KR102578370B1 - 초고강도 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

초고강도 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법 Download PDF

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라지브 지. 카마트
사무엘 로버트 와그스태프
사이먼 윌리엄 바커
라자세카르 탈라
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Abstract

본 발명은 초고강도 알루미늄 합금 및 이로부터 제조된 제품을 초고강도 알루미늄 합금의 가공 방법과 함께 제공한다. 본원에 기재된 알루미늄 합금은 알루미늄 외에 상당한 양의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 및 기타 원소를 포함하는 고 용질 합금이다. 본원에 기술된 알루미늄 합금은 균열 없이 에이징 후 가공되기 쉽다.

Description

초고강도 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 6월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 62/856,204의 이익을 주장하며, 이 가출원은 전체가 본원에 참고로 포함된다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 야금학, 보다 구체적으로는 알루미늄 합금을 생산하고 알루미늄 합금 제품을 제조하는 것에 관한 것이다.
알루미늄 합금 제품은 자동차, 운송수단 및 전자장치 응용예를 포함한 다양한 응용예에서 강철 제품을 빠르게 대체하고 있다. 알루미늄 합금 제품은 원하는 강도와 성형성을 나타내어 많은 용도에서 강철을 적절하게 대체할 수 있다. 그러나, 일부 응용예에서는 초고강도 강철(예를 들어, 150 내지 170 MPa/(g/cm3) 범위의 특정 강도 값을 나타내는 강철)의 유용성으로 인해 강철이 바람직하게 사용된다. 이러한 경우, 원래 장비 제조업체는 알루미늄 합금 제품을 사용하여 달성할 수 없을 것으로 생각한 강도 요구사항으로 인해 기본적으로 강철을 사용한다. 강철에 필적하는 강도 수준을 나타내는 알루미늄 합금 제품이 필요하다.
요약
본 발명이 커버하는 구현예는 이 요약이 아니라 청구범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 발명의 다양한 측면에 대한 높은 수준의 개요이며 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 주제의 핵심 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용되기 위해 의도된 것도 아니다. 주제는 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면, 및 각 청구항의 적절한 부분을 참조하여 이해되어야 한다.
본원에는 초고강도 알루미늄 합금 및 이로부터 제조된 제품이 초고강도 알루미늄 합금의 가공 방법과 함께 기술된다. 본원에 기술된 알루미늄 합금은 최대 300 MPa/(g/cm3)의 비항복강도(specific yield strength)를 달성할 수 있으며, 이는 150 내지 170 MPa/(g/cm3) 범위일 수 있는 초고강도 강철에 의해 달성되는 비항복강도보다 현저히 높다. 알루미늄 합금 조성물에 합금 원소의 독특한 조합 및 알루미늄 합금 조성물의 가공 방법은 이전에 강철계 제품에 의해서만 달성할 수 있었던 강도와 경쟁 및 능가하는 알루미늄 합금 제품을 산출한다.
본원에 기술된 알루미늄 합금은 약 5.5 내지 11.0 wt%의 Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.10 wt% 미만의 Mn, 최대 0.25 wt%의 Cr, 최대 0.20 wt%의 Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.25 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금은 약 7.1 내지 11.0 wt% Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.6 내지 2.5 wt% Cu, 0 내지 0.09 wt% Mn, 최대 0.25 wt% Cr, 최대 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.20 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물 및 Al을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금은 약 8.3 내지 10.7 wt% Zn, 2.0 내지 2.6 wt% Mg, 2.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.01 내지 0.09 wt% Mn, 0.01 내지 0.20 wt% Cr, 0.01 내지 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.25 wt% Fe, 0.01 내지 0.05 wt% Ti, 0.05 내지 0.20 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물 및 Al을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금은 약 8.5 내지 10.5 wt% Zn, 2.0 내지 2.5 wt% Mg, 2.0 내지 2.4 wt% Cu, 0.02 내지 0.06 wt% Mn, 0.03 내지 0.15 wt% Cr, 0.01 내지 0.10 wt% Si, 0.08 내지 0.20 wt% Fe, 0.02 내지 0.05 wt% Ti, 0.10 내지 0.15 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물 및 Al을 포함한다.
선택적으로, Zn, Mg 및 Cu의 합산 양은 약 9.5 내지 16 wt%이다. 일부 비제한적인 예에서, Cu 대 Mg의 비율은 약 1:1 내지 약 1:2.5이고, Cu 대 Zn의 비율은 약 1:3 내지 약 1:8, 및/또는 Mg 대 Zn의 비율은 약 1:2 내지 약 1:6이다. 일부 비제한적인 예에서, Mn 및 Cr의 합산 양은 적어도 약 0.06 wt%이고, 및/또는 Zr 및 Sc의 합산 양은 적어도 약 0.06 wt%이다. 알루미늄 합금은 선택적으로 Sc 함유 분산질(dispersoid), Zr 함유 분산질, 또는 Sc 및 Zr을 함유하는 분산질을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 알루미늄 합금은 최대 약 0.1 wt% Er을 추가로 포함하고, 합금은 Er-함유 분산질을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 알루미늄 합금은 최대 약 0.1 wt% Hf를 추가로 포함하고, 합금은 Hf-함유 분산질을 포함할 수 있다.
