KR102176996B1 - 개선된 6xxx 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents

개선된 6xxx 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규한 6xxx 알루미늄 합금을 개시한다. 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.05 내지 1.50 중량%의 Mg, 0.60 내지 0.95 중량%의 Si, 0.275 내지 0.50 중량%의 Cu, 및 0.05 내지 1.0 중량%의 이차 원소를 포함할 수 있으며, 이때 (중량% Mg)/(중량% Si) 비는 1.30 내지 1.90이고, 이차 원소는 V, Fe, Cr, Mn, Zr, Ti, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된다.

Description

개선된 6xxx 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법{IMPROVED 6XXX ALUMINUM ALLOYS, AND METHODS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 신규한 6xxx 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 다양한 용도에서 유용하다. 그러나, 다른 특성은 저하시키지 않으면서 알루미늄 합금의 하나의 특성을 개선하는 것은 힘들다. 예를 들면, 합금의 인성을 감소시키지 않으면서 합금의 강도를 증가시키기는 어렵다. 알루미늄 합금에 있어 관심있는 다른 특성들중 2가지를 들자면 내부식성 및 내피로성을 들 수 있다.
광범위하게, 본 특허 출원은 신규한 6xxx 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 신규한 6xxx 알루미늄 합금 제품은, 예를 들면, 이하에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이, 합금 원소들의 양에 기인하여 특성들의 개선된 조합을 달성한다. 예를 들면, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은, 이하 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 다른 것들 중에서도 강도, 인성, 내피로성 및 내부식성중 2 가지 이상의 개선된 조합을 구현할 수 있다. 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 (예를 들면, 시트 또는 플레이트와 같은) 압연된 형태(rolled form), 압출품, 또는 단조품과 같은 가공된 형태로 생산될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 단조 휠 제품(forged wheel product)의 형태이다. 하나의 실시태양에서, 6xxx 단조 휠 제품은 다이-단조 휠 제품(die-forged wheel product)이다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은, 하기에서 정의되는 바와 같이, 일반적으로 주요 합금 원소로서의 마그네슘(Mg), 규소(Si) 및 구리(Cu)와, 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상의 이차 원소를 포함(일부의 경우에는 필수적으로 이들로 구성되거나, 또는 이들로 구성된다)하며, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물들이다.
마그네슘과 관련하여, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 1.05 중량% 내지 1.50 중량%의 Mg를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.10 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.15 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.20 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.45 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.40 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.35 중량% 이하의 Mg를 포함한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 0.60 중량% 내지 0.95 중량%의 Si를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.65 중량% 이상의 Si를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.70 중량%이상의 Si를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.90 중량% 이하의 Si를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.85 중량% 이하의 Si를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.80 중량% 이하의 Si를 포함한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 마그네슘 및 규소를 1.30 내지 1.90(Mg/Si)의 비율로 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.35 이상의 Mg/Si 비를 갖는다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.40 이상의 Mg/Si 비를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.45 이상의 Mg/Si 비를 갖는다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.85 이하의 Mg/Si 비를 갖는다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.80 이하의 Mg/Si 비를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.75 이하의 Mg/Si 비를 갖는다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.70 이하의 Mg/Si 비를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.65 이하의 Mg/Si 비를 갖는다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.35 내지 1.85의 Mg/Si 비를 갖는다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.35 내지 1.80의 Mg/Si 비를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.40 내지 1.75의 Mg/Si 비를 갖는다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.40 내지 1.70의 Mg/Si 비를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 1.45 내지 1.65의 Mg/Si 비를 갖는다. 상술된 한계 범위의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 상술된 양의 Mg 및 Si 를 사용하면 다른 것들 중에서도 개선된 강도 및/또는 내피로성을 촉진할 수 있다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 구리를 포함하며, 0.275 중량% 내지 0.50 중량% Cu의 범위이다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.30 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.325 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.35 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.45 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.425 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.40 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 상술된 양의 Cu 를 사용하면 개선된 강도 및 양호한 내부식성을 촉진할 수 있다. 이하에서 더 상세하게 기술되어 있는 바와 같이, 신규한 6xxx 알루미늄 합금이 바나듐을 실질적으로 함유하지 않은(즉, 0.05 중량% 미만의 V를 포함하는) 경우, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.35 중량% 이상의 Cu를 포함해야만 한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 1.0 중량%의 이차 원소를 포함하며, 이때 이차 원소는 바나듐, 망간, 크롬, 철, 지르코늄, 티타늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.10 내지 0.80 중량%의 이차 원소를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.15 내지 0.60 중량%의 이차 원소를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.20 내지 0.45 중량%의 이차 원소를 포함한다.
하나의 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐을 포함하며, 이러한 실시태양에서 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이상의 V를 포함한다. 다른 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐 및 철을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐, 철 및 티타늄을 포함한다. 다른 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐, 철, 티타늄 및 크롬을 포함한다. 다른 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐, 철, 티타늄 및 망간을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 이차 원소는 적어도 바나듐, 철, 티타늄, 망간 및 크롬을 포함한다.
다른 실시태양에서, 이차 원소는 바나듐을 실질적으로 함유하지 않으며(즉, 0.05 중량% 미만의 V를 포함하며), 이러한 실시태양에서, 이차 원소는 바나듐, 망간, 크롬, 철, 지르코늄, 티타늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되며, 망간, 크롬 및 지르코늄중의 하나 이상이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 크롬이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 크롬 및 지르코늄이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 크롬 및 망간이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 지르코늄이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 지르코늄 및 망간이 존재한다. 하나의 실시태양에서, 적어도 망간이 존재한다.
