JP6771456B2 - アルミニウム合金製品及び調製方法 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１４年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６２／０６９，５６９号の利益を主張する。
本発明は、Ｔ４調質における非常の良好な成形性、特に、高強度調質（例えば、Ｔ６、Ｔ８、及びＴ９調質）における高い靭性及び延性を有する、アルミニウム合金製品に関する。延性及び靭性は、合金がこれらの高強度調質においてリベット締めされ得、それらの目的とする使用において優れた延性及び靭性特性を有するようなものである。本発明はまた、アルミニウム合金製品を製造する方法に関する。具体的には、これらの製品は、自動車産業において用途がある。
多くの車両のための車体部品は、いくつかの車体シートから製造される。これまで、自動車産業において、これらのシートは大部分が鋼から作られている。しかしながら、より近年になって、自動車産業において、より重い鋼シートをより軽いアルミニウムシートに置き換えるという傾向がある。
しかしながら、自動車車体シートに対して許容可能になるために、アルミニウム合金は、例えば、強度及び耐腐食性の必要な特徴を有しなければならないだけではなく、良好な延性及び靭性も示さなければならない。これらの特徴は、自動車車体シートが他のシート、パネル、フレームなどに取り付けられるか、または組み合わされる必要があるため、重要である。シートを取り付けるか、または組み合わせる方法としては、抵抗スポット溶接、セルフピアシングリベット締め、接着剤接合、ヘミングなどが挙げられる。
セルフピアシングリベット締めは、セルフピアシングリベットが頂部シートを完全に穿孔するが、底部シートを部分的にのみ穿孔するプロセスである。リベットの後方端部は、底部シートを突き破らず、結果として、頂部シートと底部シートとの間の水密または気密接合を提供する。さらに、リベットの後方端部は、口広げ加工し、低プロファイルボタンを形成する底部シートと連結する。最大の接合強度ならびに使用中の一体性及び耐久性を確実にするために、変形したアルミニウムシート材料は、本質的に全ての欠点を含んではいけない。これらの欠点としては、内部の空隙もしくは亀裂、外部の亀裂、または有意な表面ひび割れが挙げられ得る。シートの厚さ及びリベットの種類の多くの組み合わせがあり、それらのそれぞれは、製造状況に「調整」されなければならないため、リベット締め自体を材料の延性及び靭性の評価として使用するのは実用的ではない。材料がリベット締め中に経験する変形に対する近い代替は、目的とする使用強度における材料を、曲げ動作に供することである。したがって、材料をこの曲げ動作に供することによって、材料は、そのリベット締めされるか、または目的とする使用において十分に延性もしくは丈夫である能力に関してランク付けされ得る。完全な構造は、実際のリベット締め及び衝突性能を用いて実施される。これまで、曲げデータは、実際の使用性能と十分によく相関しており、したがって、曲げ試験は、少なくとも１つの相手先ブランド製造（ＯＥＭ）による公式発表の基準である。せん断試験などの他の試験もまた、靭性を評価する手段である。
ＯＥＭのより高い基準によって、セルフピアシングリベット締めは、必要な曲げ半径／シート厚（ｒ／ｔ）の比を満たす十分な延性及び靭性を有する金属シートを必要とする。十分な延性を有することは、それが、金属シートが特定の強度でリベット締めされ得、かつ衝突事象中の一般的な靭性要件を満たし得ることを確実にするため、重要である。材料は、それが、急速な破壊事象によるよりもむしろ、妥当な程度の可塑性を有して変形するように、十分な延性を保持する必要がある。これは、満たすのが特に困難な要件である。例えば、同様の強度でアルミニウム合金を曲げるために、ｒ／ｔ比が通常２〜４であることが、当該技術分野において概して既知である。これまで、１よりも大きいｒ／ｔ比を有する全ての材料が、非常に不十分なリベット締め挙動を示している。いくつかの許容可能なリベット締め接合部は、０．６未満（例えば、０．４〜０．６）のｒ／ｔ比を示す材料を用いて作製されている。しかしながら、最も困難なリベット締め接合部に対して、材料は、０．４未満のｒ／ｔ比を示さなければならない。０．４のｒ／ｔ比において、外側繊維表面ひずみは４０％を超え、それは、２６０ＭＰａの降伏強度（ＹＳ）を超え、かつ典型的には、２８０〜３００ＭＰａのＹＳ範囲内にある、これらの高い使用強度において以前は達成不可能であった、厳しい変形要件である。実際の使用強度が典型的には２８０〜３００ＭＰａのＹＳ範囲内であるため、強度及び延性のこの組み合わせを得るのは特に困難である。
したがって、リベット締めされ得、かつ衝突事象中の延性及び靭性要件を満たす自動車車体シートの必要性がある。
本発明の取り上げられた実施形態は、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大まかな概要であり、以下の発明を実施するための形態の項でさらに記載される概念のいくつかを紹介する。この発明の概要は、特許請求された主題の重要または本質的な特徴を識別するよう意図されてもおらず、特許請求された主題の範囲を決定するために単独で使用されるよう意図されてもいない。主題は、本明細書全体、あらゆる図面、及び各請求項の適切な部分を参照して理解されるべきである。
本発明は、従来技術における問題を解決し、Ｔ４調質における非常の良好な成形性、特に、Ｔ６、Ｔ８、及びＴ９調質などの高強度調質における高い靭性及び延性を有する、自動車用アルミニウムシートを提供する。延性及び靭性は、合金がこれらの高強度調質においてリベット締めされ得、それらの目的とする使用のために優れた延性及び靭性特性を有するようなものである。概して使用調質条件でもある、これらの高強度調質において材料をうまくリベット締めする能力は、リベット動作が材料を非常に高いひずみ及びひずみ速度の変形プロセスに供するため、それ自体が材料の靭性及び延性の厳しい試験である。さらに、本発明は、自動車用アルミニウムシートを調製するための方法を提供する。非限定的な例として、本発明の方法は、自動車産業において特定の用途がある。
異なる実施形態において、本発明の合金は、押出、プレート、シート、及び鍛造物の形態で製品を作製するために使用され得る。
本発明の他の目的及び利点は、以下の発明を実施するための形態から明らかになるであろう。
実施例１と関連して採用される加熱速度の概略図である。 異なる均質化実施によって生成された分散質の数密度、面積率、及び平均サイズを示すグラフである。 異なる均質化実施によって生成された分散質の平均サイズ、及び半径で割られた面積比（ｆ／ｒ）を示すグラフである。 ５７０℃で８時間（各組の左側のヒストグラムの棒）、５７０℃で４時間（各組の中央のヒストグラムの棒）の均質化によって、かつ５６０℃で６時間、次いで、５４０℃で２時間（各組の右側のヒストグラムの棒）の二段階実施によって生成された分散質の頻度及び面積を示すグラフである。 ５５０℃で８時間（各組の左側のヒストグラムの棒）、５５０℃で４時間（各組の中央のヒストグラムの棒）の均質化によって、かつ５６０℃で６時間、次いで、５４０℃で２時間（各組の右側のヒストグラムの棒）の二段階実施によって生成された分散質の頻度及び面積を示すグラフである。 ５３０℃で８時間（各組の左側のヒストグラムの棒）、５３０℃で４時間（各組の中央のヒストグラムの棒）の均質化によって、かつ５６０℃で６時間、次いで、５４０℃で２時間（各組の右側のヒストグラムの棒）の二段階実施によって生成された分散質の頻度及び面積を示すグラフである。 鋳物としてのインゴットの組成マップである。 ５３０℃で４時間の均質化ステップ後のインゴットの組成マップである。 ５３０℃で８時間の均質化ステップ後のインゴットの組成マップである。 様々な溶体化処理（ＳＨＴ）温度でのＴ８２調質における、合金ｘ６１５及びｘ６１６の降伏強度（ＭＰａ）及びｒ／ｔ比の概略図である。０．４未満のｒ／ｔ値を得るために、ｘ６１５がｘ６１６よりも広いＳＨＴ温度範囲を有する。Ｔ８２降伏強度の最小値及びｒ／ｔ比の最大値もまた示される。 ｒ／ｔ比が縦軸であり、量が横軸である、平均ｒ／ｔグラフのための主効果プロットの概略図である（より多いＭｇ−より低いｒ／ｔ、より少ないＳｉ−より低いｒ／ｔ）。この効果プロットは、ＤＯＥ（実験計画法）試験を介して、２つの線パラメータと共にＣｕ、Ｍｇ、及びＳｉ含有量を系統的に試験した、３２個のインゴットの産業用試験の結果である。この試験の詳細は、実施例内及び添付の図面で要約される。 実施例４に記載される試験条件の概略図である。 Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ８２調質における、合金ｘ６１５（各組の左側のヒストグラムの棒）及びｘ６１６（各組の右側のヒストグラムの棒）に対する、極限せん断強度試験の結果の概略図である。 Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ２調質における合金ｘ６１５、ならびにＯ調質における合金５７５４から調製された破砕試料に対する、軸力−変位曲線である。図１２Ｂは、Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ２調質における合金ｘ６１５、ならびにＯ調質における合金５７５４から調製された破砕試料に対する、単位変位当たりのエネルギー吸収を示すグラフである。図１２Ｃは、Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ２調質における合金ｘ６１５、ならびにＯ調質における合金５７５４から調製された破砕試料に対する、単位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示すグラフである。図１２Ｄは、合金ｘ６１５及び合金５７５４から調製された破砕試料の写真である。 Ｔ８１調質及びＴ８２調質における合金ｘ６１５から調製された破砕試料の写真である。図１３Ｂは、Ｔ８１調質及びＴ８２調質における合金６１１１から調製された破砕試料の写真を含む（「Ｔ６ｘ調質」とラベル付けされる）。 溶体化処理したｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した後のｘ６１５材料に対する一様伸び（左上のグラフ）、全伸び（左下のグラフ）、降伏強度（右上のグラフ）、及び極限引張強度（右下のグラフ）を示すグラフを含む。 溶体化処理したｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した後の合金ｘ６１５材料から調製された破砕試料に対する軸力−変位曲線である。図１５Ｂは、溶体化処理したｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した後の合金ｘ６１５材料から調製された破砕試料に対する単位変位当たりのエネルギー吸収を示すグラフである。図１５Ｃは、溶体化処理したｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した後の合金ｘ６１５材料から調製された破砕試料に対する単位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示すグラフである。図１５Ｄは、溶体化処理したｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した後の合金ｘ６１５材料から調製された破砕試料の写真である。
本発明は、衝突事象中の延性及び靭性要件を満たすと同時に、リベット締めされ得る、新規の自動車用アルミニウムシートを提供する。さらに、本発明は、自動車用アルミニウムシートを調製するための方法を提供する。
本発明の新規の自動車用アルミニウムシートは、１）アルミニウム合金含有量が、強度及び靭性要件と一致した溶液からの可溶相を最小限に抑えること、２）合金が、ひずみ局所化を低減し、かつ変形を一様に分布させるのに十分な分散質を含有すること、ならびに３）不溶相が、産業用の自動車用途における目標の粒径及び形態を達成することと一致するように、適切なレベルまで調節されること、を確実にするために、新規の方法によって調製される。
定義及び説明：
本明細書で使用される場合、「発明」、「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、及び「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許出願の主題及び以下の請求項の全てを広く指すよう意図される。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載される主題も制限せず、以下の特許請求の意味もしくは範囲も制限しないと理解されるべきである。
本記載において、ＡＡ番号及び「シリーズ」または「６ｘｘｘ」などの他の関連した指定によって特定される合金に言及する。アルミニウム及びその合金を命名及び特定するのに最も一般的に使用される番号指定システムの理解のために、両方ともＴｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって公開された“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」、及び「ｔｈｅ」の意味は、文脈上そうでないとする明確な指示がない限り、単数及び複数の指示を含む。
以下の実施形態では、アルミニウム合金は、重量パーセント（重量％）でのそれらの元素組成の観点から記載される。各合金中、残りはアルミニウムであり、全ての不純物に対する最大重量％は、０．１％である。
アルミニウムシート
本明細書に記載されるアルミニウムシートは、熱処理合金から調製され得る。第１の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
Figure 0006771456
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０．４０％〜０．８０％（例えば、０．４５％〜０．７５％、０．４５％〜０．６５％、０．５０％〜０．６０％、０．５１％〜０．５９％、０．５０％〜０．５４％、または０．６８％〜０．７２％）の量の銅（Ｃｕ）を含む。例えば、合金は、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％、０．６０％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７０％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、または０．８０％のＣｕを含むことができる。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．４％（例えば、０．１％〜０．３５％、０．１％〜０．３％、０．２２％〜０．２６％、０．１７％〜０．２３％、または０．１８％〜０．２２％）の量の鉄（Ｆｅ）を含む。例えば、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％、または０．４０％のＦｅを含むことができる。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０．４０％〜０．９０％（例えば、０．４５％〜０．