JP6486895B2 - アルミニウム−亜鉛−マグネシウム合金に人工時効を施す方法およびそれに基づく製品 - Google Patents
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Description
概して、本特許出願は、亜鉛およびマグネシウムを有するアルミニウム合金に人工時効を施す改良方法およびそれに基づく製品に関する。本明細書で使用されるように、亜鉛およびマグネシウムを有するアルミニウム合金は、そのようなアルミニウム合金が鋳造合金(つまり、5xx.xまたは7xx.x合金)または展伸合金(wrought alloys)(つまり、5xxxまたは7xxx合金)であろうとなかろうと、亜鉛およびマグネシウムの少なくとも1つがアルミニウム以外の主な合金成分であるアルミニウム合金である。亜鉛を有するアルミニウム合金は、一般的に、2.5〜12重量%のZn、1.0〜5.0重量%のMgを含み、3.0重量%以下のCuを含み得る。1つの実施形態において、アルミニウム合金は4.0〜5.0重量%のZnおよび1.0〜2.5重量%のMgを含む。
(a)2.5〜12.0重量%のZnおよび1.0〜5.0重量%のMgを有するアルミニウム合金を鋳造すること、次いで、
(b)アルミニウム合金を任意に熱間加工または冷間加工すること、
(c)鋳造ステップ(a)および任意のステップ(b)後に、アルミニウム合金を固溶化熱処理、次いで急冷すること、
(d)ステップ(c)後に任意にアルミニウム合金を加工すること、
(e)ステップ(c)および任意のステップ(d)後に、アルミニウム合金に人工時効を施すことを含み、
人工時効ステップ(e)は、
(i)アルミニウム合金に約154℃(または約166℃)〜277℃(310°F(または約330°F)〜530°F)の第1の温度で1分間〜6時間の第1の時効時間、第1の時効を施すこと、
(ii)アルミニウム合金に第2の温度で少なくとも30分間の第2の時効時間、第2の時効を施すことを含み、
第2の温度は第1の温度より低い。
方法は、従来の時効プロセスに対して特性の組み合わせの改善および/または処理能力の改善を実現し得る。
表15に示す組成を有するアルミニウム合金7085を、厚さが5センチメートル(2インチ)である従来のプレート製品(例えば、均質化、最終ゲージに圧延、固溶化熱処理、および冷水急冷、延伸(2%)によって応力緩和された)として製造した。約4日間の自然時効後に、表16に示すように、7085プレートに様々な温度で様々な回数の多段階時効を施した。時効後、機械的性質をASTM E8およびB557に従って測定し、それらの結果を表17に示している。応力腐食割れ(SCC)抵抗性も、ASTM G44、3.5% NaCl、交互浸漬に従って測定し、それらの結果を表18に示している(ST方向の応力)。
** DNF(66)=66日後に破損しなかった
表19に示す組成を有するアルミニウム合金7255を、厚さが2.8センチメートル(1.5インチ)である従来のプレート製品(例えば、均質化、最終ゲージに圧延、固溶化熱処理、および冷水急冷、延伸(2%)による応力緩和された)として製造した。約4日間の自然時効後に、表20に示すように、7255プレートに様々な温度で様々な回数多段階時効を施した。時効後、機械的性質をASTM E8およびB557に従って測定し、それらの結果を表21に示す。応力腐食割れ(SCC)抵抗性も、ASTM G44、3.5% NaCl、交互浸漬に従って測定し、それらの結果を表22に示す(ST方向の応力、241MPa(35ksi)の応力で)。合金のうちのいくつかについては、導電率(% IACS)を、2.5センチメートル×3.8センチメートル×10センチメートル(1インチ×1.5インチ×4インチ)のブロックを使用するASTM E1004−09、電磁(渦電流)法を使用して導電率を決定するための標準テスト法に従って測定し、それらの結果を以下の表23に示す。
** DNF(66)=66日後に破損しなかった
表24に示す組成を有するロシア合金1980を、約18センチメートル(7.0インチ)の外径および約3.3センチメートル(約1.3インチ)の厚さを有する従来のロッド製品(例えば、均質化、ロッドに押出、固溶化熱処理、および冷水急冷された)として製造した。約0.5〜1日の自然時効後に、表25に示すように、1980合金ロッドに、様々な温度で様々な回数多段階時効を施した。時効後、機械的性質をASTM E8およびB557に従って測定し、それらの結果を表26に示す。合金のうちのいくつかについての応力腐食割れ(SCC)抵抗性もASTM G103、沸騰塩テストに従って測定し、それらの結果を表27に示す(ST方向の応力、112MPa(16.2ksi)の応力で)。
表28に示す組成を有するロシア合金1953を、約18センチメートルの外径(7.0インチ)および約3.3センチメートル(約1.3インチ)の厚さを有する従来のロッド製品(例えば、均質化、ロッドに押出、固溶化熱処理、および冷水急冷された)として製造した。約0.5〜1日の自然時効後に、表29に示すように、1953合金ロッドに、様々な温度で様々な回数多段階時効を施した。時効後、機械的性質をASTM E8およびB557に従って測定し、それらの結果を表30に示す。応力腐食割れ(SCC)抵抗性もASTM G103、沸騰塩テストに従って測定し、それらの結果を表31に示し(ST方向の応力、138MPa(20ksi)の応力で)、ASTM G44、3.5% NaCl、交互浸漬に従って測定し、それらの結果を表32に示す(ST方向の応力、241MPa(35ksi)の応力で)。
