが合金に添加される。必要に応じて、Mgを溶融状態で合金に添加することもできる。いくつかの態様では、Mgの酸化を低減するために鋳造から5時間以内にMgが添加される。Caは、溶融合金を鋳造装置、すなわちトラフに供給するときを含む、鋳造前のプロセスの任意の時点で溶融合金に添加することができる。
連続鋳造装置は、任意の適切な連続鋳造装置であり得る。連続鋳造プロセスには、ブロック鋳造機、双ロール鋳造機、または双ベルト鋳造機.の使用を含み得るがこれらに限定されない。連続鋳造は、最大約35メートル/分(m/分)までの速度で実行することができる。
得られた鋳造アルミニウム合金(スラブ)は、約10mmなど、約1mm~約50mm(例えば、約10mm~約45mm、約15mm~約40mm、または約20mm~約35mm)の厚さを有することができる。例えば、得られるスラブは、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、または50mmの厚さであり得る。
焼入れ
得られたスラブは、連続鋳造機から出る際に任意に熱焼入れすることができる。いくつかの実施例では、焼入れは水で行われる。場合により、水焼入れ工程は、最大約200℃/秒(例えば、10℃/秒~190℃/秒、25℃/秒~175℃/秒、50℃/秒~150℃/秒、75℃/秒~125℃/秒、または10℃/秒~50℃/秒)の速度で実行することができる。水温は、約20℃~約75℃(例えば、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃、約65℃、約70℃、または約75℃)であり得る。場合によっては、得られたスラブは、連続鋳造機から出る際にコイル状にすることができる。得られた中間コイルは、空気中で冷却することができる。空冷工程は、約1℃/秒~約300℃/日の速度で実行することができる。
いくつかの実施例では、連続鋳造機から出たときにスラブを水焼入れすると、質別-T4状態のアルミニウム合金スラブが得られる。任意選択の水焼入れの後、質別-T4のスラブは、任意で中間コイルに巻いて、最大24時間保管することができる。上述の量のCaを添加しない連続鋳造スラブと比較して、欠陥数及び浸出物の形成(例えば、鉄に富む材料の噴出)が減少する。いくつかの態様では、鋳造アルミニウム合金は、浸出物の数、浸出物のサイズ、及び/または物品中の「縞」によって定量化される、改善された表面を含む。理論に束縛されるものではないが、溶融合金にCaを添加することにより、鋳造中に酸化物表面層が形成され、表面欠陥及び浸出物の成長が減少すると考えられる。酸化物層の厚さは、Al-O比を既知の酸化物厚さの基準と比較することにより、走査型電子顕微鏡を使用して定量化することができる。透過型電子顕微鏡による直接測定も可能である。理論に縛られるものではないが、Caの添加は、熱間圧延中などにスラブが酸化物を自己修復するのにも役立つと考えられている。
コイリング
任意に、スラブは、連続鋳造機から出る際に中間コイルに巻かれてもよい。いくつかの実施例では、スラブは、連続鋳造機から出る際に中間コイルに巻かれ、質別Fが得られる。いくつかのさらなる実施例では、コイルは空気中で冷却される。いくつかのなおさらなる実子例では、空冷コイルは、一定時間保管される。いくつかの実施例では、中間コイルは、約100℃~約350℃(例えば、約200℃または約300℃)の温度に維持される。いくつかのさらなる実施例では、中間コイルは冷蔵保存されて、自然を防止し、質別Fをもたらす。
予熱及び/または均質化
中間コイルは、保管時に、必要に応じて予熱工程で再加熱することができる。いくつかの実施例では、再加熱ステップは、熱間圧延工程のために中間コイルを予熱することを含むことができる。いくつかのさらなる実施例では、再加熱工程は、最大約150℃/時(例えば、約10℃/時または約50℃/時)の速度で中間コイルを予熱することを含むことができる。中間コイルは、約350℃~約580℃(例えば、約375℃~約570℃、約400℃~約550℃、約425℃~約500℃、または約500℃~約580℃)の温度に加熱することができる。中間コイルは、約1分~約120分間、好ましくは約60分間ソーキングすることができる。