８５％、０．５％〜０．８％、０．６６％〜０．７４％、０．５４％〜０．６４％、０．７１％〜０．７９％、または０．６６％〜０．７４％）の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含む。例えば、合金は、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％、０．６０％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７０％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、０．８０％、０．８１％、０．８２％、０．８３％、０．８４％、０．８５％、０．８６％、０．８７％、０．８８％、０．８９％、０．９０％のＭｇを含むことができる。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．４％（例えば、０．０１％〜０．４％、０．１％〜０．３５％、０．１５％〜０．３５％、０．１８％〜０．２２％、０．１０％〜０．１５％、０．２８％〜０．３２％、または０．２３％〜０．２７％）の量のマンガン（Ｍｎ）を含む。例えば、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％、または０．４０％のＭｎを含むことができる。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０．４０％〜０．７０％（例えば、０．４５％〜０．６５％、０．５７％〜０．６３％、０．５５％〜０．６％、または０．５２％〜０．５８％）の量のシリコン（Ｓｉ）を含む。例えば、合金は、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％、０．６０％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、または０．７０％のＳｉを含むことができる。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．２％（例えば、０．０５％〜０．１５％、０．０５％〜０．１２％、または０％〜０．０８％）の量のチタン（Ｔｉ）を含む。例えば、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Ｔｉを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｔｉは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．１％（例えば、０．０１％〜０．１％または０％〜０．０５％）の量の亜鉛（Ｚｎ）を含む。例えば、合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、または０．１０％のＺｎを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｚｎは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．２％（例えば、０．０２％〜０．１８％、０．０２％〜０．１４％、０．０６％〜０．１％、０．０３％〜０．０８％、または０．１０％〜０．１４％）の量の
クロム（Ｃｒ）を含む。例えば、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Ｃｒを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｃｒは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．０１％（例えば、０％〜０．００７％または０％〜０．００５％）の鉛（Ｐｂ）を含む。例えば、合金は、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、０．００５％、０．００６％、０．００７％、０．００８％、０．００９％、または０．０１０％のＰｂを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｐｂは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．００１％（例えば、０％〜０．０００５％、０％〜０．０００３％、または０％〜０．０００１％）の量のベリリウム（Ｂｅ）を含む。例えば、合金は、０．０００１％、０．０００２％、０．０００３％、０．０００４％、０．０００５％、０．０００６％、０．０００７％、０．０００８％、０．０００９％、または０．００１０％のＢｅを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｂｅは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．００８％（例えば、０％〜０．００４％、０％〜０．００１％、または０％〜０．０００８％）の量のカルシウム（Ｃａ）を含む。例えば、合金は、０．０００１％、０．０００２％、０．０００３％、０．０００４％、０．０００５％、０．０００６％、０．０００７％、０．０００８％、０．０００９％、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、０．００５％、０．００６％、０．００７％、または０．００８％のＣａを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｃａは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．０４％（例えば、０％〜０．０１％、０％〜０．００８％、または０％〜０．００４％）の量のカドミウム（Ｃｄ）を含む。例えば、合金は、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、０．００５％、０．００６％、０．００７％、０．００８％、０．００９％、０．０１０％、０．０１１％、０．０１２％、０．０１３％、０．０１４％、０．０１５％、０．０１６％、０．０１７％、０．０１８％、０．０１９％、０．０２０％、０．０２１％、０．０２２％、０．０２３％、０．０２４％、０．０２５％、０．０２６％、０．０２７％、０．０２８％、０．０２９％、０．０３０％、０．０３１％、０．０３２％、０．０３３％、０．０３４％、０．０３５％、０．０３６％、０．０３７％、０．０３８％、０．０３９％、または０．０４０％のＣｄを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｃｄは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．００３％（例えば、０％〜０．００１％、０％〜０．０００８％、または０％〜０．０００３％）の量のリチウム（Ｌｉ）を含む。例えば、合金は、０．０００１％、０．０００２％、０．０００３％、０．０００４％、０．０００５％、０．０００６％、０．０００７％、０．０００８％、０．０００９％、０．００１０％、０．００１１％、０．００１２％、０．００１３％、０．００１４％、０．００１５％、０．００１６％、０．００１７％、０．００１８％、０．００１９％、０．００２０％、０．００２１％、０．００２２％、０．００２３％、０．００２４％、０．００２５％、０．００２６％、０．００２７％、０．００２８％、０．００２９％、または０．００３０％のＬｉを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｌｉは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．