또한, 본원에는 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품이 기술된다. 알루미늄 합금 제품은 선택적으로 시트일 수 있으며, 여기서 시트는 선택적으로 약 4mm 미만(예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 3.2mm)의 게이지를 가질 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 선택적으로 T9 템퍼인 경우 약 700 MPa 이상의 항복 강도 및/또는 T6 템퍼인 경우 약 600 MPa 이상의 항복 강도를 가질 수 있다. 선택적으로, 알루미늄 합금 제품은 T9 템퍼인 경우 적어도 약 2%의 총 연신율(elongation) 및/또는 T6 템퍼인 경우 적어도 약 7%의 총 연신율을 가질 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 자동차 본체 부품, 운송수단 본체 부품, 항공우주선 본체 부품, 선박 구조 또는 비구조 부품, 또는 전자 장치 하우징을 포함할 수 있다.
또한, 본원에는 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법이 추가로 기술된다. 방법은 본원에 기술된 알루미늄 합금을 주조하여, 주조된 알루미늄 합금 제품을 생산하고, 주조된 알루미늄 합금 제품을 균질화하여, 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 생산하고, 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연(hot rolling) 및 냉간 압연(cold rolling)하여 압연된 알루미늄 합금 제품을 생산하고, 압연된 알루미늄 합금 제품을 용체화 처리(solution heat treatment)하고, 압연된 알루미늄 합금 제품을 에이징(aging)하여 에이징된 알루미늄 합금 제품을 생산하고, 및 에이징된 알루미늄 합금 제품을 하나 이상의 에이징 후 가공(post-aging processing) 단계로 처리하는 것을 포함하며, 여기서 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 에이징된 알루미늄 합금 제품의 게이지 감소를 초래한다. 선택적으로, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 에이징 후 냉간 압연 단계, 추가 인공 에이징 단계, 및 에이징 후 온간 압연(warm rolling) 단계 중 하나 이상을 포함한다.
일부 비제한적인 예에서, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 실온에서 또는 약 -100℃ 내지 약 0℃ 범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 냉간 압연 단계를 포함한다. 선택적으로, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 약 65℃ 내지 약 250℃ 범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 온간 압연 단계를 포함한다. 에이징 후 온간 압연 단계는 선택적으로 약 10% 내지 약 60%의 게이지 감소를 초래할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 약 250℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행되는 온간 성형(warm forming) 단계, 0℃ 내지 약 -200℃의 온도에서 수행되는 극저온 성형(cryogenic forming) 단계, 및/또는 약 실온 내지 약 400℃의 온도에서 수행되는 롤 성형(roll forming) 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 본원에 기술된 바와 같은 가공 방법을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본원에 기술된 바와 같은 가공 방법을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본원에 기술된 바와 같은 가공 방법을 도시하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본원에 기재된 바와 같은 3가지 가공 방법을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본원에 기술된 알루미늄 합금의 계산된 고상선(solidus) 및 고용선(solvus) 온도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본원에 기술된 알루미늄 합금의 계산된 석출물 질량 분율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 T6 템퍼에서 본원에 기재된 바와 같은 합금 A, B, C, D, E, F, G 및 H의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 8은 T9 템퍼에서 본원에 기재된 바와 같은 합금 A, D, E 및 G의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 9는 온간 압연 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 A, D, E, F, G 및 H의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 10은 다양한 에이징 및 압연 공정 후, 본원에 기재된 바와 같은 합금 D의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 11은 용체화 처리 온도를 변화시킨 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 E의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 12는 용체화 처리 시간을 변화시킨 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 E의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 13은 용체화 처리 온도를 변화시킨 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 G의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 14는 용체화 처리 시간을 변화시킨 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 G의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 15는 다양한 에이징 공정 후 본원에 기재된 바와 같은 합금 G의 항복 강도 및 총 연신율 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본원에 기재된 바와 같은 합금 A, B, C, D, E, F, G 및 H의 석출물 함량을 나타내는 현미경사진이다.
도 17은 본원에 기재된 바와 같은 합금 A, B, C, D, E, F, G 및 H의 입자(grain) 구조를 보여주는 현미경 사진이다.
본원에는 초고강도 알루미늄 합금 및 이로부터 제조된 제품이 초고강도 알루미늄 합금의 가공 방법과 함께 제공된다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본원에 기술된 알루미늄 합금은 고 용질 합금으로서, 이는 합금이 알루미늄 외에 상당한 양의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 기타 원소를 포함함을 의미한다. 이러한 고 용질 합금은 주조 및 주조 후 가공이 어려울 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에 직접 냉각 주조는 고 용질 합금 주조에 적합하지 않다. 또한, 인공 에이징 후 고 용질 합금의 냉간 압연은 까다로울 수 있으며 종종 균열을 초래한다. 이러한 장애는 균열 없이 고 용질 합금의 에이징 후 가공(예를 들어, 압연)을 가능하게 하는 본원에 기술된 합금 및 방법에 의해 극복된다. 합금 조성물 및 가공 방법은 아래에 더 자세히 설명된다.
