JP6689291B2 - 高強度５ｘｘｘアルミニウム合金及びそれを作製する方法 - Google Patents
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Description
新規のアルミニウム合金組成物、ならびにそれを作製及び加工する方法が、本明細書に提供される。いくつかの場合において、本明細書に説明される合金は、高成形性、高強度、及び耐食性を示す。本明細書に説明される合金はまた、高度に再生利用可能である。本明細書に説明される合金は、電子機器、輸送機関、工業、自動車、及び他の用途において使用され得る。
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年６月５日出願の米国仮出願第６２／１７１，３４４号の利益を主張し、該仮出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。
本出願は、２０１５年６月５日出願の米国仮出願第６２／１７１，３４４号の利益を主張し、該仮出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。
電子機器及び輸送機関用途を含む複数の用途において使用され得る再生利用可能なアルミニウム合金が、望ましい。かかる合金は、高強度、高成形性、及び耐食性を示すべきである。しかしながら、所望の特性を示す可能性のある組成物の熱間圧延は、縁亀裂の問題及び熱間割れの傾向をもたらすことが多いため、かかる合金の製造は困難であることが証明されている。
新規のアルミニウム含有５ＸＸＸシリーズ合金が、本明細書に提供される。本合金は、高強度、高成形性、及び耐食性を示す。本合金は、ほんの数例を挙げれば、電子機器、輸送機関、工業、及び自動車用途において使用され得る。本明細書に説明されるアルミニウム合金は、約０．０５〜０．３０重量％のＳｉ、０．０８〜０．５０重量％のＦｅ、０〜０．６０重量％のＣｕ、０〜０．６０重量％のＭｎ、４．０〜７．０重量％のＭｇ、０〜０．２５重量％のＣｒ、０〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである。本出願全体を通して、全ての元素は、合金の総重量を基準として重量パーセンテージ（重量％）で説明される。いくつかの例では、本アルミニウム合金は、約０．０５〜０．３０重量％のＳｉ、０．１〜０．５０重量％のＦｅ、０〜０．６０重量％のＣｕ、０．１０〜０．６０重量％のＭｎ、４．５〜７．０重量％のＭｇ、０〜０．２５重量％のＣｒ、０〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである。いくつかの例では、本アルミニウム合金は、約０．１０〜０．２０重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．０１〜０．２５重量％のＣｕ、０．２０〜０．５５重量％のＭｎ、５．０〜６．５重量％のＭｇ、０．０１〜０．２５重量％のＣｒ、０．０１〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである。いくつかの例では、本アルミニウム合金は、約０．１０〜０．１５重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．１〜０．２５重量％のＣｕ、０．２０〜０．５０重量％のＭｎ、５．０〜６．０重量％のＭｇ、０．０５〜０．２０重量％のＣｒ、０．０１〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．０５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである。任意に、本アルミニウム合金は、約０．０５〜０．１５重量％のＳｉ、０．０９〜０．１５重量％のＦｅ、０〜０．０５重量％のＣｕ、０〜０．１０重量％のＭｎ、４．０〜５．５重量％のＭｇ、０〜０．２０重量％のＣｒ、０〜０．０５重量％のＺｎ、０〜０．０５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである。本合金は、α−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子を含み得る。本合金は、鋳造（例えば、直接鋳造または連続鋳造）、均質化、熱間圧延、冷間圧延、及びアニールによって製造され得る。本明細書に説明されるアルミニウム合金を含む製品も、本明細書に提供される。本製品は、限定されるものではないが、自動車車体部品（例えば、内部パネル）、電子デバイス筐体（例えば、携帯電話のアウターケーシング及びタブレットボトムシャーシ）、ならびに輸送機関車体部品を含み得る。
さらに、アルミニウムインゴットを加工する、または金属製品を製造する方法が本明細書に提供される。本方法は、本明細書に説明されるアルミニウム合金を鋳造して、インゴットを形成する工程と、該インゴットを均質化して、該インゴット中に複数のα−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子を形成する工程と、該インゴットを４５０℃以下の温度に冷却する工程と、該インゴットを熱間圧延して、圧延製品を製造する工程と、任意に、該圧延製品を中間ゲージに冷間圧延する工程と、該圧延製品を自己アニールさせる工程と、該圧延製品を最終ゲージに冷間圧延する工程と、を含む。本方法に従って得られる製品（例えば、自動車車体部品、電子デバイス筐体、及び輸送機関車体部品）も、本明細書に提供される。
本発明の他の目的及び利点は、以下の本発明の非限定的な例の詳細な説明から明らかとなろう。
高強度及び高成形性を示す新規の５ＸＸＸシリーズアルミニウム合金が、本明細書に説明される。本明細書に説明される合金はまた、粒間腐食に非感応性であり、高度に再生利用可能である。ソフトアニール条件において、これらの合金は高成形性を示し、これは複雑な幾何学用途を可能にする。驚くべきことに、本明細書に説明される合金はまた、他の調質度においても高成形性を示す。高強度、高成形性、及び耐食性特性は安定しており、本合金を使用して調製される任意の製品の寿命を通して維持される。換言すれば、保管、加工、またはサービス中に、老朽化がほとんどまたは全く発生しない。