００３％（例えば、０％〜０．００１％、０％〜０．０００８％、または０％〜０．０００３％）の量のナトリウム（Ｎａ）を含む。例えば、合金は、０．０００１％、０．０００２％、０．０００３％、０．０００４％、０．０００５％、０．０００６％、０．０００７％、０．０００８％、０．０００９％、０．００１０％、０．００１１％、０．００１２％、０．００１３％、０．００１４％、０．００１５％、０．００１６％、０．００１７％、０．００１８％、０．００１９％、０．００２０％、０．００２１％、０．００２２％、０．００２３％、０．００２４％、０．００２５％、０．００２６％、０．００２７％、０．００２８％、０．００２９％、または０．００３０％のＮａを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｎａは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．２％（例えば、０．０１％〜０．２％または０．０５％〜０．１％）のジルコニウム（Ｚｒ）を含む。例えば、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Ｚｒを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｚｒは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．２％（例えば、０．０１％〜０．２％または０．０５％〜０．１％）の量のスカンジウム（Ｓｃ）を含む。例えば、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Ｓｃを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｓｃは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される熱処理合金は、合金の総重量に基づき、０％〜０．２％（例えば、０．０１％〜０．２％または０．０５％〜０．１％）の量のバナジウム（Ｖ）を含む。例えば、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Ｖを含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｖは、合金中に存在しない（すなわち、０％）。全ては、重量％で表される。
様々な実施形態において、本発明の合金を作製するために、第１の実施形態に示される範囲の部分範囲が使用される。第２の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
Figure 0006771456
第３の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
Figure 0006771456
第４の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の、本願において「ｘ６１５」と称される熱処理合金である。
Figure 0006771456
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上記の表及び後続の表に示される過剰シリコンの計算を、米国特許第４，６１４，５５２号、第４欄、４９〜５２行目の方法に従って行った。第３の列の過剰Ｓｉは、上記の第２の列のＭｇ２Ｓｉに関する。第５の列の過剰Ｓｉは、上記の第４の列のＭｇＳｉに関する。
熱処理６ｘｘｘ合金に対して、時効硬化強度に寄与する溶質元素は、Ｃｕ、Ｍｇ、及びＳｉを含む。上記の表は、組み合わせて「Ｍｇ２Ｓｉ」を形成するＭｇ及びＳｉの能力に関する。
実際の内部化学組成の許容限界及びＣＡＳＨ処理条件は、所望の規格限界内の機械的特性及び曲げ性特性を有するｘ６１５材料を製造することが可能である。評価は、我々がＣＡＳＨライン上で頑強なプロセスウィンドウを有することを検証する。化学組成の変化は、機械的特性及び曲げ性性能に最大の影響を与える。Ｃｕ、Ｓｉ、及びＭｇは、Ｔ４降伏強度（ＹＳ）、Ｔ４極限引張強度（ＵＴＳ）、及びＴ８２ ＹＳを増加させる。Ｃｕは、Ｔ４強度値に影響をもたらすが、曲げ性に対する影響は小さい。Ｍｇを増加させることは、より良好な曲げ性を与えるように思われる。最も強力な単一変数は、Ｓｉであり、より低いＳｉは、より良好な曲げ性、及びＴ８１降伏強度とＴ４降伏強度との間のより低い差、すなわち、ΔＹＳ（Ｔ８１−Ｔ４）をもたらす（図９及び実施例を参照されたい）。
第５の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
Figure 0006771456
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第６の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
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第７の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
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第８の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
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第９の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
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第１０の実施形態では、自動車用アルミニウムシートは、以下の組成の熱処理合金である。
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使用強度：
本発明のアルミニウムシートは、少なくとも約２５０ＭＰａの使用強度（車両上の強度）を有し得る。いくつかの実施形態では、使用強度は、少なくとも約２６０ＭＰａ、少なくとも約２７０ＭＰａ、少なくとも約２８０ＭＰａ、または少なくとも約２９０ＭＰａである。好ましくは、使用強度は、約２９０ＭＰａである。本発明のアルミニウムシートは、０．８以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有する、任意の使用強度を包含する。好ましくは、ｒ／ｔ曲げ性は、０．４以下である。
アルミニウムシートの機械的特性は、所望の用途に応じて様々な時効状態によって制御される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシートは、例えば、Ｔ４調質、Ｔ６調質、Ｔ８調質、Ｔ９調質、Ｔ８１調質、またはＴ８２調質で顧客に供給され得る。溶体化処理及び自然時効したシートを指すＴ４シートが顧客に供給され得る。これらのＴ４シートは、任意に、顧客による受け取り後に強度要件を満たすために、追加の時効処理（複数可）に供され得る。例えば、シートは、Ｔ４シートを、当業者に既知のような適切な溶体化処理及び／または時効処理に供することによって、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ８１、Ｔ８２、及びＴ９調質などの他の調質で供給され得る。
いくつかの実施形態では、シートは、Ｔ８１調質を達成するために、２％で予ひずみを与えられ、２０分間１８５℃まで加熱され得る。そのようなＴ８１調質シートは、例えば、２５０ＭＰａの降伏強度を示し得る。