Claims (33)
- (a)2.5〜12.0質量%のZn、1.0〜5.0質量%のMg、最大3.0質量%のCuを含み、残部がAl及び不純物であるアルミニウム合金を鋳造する工程であって、前記亜鉛及び前記マグネシウムのうちの少なくとも1つが、アルミニウム以外の主な合金成分である、工程と、
(b)任意選択的に、前記アルミニウム合金を熱間加工又は冷間加工する工程と、
(c)前記鋳造する工程(a)及び任意の工程(b)の後に、前記アルミニウム合金を固溶化熱処理し、次いで、急冷する工程と、
(d)工程(c)の後に、任意選択的に前記アルミニウム合金を加工する工程と、
(e)工程(c)及び任意の工程(d)の後に、前記アルミニウム合金に人工時効を施す工程と、を含み、前記人工時効工程(e)が、
(i)166℃〜277℃(330°F〜530°F)の第1の温度で1分間〜6時間の第1の時効時間、前記アルミニウム合金に第1の時効を施すことであって、
50分間以内に前記アルミニウム合金を前記第1の温度まで加熱することを含むことと、
(ii)第2の温度で少なくとも30分間の第2の時効時間、前記アルミニウム合金に第2の時効を施すことであって、前記第2の温度が前記第1の温度よりも低いことと、を含み、
工程(c)及び任意の工程(d)の後で、前記人工時効工程(e)の前に、前記アルミニウム合金に最大96時間の自然時効を施すことを含む、方法。 - 前記第1の温度が、177℃〜238℃(350°F〜460°F)又は199℃〜216℃(390°F〜420°F)である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の時効時間が、30分間以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の時効時間が、少なくとも5分間である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の時効温度が、前記第1の時効温度よりも2.8〜83.3℃(5〜150°F)低いか、又は前記第1の時効温度よりも5.6〜55.6℃(10〜100°F)低いか、又は前記第1の時効温度よりも5.6〜41.7℃(10〜75°F)低いか、又は前記第1の時効温度よりも11.1〜27.8℃(20〜50°F)低い、請求項4に記載の方法。
- 前記第1の時効温度が、204℃(400°F)であり、前記第2の時効温度が、182℃(360°F)である、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、工程(a)、(c)、(d)、及び(e)とからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、工程(a)乃至(e)とからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金が、4.0〜5.0質量%のZn及び1.0〜2.5質量%のMgを含む、請求項8に記載の方法。
- (a)4.0〜5.0質量%のZn、1.0〜3.0質量%のMg、最大3.0質量%のCuを含み、残部がAl及び不純物であるアルミニウム合金を鋳造する工程と、
(b)前記鋳造する工程(a)の後、前記アルミニウム合金を固溶化熱処理し、次いで、急冷する工程と、
(c)工程(b)の後、前記アルミニウム合金に人工時効を施す工程であって、前記人工時効を施す工程が、
(i)204℃(400°F)の第1の温度で1分間〜20分間、又は実質的に等価な時効条件で、前記アルミニウム合金に第1の時効を施すことであって、
50分間以内に前記アルミニウム合金を前記第1の温度まで加熱することを含むことと、
(ii)182℃(360°F)の第2の温度で2時間〜8時間、又は実質的に等価な時効条件で、前記アルミニウム合金に第2の時効を施すことと、を含む、工程と、
(d)任意選択的に、前記アルミニウム合金を延伸する工程であって、前記鋳造工程(b)の後に行われる、工程と、を含み、
工程(b)の後で人工時効を施す工程(c)の前に、前記アルミニウム合金に最大96時間の自然時効を施すことを含む、方法。 - (e)前記人工時効工程(c)と同時に又は後に、前記アルミニウム合金を所定形状の製品に成形する工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 工程(a)〜(d)とからなる、請求項10に記載の方法
。 - 工程(a)〜(e)とからなる、請求項10に記載の方法。
- (a)固溶化熱処理用の展伸7xxxアルミニウム合金を調製する工程であって、前記展伸7xxxアルミニウム合金が、4.0〜9.5質量%のZn、1.2〜3.0質量%のMg、及び最大2.6質量%のCuを含み、残部がAl及び不純物である、工程と、
(b)工程(a)の後に、前記展伸7xxxアルミニウム合金を固溶化熱処理し、次いで、急冷する工程と、
(c)工程(b)の後に、前記展伸7xxxアルミニウム合金に人工時効を施す工程であって、前記人工時効を施す工程が、
(i)154℃〜221℃(310°F〜430°F)の範囲の第1の温度で1分間〜360分間、前記展伸7xxxアルミニウム合金に第1の時効を施すことであって、
50分間以内に前記展伸7xxxアルミニウム合金を前記第1の温度まで加熱することを含むことと、
(ii)第2の温度で少なくとも0.5時間、前記展伸7xxxアルミニウム合金に第2の時効を施すことであって、前記第2の温度が前記第1の温度よりも低いことと、を含み、