하기 데이터에 의해 나타나 있는 바와 같이, 바나듐은 유용한 이차 원소이지만, 신규한 6xxx 알루미늄 합금에 포함되어야 할 필요는 없다. 바나듐이 포함된 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.25 중량%의 V를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.18 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.16 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.14 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.13 중량% 이하의 V를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.06 중량% 이상의 V를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.07 중량% 이상의 V를 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.16 중량%의 V를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.06 내지 0.14 중량%의 V를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.07 내지 0.13 중량%의 V를 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다.
다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 바나듐을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 중량% 미만의 V를 함유한다. 이러한 실시태양에서, 크롬, 망간 및/또는 지르코늄이 바나듐의 대체 원소로서 사용될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 중량% 미만의 V를 함유하지만, 총 0.15 내지 0.60 중량%의 크롬, 망간 및/또는 지르코늄을 함유한다(즉, Cr + Mn + Zr 은 0.15 중량% 내지 0.60 중량%이다). 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 중량% 미만의 V를 함유하지만, 0.20 내지 0.45 중량%의 크롬, 망간 및/또는 지르코늄을 함유한다. 신규한 6xxx 알루미늄 합금이 바나듐을 실질적으로 함유하지 않은(즉, 알루미늄 합금이 0.05 중량% 미만의 V를 함유하는) 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금내의 구리의 양은 0.35 중량% 이상의 Cu 이어야만 한다. 일부의 이러한 바나듐-비함유 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.375 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 다른 이러한 바나듐-비함유 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.40 중량% 이상의 Cu를 포함한다.
크롬이 (바나듐과 함께 또는 바나듐이 없이) 존재하는 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 0.05 내지 0.40 중량%의 Cr을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.35 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.30 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.25 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이상의 Cr을 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.25 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.08 내지 0.20 중량%의 Cr을 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 크롬을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서, 0.05 중량% 미만의 Cr을 함유한다.
망간이 (바나듐과 함께 또는 바나듐이 없이) 존재하는 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 0.05 내지 0.50 중량%의 Mn을 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.25 중량% 이하의 Mn을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Mn을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Mn을 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.25 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.20 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.15 중량%의 Mn을 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 망간을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서, 0.05 중량% 미만의 Mn을 함유한다.
지르코늄이 (바나듐과 함께 또는 바나듐이 없이) 존재하는 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 0.05 내지 0.25 중량%의 Zr을 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.18 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.06 중량% 이상의 Zr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.07 중량%이상의 Zr을 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.20 중량%의 Zr을 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.06 내지 0.18 중량%의 Zr을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.07 내지 0.15 중량%의 Zr을 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 일부 실시태양에서, 알루미늄 합금은 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서, 0.05 중량% 미만의 Zr을 함유한다.
철은 일반적으로 합금내에 존재하며, 0.01 중량% 내지 0.80 중량% Fe의 범위로 존재할 수 있다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.50 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.40 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.30 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이상의 Fe를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.10 중량% 이상의 Fe를 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.50 중량%의 Fe를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.08 내지 0.40 중량%의 Fe를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.10 내지 0.30 중량%의 Fe를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.10 내지 0.25 중량%의 Fe를 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 더 높은 철 수준은 더 낮은 내피로성이 허용될 수 있는 경우에 신규한 6xxx 알루미늄 합금 제품내에서 허용될 수 있다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 철을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서는 0.01 중량% 미만의 Fe를 함유한다.
티타늄이 (바나듐과 함께 또는 바나듐이 없이) 존재하는 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로는 0.001 내지 0.10 중량%의 Ti를 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.04 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.03 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.005 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.01 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.005 내지 0.5 중량%의 Ti를 포함한다. 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.01 내지 0.4 중량%의 Ti를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 0.01 내지 0.3 중량%의 Ti를 포함한다. 상술된 한계의 다른 조합들이 사용될 수도 있다. 일부 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금은 티타늄을 실질적으로 함유하지 않으며, 이러한 실시태양에서는 0.001 중량% 미만의 Ti를 함유한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 다른 원소들을 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "다른 원소들(other elements)"은, 상술된 바와 같이, 상기에 열거된 마그네슘, 규소, 구리, 바나듐, 철, 크롬, 티타늄, 지르코늄 및 철 이외의 원소 주기율표의 특정의 다른 원소들을 의미한다. 본 단락의 내용에서, "실질적으로 함유하지 않은(substantially free)"이란 어구는 신규한 6xxx 알루미늄 합금이 다른 원소들중 각각의 특정의 원소를 0.10 중량% 이하로 함유하되, 다른 원소들의 총 결합량이 신규한 6xxx 알루미늄 합금내에서 0.35 중량%를 초과하지 않는다는 것을 의미한다. 