分散質微細構造制御：
本明細書に記載される合金は、均質化処理中に形成する分散質を有する。分散質の平均サイズは、約０．００８μｍ２〜約２μｍ２であってもよい。例えば、分散質の平均サイズは、約０．００８μｍ２、約０．００９μｍ２、約０．０１μｍ２、約０．０１１μｍ２、約０．０１２μｍ２、約０．０１３μｍ２、約０．０１４μｍ２、約０．０１５μｍ２、約０．０１６μｍ２、約０．０１７μｍ２、約０．０１８μｍ２、約０．０１９μｍ２、約０．０２μｍ２、約０．０５μｍ２、約０．１０μｍ２、約０．２０μｍ２、約０．３０μｍ２、約０．４０μｍ２、約０．５０μｍ２、約０．６０μｍ２、約０．７０μｍ２、約０．８０μｍ２、約０．９０μｍ２、約１μｍ２、約１．１μｍ２、約１．２μｍ２、約１．３μｍ２、約１．４μｍ２、約１．５μｍ２、約１．６μｍ２、約１．７μｍ２、約１．８μｍ２、約１．９μｍ２、または約２μｍ２であってもよい。
上記の通り、本明細書に記載される合金は、ひずみ局所化を低減し、かつ変形を一様に分布させるのに十分な数の分散質を含有するように設計される。２００μｍ２当たりの分散質粒子の数は、好ましくは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定される通り、約５００個を超える粒子である。例えば、２００μｍ２当たりの粒子の数は、約６００個を超える粒子、約７００個を超える粒子、約８００個を超える粒子、約９００個を超える粒子、約１０００個を超える粒子、約１１００個を超える粒子、約１２００個を超える粒子、約１３００個を超える粒子、約１４００個を超える粒子、約１５００個を超える粒子、約１６００個を超える粒子、約１７００個を超える粒子、約１８００個を超える粒子、約１９００個を超える粒子、約２０００個を超える粒子、約２１００個を超える粒子、約２２００個を超える粒子、約２３００個を超える粒子、または約２４００個を超える粒子であってもよい。
分散質の面積率は、合金の約０．００２％〜０．０１％に及び得る。例えば、合金中の分散質の面積率は、約０．００２％、約０．００３％、約０．００４％、約０．００５％、約０．００６％、約０．００７％、約０．００８％、約０．００９％、または約０．０１０％であってもよい。
分散質の面積比は、約０．０５〜約０．１５に及び得る。例えば、分散質の面積比は、約０．０６〜約０．１４、約０．０７〜約０．１３、または０．０８〜約０．１２であってもよい。
実施例１でさらに記載されるように、均質化条件は、分散質の平均サイズ、数密度、面積率、及び面積比に影響を及ぼす。
プロセス：
本明細書に記載される合金は、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。ＤＣ鋳造プロセスは、当業者に既知のようなアルミニウム産業で一般的に使用される基準に従って実施される。鋳造されたインゴットは、次いで、さらなる処理ステップに供され得る。いくつかの実施形態では、処理ステップとしては、均質化ステップ、熱間圧延ステップ、冷間圧延ステップ、溶体化処理ステップ、及び任意に時効処理が挙げられるがこれらに限定されない。
均質化実施は、最初に、微細な分散質含有量の形成を促進する加熱速度を有するように選択される。分散質、Ｃｒ、及び／またはＭｎは、均質化サイクルの加熱部分中に沈殿（ｐｐｔ）する。均質化サイクルのピーク温度及び時間は、可溶相の非常に完全な均質化を提供するように選択される。均質化ステップいくつかの実施形態では、本明細書に記載される合金組成物から調製されたインゴットは、少なくとも約５００℃（例えば、少なくとも５３０℃、少なくとも５４０℃、少なくとも５５０℃、少なくとも５６０℃、または少なくとも５７０℃）のピーク金属温度を達成するように加熱される。例えば、インゴットは、約５０５℃〜約５８０℃、約５１０℃〜約５７５℃、約５１５℃〜約５７０℃、約５２０℃〜約５６５℃、約５２５℃〜約５６０℃、約５３０℃〜約５５５℃、または約５３５℃〜約５６０℃の温度まで加熱され得る。ピーク金属温度までの加熱速度は、１００℃／時間もしくはそれ以下、７５℃／時間またはそれ以下、または５０℃／時間もしくはそれ以下であってもよい。任意に、加熱速度の組み合わせが使用され得る。例えば、インゴットは、約１００℃／時間またはそれ以下（例えば、９０℃／時間もしくはそれ以下、８０℃／時間もしくはそれ以下、または７０℃／時間もしくはそれ以下）の速度で、約２００℃〜約３００℃（例えば、約２１０℃、２２０℃、２３０℃、２４０℃、２５０℃、２６０℃、２７０℃、２８０℃、２９０℃、または３００℃）の第１の温度まで加熱され得る。次いで、加熱速度は、第１の温度よりも高い第２の温度が到達されるまで低下され得る。第２の温度は、例えば、少なくとも約４７５℃（例えば、少なくとも４８０℃、少なくとも４９０℃、または少なくとも５００℃）であってもよい。第１の温度から第２の温度までの加熱速度は、約８０℃／時間またはそれ以下（例えば、７５℃／時間もしくはそれ以下、７０℃／時間もしくはそれ以下、６５℃／時間もしくはそれ以下、６０℃／時間もしくはそれ以下、５５℃／時間もしくはそれ以下、または５０℃／時間もしくはそれ以下）の速度であってもよい。次いで、温度は、約６０℃／時間またはそれ以下（例えば、５５℃／時間もしくはそれ以下、５０℃／時間もしくはそれ以下、４５℃／時間もしくはそれ以下、または４０℃／時間もしくはそれ以下）の速度で加熱することによって、上記の通り、ピーク金属温度まで上昇され得る。次いで、インゴットは、一定期間浸漬（すなわち、指示された温度で保持）される。いくつかの実施形態では、インゴットは、最大１５時間（例えば、３０分間〜１５時間（両端の値を含む））、浸漬される。例えば、インゴットは、３０分間、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、または１５時間、少なくとも５００℃の温度で浸漬され得る。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される均質化ステップは、二段階均質化プロセスであってもよい。これらの実施形態では、均質化プロセスは、第１の段階と称され得る上記の加熱及び浸漬ステップを含むことができ、第２の段階をさらに含むことができる。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の段階のために使用される温度よりも高いか、または低い温度まで変化される。例えば、インゴット温度は、均質化プロセスの第１の段階のために使用される温度よりも低い温度まで低下され得る。均質化プロセスの第２の段階のこれらの実施形態では、インゴット温度は、第１の段階の均質化プロセスのために使用される温度よりも少なくとも５℃低い（例えば、少なくとも１０℃低い、少なくとも１５℃低い、または少なくとも２０℃低い）温度まで低下され得る。次いで、インゴットは、第２の段階中に一定期間浸漬される。いくつかの実施形態では、インゴットは、最大５時間（例えば、３０分間〜５時間（両端の値を含む））、浸漬される。例えば、インゴットは、３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間、または５時間、少なくとも４５５℃の温度で浸漬され得る。均質化後に、インゴットは、空気中で室温まで冷却され得る。