合金組成
本明細書に説明される合金は、新規のアルミニウム含有５ＸＸＸシリーズ合金である。本合金は、高強度、高成形性、及び耐食性を示す。本合金の特性は、合金の元素組成に起因して達成される。具体的には、本合金は、表１に提供される以下の元素組成を有し得る。
本明細書に説明される合金は、新規のアルミニウム含有５ＸＸＸシリーズ合金である。本合金は、高強度、高成形性、及び耐食性を示す。本合金の特性は、合金の元素組成に起因して達成される。具体的には、本合金は、表１に提供される以下の元素組成を有し得る。
いくつかの例では、本合金は、表２に提供される以下の元素組成を有し得る。
いくつかの例では、本合金は、表３に提供される以下の元素組成を有し得る。
いくつかの例では、本合金は、表４に提供される以下の元素組成を有し得る。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、ケイ素（Ｓｉ）を、合金の総重量を基準として０．０５％〜０．３０％（例えば、０．１０％〜０．２０％、０．１０％〜０．１５％、または０．０５％〜０．１５％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、または０．３０％のＳｉを含み得る。全て重量％で表されている。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金はまた、鉄（Ｆｅ）を、合金の総重量を基準として０．０８％〜０．５０％（例えば、０．１％〜０．５０％、０．２０％〜０．３５％、または０．０９％〜０．１５％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３０％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４０％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、または０．５０％のＦｅを含み得る。全て重量％で表されている。
いくつかの例では、説明される合金は、銅（Ｃｕ）を、合金の総重量を基準として最大で０．６０％（例えば、０．０１％〜０．２５％、０．１％〜０．２５％、または０％〜０．０５％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３０％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４０％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、０．５０％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、または０．６０％のＣｕを含み得る。いくつかの場合において、Ｃｕは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表されている。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、マンガン（Ｍｎ）を、合金の総重量を基準として最大で０．６０％（例えば、０．１０％〜０．６０％、０．４０％〜０．５５％、０．４０％〜０．５０％、または０％〜０．１％）の量で含み得る。例えば、本合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３０％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４０％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、０．５０％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、または０．６０％のＭｎを含み得る。いくつかの場合において、Ｍｎは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表されている。存在するとき、Ｍｎ含量は、均質化中にα−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子の沈殿をもたらし、これは、さらなる分散質強化をもたらし得る。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、マグネシウム（Ｍｇ）を、４．０〜７．０％（例えば、４．５％〜７．０％、５．０％〜６．５％、５．０％〜６．０％、または４．０％〜５．５％）の量で含み得る。いくつかの例では、本合金は、４．０％、４．１％、４．２％、４．３％、４．４％、４．５％、４．６％、４．７％、４．８％、４．９％、５．０％、５．１％、５．２％、５．３％、５．４％、５．５％、５．６％、５．７％、５．８％、５．９％、６．０％、６．１％、６．２％、６．３％、６．４％、６．５％、６．６％、６．７％、６．８％、６．９％、または７．０％のＭｇを含み得る。全て重量％で表されている。本明細書に説明される合金中の５．０〜７．０％の量のＭｇの包含は、「高Ｍｇ含量」と称される。Ｍｇは、合金のための固溶体強化元素の役割を果たすために本明細書に説明される合金中に含まれ得る。下記にさらに説明される通り、及び実施例において実証される通り、高Ｍｇ含量は、材料の耐食性を損なうことなく、所望の強度及び成形性をもたらす。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、クロム（Ｃｒ）を、合金の総重量を基準として最大で０．２５％（例えば、０．０１％〜０．２５％または０．０５％〜０．２０％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、または０．２５％のＣｒを含み得る。いくつかの場合において、Ｃｒは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表されている。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、亜鉛（Ｚｎ）を、合金の総重量を基準として最大で０．２０％（例えば、０．０１％〜０．２０％または０％〜０．０５％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、または０．２０％のＺｎを含み得る。いくつかの場合において、Ｚｎは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表されている。