다른 실시태양에서, 이들 다른 원소들중 각각 하나는 개별적으로 6xxx 알루미늄 합금내에서 0.05 중량%를 초과하지 않으며, 이들 다른 원소들의 총 결합량은 6xxx 알루미늄 합금내에서 0.15 중량%를 초과하지 않는다. 다른 실시태양에서, 이들 다른 원소들중 각각 하나는 개별적으로 6xxx 알루미늄 합금내에서 0.03 중량%를 초과하지 않으며, 이들 다른 원소들의 총 결합량은 6xxx 알루미늄 합금내에서 0.10 중량%를 초과하지 않는다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 고강도를 달성할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 6xxx 알루미늄 합금으로부터 제조된 가공된 제품(wrought product)("신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품")은 45 ksi 이상의 L(세로) 방향에서의 인장 항복 강도(tensile yield strength)를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 46 ksi 이상의 L 방향에서의 인장 항복 강도를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 47 ksi 이상, 48 ksi 이상, 49 ksi 이상, 약 50 ksi 이상, 약 51 ksi 이상, 약 52 ksi 이상, 약 53 ksi 이상, 약 54 ksi 이상, 약 55 ksi 이상, 또는 그 이상의 L 방향에서의 인장 항복 강도를 구현한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 양호한 신도를 달성할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 L 방향에서 6% 이상의 신도를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 L 방향에서 8% 이상의 신도를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 L 방향에서 10% 이상, 12% 이상, 14% 이상, 또는 그 이상의 신도를 구현한다. 강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정된다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 양호한 인성을 달성할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 샤르피 충격시험(charpy impact test)에 의해 측정하였을 때 35 ft-lbs 이상의 인성을 구현하는데, 이때 샤르피 충격시험은 ASTM E23-07a에 따라 수행된다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 샤르피 충격시험에 의해 측정하였을 때 40 ft-lbs 이상의 인성을 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 샤르피 충격시험에 의해 측정하였을 때 45 ft-lbs 이상, 50 ft-lbs 이상, 55 ft-lbs 이상, 60 ft-lbs 이상, 65 ft-lbs 이상, 70 ft-lbs 이상, 75 ft-lbs 이상, 80 ft-lbs 이상, 85 ft-lbs 이상, 또는 그 이상의 인성을 구현한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 양호한 내피로성을 달성할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 동일한 가공된 제품(예를 들면, 동일한 제품 형태, 치수, 기하구조, 템퍼도)이지만 통상의 합금 6061로 부터 제조된 제품의 평균 회전 피로 수명(rotary fatigue life)보다 10% 이상 우수한 평균 회전 피로 수명을 구현하는데, 이때 평균 회전 피로 수명은 ISO 1143(2010)("Metallic materials -- Rotating bar bending fatigue testing"), 즉, 회전 빔 피로(rotating beam fatigue)에 따라 시험하였을 때 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품의 5개의 시편의 회전 피로 수명의 평균값이다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 통상의 합금 6061로 부터 제조된 동일한 가공된 제품의 평균 회전 피로 수명보다 20% 이상 우수한 평균 회전 피로 수명을 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 통상의 합금 6061로 부터 제조된 동일한 가공된 제품의 평균 회전 피로 수명보다 25% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 또는 그 이상 우수한 평균 회전 피로 수명을 구현한다.
하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 단조 휠 제품이며, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 SAE J267(2007)에 따라 2.8X 부하율(load factor)을 적용하여 시험하였을 때 1,000,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명(radial fatigue life)을 구현한다. 다른 실시태양에서, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 1,050,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현한다. 다른 실시태양에서, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 1,100,000 사이클 이상, 1,150,000 사이클 이상, 1,200,000 사이클 이상, 1,250,000 사이클 이상, 1,300,000 사이클 이상, 1,350,000 사이클 이상, 또는 그 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현한다.
하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 SAE J267(2007)에 따라 2.8X 부하율을 적용하여 시험하였을 때 동일한 가공된 제품(예를 들면, 동일한 제품 형태, 치수, 기하구조, 템퍼도)이지만 통상의 합금 6061로 부터 제조된 제품의 평균 방사상 피로 수명보다 10% 이상 우수한 평균 방사상 피로 수명을 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 통상의 합금 6061로 부터 제조된 동일한 가공된 제품의 평균 방사상 피로 수명보다 20% 이상 우수한 평균 방사상 피로 수명을 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 통상의 합금 6061로 부터 제조된 동일한 가공된 제품의 평균 방사상 피로 수명보다 25% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 또는 그 이상 우수한 평균 방사상 피로 수명을 구현한다.
신규한 6xxx 알루미늄 합금은 양호한 내부식성을 달성할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 ASTM G110(24시간 노출; 최소 5개의 샘플)에 따라 측정하였을 때 T/10 위치에서 0.008 인치 이하의 평균 공격 깊이(depth of attack)를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 T/10 위치에서 0.006 인치 이하의 평균 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 T/10 위치에서 0.004 인치 이하, 또는 0.002 인치 이하, 또는 0.001 인치 이하, 또는 그 이하의 평균 공격 깊이를 구현한다.
하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 ASTM G110(24시간 노출; 최소 5개의 샘플)에 따라 측정하였을 때 T/10 위치에서 0.011 인치 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 T/10 위치에서 0.009 인치 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 T/10 위치에서 0.007 인치 이하, 또는 0.005 인치 이하, 또는 0.003 인치 이하, 또는 그 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다.
하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 ASTM G110(24시간 노출; 최소 5개의 샘플)에 따라 측정하였을 때 표면에서 0.008 인치 이하의 평균 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 표면에서 0.007 인치 이하의 평균 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 표면에서 0.006 인치 이하, 또는 0.005 인치 이하, 또는 0.004 인치 이하, 또는 그 이하의 평균 공격 깊이를 구현한다.
하나의 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 ASTM G110(24시간 노출; 최소 5개의 샘플)에 따라 측정하였을 때 표면에서 0.010 인치 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 표면에서 0.009 인치 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다. 다른 실시태양에서, 신규한 가공된 6xxx 알루미늄 합금 제품은 표면에서 0.008 인치 이하, 또는 0.007 인치 이하, 또는 0.006 인치 이하, 또는 그 이하의 최대 공격 깊이를 구현한다.
하기 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 상술된 특성들의 조합이 달성될 수 있다.
도 1a 내지 1f는 실시예 1에서의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 1g-1 내지 1g-4는 실시예 1에서의 현미경사진이다.
실시예 1 - 북 몰드 연구( book mold study )
9개의 북 몰드 잉곳(ingot)을 제조하였으며, 그의 조성은 하기 표 1(모든 값은 중량%이다)에 제공되어 있다.