均質化ステップの終わりに、熱間圧延ステップが実施される。熱間圧延条件は、すでに製造された分散質含有量を保持し、かつ溶液からの可溶性硬化相の沈殿物が最小限の量であり、再結晶温度を下回る、熱間圧延を完了するように選択される。熱間圧延ステップは、熱間リバースミル動作及び／または熱間タンデムミル動作を含むことができる。熱間圧延ステップは、約２５０℃〜５３０℃（例えば、約３００℃〜約５２０℃、約３２５℃〜約５００℃、または約３５０℃〜約４５０℃）に及ぶ温度で実施され得る。熱間圧延ステップにおいて、インゴットは、１０ｍｍ厚のゲージまたはそれ以下（例えば、２ｍｍ〜８ｍｍ厚のゲージ）まで熱間圧延され得る。例えば、インゴットは、９ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、８ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、７ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、６ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、５ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、４ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、３ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、２ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下、または１ｍｍ厚のゲージもしくはそれ以下まで熱間圧延され得る。
熱間圧延ステップ後、圧延された熱間帯鋼は、１ｍｍ〜４ｍｍの最終ゲージ厚を有するシートまで冷間圧延され得る。例えば、圧延された熱間帯鋼は、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、または１ｍｍの最終ゲージ厚を有するシートまで冷間圧延され得る。冷間圧延は、当業者に既知の技術を使用して、２０％、５０％、７５％、または７５％超の全体的なゲージ低減を表す、最終ゲージ厚を有するシートをもたらすように実施され得る。
冷間圧延されたシートは、次いで、溶体化処理ステップを受け得る。溶体化処理ステップは、室温から約４７５℃〜約５７５℃（例えば、約４８０℃〜約５７０℃、約４８５℃〜約５６５℃、約４９０℃〜約５６０℃、約４９５℃〜約５５５℃、約５００℃〜約５５０℃、約５０５℃〜約５４５℃、約５１０℃〜約５４０℃、または約５１５℃〜約５３５℃）の温度までシートを加熱することを含むことができる。シートは、一定期間その温度で浸漬し得る。いくつかの実施形態では、シートは、最大６０秒間（例えば、０秒間〜６０秒間（両端の値を含む））、浸漬される。例えば、シートは、５秒間、１０秒間、１５秒間、２０秒間、２５秒間、３０秒間、３５秒間、４０秒間、４５秒間、５０秒間、５５秒間、または６０秒間、約５００℃〜約５５０℃の温度で浸漬され得る。溶体化処理の完成度は重要である。溶体化処理は、人工時効の実施中に目標強度に到達するために、溶液中に可溶分を引き込むのに十分でなければならないが、過度にそうではなく、それは、これが靭性の急激な減少を伴い、強度目標を超えるためである。
組成は、溶体化処理条件及び人工時効の実施と慎重に一致されなければならない。いくつかの実施形態では、ピーク金属温度及び浸漬継続時間（５１０℃を超える秒数）は、３００ＭＰａ ＹＳを超えないように、Ｔ８２強度（２２５℃で３０分間）を製造するように選択される。材料は、わずかに溶体化処理不足であり得、それは、全部ではないが大部分の可溶相が固溶体中にあることを意味し、ピーク金属温度は約５００〜５５０℃に及ぶ。
次いで、シートは、急冷ステップにおいて約２５℃〜約５０℃の温度まで冷却され得る。急冷ステップにおいて、シートは、液体（例えば、水）及び／またはガスで迅速に急冷される。急冷速度は、４５０℃〜２５０℃の温度範囲にわたって測定される通り、１００℃／秒〜４５０℃／秒であってもよい。可能な限り高い急冷速度が好ましい。溶体化処理温度からの急冷速度は、４８０℃〜２５０℃の温度範囲にわたって、ほとんどのゲージに対して３００℃／秒を超えてもよい。
急冷経路は、急冷中に粒界上で沈殿しない冶金学的要件をもたらすように選択されるが、形状を補正するための有意な伸張の必要性はない。これらのシート半加工品は、人工時効前に形成され、したがって、優れた形成特性を有し平坦でなければならない。これは、大きなひずみが、迅速な急冷によってもたらされた形状を補正するために必要とされる場合に達成されない。材料はまた、迅速な常温時効硬化なしで、かなり安定した室温特性を有する。いくつかの実施形態では、Ｃｕ含有量は、任意の腐食電位を最小限に抑えるために、かつ自動車塗料系に好適であるために可能な限り低いが、目標の強度及び靭性特性を達成するのに十分高い値である。いくつかの実施形態では、Ｃｕは、最小レベルで０．４％である。
本明細書に記載されるシートはまた、当業者に既知のように、連続鋳造法を使用することによって合金から製造され得る。
本明細書に記載される合金及び方法は、自動車、航空機、及び鉄道用途を含む、自動車及び／または輸送用途で使用され得る。いくつかの実施形態では、本合金及び方法は、自動車車体部品製品を調製するために使用され得る。
以下の例は、本発明をさらに例示する働きをするが、同時に、その任意の制限を構成しない。これに反して、本明細書の記載を読んだ後に、本発明の精神から逸脱することなく当業者にそれ自体を示唆し得る、その様々な実施形態、修正物、及び同等物に頼り得ることが明確に理解されるものとする。以下の実施例に記載される研究中、特に明記しない限り、従来の手順に従った。手順のうちのいくつかが例示目的で以下に記載される。
実施例１
均質化時の構造の分散質の分布に対する均質化実施の影響を決定する。
ｘ６１５合金インゴットに対して、４時間、８時間、及び１２時間の浸漬時間で、５３０℃、５５０℃、及び５７０℃のピーク金属温度（ＰＭＴ）を検査した。加熱速度は、図１に示される。６時間、５６０℃までインゴットを加熱し、次いで、温度を５４０℃まで低下させ、２時間この温度でインゴットを浸漬させることを伴った、二段階均質化も解析した。
８時間の浸漬に対して、分散質の数密度は、温度の上昇と共に減少した。図２を参照されたい。具体的には、５３０℃のピーク金属温度（ＰＭＴ）の温度が、分散質の最高の数密度をもたらした。図２を参照されたい。理論によって束縛されないが、そのような効果は、結晶粒粗大化によるものであり得る。走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）調査中、Ｍｇ２Ｓｉは見つからなかった。
５３０及び５５０℃の両方のＰＭＴが、二段階実施と同様の分散質の数密度をもたらした（図３中で「５６０／５４０」とラベル付けされる）。図３を参照されたい。５３０℃のＰＭＴ及び４時間の浸漬で、最小の平均サイズが達成された一方で、５３０℃のＰＭＴ及び８時間の浸漬で、最高の面積比が達成された（わずかに拡大された分散質ならびにより高い数密度）。図３を参照されたい。
二段階プロセスは、どの５７０℃のＰＭＴ条件よりも効果的であった。図４を参照されたい。二段階プロセスは、５５０℃のＰＭＴ条件と同様であった。図５を参照されたい。５３０℃のＰＭＴ（両方の浸漬時間における）は、二段階プロセスよりも好ましい条件を示した。図６を参照されたい。組成マップは、５３０℃がミクロ偏析を排除するための有効温度であることを示し、金属組織学は、いかなる溶解されていないＭｇ２Ｓｉも示さなかった。図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃを参照されたい。鋳物としてのインゴットに対して、ＳｉとＭｇとの間に有意な重なりがあり、それは、沈殿したＭｇ２Ｓｉを示す。図７Ａを参照されたい。５３０℃で４時間の均質化後、一部のＳｉが存在したが（図７Ｂ、左下の写真を参照されたい）、Ｍｇは、Ｍｇ２Ｓｉが予期された場所に存在しなかった（図７Ｂ、中央上の写真を参照されたい）。５３０℃で８時間の均質化後、一部のＳｉが、Ｃｕのように金属間領域に存在した（図７Ｃ、左下の写真及び中央下の写真を参照されたい）。