場合によっては、鋳造機から出る際のコイルまたはスラブの貯蔵及び/または予熱後の中間コイルを均質化することができる。均質化工程は、スラブまたは中間コイルを加熱して、約、または少なくとも約450℃(例えば、少なくとも460℃、少なくとも470℃、少なくとも480℃、少なくとも490℃、少なくとも500℃、少なくとも510℃、少なくとも520℃、少なくとも530℃、少なくとも540℃、少なくとも550℃、少なくとも560℃、少なくとも570℃、または少なくとも580℃)の、ピーク金属温度(PMT)に到達させることができる。例えば、鋳造アルミニウム合金製品を、約450℃~約580℃、約460℃~約575℃、約470℃~約570℃、約480℃~約565℃、約490℃~約555℃、または約500℃~約550℃の温度まで加熱することができる。いくつかの場合では、PMTまでの加熱速度は、約100℃/時以下、75℃/時以下、50℃/時以下、40 5℃/時以下、30℃/時以下、25℃/時以下、20℃/時以下、または15℃/時以下であり得る。他の場合では、PMTまでの加熱速度は、約10℃/分~約100℃/分(例えば、約10℃/分~約90℃/分、約10℃/分~約70℃/分、約10℃/分~約60℃/分、約20℃/分~約90℃/分、約30℃/分~約80℃/分、約40℃/分~約70℃/分、または約50℃/分~約60℃/分)であり得る。
次いで鋳造アルミニウム合金製品は、所定期間ソーキングされる(すなわち、指示された温度で保持される)。場合によっては、鋳造アルミニウム合金製品は、上述のピーク金属温度で少なくとも30分間ソーキングされ得る。1つの非限定的な例によれば、鋳造アルミニウム合金製品は、最大で約36時間(例えば、約30分~約36時間(両端含む))ソーキングされ得る。例えば、鋳造アルミニウム合金製品は、30分、1時間、2時間、3時間、4時間、5時間、6時間、7時間、8時間、9時間、10時間、11時間、12時間、13時間、14時間、15時間、16時間、17時間、18時間、19時間、20時間、21時間、22時間、23時間、24時間、25時間、26時間、27時間、28時間、29時間、30時間、31時間、32時間、33時間、34時間、35時間、または36時間、ピーク金属温度でソーキングされ得る。
熱間圧延とコイリング
予熱及び/または均質化工程に続いて、熱間圧延工程が実施され得る。熱間圧延工程は、熱間反転ミル操作、及び/または熱間タンデムミル操作を含むことができる。熱間圧延工程は、約250℃~約550℃(例えば、約300℃~約500℃、または約350℃~約450℃)の範囲の温度で行うことができる。特定の場合では、鋳造アルミニウム合金製品は、約4mm~約15mm板厚(例えば、約5mm~約12mm板厚)に熱間圧延され、これは、シェートと称され得る。例えば、鋳造アルミニウム合金製品は、約4mmの板厚、約5mmの板厚、約6mmの板厚、約7mmの板厚、約8mmの板厚、約9mmの板厚、約10mmの板厚、約11mmの板厚、約12mmの板厚、約13mmの板厚、約14mmの板厚、約15mmの板厚に熱間圧延することができる。特定の場合では、鋳造アルミニウム合金製品は、15mm超の板厚(つまり、プレート)まで熱間圧延することができる。他の場合では、鋳造アルミニウム合金製品は、4mm未満の板厚(すなわちシート)まで熱間圧延することができる。
熱間圧延工程の最後に、任意にシングルスタンドミルまたはマルチスタンドミル内で、熱間圧延製品をコイルとして巻き上げることができる。コイリング温度は、少なくとも285℃であり、約285℃~約450℃(例えば、約285℃~約400℃、約285℃~350℃、約300℃~約350℃、または約310℃~約330℃)の範囲であり得る。
冷間圧延
合金に冷間圧延工程を任意に適用して、最終ゲージ製品を形成することができる。例えば、鋳造アルミニウム合金製品を、約4mm未満の厚みまで冷間圧延することができる。いくつかの実施例では、シートは、4mm未満、3mm未満、2mm未満、1mm未満、0.9mm未満、0.8mm未満、0.7mm未満、0.6mm未満、0.5mm未満、0.4mm未満、0.3mm未満、0.2mm未満、または0.1mm未満の厚さを有し得る。圧延されたままのシートの質別は、F質別と称される。
変形