실시예 1 합금 조성
합금 Si Fe Cu Mn Mg Cr V Ti
6xxx-1(6061) 0.70 0.290 0.28 0.07 0.90 0.22 0.00 0.015
6xxx-2(본 발명) 0.87 0.190 0.29 0.00 1.38 0.00 0.11 0.015
6xxx-3(본 발명) 0.89 0.083 0.29 0.00 1.40 0.00 0.11 0.010
6xxx-4(본 발명) 0.88 0.080 0.44 0.00 1.40 0.00 0.11 0.010
6xxx-5(본 발명) 0.90 0.082 0.30 0.00 1.37 0.20 0.11 0.009
6xxx-6(6069) 0.90 0.270 0.70 0.00 1.36 0.21 0.16 0.009
6xxx-7(본 발명) 0.94 0.260 0.46 0.00 1.37 0.21 0.16 0.010
6xxx-8(본 발명이 아님) 0.89 0.730 0.69 0.00 1.34 0.21 0.16 0.010
6xxx-9(본 발명이 아님) 0.91 0.760 0.45 0.00 1.36 0.21 0.15 0.009
합금 6061 및 6069는 통상의 6xxx 알루미늄 합금이다. 모든 합금은 열거된 원소들을 함유하였고, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물이었으나, 이때 다른 불순물들은 각각 0.05 중량%를 초과하지 않았으며, 이들 다른 불순물들의 총량은 0.15 중량% 이하였다. 본 발명의 합금은 1.46 내지 1.59의 Mg/Si 비를 갖는다.
합금은 2 인치 두께로 박리시킨 다음 균질화시킨 2.875 인치(ST) x 4.75 인치(LT) x 17 인치(L) 잉곳으로서 주조하였다. 이어서, 잉곳을, 대략 75% 감소에 상응하는, 약 0.5 인치 플레이트로 열 압연(hot rolled)하였다. 이어서, 플레이트를 용액 가열-처리한 다음 냉수 담금질하였다(100℉). 이어서, 플레이트를 385℉ 및 350℉에서 상이한 시간 동안 노화시킨 다음, 노화 곡선을 만들었다. 노화 곡선 결과에 기초하여, 다양한 특성을 시험하기 위하여 2가지 노화 조건(2시간 동안 385℉ 및 8시간 동안 350℉)을 선택하였다. 2시간 동안 385℉의 노화 조건은 일반적으로는 피이크 강도를 나타내며, 8시간 동안 350℉의 노화 조건은 미숙한 조건을 나타낸다. 시험 결과가 도 1a 내지 1f에 예시되어 있으며, 하기의 표 2 내지 7에 제공되어 있다. 강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정하였다. 샤르피 충격 시험은 ASTM E23-07a에 따라 측정하였다. 회전 피로 수명 시험은 15 ksi의 응력, R = -1 및 Kt = 3에서 ISO 1143(2010)에 따라 실시하였다. 내부식성은 24시간 동안 ASTM G110에 따라 시험하였다.
합금의 기계적 특성 - 피이크 강도 조건(2시간 동안 385℉)
합금 TYS
(ksi)		 UTS
(ksi)		 신도
(%)		 샤르피 충격
(ft-lbs)		 회전 피로 수명(평균)
6xxx-1(6061) 45.1 47.25 14 83.5 337,103
6xxx-2 52.4 54.25 10 39 402,549
6xxx-3 53 54.65 9 32 634,978
6xxx-4 54.65 56.35 8 32.5 414,013
6xxx-5 52.55 54.05 12 43.5 424,909
6xxx-6(6069) 56 58.85 13 59 331,770
6xxx-7 53.25 56 15 72 451,075
6xxx-8 55.85 59.3 12.5 70 255,579
6xxx-9 51.25 54.85 12 62 287,496
합금의 기계적 특성 - 미숙한 조건(8시간 동안 350℉)
합금 TYS
(ksi)		 UTS
(ksi)		 신도
(%)		 샤르피 충격
(ft-lbs)		 회전 피로 수명(평균)
6xxx-1(6061) 45.2 48.7 18 84.5 514,840
6xxx-2 47.9 53.5 17 49.5 381,533
6xxx-3 48.15 53.7 15 37 708,003
6xxx-4 51.6 55.7 14.5 35 449,002
6xxx-5 44.7 52.7 17 52.5 499,260
6xxx-6(6069) 53.25 58.75 17 73 404,120
6xxx-7 50.6 55.5 17 83.5 429,141
6xxx-8 52.35 58.7 15 85.5 313,281
6xxx-9 49.3 54.9 15.5 83 371,073
합금의 부식 특성 - 피이크 강도 조건(2시간 동안 385℉)
합금 G110 - 공격 깊이 - 24시간(in)
T/10(평균) T/10(최대) 표면(평균) 표면(최대)
6xxx-1(6061) 0.00754 0.00997 0.00936 0.01294
6xxx-2 0.00539 0.00808 0.00699 0.00952
6xxx-3 0.00064 0.00109 0.00514 0.00724
6xxx-4 0.00534 0.00686 0.00817 0.00562
6xxx-5 0.00105 0.00230 0.00465 0.00574
6xxx-6(6069) 0.00391 0.00552 0.00517 0.00555
6xxx-7 0.00348 0.00438 0.00573 0.00657
6xxx-8 0.00765 0.00958 0.00565 0.00666
6xxx-9 0.00758 0.01030 0.00756 0.00893
합금의 부식 특성 - 미숙한 조건(8시간 동안 350℉)
합금 G110 - 공격 깊이 - 24시간(in)
T/10(평균) T/10(최대) 표면(평균) 표면(최대)
6xxx-1(6061) 0.01044 0.01385 0.00822 0.01141
6xxx-2 0.00348 0.00934 0.00657 0.00838
6xxx-3 0.00373 0.00573 0.00639 0.00736
6xxx-4 0.00641 0.00879 0.00795 0.01010
6xxx-5 0.00274 0.00443 0.00607 0.00670
6xxx-6(6069) 0.00449 0.00533 0.00681 0.00810
6xxx-7 0.00397 0.00515 0.00662 0.00736
6xxx-8 0.00749 0.00824 0.00332 0.00570
6xxx-9 0.00774 0.00960 0.00688 0.01058
도 1a 내지 1c는 합금의 인장 특성을 도시한 것이다. 모든 시험된 합금은 통상의 합금 6061보다 더 높은 피이크 값에 근접한 강도를 갖는다.