いくつかの例では、本明細書に説明される合金は、チタン（Ｔｉ）を、合金の総重量を基準として最大で０．１５％（例えば、０％〜０．１％または０％〜０．０５％）の量で含む。例えば、本合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、または０．１５％のＴｉを含み得る。いくつかの場合において、Ｔｉは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全て重量％で表されている。
任意に、本明細書に説明される合金組成物はさらに、不純物と称されることもある他の微量元素を各々０．０５％以下、０．０４％以下、０．０３％以下、０．０２％以下、または０．０１％以下の量で含み得る。これらの不純物としては、限定されるものではないが、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃａ、またはそれらの組み合わせが挙げられ得る。したがって、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇａ、またはＣａは、合金中に０．０５％以下、０．０４％以下、０．０３％以下、０．０２％以下、または０．０１％以下の量で存在してもよい。いくつかの場合において、全ての不純物の和は、０．１５％を超えない（例えば、０．１０％）。全て重量％で表されている。合金の残りのパーセンテージは、アルミニウムである。
作製する方法
本明細書に説明される合金は、直接チル（ＤＣ）プロセスを使用してインゴットに鋳造され得るか、または連続鋳造（ＣＣ）プロセスを使用して鋳造され得る。鋳造プロセスは、当業者に既知である通り、アルミニウム工業において一般的に使用される基準に従って実施される。ＣＣプロセスとしては、限定されるものではないが、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、またはブロック鋳造機の使用が挙げられ得る。いくつかの例では、鋳造プロセスは、スラブ、ストリップ等を形成するようなＣＣプロセスによって実施される。いくつかの例では、鋳造プロセスは、鋳造されたインゴットを形成するようなＤＣ鋳造プロセスである。
本明細書に説明される合金は、直接チル（ＤＣ）プロセスを使用してインゴットに鋳造され得るか、または連続鋳造（ＣＣ）プロセスを使用して鋳造され得る。鋳造プロセスは、当業者に既知である通り、アルミニウム工業において一般的に使用される基準に従って実施される。ＣＣプロセスとしては、限定されるものではないが、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、またはブロック鋳造機の使用が挙げられ得る。いくつかの例では、鋳造プロセスは、スラブ、ストリップ等を形成するようなＣＣプロセスによって実施される。いくつかの例では、鋳造プロセスは、鋳造されたインゴットを形成するようなＤＣ鋳造プロセスである。
鋳造されたインゴット、スラブ、またはストリップは次に、さらなる加工工程に供され得る。任意に、シートを調製するためにさらなる加工工程が使用され得る。かかる加工工程としては、限定されるものではないが、均質化工程、熱間圧延工程、中間ゲージを製造するための任意の第１の冷間圧延工程、アニール工程、及び最終ゲージへの第２の冷間圧延工程が挙げられる。加工工程は、鋳造されたインゴットに関連して下記に説明される。しかしながら、加工工程はまた、当業者に既知である修正を使用して、鋳造されたスラブまたはストリップのために使用され得る。
均質化は、α−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子を沈殿させるために実行される。α−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子は、その後の強化プロセス中に分散質の形成をもたらし得る。均質化工程では、本明細書に説明される合金組成物から調製されたインゴットは、少なくとも４７０℃（例えば、少なくとも４７５℃、少なくとも４８０℃、少なくとも４８５℃、少なくとも４９０℃、少なくとも４９５℃、少なくとも５００℃、少なくとも５０５℃、少なくとも５１０℃、少なくとも５１５℃、少なくとも５２０℃、少なくとも５２５℃、または少なくとも５３０℃）のピーク金属温度に達するように加熱される。いくつかの例では、インゴットは、５００℃〜５３５℃の範囲の温度に加熱される。ピーク金属温度への加熱速度は、Ａｌ５Ｍｇ８相溶解のための時間を可能にするのに十分に低い。例えば、ピーク金属温度への加熱速度は、５０℃／時間以下、４０℃／時間以下、または３０℃／時間以下であり得る。インゴットは次に、第１の段階中に一定の期間均熱化される（すなわち、示される温度に保持される）。いくつかの場合において、インゴットは、最大で５時間（例えば、包含的に３０分間〜５時間）均熱化される。例えば、インゴットは、少なくとも５００℃の温度に３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間、または５時間均熱化され得る。