정의 및 설명
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "발명(invention)", "발명(the invention)", "이 발명(this invention)" 및 "본 발명(the present invention)"은 이 특허 출원 및 하기 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 지칭하기 위한 것이다. 이러한 용어를 함유하는 설명은 본원에 기술된 주제를 제한하거나 하기 특허 청구항의 의미 또는 범위를 제한하는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
이 명세서에서 알루미늄 산업의 명칭으로 식별된 합금에는 "시리즈" 또는 "6xxx"와 같은 참조부호가 사용된다. 알루미늄 및 그 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템을 이해하기 위해, 둘 모두 알루미늄 협회(The Aluminium Association)에서 발행한 "단조용 알루미늄 및 단조용 알루미늄 합금에 대한 국제 합금 명칭 및 화학 조성 한계(International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys)" 또는 "주조물 또는 잉곳 형태의 알루미늄 합금에 대한 알루미늄 협회 합금 명칭 및 화학 조성 한계의 등록 기록(Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot)"을 참조한다.
본원에 사용된 바와 같이, 단수 표현의 의미는, 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는 한, 단수형 및 복수형 지시대상을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 약 15mm 초과의 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15mm 초과, 약 20mm 초과, 약 25mm 초과, 약 30mm 초과, 약 35mm 초과, 약 40mm 초과, 약 45mm 초과, 약 50mm 초과, 또는 약 100mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 셰이트(shate)(시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4mm 내지 약 15mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 셰이트는 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm, 약 8mm, 약 9mm, 약 10mm, 약 11mm, 약 12mm, 약 13mm, 약 14mm, 또는 약 15mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4 mm 미만, 약 3 mm 미만, 약 2 mm 미만, 약 1 mm 미만, 약 0.5 mm 미만, 약 0.3 mm 미만, 또는 약 0.3 mm 미만, 또는 약 0.1mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
본 출원에는 합금 템퍼 또는 조건에 대해 언급된다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명에 대한 이해를 위해, "합금 및 템퍼 명칭 시스템에 대한 미국 국립 표준(ANSI) H35(American National Standards(ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems)"를 참조한다. F 조건 또는 템퍼는 제작된(fabricated) 알루미늄 합금을 나타낸다. O 조건 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. T1 조건 또는 템퍼는 열간 작업으로부터 냉각되고 자연적으로 에이징된(예를 들어, 실온에서) 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 조건 또는 템퍼는 열간 작업으로부터 냉각되고, 냉간 작업되고, 자연적으로 에이징된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 냉간 작업되고, 자연적으로 에이징된 알루미늄 합금을 지칭한다. T4 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고 자연적으로 에이징된 알루미늄 합금을 지칭한다. T5 조건 또는 템퍼는 열간 작업으로부터 냉각되고 인공적으로 에이징된(승온에서) 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고 인공적으로 에이징된 알루미늄 합금을 지칭한다. T7 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고 인공적으로 과에이징된(overaged) 알루미늄 합금을 지칭한다. T8x 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 냉간 작업되고, 인공적으로 에이징된 알루미늄 합금을 지칭한다. T9 조건 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 인공적으로 에이징되고, 냉간 작업된 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에 사용된, "실온"의 의미는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 약 19℃, 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃ 또는 약 30℃의 온도를 포함할 수 있다.
본원에 사용된, "주조된 알루미늄 합금 제품", "주조된 금속 제품", "주조 제품" 등과 같은 용어는 호환가능하며 직접 냉각 주조(직접 냉각 공동주조 포함) 또는 반-연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 주조기(twin belt caster), 트윈 롤 주조기(twin roll caster), 블록 주조기(block caster) 또는 임의의 다른 연속 주조기의 사용을 포함함), 전자기(electromagnetic) 주조, 핫탑(hot top) 주조, 또는 임의의 다른 주조 방법, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 생산된 제품을 지칭한다.
본원에 개시된 모든 범위는 양쪽 종점 및 이 안에 포함된 임의의 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 최솟값 1과 최댓값 10 사이(및 이들을 포함하여)의 임의의 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다; 즉, 최솟값 1 이상으로 시작하는 모든 하위범위, 예를 들어 1 내지 6.1, 및 최댓값 10 이하로 끝나는 모든 하위범위, 예를 들어, 5.5 내지 10.
다음 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 한, 중량 퍼센트(wt%)의 원소 조성으로 기술된다. 각 합금의 특정 예에서, 나머지는 알루미늄이고, 불순물의 합계는 최대 wt%가 0.15%이다.
합금 조성
본원에는 에이징 후(예를 들어, T6 또는 T9 템퍼에서) 현저히 높은 강도를 나타내는 신규 알루미늄 합금이 기술된다. 본원에 설명된 알루미늄 합금은 초고강도 강철이 나타내는 것을 능가하는 항복 강도를 달성할 수 있다. 본원에 기재된 알루미늄 합금은 고 용질 합금이며, 이는 합금이 하기에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이 알루미늄 외에 상당한 양의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 및/또는 기타 원소를 포함함을 의미한다. 일부 경우에, 본원에 기술된 알루미늄 합금은 지르코늄(Zr) 및 스칸듐(Sc) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하며, 이는 알루미늄 합금 조성물에 존재하는 다른 원소와 상호작용하여 하기에 추가로 기술되는 바와 같이 알루미늄 합금 제품을 강화시키는 데 도움이 되는 분산질을 형성한다. 일부 예에서, 알루미늄 합금은 에르븀(Er) 또는 하프늄(Hf) 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있으며, 이는 조성물에 존재하는 다른 원소와 상호작용하여 하기에 추가로 기술되는 바와 같이 알루미늄 합금 제품을 강화시키는 데 도움이 되는 분산질(예를 들어, Er-함유 분산질 및/또는 Hf-함유 분산질)을 형성한다.