도 1d는 합금의 회전 피로 수명을 도시한 것이다. 0.7 중량% 보다 더 높은 Fe 함량을 갖는 합금(즉, 합금 6xxx-8 및 6xxx-9)은 더 낮은 피로 수명을 구현한다. 합금 6xxx-8 및 6xxx-9는 또한 그들의 낮은 피로 성능에 기여하는, 1.0 중량% 이상의, 이차 원소인 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 함유한다. 또한, 약 0.7 중량% Cu를 갖는 합금 6 및 8은 그들의 대응 관계에 있는 합금보다 열악한 피로 성능을 구현하는데, 이는 구리를 약 0.55 중량% 이하로 유지하는 중요성을 예시한다.
도 1e는 합금의 노치되지 않은 샤르피 충격 에너지(un-notched charpy impact energy)를 도시한 것이다. 샤르피 충격 에너지는 파괴 인성(fracture toughness)의 지표이다. 불행하게도, 샤르피 충격 에너지는 구성요소 형성 원소(예를 들면, Fe, Cr 및 V)가 증가함에 따라 증가하였다. 상관 그래프가 도 1f에 도시되어 있다. 이러한 경향은 샤르피 충격 에너지가 알루미늄 합금내의 구성요소 입자 농도가 증가함에 따라 일반적으로 감소하는 정상적인 경향에 역행한다.
표 4 및 5는 ASTM G110(24시간 시험)에 따라 시험하는 공격 깊이에 관한 부식 데이터를 제공한다. 모든 합금은 통상의 합금 6061에 비해 더 우수하거나 또는 유사한 내부식성을 나타낸다.
합금의 색상 및 광택도도 또한 시험하였다. 본 발명의 합금은 듀라-브라이트 처리(DURA-BRIGHT processing)(미국 특허 제 6,440,290호 참조) 전 및 후 모두에서 통상의 합금 6061에 필적하는 색상 및 광택 성능을 달성하였다.
다양한 합금의 현미경 사진도 또한 입수하였으며, 그들 중 일부가 도 1g-1 내지 1g-4에 예시되어 있다. 디스퍼소드(dispersoid)의 양 및 디스퍼소드 분포의 균일성 모두 V 및 Cr을 조합하여 첨가함으로써 개선되었다. 또한, V + Cr 이 첨가된 합금의 미세구조는, 1g-3 및 1g-4에 도시된 바와 같이, 더 재결정화되지 않는다.
실시예 2 - 추가적인 북 몰드 연구
합금을 모두 385℉에서 2시간 동안 노화시켰다는 것을 제외하고는, 7개의 추가적인 북 몰드 잉곳을 실시예 1의 절차에 따라 제조하였다. 실시예 2 합금의 조성이 하기 표 6에 제공되어 있다(모든 값은 중량%이다).
실시예 2 합금 조성
합금 Si Fe Cu Mn Mg Cr V Zr Ti
6xxx-10 0.72 0.15 0.34 -- 1.24 0.21 -- -- 0.013
6xxx-11 0.72 0.15 0.34 -- 1.24 0.19 0.07 -- 0.014
6xxx-12 0.74 0.15 0.34 -- 1.26 0.22 0.11 -- 0.015
6xxx-13 0.72 0.16 0.34 0.09 1.26 0.21 0.11 -- 0.012
6xxx-14 0.73 0.15 0.34 -- 1.20 -- 0.11 0.11 0.024
6xxx-15 0.70 0.15 0.34 0.14 1.17 -- 0.13 -- 0.018
6xxx-16 0.72 0.16 0.35 0.14 1.20 -- 0.12 0.10 0.018
모든 합금은 열거된 원소들을 함유하였고, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물이었으나, 이때 다른 불순물들은 각각 0.05 중량%를 초과하지 않았으며, 이들 다른 불순물들의 총량은 0.15 중량% 이하였다. 이들 합금은 1.64 내지 1.75의 Mg/Si 비를 갖는다.
이들 합금의 기계적 특성을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 7에 제공되어 있다. 강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정하였다. 회전 피로 수명 시험은 15 ksi의 응력, R = -1 및 Kt = 3에서 ISO 1143(2010)에 따라 실시하였다. 하기 표 7에 나타나 있는 바와 같이, 적절한 양의 Si, Mg 및 적절한 Si/Mg 비를 갖는 합금은 개선된 내피로 특성 및 높은 강도를 달성하였다. 실제로, 합금은 일반적으로는 합금이 개선된 특성들을 달성하도록 도와 주는 무시할만한 양의 과량의 Si 및 Mg를 함유하며; 모든 합금은 사용된 Mn, Cr 및 V의 양과는 관계없이 적어도 부분적으로는 Si, Mg의 양 및 Si/Mg 비에 기인하여 합금 6061(실시예 1의 6xxx-1) 이상으로 개선된 특성들을 달성하였다. 그러나, 바나듐과 망간 및 크롬중하나 이상을 가진 합금은 일반적으로 개선된 내피로성과 함께 높은 강도를 달성하였다.