任意に、本明細書に説明される均質化工程は、２段階均質化プロセスであり得る。これらの場合、均質化プロセスは、第１の段階と称され得る上記に説明される加熱及び均熱化工程を含み得、第２の段階をさらに含み得る。均質化プロセスの第２の段階において、インゴット温度は、均質化プロセスの第１の段階に使用される温度よりも高い温度に増大される。インゴット温度は、例えば、均質化プロセスの第１の段階中のインゴット温度よりも少なくとも５セルシウス度高い温度に増大され得る。例えば、インゴット温度は、少なくとも４７５℃（例えば、少なくとも４８０℃、少なくとも４８５℃、少なくとも４９０℃、少なくとも４９５℃、少なくとも５００℃、少なくとも５０５℃、少なくとも５１０℃、少なくとも５１５℃、少なくとも５２０℃、少なくとも５２５℃、少なくとも５３０℃、または少なくとも５３５℃）の温度に増大され得る。第２の段階の均質化温度への加熱速度は、５℃／時間以下、３℃／時間以下、または２．５℃／時間以下であり得る。インゴットは次に、第２の段階中に一定の期間均熱化される。いくつかの場合において、インゴットは、最大で５時間（例えば、包含的に１５分間〜５時間）均熱化される。例えば、インゴットは、少なくとも４７５℃の温度に３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間、または５時間均熱化され得る。均質化の後、インゴットは、周囲空気中で室温に冷却され得る。
均質化工程は、低融点成分を排除し、縁亀裂を防止するように完全に実施されるべきである。不完全な均質化は、Ｍｇ５Ａｌ８沈殿物の分離を原因とする大量の縁亀裂を引き起こす。したがって、いくつかの場合において、Ｍｇ５Ａｌ８は、熱間圧延の前に最小化または排除され、これは、加工性を改善し得る。
均質化工程の後、熱間圧延工程が実施され得る。熱間圧延工程中のインゴットの亀裂を回避するために、インゴット温度は、Ｍｇ５Ａｌ８沈殿物の共晶溶融温度（すなわち、４５０℃）よりも低い温度に低減され得る。したがって、熱間圧延の開始前に、均質化されたインゴットは、およそ４５０℃以下に冷却され得る。インゴットは次に、１２ｍｍ厚以下のゲージに熱間圧延され得る。例えば、インゴットは、１０ｍｍ厚以下のゲージ、９ｍｍ厚以下のゲージ、８ｍｍ厚以下のゲージ、７ｍｍ厚以下のゲージ、６ｍｍ厚以下のゲージ、５ｍｍ厚以下のゲージ、４ｍｍ厚以下のゲージ、３ｍｍ厚以下のゲージ、２ｍｍ厚以下のゲージ、または１ｍｍ厚以下のゲージに熱間圧延され得る。いくつかの例では、インゴットは、２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延され得る。熱間圧延されたゲージは次に、約３００℃〜４５０℃の温度においてアニールプロセスを受け得る。
任意に、冷間圧延工程が、中間ゲージをもたらすように次に実施され得る。圧延されたゲージは次に、およそ１時間の均熱化時間及び約５０℃／時間の速度における室温への制御された冷却と共に、約３００℃〜約４５０℃の温度においてアニールプロセスを受け得る。別法として、バッチアニールプロセスまたは連続アニールプロセスが実施され得る。アニールプロセスの後、圧延されたゲージは、０．２ｍｍ〜７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延され得る。冷間圧延は、２０％、５０％、７５％、または８５％の総ゲージ低減を表す最終ゲージ厚をもたらすように実施され得る。いくつかの場合において、結果として得られるシートは、シートを１００℃〜２５０℃（例えば、１３５℃、１６０℃、１８５℃、または２００℃）の温度に３０分間〜２時間（例えば、１時間）の期間保持することによって安定化され得る。
結果として得られるシートは、Ｏ調質及びＨ３Ｘ調質条件を含む多様の調質条件下で、高強度、粒間腐食への非感応性、及び高成形性を含む本明細書に説明される所望の特性の組み合わせを有し、ここで、Ｈ３Ｘ調質は、Ｈ３２、Ｈ３４、Ｈ３６、またはＨ３８を含む。Ｏ調質条件下で、本合金は、３１０ＭＰａ超の最大引張強度、１６０ＭＰａ超の降伏強度、及び２２％超の伸びの割合（％）を示し得る。Ｈ３Ｘ調質条件下で、本合金は、４２０ＭＰａ超の最大引張強度、３６０ＭＰａ超の降伏強度、及び１２％超の伸びの割合（％）を示し得る。
本明細書に説明される合金及び方法は、とりわけ自動車、電子機器、及び輸送機関用途において使用され得る。いくつかの場合において、本合金は、高成形性を有する合金を必要とする用途のためにＯ調質、Ｈ２Ｘ、Ｆ、Ｔ４、Ｔ６、及びＨ３Ｘ調質にて使用され得る。上述の通り、Ｈ３Ｘ調質は、Ｈ３２、Ｈ３４、Ｈ３６、またはＨ３８を含む。いくつかの場合において、本合金は、加工及び動作温度が１５０℃以下である用途において有用である。例えば、本明細書に説明される合金及び方法は、内部パネル等の自動車車体部品を調製するために使用され得る。本明細書に説明される合金及び方法はまた、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用の筐体を調製するためにも使用され得る。いくつかの場合において、本合金は、携帯電話（例えば、スマートフォン）のアウターケーシング及びタブレットボトムシャーシ用の筐体を調製するために使用され得る。
以下の実施例は、本発明をさらに例証する役割を果たすが、同時に、これらはそのいかなる制限をも構成するものではない。対照的に、種々の実施形態、修正、及びその同等物が用いられてもよく、それらは、本明細書中の説明を読んだ後に、本発明の範囲から逸脱することなくそれら自体を当業者に提案し得ることが、明らかに理解される。
実施例１