일부 경우에, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금은 표 1에 제공된 바와 같은 하기 원소 조성을 가질 수 있다.
표 1
일부 예에서, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금은 표 2에 제공된 바와 같은 하기 원소 조성을 가질 수 있다.
표 2
일부 예에서, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금은 표 3에 제공된 바와 같은 하기 원소 조성을 가질 수 있다.
표 3
일부 예에서, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금은 표 4에 제공된 바와 같은 하기 원소 조성을 가질 수 있다.
표 4
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 아연(Zn)을, 합금의 총 중량을 기준으로, 약 5.5% 내지 약 11.0%(예를 들어, 약 6.0% 내지 약 11.0%, 약 6.5% 내지 약 11.0%, 약 7.0% 내지 약 11.0%, 약 7.5% 내지 약 11.0%, 약 8.0% 내지 약 11.0%, 약 8.1% 내지 약 11.0%, 약 8.1% 내지 약 10.9%, 약 8.1% 내지 약 10.8%, 약 8.1% 내지 약 10.7%, 약 8.1% 내지 약 10.6%, 약 8.1% 내지 약 10.5%, 약 8.2% 내지 약 11.0%, 약 8.2% 내지 약 10.9%, 약 8.2% 내지 약 10.8%, 약 8.2% 내지 약 10.7%, 약 8.2% 내지 약 10.6%, 약 8.2% 내지 약 10.5%, 약 8.3% 내지 약 11.0%, 약 8.3% 내지 약 10.9%, 약 8.3% 내지 약 10.8%, 약 8.3% 내지 약 10.7%, 약 8.3% 내지 약 10.6%, 약 8.3% 내지 약 10.5%, 약 8.4% 내지 약 11.0%, 약 8.4% 내지 약 10.9%, 약 8.4% 내지 약 10.8%, 약 8.4% 내지 약 10.7%, 약 8.4% 내지 약 10.6%, 약 8.4 내지 약 10.5%, 약 8.5% 내지 약 11.0%, 약 8.5% 내지 약 10.9%, 약 8.5% 내지 약 10.8%, 약 8.5% 내지 약 10.7%, 약 8.5% 내지 약 10.6%, 또는 약 8.5 내지 약 10.5%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 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%, 7.0%, 7.1%, 7.2%, 7.3%, 7.4%, 7.5%, 7.6%, 7.7%, 7.8%, 7.9%, 8.0%, 8.1%, 8.2%, 8.3%, 8.4%, 8.5%, 8.6%, 8.7%, 8.8%, 8.9%, 9.0%, 9.1%, 9.2%, 9.3%, 9.4%, 9.5%, 9.6%, 9.7%, 9.8%, 9.9%, 10.0%, 10.1%, 10.2%, 10.3%, 10.4%, 10.5%, 10.6%, 10.7%, 10.8%, 10.9% 또는 11.0% Zn을 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 마그네슘(Mg)을, 합금의 총 중량을 기준으로, 약 2.0% 내지 약 3.0%(예를 들어, 약 2.0% 내지 약 2.9%, 약 2.0% 내지 약 2.8%, 약 2.0% 내지 약 2.7%, 약 2.0% 내지 약 2.6%, 약 2.0% 내지 약 2.5%, 약 2.1% 내지 약 3.0%, 약 2.1% 내지 약 2.9%, 약 2.1% 내지 약 2.8% , 약 2.1% 내지 약 2.7%, 약 2.1% 내지 약 2.6%, 약 2.1% 내지 약 2.5%, 약 2.2% 내지 약 3.0%, 약 2.2% 내지 약 2.9%, 약 2.2% 약 2.8% 내지 약 2.2% 내지 약 2.7%, 약 2.2% 내지 약 2.6%, 약 2.2% 내지 약 2.5%, 약 2.3% 내지 약 3.0%, 약 2.3% 내지 약 2.9%, 약 2.3% 내지 약 2.8%, 약 2.3% 내지 약 2.7%, 약 2.3% 내지 약 2.6%, 또는 약 2.3% 내지 약 2.5%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 2.0%, 2.05%, 2.1%, 2.15%, 2.2%, 2.25%, 2.3%, 2.35%, 2.4%, 2.45%, 2.5%, 2.55%, 2.6%, 2.65%, 2.7%, 2.75%, 2.8%, 2.85%, 2.9%, 2.95% 또는 3.0% Mg을 