합금의 기계적 특성 - 2시간 동안 385℉
합금 TYS
(ksi)		 UTS
(ksi)		 신도
(%)		 샤르피 충격
(ft-lbs)		 회전 피로 수명(평균)
6xxx-10 46.1 49.4 16 59.0 461900
6xxx-11 46.8 49.9 16 73.5 439909
6xxx-12 48.65 51.25 15 80.5 471108
6xxx-13 48.3 52.1 17 88.0 456419
6xxx-14 47.3 52.75 16 49.0 467624
6xxx-15 49.65 53.05 15 61.5 482539
6xxx-16 47.35 52.6 16 65.0 466159
실시예 3 - 휠 연구( Wheel Study )
2개의 본 발명의 조성물 및 7개의 비교 조성물을 휠로서 제조하였다. 구체적으로는, 하기 표 8에 제공되어 있는 조성을 갖는 9개의 잉곳을 D.C. 주조(direct chill casting)하여 제조하고, 그들을 균질화시킨 다음 휠로 다이 단조하고, 생성된 휠을 용액 열처리하고, 담금질하고, 이어서 약 2시간 동안 385℉에서 인위적으로 노화시킨다.
실시예 3 합금 조성
합금 Mg Si Fe Mn Cr Cu V
합금 17(본 발명) 1.10 0.77 0.20 0 0.11 0.4 0.10
합금 18(본 발명) 1.24 0.76 0.15 0 0.18 0.35 0.11
합금 19(본 발명이 아님) 1.40 0.90 0.25 0.6 0.15 0.15 0
합금 20(본 발명이 아님) 1.59 0.58 0.28 0.55 0.20 0.15 0
합금 21(본 발명이 아님) 0.70 0.80 0.20 0.31 0.20 0.26 0
합금 22(본 발명이 아님) 0.70 0.80 0.22 0.53 0.13 0.25 0
합금 23(본 발명이 아님) 0.86 0.69 0.31 0.076 0.20 0.3 0
AA6061 0.92 0.7 0.30 0.08 0.21 0.29 0
AA6082 0.75 1.04 0.21 0.54 0.14 0.04 0
모든 합금은 열거된 원소들 및 0.02 중량% Ti를 함유하였고, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물이었으나, 이때 다른 불순물들은 각각 0.05 중량%를 초과하지 않았으며, 이들 다른 불순물들의 총량은 0.15 중량% 이하였다. 본 발명의 합금은 1.43 내지 1.63의 Mg/Si 비를 갖는다.
휠 제품의 기계적 특성을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 9에 제공되어 있다.
강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정하였다. 방사상 피로 수명 시험은 2.8X 부하율이 적용된 SAE J267(2007)에 따라 실시하였다. 하기 표 9에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 합금은 일반적으로 통상의 합금 및 본 발명과 다른 합금 이상으로 높은 강도 및 개선된 피로 수명 모두를 달성하였다.
휠의 기계적 특성 - 2시간 동안 385℉
합금 TYS(ksi) UTS(ksi) 신도(%) 방사상 피로 수명(평균)
합금 17(본 발명) 51.6 53.8 13.7 1,170,062
합금 18(본 발명) 50.4 53.4 16.0 1,331,779
합금 19(본 발명이 아님) 47.5 51.8 13.4 784,237
합금 20(본 발명이 아님) 41.6 47.6 14.8 393,296
합금 21(본 발명이 아님) 46.8 53.9 17.3 753,077
합금 22(본 발명이 아님) 46.0 53.2 16.3 778,972
합금 23(본 발명이 아님) 46.7 48.5 13.3 850,413
AA6061 47.1 49.0 17.0 942,683
AA6082 47.4 49.7 8.0 650,036
실시예 4 - 추가적인 북 몰드 연구
합금을 모두 385℉에서 2시간 동안 노화시켰다는 것을 제외하고는, 10개의 추가적인 북 몰드 잉곳을 실시예 1의 절차에 따라 제조하였다. 실시예 4 합금의 조성이 하기 표 10에 제공되어 있다(모든 값은 중량%이다).
실시예 4 합금 조성
합금 Si Fe Cu Mn Mg Mg/Si Cr V
합금 24(본 발명) 0.77 0.14 0.36 -- 1.20 1.56 0.19 0.09
합금 25(본 발명) 0.74 0.12 0.34 -- 1.20 1.62 0.11 0.08
합금 26(본 발명) 0.77 0.15 0.39 0.02 1.17 1.52 0.14 0.06
합금 27(본 발명) 0.74 0.13 0.35 0.02 1.18 1.60 0.28 --
합금 28(본 발명) 0.73 0.17 0.37 0.12 1.17 1.60 0.02 0.09
합금 29(본 발명) 0.75 0.15 0.37 0.36 1.21 1.61 0.02 0.07
합금 30(본 발명) 0.72 0.13 0.36 0.14 1.16 1.61 0.24 --
합금 31(본 발명) 0.75 0.18 0.37 0.11 1.19 1.59 0.11 0.06
합금 32(본 발명이 아님) 1.14 0.14 0.36 0.02 1.22 1.07 0.20 0.10
합금 33(본 발명이 아님)(6061) 0.67 0.3 0.26 0.08 0.86 1.28 0.23 --
모든 합금은 열거된 원소들 및 약 0.02 중량% Ti를 함유하였고, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물이었으나, 이때 다른 불순물들은 각각 0.05 중량%를 초과하지 않았으며, 이들 다른 불순물들의 총량은 0.15 중량% 이하였다. 본 발명의 합금은 1.52 내지 1.62의 Mg/Si 비를 갖는다.
합금은 2 인치 두께로 박리시킨 다음 균질화시킨 2.875 인치(ST) x 4.75 인치(LT) x 17 인치(L) 잉곳으로서 주조하였다. 이어서, 잉곳을 약 1.5 인치 직경의 실린더(높이 3 인치)로 가공한 다음, 약 0.52 인치의 최종 두께를 갖는 디스크로 변형시켰다. 이어서, 디스크를 용액 가열 처리하고 냉수 담금질(100℉)한 다음, 385℉에서 2시간 동안 노화시켰다. 강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정하였다. 회전 피로 수명 시험은 15 ksi의 응력, R = -1 및 Kt = 3에서 ISO 1143(2010)에 따라 실시하였다. 그 결과가 하기 표 11에 제공되어 있다.