実施例２
本実施例では、合金ｘ６１５は、合金ｘ６１６と対比される。合金ｘ６１５は、上記の組成である。合金ｘ６１６は、以下の組成を有する熱処理合金である。
Figure 0006771456
Figure 0006771456
本明細書に記載されるステップを使用して、冷間圧延された材料を作製した。対照実験において実験器具を使用して、この材料を溶体化処理し、それにより、ＰＭＴを変化させ、全ての試料を迅速に急冷した。これらの実験の結果は、図８に示される。合金ｘ６１５は、強度及び曲げ性のより良好な組み合わせを示し、より広い範囲のＰＭＴにわたって、これらの有益な特性をもたらすことが可能である。工場ＳＨＴ材料と実験室ＳＨＴ材料との間の加熱速度の差により、同等の材料特性が異なるＰＭＴにおいて生じるが、組み合わされた強度及びｒ／ｔ挙動は、同様である。
実施例３
合金特性に対するＳｉ、Ｍｇ、及びＣｕ含有量の影響をより明確に定義するために、商業用インゴットを使用して実験計画法（ＤＯＥ）を実施し、試験及び評価のために３ｍｍの最終シート製品を製造した。加えて、２つの線パラメータ、すなわち、線速度及びファン速度設定を同時に検査した。これらの線パラメータは、材料が連続溶体化処理（ＳＨＴ）中に経験するピーク金属温度（ＰＭＴ）に影響を及ぼす。具体的には、全体的なＤＯＥは、０．５７〜０．６３の範囲のＳｉ、０．６６〜０．７４のＭｇ、及び０．５１〜０．５９のＣｕを調査した。線速度及びファンの組み合わせは、５２４℃〜５４２℃の範囲のＰＭＴをもたらした。ＤＯＥ内で、全ての組成及び線パラメータは、２６０ＭＰａを超えるＴ８２強度の目標を満たすことが可能であり、２７０〜３０８ＭＰａの強度範囲がもたらされた。組成及び線速度のほとんどの組み合わせは、０．４未満のｒ／ｔをもたらし、多くは０．３５未満であるが、５個のコイルは０．４を超えるｒ／ｔ比を有すると特定された。図９で詳述されるように、わずかにより高いＭｇ含有量がこの悪影響をある程度改善し得るが、＞０．４のｒ／ｔ値を有する全てのコイルが、このＤＯＥで調査された最大Ｓｉ限度においてであったことが特に注目すべきことである。結論は、高過剰Ｓｉ合金が回避されるべきであり、ｒ／ｔによって測定される通り、延性に対して特に強い影響を及ぼすことである。
実施例４
ｘ６１５及びｘ６１６の最大せん断強度
ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ８３１−１１：Ｓｈｅａｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓに従って、試験を行った。この基準に含まれたゲージは、６．３５ｍｍのゲージまたはそれ以下である。より高いゲージは、６．３５ｍｍまで機械加工される必要がある。最小ゲージはないが、低いゲージは、強度に応じて曲がる。Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ８２調質において、３．５３４ｍｍのゲージで、合金ｘ６１５を試験した。Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ８２調質において、３．５７１ｍｍのゲージで、合金ｘ６１６を試験した。
試料調製
試料を、ＥＤＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｗｏｏｄｓｔｏｃｋ，ＧＡ）によって放電加工した。図１０の１〜４の配列ならびにカット仕上げは重要であり、したがって、切断方法としてのＥＤＭの選択である。損傷なしでの試料の取り付けの配列及び容易さを促進するために、クリベースグリップ（Ｃｌｅｖａｃｅ ｇｒｉｐｓ）もまた機械加工した。試料の長さに接線方向に走る圧延方向で、全ての試料を試験した。
試験方法−試験手順
この試験は、極限せん断強度を測定する：
Figure 0006771456
 であり、式中、Ｐｍａｘは、最大の力であり、Ａは、せん断領域の面積、６．４ｍｍ×図１０の試料の厚さである。せん断応力速度は、６８９ＭＰａ．分−１を超えることができず、ＡＳＴＭ方法は、極限せん断強度の報告を指定する。
破壊エネルギーの計算
最大負荷に及ぶことは、最初は良好に思えるが、より弱いｘ６１５の回転及び初期負荷が、試験の第１の段階中により長いプラトーをもたらす。破壊を引き起こすのに必要とされるエネルギーを計算することは、せん断応力−ひずみ曲線下の面積を計算することによって、この初期負荷現象を無視することを可能にする。トラペゾイダル法を使用して、数値積分を実施した。破壊エネルギーの計算のために、最初に、せん断応力対せん断ひずみの十分なデータ点を必要とする。十分なデータ点を有して、次に、適切なニュートン・コーツの方式、例えば、台形公式（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：Ｗｉｔｈ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｆｏｕｒｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｔｅｖｅｎ Ｃ．Ｃｈａｐｒａ ａｎｄ Ｒａｙｍｏｎｄ Ｐ．Ｃａｎａｌｅ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ ２００２を参照されたい）を実施することができる。最終結果は、試験中消費されたジュールでの全エネルギーである。
結論
最初の観察において、ｘ６１５及びｘ６１６は、せん断負荷中に同様の挙動を示したが、Ｔ８１条件において、ｘ６１６は、はるかに高い極限せん断強度を有した。ｘ６１５及びｘ６１６の初期負荷プラトーは、単にｘ６１６のより高い強度によって寄与し得る。しかしながら、破壊エネルギーはこれを回避し、ｘ６１５とｘ６１６との間の差を強調した。図１１を参照されたい。合金ｘ６１５は、０．４未満のｒ／ｔ値を得るために、ｘ６１６よりも広いＳＨＴ温度範囲を有する。図８を参照されたい。
実施例５
ｘ６１５の耐衝突性
Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ８２調質におけるｘ６１５の衝突生存性、エネルギー吸収、及び折れ挙動を含む、破壊挙動を評価するための試験を実施した。合金ｘ６１５のエネルギー吸収を、合金５７５４及び合金６１１１へのエネルギー吸収と比較した。
セルフピアシングリベットから形成された接合部を含む、ｘ６１５合金シートから調製された固定具を使用して、１２５ｍｍの破壊の深さで、予備管破壊試験を実施した。５７５４合金固定具を比較の目的で使用した。図１２Ｄを参照されたい。対応する軸力−変位曲線は、図１２Ａに示される。試料に対する変位の単位当たりのエネルギー吸収は、図１２Ｂに示される。Ｔ４、Ｔ８１、及びＴ８２調質におけるｘ６１５固定具は、位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示したが、５７５４試料は、単位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示さなかった。図１２Ｃを参照されたい。
第２段階の破壊試験において、ｘ６１５を６１１１と比較した。セルフピアシングリベットから形成された接合部を含む、Ｔ８１及びＴ８２調質におけるｘ６１５合金固定具、ならびにＴ８１及びＴ８２調質における６１１１合金固定具を使用して、２２０ｍｍの破壊の深さで、破壊試験を実施した。ｘ６１５固定具は、裂けることなく破壊後にうまく折れ、より優れたリベット能力及び優れたエネルギー吸収を有した。図１３Ａを参照されたい。６１１１固定具は、折り畳みの間に裂けた。リベット能力は、リベットボタンが破壊中に裂けたため、Ｔ８２調質において劣った。図１３Ｂ、右側の写真を参照されたい。