合金を、中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴ってまたは伴わずに、本明細書に説明される通りに調製した（図１参照）。具体的には、インゴットを室温から５２５℃に予熱し、３時間均熱化させた。中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴わない加工経路では、インゴットを次に２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、４５０℃にて１時間アニールした後、５０℃／時間の速度で室温に冷却し、次に８５％の総ゲージ低減を表す最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃または１８５℃のいずれかで１時間安定化させた。中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴う加工経路では、インゴットを２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、中間ゲージに冷間圧延し、３００〜４５０℃にて１時間アニールし、次に５０％または７５％の総ゲージ低減を表す最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃または１８５℃のいずれかで１時間安定化させた。アニールプロセスは、上記に説明される通り制御された加熱及び冷却であり得るか、または代替的に、バッチアニールもしくは連続アニール工程であり得る。
合金を、中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴ってまたは伴わずに、本明細書に説明される通りに調製した（図１参照）。具体的には、インゴットを室温から５２５℃に予熱し、３時間均熱化させた。中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴わない加工経路では、インゴットを次に２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、４５０℃にて１時間アニールした後、５０℃／時間の速度で室温に冷却し、次に８５％の総ゲージ低減を表す最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃または１８５℃のいずれかで１時間安定化させた。中間ゲージ工程への任意の冷間圧延を伴う加工経路では、インゴットを２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、中間ゲージに冷間圧延し、３００〜４５０℃にて１時間アニールし、次に５０％または７５％の総ゲージ低減を表す最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃または１８５℃のいずれかで１時間安定化させた。アニールプロセスは、上記に説明される通り制御された加熱及び冷却であり得るか、または代替的に、バッチアニールもしくは連続アニール工程であり得る。
実施例２
５つの合金を、引張伸び試験のために調製した、または得た（表５参照）。合金Ｋ５１８２、Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４を、本明細書に説明される方法に従って調製した。具体的には、下記の表５に示される合金組成を有するインゴットを、５２５℃に加熱し、３時間均熱化した。次に、インゴットを２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、中間ゲージに冷間圧延し、３００〜４５０℃で１時間アニールした後、５０℃／時間の速度で室温に冷却した。
５つの合金を、引張伸び試験のために調製した、または得た（表５参照）。合金Ｋ５１８２、Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４を、本明細書に説明される方法に従って調製した。具体的には、下記の表５に示される合金組成を有するインゴットを、５２５℃に加熱し、３時間均熱化した。次に、インゴットを２．８ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、中間ゲージに冷間圧延し、３００〜４５０℃で１時間アニールした後、５０℃／時間の速度で室温に冷却した。
次に、およそ０．４３ｍｍ〜０．４６ｍｍの最終ゲージ厚（５０％または７５％の総ゲージ低減）に冷間圧延を実行した。結果として得られたシートを、１３５℃または１８５℃のいずれかで１時間安定化させた。試験された合金の元素組成は表５に示され、残りはアルミニウムである。元素組成は、重量パーセンテージで提供される。合金Ｋ５１８２は、Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ｉｎｃ．（Ａｔｌａｎｔａ、ＧＡ）から市販されている既存の合金である。合金Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４は、下記に説明される引張、曲げ性、及び耐食性試験のために調製されたプロトタイプ合金である。
再生利用可能性
再生利用可能性を、表５の合金の各々に関して評価した。再生利用含量及び主要含量が、下記の表６に列挙される。再生利用含量は、推定値であり、異なる供給源からのスクラップ化学物質をブレンドする既知のモデルを使用して算出した。
再生利用可能性を、表５の合金の各々に関して評価した。再生利用含量及び主要含量が、下記の表６に列挙される。再生利用含量は、推定値であり、異なる供給源からのスクラップ化学物質をブレンドする既知のモデルを使用して算出した。
機械的特性
引張強度、降伏強度、及び伸びデータを、表５の各合金に関して得た。試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って実施した。４つのプロトタイプ合金及びＫ５１８２から得た引張強度、降伏強度、及び伸びデータを、それぞれ、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示される通りに比較した。Ｋ５１８２から得たデータは、ベースライン比較として含まれており、図２Ａ〜２Ｃにおいて「Ｂ」と標識される。全ての合金は、引張試験前にＯ調質条件であった。