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 구리(Cu)를, 합금의 총 중량을 기준으로, 약 1.0% 내지 약 2.5%(예를 들어, 약 1.1% 내지 약 2.4%, 약 1.2% 내지 약 2.3%, 약 1.3% 내지 약 2.2%, 약 1.4% 내지 약 2.1%, 약 1.5% 내지 약 2.0%, 약 1.6% 내지 약 1.9%, 약 1.7% 내지 약 1.8%, 약 1.6% 내지 약 2.5%, 약 1.8% 내지 약 2.1%, 약 2.0% 내지 약 2.5%, 약 2.0% 내지 약 2.4%, 또는 약 2.0% 내지 약 2.3%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 1.0%, 1.05%, 1.1%, 1.15%, 1.2%, 1.25%, 1.3%, 1.35%, 1.4%, 1.45%, 1.5%, 1.55%, 1.6%, 1.65%, 1.7%, 1.75%, 1.8%, 1.85%, 1.9%, 1.95%, 2.0%, 2.05%, 2.1%, 2.15%, 2.2%, 2.25%, 2.3%, 2.35%, 2.4%, 2.45%, 또는 2.5% Cu를 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
전술한 알루미늄 합금은 상당한 양의 Zn, Mg 및 Cu를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 상당한 양의 Zn, Mg, 및 Cu는 알루미늄 합금에 존재하는 Zn, Mg 및 Cu의 합산 양이 약 9.3% 내지 약 16.5% 범위일 수 있음을 의미한다. 예를 들어, Zn, Mg 및 Cu의 합산 양은 약 9.5% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 16%, 또는 약 11% 내지 약 16%의 범위일 수 있다. 일부 예에서, Zn, Mg 및 Cu의 합산 양은 약 9.3%, 9.4%, 9.5%, 9.6%, 9.7%, 9.8%, 9.9%, 10.0%, 10.1%, 10.2%, 10.3%, 10.4%, 10.5%, 10.6%, 10.7%, 10.8%, 10.9%, 11.0%, 11.1%, 11.2%, 11.3%, 11.4%, 11.5%, 11.6%, 11.7%, 11.8%, 11.9%, 12.0%, 12.1%, 12.2%, 12.3%, 12.4%, 12.5%, 12.6%, 12.7%, 12.8%, 12.9%, 13.0%, 13.1%, 13.2%, 13.3%, 13.4%, 13.5%, 13.6%, 13.7%, 13.8%, 13.9%, 14.0%, 14.1%, 14.2%, 14.3%, 14.4%, 14.5%, 14.6%, 14.7%, 14.8%, 14.9%, 15.0%, 15.1%, 15.2%, 15.3%, 15.4%, 15.5%, 15.6%, 15.7%, 15.8%, 15.9% 또는 16.0%일 수 있다.
적절한 수준의 강화가 달성되도록 보장하기 위해, 알루미늄 합금에서 Zn, Mg 및 Cu의 상대적인 양은 신중하게 조절한다. 일부 예에서, Cu 대 Mg의 비율은 약 1:1 내지 약 1:2.5(예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:2)이다. 예를 들어, Cu 대 Mg의 비율은 약 1:1, 1:1.05, 1:1.1, 1:1.15, 1:1.2, 1:1.25, 1:1.3, 1:1.35, 1:1.4, 1:1.45, 1:1.5, 1:1.55, 1:1.6, 1:1.65, 1:1.7, 1:1.75, 1:1.8, 1:1.85, 1:1.9, 1:1.95, 1:2, 1:2.05, 1:2.1, 1:2.15, 1:2.2, 1:2.25, 1:2.3, 1:2.35, 1:2.4, 1:2.45 또는 1:2.5일 수 있다.
일부 예에서, Cu 대 Zn의 비율은 약 1:3 내지 약 1:8(예를 들어, 약 1:3.5 내지 약 1:7 또는 약 1:3.6 내지 1:6.9)이다. 예를 들어, Cu 대 Zn의 비율은 약 1:3.5, 1:3.6, 1:3.7, 1:3.8, 1:3.9, 1:4, 1:4.1, 1:4.2, 1:4.3, 1:4.4, 1:4.5, 1:4.6, 1:4.7, 1:4.8, 1:4.9, 1:5, 1:5.1, 1:5.2, 1:5.3, 1:5.4, 1:5.5, 1:5.6, 1:5.7, 1:5.8, 1:5.9, 1:6, 1:6.1, 1:6.2, 1:6.3, 1:6.4, 1:6.5, 1:6.6, 1:6.7, 1:6.8, 1:6.9, 1:7, 1:7.1, 1:7.2, 1:7.3, 1:7.4, 1:7.5, 1:7.6, 1:7.7, 1:7.8, 1:7.9 또는 1:8일 수 있다.