第３段階の破壊試験において、再加熱の効果を判定した。溶体化処理後、ｘ６１５材料を６５℃、１００℃、または１３０℃まで再加熱した。ｘ６１５シートに１８０℃で２０分間塗料を焼き付け、ｘ６１５材料に対して、一様伸び、全伸び、降伏強度、及び極限引張強度を判定した。図１４を参照されたい。図１４に示されるように、この再加熱ステップは、一様伸び及び全伸びの両方の減少に伴い、降伏強度（ＹＳ）及び極限引張強度（ＵＴＳ）の両方を増加させる、さらなる時効硬化プロセスをもたらすが、それにもかかわらず、変位当たりのエネルギーによって判定されるような、かつ図１５Ｄに示されるような構造の完全な全体性を有する、改善された性能を提供する。固定具を形成し、次いで、Ｔ８１調質に時効した。軸力−変位曲線は、図１５Ａに示される。試料に対する変位の単位当たりのエネルギー吸収は、図１５Ｂに示される。図１５Ｃに示されるように、ｘ６１５シートを１００℃または１３０℃まで再加熱したｘ６１５固定具は、単位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示したが、６５℃まで再加熱したｘ６１５シートは、単位変位当たりのエネルギー吸収の増加を示さなかった。破壊画像は、図１５Ｄに示される。
上記の破壊試験に基づき、Ｔ４におけるｘ６１５ならびに後形成された人工時効材料の耐衝突性は、合金５７５４及び合金６１１１の耐衝突性よりも優れていた。したがって、ｘ６１５合金は、利用可能な強度の変化に基づき、設計技師がそれらの構造を調整するための相当な選択肢を提供する。
上記に列挙された全ての特許、出版物、及び要約は、参照によりそれら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が、本発明の様々な目的の達成のために記載されてきた。これらの実施形態が単に本発明の原理の例示にすぎないことが認識されるべきである。その多くの修正及び適応が、以下の特許請求の範囲に定義されるような本発明の精神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るであろう。

Claims (17)

  1. ０．４５〜０．６５重量％のＣｕ、０〜０．４０重量％のＦｅ、０．４０〜０．７５重量％のＭｇ、０〜０．４０重量％のＭｎ、０．４０〜０．７重量％のＳｉ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜０．１重量％のＺｎ、及び０〜０．２０重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌであり、かつ複数の分散質を含み、少なくとも２５０ＭＰａの降伏強度を有する、アルミニウム合金シート。
  2. ０．４５〜０．６５重量％のＣｕ、０．１〜０．３５重量％のＦｅ、０．４５〜０．７５重量％のＭｇ、０．１〜０．３５重量％のＭｎ、０．４５〜０．６５重量％のＳｉ、０．０２〜０．１８重量％のＣｒ、０〜０．１重量％のＺｎ、及び０．０５〜０．１５重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金シート。
  3. ０．４５〜０．６５重量％のＣｕ、０．１〜０．３重量％のＦｅ、０．５〜０．７５重量％のＭｇ、０．１５〜０．３５重量％のＭｎ、０．４５〜０．６５重量％のＳｉ、０．０２〜０．１４重量％のＣｒ、０．０〜０．１重量％のＺｎ、及び０．０５〜０．１２重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金シート。
  4. ０．５１〜０．５９重量％のＣｕ、０．２２〜０．２６重量％のＦｅ、０．６６〜０．７４重量％のＭｇ、０．１８〜０．２２重量％のＭｎ、０．５７〜０．６３重量％のＳｉ、０．０６〜０．１重量％のＣｒ、０．０〜０．１重量％のＺｎ、及び０〜０．０８重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金シート。
  5. ０．５１〜０．５９重量％のＣｕ、０．２２〜０．２６重量％のＦｅ、０．６６〜０．７４重量％のＭｇ、０．１８〜０．２２重量％のＭｎ、０．５５〜０．６重量％のＳｉ、０．０６〜０．１重量％のＣｒ、０．０〜０．１重量％のＺｎ、及び０〜０．０８重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌである、請求項１に記載のアルミニウム合金シート。
  6. 少なくとも２６０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  7. 少なくとも２９０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  8. ０．８以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  9. ０．４以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  10. ０．８以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有し、かつ少なくとも２６０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  11. ０．８以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有し、かつ少なくとも２９０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  12. ０．４以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有し、かつ少なくとも２６０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  13. ０．４以下のｒ／ｔ曲げ性を満たすのに十分な延性または靭性を有し、かつ少なくとも２９０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金シート。
  14. 請求項１〜１３のいずれかに記載のアルミニウム合金シートを含む、自動車車体部品。
  15. 金属シートを製造する方法であって、
    ０．４５〜０．６５重量％のＣｕ、０〜０．４０重量％のＦｅ、０．４０〜０．７５重量％のＭｇ、０〜０．４０重量％のＭｎ、０．４０〜０．７重量％のＳｉ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜０．１重量％のＺｎ、及び０〜０．２０重量％のＴｉを、最大０．１０重量％の微量元素不純物と共に含み、残りはＡｌである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と、
    前記インゴットを均質化することと、
    前記インゴットを熱間圧延して、熱間帯を製造することと、
    前記熱間帯を冷間圧延して、最終ゲージ厚を有しかつ少なくとも２５０ＭＰａの降伏強度を有するシートにすることと、を含む、方法。
  16. 前記シートを、４５０℃〜５７５℃の温度での溶体化処理に供することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記シートを人工時効プロセスに供することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
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