引張強度、降伏強度、及び伸びデータを、表５の各合金に関して得た。試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って実施した。４つのプロトタイプ合金及びＫ５１８２から得た引張強度、降伏強度、及び伸びデータを、それぞれ、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示される通りに比較した。Ｋ５１８２から得たデータは、ベースライン比較として含まれており、図２Ａ〜２Ｃにおいて「Ｂ」と標識される。全ての合金は、引張試験前にＯ調質条件であった。
表５の４つのプロトタイプ合金及びＫ５１８２を、Ｏ調質条件、１３５℃での安定化によるＨ３８調質条件、及び１８５℃での安定化によるＨ３８調質条件下で調製した。引張強度、降伏強度、及び伸びデータを得、表７に示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って実施した。
結果として得られるシートにおける機械的特性に対する合金中のＭｇ含量の効果を判定するために、合金Ａ２、Ａ３、及びＡ４の機械的特性を比較した。合金Ａ２、Ａ３、及びＡ４は、それぞれ４．５、５．２、及び６．０重量％を含む。図３Ａは、試験前にＯ調質条件である合金Ａ２、Ａ３、及びＡ４による、引張特性に対するＭｇの効果を示す。図３Ｂは、安定化を１３５℃で実施した、試験前にＨ３８調質条件である合金Ａ２、Ａ３、及びＡ４による引張特性に対するＭｇの効果を示す。図３Ｃは、安定化を１８５℃で実施した、試験前にＨ３８調質条件である合金Ａ２、Ａ３、及びＡ４による引張特性に対するＭｇの効果を示す。それぞれ５．２重量％及び６．０重量％のＭｇを含有する合金Ａ３及びＡ４の引張強度は、４．５重量％の量でＭｇを含有する合金Ａ２の引張強度よりも一貫して高かった。
曲げ性
曲げ性を、プロトタイプ合金の各々、比較材料Ｋ５１８２、及びＳｕｍｉｔｏｍｏ（日本）から合金ＧＭ５５として市販されている合金Ｇに関して判定した。曲げ性は、９０〜１８０°の曲げ及び０．５ｍｍの半径の下でヘミング力を測定することによって判定した。次に、曲げ領域における表面外観に基づいて、試料を１〜４の尺度で順位付けした。「１」の順位付けは、亀裂を有しない良好な表面外観を示す。「４」の順位付けは、試料が曲げ領域に短い及び／または長い亀裂を含んだことを示す。有効な順位付け値の各々に関する合金の表面領域の例示的な写真が、図４に提供される。Ｏ調質条件、安定化を１３５℃で実施したＨ３８調質条件、及び安定化を１８５℃で実施したＨ３８調質条件の合金の各々に関して、結果を示す（表８参照）。
曲げ性を、プロトタイプ合金の各々、比較材料Ｋ５１８２、及びＳｕｍｉｔｏｍｏ（日本）から合金ＧＭ５５として市販されている合金Ｇに関して判定した。曲げ性は、９０〜１８０°の曲げ及び０．５ｍｍの半径の下でヘミング力を測定することによって判定した。次に、曲げ領域における表面外観に基づいて、試料を１〜４の尺度で順位付けした。「１」の順位付けは、亀裂を有しない良好な表面外観を示す。「４」の順位付けは、試料が曲げ領域に短い及び／または長い亀裂を含んだことを示す。有効な順位付け値の各々に関する合金の表面領域の例示的な写真が、図４に提供される。Ｏ調質条件、安定化を１３５℃で実施したＨ３８調質条件、及び安定化を１８５℃で実施したＨ３８調質条件の合金の各々に関して、結果を示す（表８参照）。
耐食性
粒間腐食試験ＮＡＭＬＴ（「硝酸質量損失試験（Ｎｉｔｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｍａｓｓ Ｌｏｓｓ Ｔｅｓｔ）」、ＡＳＴＭ−Ｇ６７）を使用して、プロトタイプ合金Ａ１〜Ａ４、Ｋ５１８２、及び合金Ｇの各々に関して耐食性を判定した。１３５℃、１８５℃、及び３５０℃（これは完全アニールを表す）における試料の安定化後に発生する重量損失の量が、図５に描写される。図５に示される通り、重量損失は、試料を１３５℃及び１８５℃の安定化温度に１時間供した後に生じる。図６Ａは、合金Ｇ材料を１００〜１３０℃の範囲の温度における安定化に供することの効果を示す。図６Ｂは、合金Ａ４材料を１３５℃における安定化に供することの効果を示す。１３５℃における安定化、１８５℃における安定化、及び３５０℃における完全アニールの効果も、合金Ａ１、Ａ３、及びＡ４に関して図７に示される。
粒間腐食試験ＮＡＭＬＴ（「硝酸質量損失試験（Ｎｉｔｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｍａｓｓ Ｌｏｓｓ Ｔｅｓｔ）」、ＡＳＴＭ−Ｇ６７）を使用して、プロトタイプ合金Ａ１〜Ａ４、Ｋ５１８２、及び合金Ｇの各々に関して耐食性を判定した。１３５℃、１８５℃、及び３５０℃（これは完全アニールを表す）における試料の安定化後に発生する重量損失の量が、図５に描写される。図５に示される通り、重量損失は、試料を１３５℃及び１８５℃の安定化温度に１時間供した後に生じる。図６Ａは、合金Ｇ材料を１００〜１３０℃の範囲の温度における安定化に供することの効果を示す。図６Ｂは、合金Ａ４材料を１３５℃における安定化に供することの効果を示す。１３５℃における安定化、１８５℃における安定化、及び３５０℃における完全アニールの効果も、合金Ａ１、Ａ３、及びＡ４に関して図７に示される。
機械的特性における冷間加工の割合（％）の効果
機械的特性に対する冷間加工の割合（％）の効果を判定するために、合金Ａ１、Ａ４、及び合金Ｇの機械的特性を比較した。合金Ａ１及びＡ４を、５０％または７５％の冷間加工の割合（％）で調製し、引張強度、降伏強度、伸びの割合（％）、及びヘミングを判定した。結果を、表９に示す。
機械的特性に対する冷間加工の割合（％）の効果を判定するために、合金Ａ１、Ａ４、及び合金Ｇの機械的特性を比較した。合金Ａ１及びＡ４を、５０％または７５％の冷間加工の割合（％）で調製し、引張強度、降伏強度、伸びの割合（％）、及びヘミングを判定した。結果を、表９に示す。