실시예 4 합금의 기계적 특성
합금 TYS
(ksi)		 UTS
(ksi)		 신도
(%)		 회전 피로 수명
(평균)
합금 24(본 발명) 49.8 51.75 11.5 433362
합금 25(본 발명) 42.5 47.35 18 477147
합금 26(본 발명) 45.95 49.85 16 465299
합금 27(본 발명) 39.6 46.65 20.5 388834
합금 28(본 발명) 49.05 51.05 12 430464
합금 29(본 발명) 43.75 47.85 17.5 392867
합금 30(본 발명) 47.75 49.65 13 453965
합금 31(본 발명) 40 46.85 21 419481
합금 32(본 발명이 아님) 54.8 56.65 4.5 428743
합금 33(본 발명이 아님)(6061) 42.8 44.4 13.5 330573
나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 합금은 본 발명이 아닌 합금 33(6061-타입) 이상으로 개선된 특성들을 구현한다. 바나듐을 함유한 합금 24-26, 28-29 및 31은 본 발명이 아닌 합금 33(6061-타입)과 거의 동등하거나 그 이상으로 개선된 강도와 개선된 회전 피로 수명 및 양호한 신도를 구현하였다. 바나듐은 함유하지 않았지만 크롬 및 망간을 함유한 합금 27 및 30은 본 발명이 아닌 합금 33(6061-타입) 이상으로 개선된 회전 피로 수명과 양호한 신도를 달성하였다. 1.14 중량% Si 및 1.07의 Mg/Si 비를 갖는 본 발명이 아닌 합금 32는 열악한 신도를 구현한다.
실시예 5 - 추가적인 북 몰드 연구
7개의 추가적인 북 몰드 잉곳을 제조하였으며, 그들의 조성이 하기 표 12에 제공되어 있다(모든 값은 중량%이다).
실시예 5 합금 조성
합금 Si Fe Cu Mn Mg Mg/Si Cr V
합금 34(본 발명) 0.71 0.14 0.33 0 1.12 1.58 0 0.11
합금 35(본 발명) 0.77 0.16 0.34 0 1.19 1.55 0.18 0
합금 36(본 발명이 아님) 0.62 0.16 0.28 0 0.96 1.55 0.19 0
합금 37(본 발명이 아님) 0.92 0.16 0.35 0 1.14 1.24 0 0.10
합금 38(본 발명이 아님) 0.72 0.22 0.30 0.07 1.16 1.61 0.19 0
합금 39(본 발명이 아님) 0.75 0.15 0.19 0 1.14 1.52 0 0.10
합금 40(본 발명이 아님)(6061) 0.71 0.21 0.27 0.08 0.88 1.24 0.21 0
모든 합금은 열거된 원소들 및 약 0.01 내지 0.02 중량% Ti를 함유하였고, 나머지는 알루미늄 및 다른 불순물이었으나, 이때 다른 불순물들은 각각 0.05 중량%를 초과하지 않았으며, 이들 다른 불순물들의 총량은 0.15 중량% 이하였다. 본 발명의 합금은 1.55 내지 1.58의 Mg/Si 비를 갖는다. 합금은, 그들을 단지 385℉에서 2시간 동안 노화시켰다는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 처리하였다. 강도 및 신도 특성은 ASTM E8 및 B557에 따라 측정하였다. 그 결과가 하기 표 13에 제공되어 있다.
실시예 5 합금의 기계적 특성
합금 TYS
(ksi)		 UTS
(ksi)		 신도
(%)
합금 34(본 발명) 50.2 53.8 8.5
합금 35(본 발명) 48.3 52.0 13.5
합금 36(본 발명이 아님) 46.3 48.6 13.5
합금 37(본 발명이 아님) 51.5 54.3 3.0
합금 38(본 발명이 아님) 44.7 48.8 15.5
합금 39(본 발명이 아님) 45.9 50.3 10.5
합금 40(본 발명이 아님)(6061) 46.4 47.9 14.0
나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 합금은 본 발명이 아닌 합금 40(6061-타입) 이상으로 개선된 특성들을 구현한다. 구체적으로는, 합금 34-35가 본 발명이 아닌 합금 40(6061-타입) 이상으로 개선된 인장 항복강도(tensile yield strength)(TYS)와 양호한 신도를 달성하였지만, 바나듐을 함유한 합금 34가 더 높은 강도를 달성하였다. 0.62 중량% Si, 0.96 중량% Mg, 0.28 중량% Cu를 함유하지만 바나듐을 전혀 함유하지 않은 본 발명이 아닌 합금 36은 본 발명이 아닌 합금 40(6061-타입)과 거의 동일한 인장 항복강도 및 신도를 달성하였다. 0.92 중량% Si 및 1.24의 Mg/Si 비를 가진 본 발명이 아닌 합금 37은 낮은 신도를 달성하였다. 0.30 중량% Cu 및 1.61의 Mg/Si 비를 가졌지만 바나듐을 전혀 함유하지 않은 본 발명이 아닌 합금 38은 본 발명이 아닌 합금 40(6061-타입)보다 더 낮은 항복강도를 달성하였다. 0.19 중량% Cu를 함유한 본 발명이 아닌 합금 39는 본 발명이 아닌 합금 40(6061-타입)보다 더 낮은 항복강도를 달성하였다.