本明細書に記載のプロセスは、最終ゲージ製品に適用される少なくとも1つの変形ステップを任意に含むことができる。本明細書で使用される「変形する」という用語は、当業者に知られているように、切断、スタンピング、プレス、プレス成形、引き抜き、成形、歪み、または二次元または三次元形状を作成できる他のプロセスを含む。変形ステップは、ほぼ室温(例えば、約15℃~約30℃)の温度を有する(冷間成形と呼ばれる)か、または高温に加熱された(温間成形プロセスまたは熱間成形プロセスと呼ばれる)アルミニウム合金シート、プレート、またはシェート上で実施することができる。いくつかの例では、アルミニウム合金物品を成形するために温間成形法が適用され得る。これらの例では、温間成形は、アルミニウム合金製品を約40℃~約100℃未満の温度に加熱することを含み得る。その他の例では、アルミニウム合金物品を成形するために熱間成形法が適用され得る。これらの例では、熱間成形は、アルミニウム合金製品を約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、アルミニウム合金物品を形成するためにアルミニウム合金製品を変形させること、任意選択で変形工程を繰り返すこと、及び製品を冷却することを含むことができる。いくつかの例では、アルミニウム合金物品を成形するために冷凍成形法が適用され得る。これらの例では、冷凍成形は、アルミニウム合金製品を約0℃~約-200℃の温度に冷却することを含み得る。
本明細書に記載のアルミニウム合金製品を製造する方法は、熱処理工程を除外することができる。いくつかの例では、アルミニウム製品を製造する方法は、塗装焼き付け工程を除外する。いくつかの例では、アルミニウム製品を製造する方法は、人工時効工程を除外する。いくつかの例では、アルミニウム製品を製造する方法は焼きなまし工程を除外する。
時効
任意に、熱間圧延された金属は人工時効工程に供される。人工時効工程は、合金の高強度特性を発達させ、合金の他の望ましい特性を最適化する。最終製品の機械的特性は、所望の用途に応じて、種々の時効処理条件により制御され得る。いくつかの場合では、本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、質別Tx(例えば、質別T1、質別T4、質別T5、質別T6、質別T7、質別T8)、質別W、質別O、または質別Fで顧客に引き渡され得る。いくつかの例では、人工時効工程が実行され得る。人工時効工程は、約100℃~約140℃の温度(例えば、約120℃または約125℃)で行うことができる。人工時効工程は、約12時間~約36時間(例えば、約18時間または約24時間)行うことができる。いくつかの例では、人工時効工程を125℃で24時間実行して、質別T6を得ることができる。いくつかのさらに別の例では、合金は自然時効工程に供される。自然時効工程は、質別T4をもたらすことができる。
コーティング及び/または塗装焼付け
任意に、金属製品はコーティング工程に供される。必要に応じて、コーティング工程は、リン酸亜鉛処理(Znリン酸処理)及び電着塗装(Eコーティング)を含むことができる。リン酸亜鉛処理及びEコーティングは、当業者に知られているように、アルミニウム産業で一般的に使用される基準に従って行われる。必要に応じて、コーティング工程の後に塗料焼き付け工程を行うことができる。塗料焼き付け工程は、約150℃~約230℃の温度(例えば、約180℃または約210℃)で行うことができる。塗料焼き付け工程は、約10分~約60分(例えば、約30分または約45分)の時間実行することができる。
特性
本明細書に記載の得られた金属製品は、Tx質別条件(質別Txは、質別T1、T4、T5、T6、T7、またはT8を含むことができる)質別W、質別O、または質別Fを含む様々な質別条件下で、高強度及び高成形性を含む、所望の特性の組み合わせを有する。7xxx合金などのいくつかの例では、得られる金属製品は、約400MPa~650MPa(例えば、450MPa~625MPa、475MPa~600MPa、または500MPa~575MPa)の降伏強度を有する。例えば、降伏強度は、約400MPa、410MPa、420MPa、430MPa、440MPa、450MPa、460MPa、470MPa、480MPa、490MPa、500MPa、510MPa、520MPa、530MPa、540MPa、550MPa、560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa、または650MPaであり得る。任意に、約400MPa~650MPaの降伏強度を有する金属製品は、質別T6であり得る。いくつかの例では、得られる金属製品は、約560MPa~650MPaの最大降伏強度を有する。例えば、金属製品の最大降伏強度は、約560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa、または650MPaであり得る。任意に、約560MPa~650MPaの降伏強度を有する金属製品は、質別T6であり得る。任意に、金属製品は、金属製品を質別T4で塗装焼き付けした後(すなわち、人工時効なしで)、約500MPa~約650MPaの降伏強度を有することができる。質別-Oなどの5xxx合金の場合、降伏強度は少なくとも100MPaであり、質別-H19では、降伏強度は少なくとも300MPaであり得る。