合金Ａ４に関して、強度対冷間加工（ＣＷ）の割合（％）を、１３５℃（図８Ａ）及び１８５℃（図８Ｂ）の安定化温度において調製された材料に関してプロットした。５０％のＣＷによるプロセスの修正は、高Ｍｇ含量合金である合金Ａ４の機械的特性に著しく影響を及ぼした。機械的特性は、合金Ｇより高く、曲げ性も、ヘミング試験によって実証される通り良好であった。
実施例３
本明細書に説明される合金を、図９に示されるプロセスのうちの１つに従って調製した。第１のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、室温から５１５℃に予熱し、１時間均熱化させた。予熱及び均熱化の総経過時間は、平均１０時間であった。次に、インゴットを、３４０℃にて１時間、４．５ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、３００℃にて３時間アニールして、１．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの３０％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃にて１時間安定化させた。第２のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、第１のプロセスに関して上記に説明されるように予熱、均熱化、及び熱間圧延した。アニール工程を３３０℃にて１時間実施して、２．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの６５％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１６０℃にて１時間安定化させた。
本明細書に説明される合金を、図９に示されるプロセスのうちの１つに従って調製した。第１のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、室温から５１５℃に予熱し、１時間均熱化させた。予熱及び均熱化の総経過時間は、平均１０時間であった。次に、インゴットを、３４０℃にて１時間、４．５ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、３００℃にて３時間アニールして、１．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの３０％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１３５℃にて１時間安定化させた。第２のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、第１のプロセスに関して上記に説明されるように予熱、均熱化、及び熱間圧延した。アニール工程を３３０℃にて１時間実施して、２．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの６５％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１６０℃にて１時間安定化させた。
第３のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、室温から４８０℃に予熱し、２時間均熱化させた。次に、インゴットを５２５℃の第２の温度に加熱し、さらに２時間均熱化させた。予熱、均熱化、加熱、及びさらなる均熱化工程の総経過時間は、平均１４時間であった。次に、インゴットを３４０℃にて１時間、１０．５ｍｍ厚のゲージに熱間圧延し、３３０℃にて１時間アニールして、１．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの３０％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、１６０℃にて１時間安定化させた。第４のプロセスでは、鋳造されたインゴットを、第３のプロセスに関して上記に説明されるように予熱、均熱化、加熱、均熱化、及び熱間圧延した。アニール工程を３３０℃にて１時間実施して、２．０ｍｍ厚のゲージをもたらし、次に、アニールされたゲージからの６５％のゲージ低減を表す０．７ｍｍの最終ゲージ厚に冷間圧延した。結果として得られたシートを、２００℃にて１時間安定化させた。上記に説明されるプロセスは、Ｈ３２調質条件である合金をもたらした。
実施例４
プロトタイプ合金実施例１を、陽極酸化品質試験及び引張特性試験のために調製した。実施例１の元素組成は、表１０に示され、残りはアルミニウムであり、値は重量パーセンテージで提供される。実施例１を、本明細書に説明される方法に従って調製した。合金ＡＡ５０５２及びＡＡ５１８２を得、同様に陽極酸化品質及び引張特性に関して試験した。合金ＡＡ５１８２は、Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ｉｎｃ．（Ａｔｌａｎｔａ、ＧＡ）から市販されている既存の合金である。合金ＡＡ５０５２は、実験室内で調製された合金である。
プロトタイプ合金実施例１を、陽極酸化品質試験及び引張特性試験のために調製した。実施例１の元素組成は、表１０に示され、残りはアルミニウムであり、値は重量パーセンテージで提供される。実施例１を、本明細書に説明される方法に従って調製した。合金ＡＡ５０５２及びＡＡ５１８２を得、同様に陽極酸化品質及び引張特性に関して試験した。合金ＡＡ５１８２は、Ｎｏｖｅｌｉｓ，Ｉｎｃ．（Ａｔｌａｎｔａ、ＧＡ）から市販されている既存の合金である。合金ＡＡ５０５２は、実験室内で調製された合金である。
陽極酸化品質
酸性及び腐食性条件下での陽極酸化応答を、プロトタイプ合金実施例１、比較合金ＡＡ５１８２、及び比較合金ＡＡ５０５２に関して得た。具体的には、合金の輝度（「Ｌ」で表される）、白色度指数（「ＷＩ」で表される）、及び黄色度指数（「ＹＩ」で表される）を判定した。図１０Ａ〜１０Ｂに例証される通り、プロトタイプ合金は、合金試料中の金属間粒子の低減された大きさ及び数密度に起因し得るより低いＹＩ値等の改善された陽極酸化品質を示した。