工程(b)の後で前記人工時効を施す工程(c)の前に、前記展伸7xxxアルミニウム合金に最大96時間の自然時効を施すこと、を含む、方法。 - 前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも5.6℃(10°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも11.1℃(20°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも16.7℃(30°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも22.2℃(40°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも27.8℃(50°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも33.3℃(60°F)低いか、又は前記第2の温度が前記第1の温度よりも少なくとも38.9℃(70°F)低い、請求項14に記載の方法。
- 前記第1の時効工程が120分間以下であるか、又は前記第1の時効工程が90分間以下であるか、又は前記第1の時効工程が60分間以下であるか、又は前記第1の時効工程が45分間以下であるか、又は前記第1の時効工程が30分間以下であるか、又は前記第1の時効工程が20分間以下である、請求項14又は15に記載の方法。
- 第1の時効工程が、少なくとも5分間である、請求項16に記載の方法。
- 前記第2の時効工程が1〜12時間であるか、又は前記第2の時効工程が2〜8時間であるか、又は前記第2の時効工程が3〜8時間である、請求項17に記載の方法。
- 前記合金が、1.0〜2.6質量%のCuを含み、
(a)前記第1の温度が154℃〜204℃(310°F〜400°F)であり、かつ前記第1の時効工程が120分間以下であるか、又は
(b)前記第1の温度が160℃〜199℃(320°F〜390°F)であり、かつ前記第1の時効工程が90分間以下であるか、又は
(c)前記第1の温度が166℃〜196℃(330°F〜385°F)であり、かつ前記第1の時効工程が60分間以下であるか、又は
(d)前記第1の温度が171℃〜193℃(340°F〜380°F)であり、かつ前記第1の時効工程が30分間以下である、請求項14に記載の方法。 - 前記第2の時効温度が121℃〜177℃(250°F〜350°F)であり、かつ前記第2の時効工程が0.5〜12時間であるか、又は前記第2の時効温度が132℃〜171℃(270°F〜340°F)であり、かつ前記第2の時効工程が1〜12時間であるか、又は前記第2の時効温度が138℃〜168℃(280°F〜335°F)であり、かつ前記第2の時効工程が2〜8時間であるか、又は前記第2の時効温度が143℃〜166℃(290°F〜330°F)であり、かつ前記第2の時効工程が2〜8時間であるか、又は前記第2の時効温度が149℃〜163℃(300°F〜325°F)であり、かつ前記第2の時効工程が2〜8時間である、請求項19に記載の方法。
- 前記第2の時効工程が、少なくとも3時間であるか、又は前記第2の時効工程が、少なくとも4時間である、請求項20に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、5.7〜8.4質量%のZn、1.3〜2.3質量%のMg、及び1.3〜2.6質量%のCuを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、7.0〜8.4質量%のZnを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、7×85、7×55、7×50、7×40、7×99、7×65、7×78、7×36、7×37、7×49、及び7×75からなる群から選択される、請求項22に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、7×85合金である、請求項22に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、7×55合金である、請求項22に記載の方法。
- 前記展伸7xxxアルミニウム合金が、7×65合金である、請求項22に記載の方法。
- 前記方法が、前記展伸7xxxアルミニウム合金の応力を緩和することを含み、前記応力を緩和することが、工程(b)後及び工程(c)前に行われる、請求項14〜15及び16〜27のいずれか一項に記載の方法。
- 前記応力を緩和することが、0.5〜8%延伸すること及び0.5〜12%圧縮することのうちの少なくとも一方を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記人工時効工程が、前記第1の時効工程及び前記第2の時効工程からなる、請求項29に記載の方法。
- 工程(c)及び任意の工程(d)の後で人工時効工程(e)の前に、前記アルミニウム合金に最大24時間の自然時効を施すことを含む、請求項1の方法。
- 工程(b)の後で人工時効を施す工程(c)の前に、前記アルミニウム合金に最大24時間の自然時効を施すことを含む、請求項10の方法。
- 工程(b)の後で人工時効を施す工程(c)の前に、前記展伸7xxxアルミニウム合金に最大24時間の自然時効を施すことを含む、請求項14の方法。
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