いくつかの例では、得られる金属製品は、約500MP~650MPa(例えば、550MPa~625MPaまたは575MPa600MPa)の引張強さを有する。例えば、引張強さは、約500MPa、510MPa、520MPa、530MPa、540MPa、550MPa、560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa、または650MPaであり得る。任意に、約500MPa~650MPaの引張強さを有する金属製品は質別-T6に入る。
いくつかの例では、得られる金属製品は、約100°~160°(例えば、約110°~155°または約120°~150°)の内側曲げ角度を有する。例えば、得られる金属製品の内側曲げ角度は、約100°、101°、102°、103°、104°、105°、106°、107°、108°、109°、110°、111°、112°、113°、114°、115°、116°、117°、118°、119°、120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°、140°、141°、142°、143°、144°、145°、146°、147°、148°、149°、150°、151°、152°、153°、154°、155°、156°、157°、158°、159°、または160°であり得る。任意に、約100°~160°の曲げ角度を有する金属製品は、質別T6に入り得る。
使用方法
本明細書に記載の合金及び方法は、自動車、航空機、及び鉄道用途を含む自動車及び/または輸送用途、または任意の他の所望の用途で使用することができる。いくつかの実施例では、合金及び方法は、自動車の車体部分製品、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、ピラー強化材(例えばAピラー、Bピラー、及びCピラー)、内部パネル、外部パネル、サイドパネル、内部フード、外部フード、またはトランク蓋パネルを作るために使用することができる。本明細書に記載のアルミニウム合金及び方法は、航空機または鉄道車両の用途にも、例えば、外部及び内部パネルを作るためにも使用され得る。
本明細書に記載されている合金及び方法は、電子機器の用途にも使用できる。例えば、本明細書に記載の合金及び方法は、携帯電話及びタブレットコンピュータを含む電子デバイスの筐体を作るためにも使用され得る。いくつかの例では、合金は、携帯電話(例えばスマートフォン)の外部ケーシング用の筐体及びタブレットのボトムシャーシ用の筐体を作るために使用され得る。
いくつかの場合では、本明細書に記載の合金及び方法は工業用途に使用することができる。例えば、本明細書に記載の合金及び方法を使用して、一般流通市場向けの製品を調製することができる。
実施例1
以下に示す組成物のAA5182に基づいて8つのサンプルを調製した。サンプルAは、Caを添加しない対照であり(8ppmのCaが合金に存在)、サンプルBはCaを添加した。同様に、サンプルC及びEは対照であり、サンプルDにはCaを添加した。各サンプルの板厚は12.6mmであった。サンプルA-Bは3m/分の速度で鋳造し、サンプルC-Eは4m/分で鋳造した。サンプルAA、BB、及びCCを、上記のように調製し、3m/分で鋳造した。サンプルAAは36ppmのCaを有し、サンプルBB及びCCは、サンプルAAの組成物を使用し、次に、Caを添加して、それぞれ72ppmのCa及び199ppmのCaをサンプルに提供することによって調製した。所望のCa濃度に達するまで、特定の間隔でCa含有棒の短い部分を加えることによって、Caを添加した。
鋳造後、幅200mmのスラブを収集して写真を撮影した。サンプルAの写真を図1に示し、サンプルBの写真を図2に示す。目視検査から明らかなように、サンプルAはサンプルBよりも光沢のある表面を有し、Ca添加によるプラスの効果を示している。サンプルC-Eの写真を図3に示す。図3に示されるように、滲出液はCaの添加により小さく見えた。図4は、サンプルC及びDの拡大写真を示し、サンプルCが左側に示され、サンプルDが右側に示されている。サンプルDは、滲出物に関連するより均一な多孔性を持ち、より小さい滲出物を有した。金属間化合物粒子は、サンプルC及びDの両方で小さかったが、サンプルDの方がより小さかった。