酸性及び腐食性条件下での陽極酸化応答を、プロトタイプ合金実施例１、比較合金ＡＡ５１８２、及び比較合金ＡＡ５０５２に関して得た。具体的には、合金の輝度（「Ｌ」で表される）、白色度指数（「ＷＩ」で表される）、及び黄色度指数（「ＹＩ」で表される）を判定した。図１０Ａ〜１０Ｂに例証される通り、プロトタイプ合金は、合金試料中の金属間粒子の低減された大きさ及び数密度に起因し得るより低いＹＩ値等の改善された陽極酸化品質を示した。
機械的特性
降伏強度、最大引張強度、均一な伸び、及び総伸びデータを、プロトタイプ合金実施例１、比較合金ＡＡ５１８２、及び比較合金ＡＡ５０５２に関して得た。試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って実施した。図１１に示される通り、合金から得た引張強度、降伏強度、及び伸びデータを比較した。プロトタイプ合金実施例１の強度及び成形性の値は、ＡＡ５０５２のものよりも高く、ＡＡ５１８２のものに匹敵した。
降伏強度、最大引張強度、均一な伸び、及び総伸びデータを、プロトタイプ合金実施例１、比較合金ＡＡ５１８２、及び比較合金ＡＡ５０５２に関して得た。試験は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７に従って実施した。図１１に示される通り、合金から得た引張強度、降伏強度、及び伸びデータを比較した。プロトタイプ合金実施例１の強度及び成形性の値は、ＡＡ５０５２のものよりも高く、ＡＡ５１８２のものに匹敵した。
上記に引用される全ての特許、特許出願、刊行物、及び要約は、その全体が参照により本明細書に援用される。本発明の種々の実施形態は、本発明の種々の目的の実現において説明されている。これらの実施形態は、単に本発明の原理を例証するものであることが認識されるべきである。多数の修正及びその適合が、以下の特許請求の範囲に定義される通りに本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者に容易に明らかとなろう。
Claims (12)
- ０．０５〜０．３０重量％のＳｉ、０．０８〜０．５０重量％のＦｅ、０〜０．６０重量％のＣｕ、０．２０〜０．５５重量％のＭｎ、５．０〜７．０重量％のＭｇ、０．０１〜０．２５重量％のＣｒ、０〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌであるアルミニウム合金製品であり、Ｈ３Ｘ調質において、４２０ＭＰａより大きい最大引張強度を有する、アルミニウム合金製品。
- ０．０５〜０．３０重量％のＳｉ、０．１〜０．５０重量％のＦｅ、０〜０．６０重量％のＣｕ、０．２０〜０．５５重量％のＭｎ、５．０〜７．０重量％のＭｇ、０．０１〜０．２５重量％のＣｒ、０〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金製品。
- ０．１０〜０．２０重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．０１〜０．２５重量％のＣｕ、０．２０〜０．５５重量％のＭｎ、５．０〜６．５重量％のＭｇ、０．０１〜０．２５重量％のＣｒ、０．０１〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金製品。
- ０．１０〜０．１５重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．１〜０．２５重量％のＣｕ、０．２０〜０．５０重量％のＭｎ、５．０〜６．０重量％のＭｇ、０．０５〜０．２０重量％のＣｒ、０．０１〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．０５重量％のＴｉ、及び最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記合金製品が、α−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、自動車車体部品である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記自動車車体部品が、内部パネルである、請求項６に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、電子デバイス筐体である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記電子デバイス筐体が、携帯電話のアウターケーシングまたはタブレットボトムシャーシである、請求項８に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、輸送機関車体部品である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品を製造する方法であって、
アルミニウム合金を直接チル鋳造して、インゴットを形成することであって、前記アルミニウム合金が、０．０５〜０．３０重量％のＳｉ、０．０８〜０．５０重量％のＦｅ、０〜０．６０重量％のＣｕ、０．２０〜０．５５重量％のＭｎ、５．０〜７．０重量％のＭｇ、０．０１〜０．２５重量％のＣｒ、０〜０．２０重量％のＺｎ、０〜０．１５重量％のＴｉ、最大で０．１５重量％の不純物を含み、残部がＡｌである、ことと、
前記インゴットを均質化して、前記インゴット中に複数のα−ＡｌＦｅＭｎＳｉ粒子を形成することと、
前記インゴットを、４５０℃以下の温度に冷却することと、
前記インゴットを熱間圧延して、圧延製品を製造することと、
前記圧延製品を自己アニールさせることと、
前記圧延製品を最終ゲージに冷間圧延することと、を含む、方法。 - 前記自己アニールの工程後に、前記圧延製品を中間ゲージに冷間圧延することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
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