상기 결과들은 0.05 중량% 이상의 바나듐을 함유한 합금이, 다른 것들 중에서도, 상기에 나타나 있는 바와 같이 0.275 중량% 이상의 Cu 및 적절한 양의 Si 및 Mg를 사용할 경우에 개선된 특성들을 달성할 수 있다는 것을 나타낸다. 상기 결과들은 또한 0.05 중량% 이상의 바나듐을 함유하지 않은 합금이 0.35 중량% 이상의 Cu 및 적절한 양의 Si, Mg를 사용하고, V에 대한 대체 원소로서 Cr, Mn 및/또는 Zr을 사용함으로써 개선된 특성들을 달성할 수 있다는 것을 나타낸다.
본원에 기술된 신규한 기술의 다양한 실시태양을 상세히 기술하였지만, 당업자들이 이들 실시태양을 변경 및 수정할 수 있다는 것은 자명하다. 그러나, 그러한 변경 및 수정은 본 발명에서 개시된 기술의 사상 및 범주내에 속하는 것으로 명백하게 이해되어야 한다.

Claims (68)

  1. (a) 1.15 내지 1.40 중량%의 Mg;
    (b) 0.70 내지 0.95 중량%의 Si;
    (c) 0.35 내지 0.50 중량%의 Cu;
    (d) 0.05 중량% 미만의 V;
    (e) 0.05 중량% 미만의 Zr, 0.05 내지 0.30 중량%의 Fe, 0.05 내지 0.15 중량%의 Mn, 0.30 중량% 이하의 Cr 및 0.01 내지 0.10 중량%의 Ti; 및
    (f) 잔량의 알루미늄 및 불순물들
    로 이루어진 단조된(forged) 6xxx 알루미늄 합금 휠(wheel) 제품으로서,
    (중량% Mg)/(중량% Si) 비는 1.40 내지 1.90이고;
    상기 불순물들의 각각의 하나는 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.05 중량% 이하이고, 상기 불순물들의 총량은 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.15 중량% 이하이며,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 45 ksi 이상의 세로방향(longitudinal) 인장 항복 강도(tensile yield strength) 및 8% 이상의 신도(elongation)를 구현하며,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은, SAE(자동차 엔지니어 협회) J267 (2007)에 따라 2.8X 부하율(load factor)을 적용하여 시험될 때 1,000,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명(radial fatigue life)을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,050,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,100,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,150,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,200,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 47 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 10% 이상의 신도를 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 49 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 10% 이상의 신도를 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  8. (a) 1.05 내지 1.50 중량%의 Mg;
    (b) 0.65 내지 0.95 중량%의 Si;
    (c) 0.275 내지 0.50 중량%의 Cu;
    (d) V, Fe, Cr, Mn, Zr, Ti 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된, 0.15 내지 0.60 중량%의 하나 이상의 이차 원소; 및
    (e) 잔량의 알루미늄 및 불순물들
    로 이루어진 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품으로서,
    (중량% Mg)/(중량% Si) 비는 1.40 내지 1.90이고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.05 중량% 내지 0.25 중량%의 V를 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.30 중량% 이하의 Fe를 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.25 중량% 이하의 Mn을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.30 중량% 이하의 Cr을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.18 중량% 이하의 Zr을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.10 중량% 이하의 Ti를 포함하고;
    상기 불순물들의 각각의 하나는 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.05 중량% 이하이고, 상기 불순물들의 총량은 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.15 중량% 이하이고,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 49 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 10% 이상의 신도를 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  9. 제 8 항에 있어서,
    Si 함량이 0.7 내지 0.95 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    Mg 함량이 1.10 내지 1.50 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    Cu 함량이 0.30 내지 0.50 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  12. 제 11 항에 있어서,
    V 함량이 0.05 내지 0.20 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  13. 제 11 항에 있어서,
    V 함량이 0.06 내지 0.14 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  14. 제 8 항에 있어서,
    Si 함량이 0.65 내지 0.90 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  15. 제 14 항에 있어서,
    Mg 함량이 1.05 내지 1.40 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  16. 제 8 항에 있어서,
    Si 함량이 0.65 내지 0.85 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  17. 제 16 항에 있어서,
    Mg 함량이 1.05 내지 1.35 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  18. 제 8 항에 있어서,
    Si 함량이 0.65 내지 0.80 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  19. 제 18 항에 있어서,
    Mg 함량이 1.05 내지 1.30 중량%인, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  20. (a) 1.05 내지 1.50 중량%의 Mg;
    (b) 0.65 내지 0.95 중량%의 Si;
    (c) 0.275 내지 0.50 중량%의 Cu;
    (d) V, Fe, Cr, Mn, Zr, Ti 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된, 0.15 내지 0.60 중량%의 하나 이상의 이차 원소; 및
    (e) 잔량의 알루미늄 및 불순물들
    로 이루어진 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품으로서,
    (중량% Mg)/(중량% Si) 비는 1.40 내지 1.90이고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.05 중량% 내지 0.25 중량%의 V를 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.30 중량% 이하의 Fe를 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.25 중량% 이하의 Mn을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.30 중량% 이하의 Cr을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.18 중량% 이하의 Zr을 포함하고;
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은 이차 원소로서 0.10 중량% 이하의 Ti를 포함하고;
    상기 불순물들의 각각의 하나는 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.05 중량% 이하이고, 상기 불순물들의 총량은 상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품 중에서 0.15 중량% 이하이고,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 45 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 8% 이상의 신도를 구현하고,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품은, SAE(자동차 엔지니어 협회) J267 (2007)에 따라 2.8X 부하율을 적용하여 시험될 때 1,000,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,050,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,100,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,150,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이 1,200,000 사이클 이상의 평균 방사상 피로 수명을 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 47 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 10% 이상의 신도를 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품이, ASTM E8 및 B557에 따라 시험될 때 49 ksi 이상의 세로방향 인장 항복 강도 및 10% 이상의 신도를 구현하는, 단조된 6xxx 알루미늄 합금 휠 제품.
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