AlFeMn、α-Al(FeMn)Si、AlFe、及びMgSi(例えば、鉄ベースの金属間化合物粒子(Fe-IMC))を含む金属間粒子含有量を、サンプルAA、BB、及びCC中のCa含有量に関して評価した。図10は、適切な脱気の欠如により形成された多数の細孔1010を示す。図11は、AA5182アルミニウム合金におけるFe―IMCの存在を示す。さらに、図12は、AA5182アルミニウム合金の断面複合図である。図12は、適切な脱気の欠如により、AA5182アルミニウム合金のバルク全体に細孔1010が形成されたことを示している。
実施例2
以下に示す組成物を有するAA6XXXシリーズアルミニウム合金(例えば、X615)に基づいて、4つのサンプルを調製した。サンプルF、H、I、J、及びLは対照であり、Caは添加しておらず(合金中に6~7ppmのCaが存在)、サンプルG及びKには上の実施例1に記載されるようにCaを添加した。各サンプルの板厚は12.6mmであった。サンプルF~Iを3m/分の速度で鋳造し、サンプルJ~Lを4m/分の速度で鋳造した。サンプルFを0.16ppmの水素含有量で製造し、サンプルGを0.22ppmの水素含有量で製造し、サンプルHを0.19ppmの水素含有量で製造し、サンプルIを0.30ppmの水素含有量で製造した。同じ水素含有量を有するサンプルJ~Lを製造した。
再度、各サンプルの写真を撮影した。サンプルFの写真を図5に示、サンプルGの写真を図6、サンプルHの写真を図7に示し、サンプルIの写真を図8に示す。目視検査では、サンプルIの表面外観が最も優れていた。他のすべてが同じである場合、水素含有量を増加させることで表面外観が低下した。サンプルJの写真を図1の左端に示し、サンプルKの写真を図9中段に示し、サンプルLの写真を図9の右端に示している。目視検査でわかるように、Caを添加したサンプルKは優れた表面外観を有し、表面欠陥が少ないことを示している。
サンプルDD及びEEを、上述のように調製し、それぞれ36ppmのCa及び72ppmのCaを含んだ。樹枝状α-Al(FeMn)Si、板状β-AlFeSi、Q-AlCuMgSi(例えば、Fe-IMC)、及びAlCuを含む金属間粒子含有量を、Caの含有量に関して評価した。図13に示すように形成された細孔1010は、適切な脱気の欠如によるものであった。図14は、X615アルミニウム合金におけるFe-IMC及びAlCuの存在を示す。さらに、図15は、X615アルミニウム合金の断面複合図である。図15は、適切な脱気の欠如により、X615アルミニウム合金のバルク全体に細孔1010が形成されたことを示している。図15に示されるように、X615アルミニウム合金のバルクの中心付近に形成されたより大きなFe-IMCは、X615アルミニウム合金の製造中に生じる中心線偏析に起因する。
実施例3
AA3104アルミニウム合金をベースに、以下に示す組成物を有する2つのサンプルを作成した。サンプルGGでは、上記実施例1に記載のようにCaを添加した。
サンプルFF及びGGは、29ppmのCaを含み、次いでサンプルGGが107ppmのCaを有するようにCaを添加することを含め、上記のように調製した。α-Al(FeMn)Si、AlFeMn(例えば、Fe-IMC)、及びMgSiを含む金属間粒子含有量を、Ca含有量に関して評価した。サンプルGGにおけるCaの添加は、図19に示されるように、形成されるα-Al(FeMn)Siの量を増加させ、形成されるAlFeMnの量を減少させた。サンプルFF及びGG。XRDを使用して定量化された、抽出された粒子中の金属間相の相対比率を以下に示す。
上記の表に示すように、Caを添加してCa含有量を増やすと、α-Al(FeMn)Siの割合が増加し、AlFeMnが減少した。このようなアルファの割合は、下流工程での均質化時間を短縮し、最終製品の金属間化合物分布を改善して、最終的なシート特性を改善し得る。図16に示すように形成された細孔1010は適切な脱気の欠如によるものである。図17は、AA3104アルミニウム合金中のFe-IMC及びMgSiの存在を示す。さらに、図18は、AA3104アルミニウム合金の断面複合図である。図18は、適切な脱気の欠如により、AA3104アルミニウム合金のバルク全体に細孔1010が形成されたことを示している。