일부 예에서, Mg 대 Zn의 비율은 약 1:2 내지 약 1:6(예를 들어, 약 1:2.1 내지 약 1:5.5 또는 약 1:2.2 내지 1:5.2)이다. 예를 들어, Mg 대 Zn의 비율은 약 1:2, 1:2.1, 1:2.2, 1:2.3, 1:2.4, 1:2.5, 1:2.6, 1:2.7, 1:2.8, 1:2.9, 1:3, 1:3.1, 1:3.2, 1:3.3, 1:3.4, 1:3.5, 1:3.6, 1:3.7, 1:3.8, 1:3.9, 1:4, 1:4.1, 1:4.2, 1:4.3, 1:4.4, 1:4.5, 1:4.6, 1:4.7, 1:4.8, 1:4.9, 1:5, 1:5.1, 1:5.2, 1:5.3, 1:5.4, 1:5.5, 1:5.6, 1:5.7, 1:5.8, 1:5.9 또는 1:6일 수 있다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 망간(Mn)을 합금의 총 중량을 기준으로, 약 0.10% 미만(예를 들어, 약 0.001% 내지 약 0.09%, 약 0.01% 내지 약 0.09%, 약 0.01% 내지 약 0.08%, 약 0.01% 내지 약 0.07%, 약 0.01% 내지 약 0.6%, 약 0.02% 내지 약 0.10%, 약 0.02% 내지 약 0.09%, 약 0.02% 내지 약 0.08%, 0.02% 내지 약 0.07%, 또는 약 0.02% 내지 약 0.06%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 또는 0.09% Mn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Mn은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 크롬(Cr)을, 합금의 총 중량을 기준으로, 최대 약 0.25%(예를 들어, 약 0.01% 내지 약 0.25%, 약 0.01% 내지 약 0.20%, 약 0.01% 내지 약 0.15%, 약 0.02% 내지 약 0.25%, 약 0.02% 내지 약 0.20%, 약 0.02% 내지 약 0.15%, 약 0.03% 내지 약 0.25%, 약 0.03% 내지 약 0.20%, 또는 약 0.03% 내지 약 0.15%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 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% 또는 0.25% Cr을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Cr은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 경우에, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 적어도 약 0.06%의 Mn 및 Cr을 조합으로 포함한다. 예를 들어, 본원에 기재된 알루미늄 합금에 Mn 및 Cr의 합산된 함량은 약 0.07% 내지 약 0.5%, 약 0.08% 내지 약 0.4%, 약 0.09% 내지 약 0.3%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.25%일 수 있다. 모두 wt%로 표시된다. 본원에 사용된 바와 같이, "Mn 및 Cr의 합산된 함량" 또는 "Mn 및 Cr을 조합으로"는 합금 중 이 원소들의 총량을 지칭하지만, 두 원소가 모두 필요하다는 것을 의미하지는 않는다. 일부 예에서, Mn 및 Cr은 둘 다 알루미늄 합금에 존재하고 합산된 함량은 합금 중 두 원소의 총량을 기준으로 한다. 일부 예에서, Mn 또는 Cr 중 하나만이 존재하여, 합산된 함량은 합금에 존재하는 원소의 양을 기준으로 한다. 특정 측면에서, Mn 및 Cr의 합산된 함량은 알루미늄 합금 매트릭스에 각 원소의 용해도에 의거하여 고려된다. 예를 들어, Mn은 1.8% 초과 농도로 알루미늄 합금에 포함될 수 있고, Cr은 최대 약 0.3%의 농도로 알루미늄 합금에 포함될 수 있다. Mn은 알루미늄 합금 매트릭스에 Cr보다 큰 용해도를 나타낸다.
특정 측면에서, Mn 및 Cr은 알루미늄 합금 매트릭스에서 분산질을 형성할 수 있다. 분산질은 알루미늄 합금의 재결정화를 늦추거나 방지하고 및/또는 파괴 인성(fracture toughness)을 증가시킬 수 있는 이차 석출물이다. 일부 경우에, 분산질은 약 10nm 내지 약 500nm(예를 들어, 약 25nm 내지 약 450nm, 약 50nm 내지 약 400nm, 약 75nm 내지 약 350nm, 약 100nm 내지 약 300nm, 또는 약 150nm 내지 약 250nm)의 직경 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 분산질은 약 10nm, 약 20nm, 약 30nm, 약 40nm, 약 50nm, 약 60nm, 약 70nm, 약 80nm, 약 90nm, 약 100nm, 약 110nm, 약 120nm, 약 130nm, 약 140nm, 약 150nm, 약 160nm, 약 170nm, 약 180nm, 약 190nm, 약 200nm, 약 210nm, 약 220nm, 약 230nm, 약 240nm, 약 250nm, 약 260nm, 약 270nm, 약 280nm, 약 290nm, 약 300nm, 약 310nm, 약 320nm, 약 330nm, 약 340nm, 약 350nm, 약 360nm, 약 370nm, 약 380nm, 약 390nm, 약 400nm, 약 410nm, 약 420nm, 약 430nm, 약 440nm, 약 450nm, 약 460nm, 약 470nm, 약 480nm, 약 490nm, 또는 약 500nm의 직경을 가질 수 있다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 실리콘(Si)을, 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.2%(예를 들어, 약 0.01% 내지 약 0.20%, 약 0.01% 내지 약 0.15%, 약 0.01% 내지 약 0.10%, 약 0.02% 내지 약 0.20%, 약 0.02% 내지 약 0.15%, 약 0.02% 내지 약 0.10%, 약 0.04% 내지 약 0.20%, 약 0.04% 내지 약 0.15%, 또는 약 0.04% 내지 약 0.10%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 또는 0.2% Si를 포함할 수 있다. 일부 경우에는 Si가 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 철(Fe)을, 합금의 총 중량을 기준으로, 약 0.05% 내지 약 0.30%(예를 들어, 약 0.05% 내지 약 0.25%, 약 0.05% 내지 약 0.20%, 약 0.08% 내지 약 0.30%, 약 0.08% 내지 약 0.25%, 약 0.08% 내지 약 0.20%, 약 0.1% 내지 약 0.30%, 약 0.1% 내지 약 0.25%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.20%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 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%, 또는 0.30% Fe를 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 티타늄(Ti)을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 Ti를, 합금의 총 중량을 기준으로, 최대 약 0.1%(예를 들어, 약 0.001% 내지 약 0.1%, 약 0.005% 내지 약 0.1%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09% 또는 0.1% Ti를 포함할 수 있다. 