開示された主題の様々な実施例が詳細に参照されており、その1つまたは複数の実施例を上記に記載する。実際、本主題の範囲または精神から逸脱することなく、本開示において様々な修正及び変形をなし得ることが当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明されている特徴を別の実施形態に使用して、さらに別の実施形態を生み出してもよい。
好適な方法及び合金製品の実例
実例1は、アルミニウム合金を鋳造するためのプロセスであって、前記プロセスが、アルミニウム合金を溶融して溶融アルミニウム合金を形成することであって、前記溶融アルミニウム合金はMgを含む、形成することと、前記溶融アルミニウム合金に少なくとも30ppmのCaを添加することと、前記溶融アルミニウム合金を連続的に鋳造して鋳造アルミニウム合金を形成することと、を含む、前記プロセスである。
実例2は、前記アルミニウム合金がMgを含まず、前記プロセスが、前記溶融アルミニウム合金にMgを添加することをさらに含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例3は、前記アルミニウム合金物品が、5xxxシリーズアルミニウム合金、6xxxシリーズアルミニウム合金、または7xxxシリーズアルミニウム合金である、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例4は、前記Caが50ppm~500ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例5は、前記Caが50ppm~400ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例6は、前記Caが50ppm~250ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例7は、前記Caが連続鋳造機のトラフ内の前記溶融アルミニウム合金に添加される、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例8は、前記溶融アルミニウム合金が実質的にBeを含まない、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例9は、前記鋳造アルミニウム合金が少なくとも0.3重量%のMgを含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例10は、前記鋳造アルミニウム合金が酸化物表面層を含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例11は、連続鋳造機から出る際に前記鋳造アルミニウム合金を冷却することをさらに含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例12は、前記冷却する工程が、前記鋳造アルミニウム合金を水焼入れすることを含む、先行または後続の実例のいずれかの方法である。
実例13は、前記鋳造アルミニウム合金がコイル状にされる、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例14は、前記アルミニウム合金物品を溶液化すること、前記アルミニウム合金物品を焼入れすること、及び、前記アルミニウム合金物品を時効することを含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例15は、冷間圧延工程を実行する、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスである。
実例16は、先行または後続の実例のいずれかに記載のプロセスに従い調製したアルミニウム合金物品である。
実例17は、前記アルミニウム合金物品が、アルミニウム合金シート、アルミニウム合金プレート、アルミニウム合金シェートである、先行または後続の実例のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
実例18は、前記アルミニウム合金物品が、自動車車体部品、モータービークル部品、輸送車体部品、航空宇宙機体部品、または電子機器筐体を含む、先行または後続の実例のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
実例19は、製品の表面が、カルシウムを添加せずに形成された製品よりも、少なくとも10%少ない表面欠陥を有する、先行実例のいずれかに記載のアルミニウム合金である。
上記で引用したすべての特許、刊行物、及び抄録は、参照によりその全体が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の達成において記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理を例示するものに過ぎないことを認識すべきである。その多数の変更及び改変は、以下の特許請求の範囲において定義する本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明白である。

Claims (19)

  1. アルミニウム合金を鋳造するためのプロセスであって、前記プロセスは、
    アルミニウム合金を溶融して溶融アルミニウム合金を形成することであって、前記溶融アルミニウム合金はMgを含む、前記形成することと、
    前記溶融アルミニウム合金に少なくとも30ppmのCaを添加することと、
    前記溶融アルミニウム合金を連続的に鋳造して鋳造アルミニウム合金を形成することと、を含む、前記プロセス。
  2. 前記アルミニウム合金が、Mgを含まず、前記プロセスが、前記溶融アルミニウム合金にMgを添加することをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記アルミニウム合金物品が、5xxxシリーズアルミニウム合金、6xxxシリーズアルミニウム合金、または7xxxシリーズアルミニウム合金である、請求項1または2に記載のプロセス。
  4. 前記Caが50ppm~500ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、請求項1~3のいずれか一項に記載のプロセス。
  5. 前記Caが50ppm~400ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、請求項1~4のいずれか一項に記載のプロセス。
  6. 前記Caが50ppm~250ppmの量で前記溶融アルミニウム合金に添加される、請求項1~5のいずれか一項に記載のプロセス。
  7. 前記Caが連続鋳造機のトラフ内の前記溶融アルミニウム合金に添加される、請求項1~6のいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 前記溶融アルミニウム合金が実質的にBeを含まない、請求項1~7のいずれか一項に記載のプロセス。
  9. 前記鋳造アルミニウム合金が少なくとも0.3重量%のMgを含む、請求項1~8のいずれか一項に記載のプロセス。
  10. 前記鋳造アルミニウム合金が酸化物表面層を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載のプロセス。
  11. 連続鋳造機から出る際に前記鋳造アルミニウム合金を冷却することをさらに含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のプロセス。
  12. 前記冷却する工程が、前記鋳造アルミニウム合金を水焼入れすることを含む、請求項11に記載のプロセス。
  13. 前記鋳造アルミニウム合金がコイル状にされる、請求項1~12のいずれかに一項に記載のプロセス。
  14. 前記アルミニウム合金物品を溶液化することと、
    前記アルミニウム合金物品を焼入れすることと、
    前記アルミニウム合金物品を時効することと、をさらに含む、請求項1~13のいずれかに一項に記載のプロセス。
  15. 冷間圧延工程を実行する、請求項1~14のいずれか一項に記載のプロセス。
  16. 請求項1~15のいずれか一項に記載のプロセスに従い調製した、アルミニウム合金物品。
  17. 前記アルミニウム合金物品が、アルミニウム合金シート、アルミニウム合金プレート、またはアルミニウム合金シェートである、請求項16に記載のアルミニウム合金物品。
  18. 前記アルミニウム合金物品が、自動車車体部品、モータービークル部品、輸送車体部品、航空宇宙機体部品、または電子機器筐体である、請求項16に記載のアルミニウム合金物品。
  19. 製品の表面が、カルシウムを添加せずに形成された製品よりも、少なくとも10%少ない表面欠陥を有する、請求項16~18のいずれか一項に記載のアルミニウム合金物品。
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