일부 경우에는 Ti가 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 지르코늄(Zr)을, 합금의 총 중량을 기준으로, 약 0.05% 내지 약 0.25%(예를 들어, 약 0.05% 내지 약 0.20%, 약 0.05% 내지 약 0.15%, 약 0.08% 내지 약 0.25%, 약 0.08% 내지 약 0.20%, 또는 약 0.08% 내지 약 0.15%, 약 0.1% 내지 약 0.25%, 약 0.1% 내지 약 0.20%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.15%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 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%, 또는 0.25% Zr을 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 스칸듐(Sc)을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 Sc를 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.25%(예를 들어, 최대 약 0.10%, 약 0.001% 내지 약 0.25%, 약 0.005% 내지 약 0.25%, 약 0.01% 내지 약 0.25%, 약 0.001% 내지 약 0.20%, 약 0.005% 내지 약 0.20%, 약 0.01% 내지 약 0.20%, 약 0.001% 내지 약 0.15%, 약 0.005% 내지 약 0.15%, 약 0.01% 내지 약 0.15%, 약 0.001% 내지 약 0.10%, 약 0.005% 내지 약 0.10%, 약 0.01% 내지 약 0.10%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, 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%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 또는 0.25% Sc를 포함할 수 있다. 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 에르븀(Er)을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 Er을 합금의 총 중량을 기준으로, 최대 약 0.1%(예를 들어, 약 0.001% 내지 약 0.1%, 약 0.005% 내지 약 0.1%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 약 0.05% 내지 약 0.1%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09% 또는 0.1% Er을 포함할 수 있다. 일부 경우에 Er은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 하프늄(Hf)을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 Hf을 합금의 총 중량을 기준으로, 최대 약 0.1%(예를 들어, 약 0.001% 내지 약 0.1%, 약 0.005% 내지 약 0.1%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 약 0.05% 내지 약 0.1%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%)의 양으로 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09% 또는 0.1% Hf을 포함할 수 있다. 일부 경우에는 Hf이 합금에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt%로 표시된다.
일부 경우에, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 적어도 약 0.06%의 Zr 및 Sc를 조합으로 포함한다. 예를 들어, 본원에 기재된 알루미늄 합금에 Zr 및 Sc의 합산 함량은 약 0.07% 내지 약 0.5%, 약 0.08% 내지 약 0.4%, 약 0.09% 내지 약 0.3%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.25%일 수 있다. 모두 wt%로 표시된다. 본원에 사용된 바와 같이, "Zr 및 Sr의 합산 함량" 또는 "Zr 및 Sc을 조합으로"는 합금에 있는 원소들의 총량을 지칭하지만, 두 원소가 모두 필요하다는 것을 의미하지는 않는다. 일부 예에서, Zr 및 Sc는 모두 알루미늄 합금에 존재하고 합산 함량은 합금에 있는 두 원소의 총량을 기준으로 한다. 일부 예에서, Zr 또는 Sc 중 하나만 존재하고, 이에 따라 합산 함량은 합금에 존재하는 원소의 양을 기준으로 한다. 알루미늄 합금은 선택적으로 스칸듐 함유 분산질, 지르코늄 함유 분산질, 스칸듐 및 지르코늄을 함유하는 분산질, 스칸듐-지르코늄-에르븀 분산질, 하프늄-함유 분산질, 임의의 다른 적합한 분산질, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
선택적으로, 본원에 기재된 알루미늄 합금은 때로 불순물로도 지칭되는 기타 미량 원소를 0.05% 이하, 0.04% 이하, 0.03% 이하, 0.02% 이하, 또는 0.01% 이하의 양으로 추가로 포함할 수 있다. 이들 불순물은 V, Ni, Sc, Zr, Sn, Ga, Ca, Bi, Na, Pb, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 따라서, V, Ni, Sc, Zr, Sn, Ga, Ca, Bi, Na, 또는 Pb는 0.05% 이하, 0.04% 이하, 0.03% 이하, 0.02% 이하, 또는 0.01% 이하의 양으로 합금에 존재할 수 있다. 모든 불순물의 합계는 0.15%(예를 들어, 0.1%)를 초과하지 않는다. 모두 wt%로 표시된다. 각 합금의 나머지 퍼센트는 알루미늄이다.
알루미늄 합금의 제조 방법
알루미늄 합금 특성은 합금 제조 중에 미세구조의 형성에 의해 부분적으로 결정된다. 특정 측면에서, 합금 조성물의 제조 방법은 합금이 원하는 응용예에 적합한 특성을 가질 것인지 여부에 대해 영향을 미치거나, 심지어 결정할 수 있다.
주조
본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금은 임의의 적합한 주조 방법을 사용하여 주조된 알루미늄 합금 제품으로 주조될 수 있다. 예를 들어, 주조 공정은 직접 냉각(DC) 주조 공정 또는 연속 주조(CC) 공정을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 금속은 트윈 벨트 주조기, 트윈 롤 주조기 또는 블록 주조기의 사용을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 CC 공정을 사용하여 주조되어 빌릿(billet), 슬래브(slab), 셰이트, 스트립(strip) 등의 형태로 주조 제품을 형성할 수 있다.
그 다음, 주조된 알루미늄 합금 제품은 추가 가공 단계로 처리될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 가공 방법은 알루미늄 합금 제품을 형성하기 위한 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리, 및/또는 인공 에이징 단계를 포함할 수 있다. 가공 방법은 냉간 압연, 추가 인공 에이징 및/또는 온간 압연과 같은 하나 이상의 에이징 후 가공 단계를 추가로 포함할 수 있다.
균질화
균질화 단계는 주조된 알루미늄 합금 제품을 최대 약 550℃(예를 들어, 최대 550℃, 최대 540℃, 최대 530℃, 최대 520℃, 최대 약 510℃, 최대 500℃, 최대 490℃, 최대 480℃, 최대 470℃ 또는 최대 460℃)의 온도에 도달하도록 가열하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주조된 알루미늄 합금 제품은 약 450℃ 내지 약 550℃(예를 들어, 약 455℃ 내지 약 550℃, 약 460℃ 내지 약 535℃, 또는 약 465℃ 내지 약 525℃)의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에, 가열 속도는 약 100℃/시간 이하, 75℃/시간 이하, 50℃/시간 이하, 40℃/시간 이하, 30℃/시간 이하, 25 ℃/시간 이하, 20 ℃/시간 이하 또는 15 ℃/시간 이하일 수 있다. 다른 경우에, 가열 속도는 약 10℃/분 내지 약 100℃/분(예를 들어, 약 10℃/분 내지 약 90℃/분, 약 10℃/분 내지 약 70℃/분, 약 10℃/분 내지 약 60℃/분, 약 20℃/분 내지 약 90℃/분, 약 30℃/분 내지 약 80℃/분, 약 40℃/분 내지 약 70℃/분, 또는 약 50℃/분 내지 약 60℃/분)일 수 있다. 주조된 알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 가열 장치, 예컨대 공기 노(air furnace), 터널 노(tunnel furnace) 또는 유도 노(induction furnace)를 사용하여 가열할 수 있다. 특정 측면에서, 균질화는 1 단계 공정이다. 일부 예에서, 균질화는 아래에 기술되는 2 단계 공정이다.
그 다음, 주조된 알루미늄 합금 제품은 일정 시간 동안 침지시킨다. 하나의 비제한적인 예에 따르면, 주조된 알루미늄 합금 제품은 최대 약 30시간(예를 들어, 약 20분 내지 약 30시간 또는 약 5시간 내지 약 20시간, 양 종점을 포함해서) 동안 침지시킨다. 예를 들어, 주조된 알루미늄 합금 제품은 약 450℃ 내지 약 550℃의 온도에서 약 20분, 약 30분, 약 45분, 약 1시간, 약 1.5시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 약 14시간, 약 15시간, 약 16시간, 약 17시간, 약 18시간, 약 19시간, 약 20시간, 약 21시간, 약 22시간, 약 23시간, 약 24시간, 약 25시간, 약 26시간, 약 27시간, 약 28시간, 약 29시간, 약 30시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.
열간 압연
균질화 단계 후에 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 특정 경우에, 주조된 알루미늄 합금 제품은 내려놓고, 약 350℃ 내지 450℃(예를 들어, 약 360℃ 내지 약 450℃, 약 375℃ 내지 약 440℃, 또는 약 400℃ 내지 약 430℃)의 입구 온도 범위에 의해 열간 압연된다. 입구 온도는 예를 들어 약 350℃, 355℃, 360℃, 365℃, 370℃, 375℃, 380℃, 385℃, 390℃, 395℃, 400℃, 405℃, 410℃, 415℃, 420℃, 425℃, 430℃, 435℃, 440℃, 445℃, 450℃ 또는 그 사이의 임의의 온도일 수 있다. 일부 구현예에서, 주조된 알루미늄 합금 제품은 균질화 온도로부터 열간 압연 입구 온도로 냉각된다. 특정 경우에, 열간 압연 출구 온도는 약 200℃ 내지 약 290℃(예를 들어, 약 210℃ 내지 약 280℃ 또는 약 220℃ 내지 약 270℃)의 범위일 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 출구 온도는 약 200℃, 205℃, 210℃, 215℃, 220℃, 225℃, 230℃, 235℃, 240℃, 245℃, 250℃, 255℃, 260℃, 265℃, 270℃, 275℃, 280℃, 285℃, 290℃, 또는 그 사이의 임의의 온도일 수 있다.
특정 경우에, 주조된 알루미늄 합금 제품은 열간 밴드(hot band)로 지칭되는 약 3mm 내지 약 15mm 게이지(예를 들어, 약 5mm 내지 약 12mm 게이지)로 열간 압연된다. 예를 들어, 주조 제품은 15mm 게이지, 14mm 게이지, 13mm 게이지, 12mm 게이지, 11mm 게이지, 10mm 게이지, 9mm 게이지, 8mm 게이지, 7mm 게이지, 6mm 게이지, 5mm 게이지, 4mm 게이지 또는 3mm 게이지로 열간 압연될 수 있다. 열간 압연의 결과로서 주조된 알루미늄 합금 제품의 게이지에 의거한 감소율은 약 50% 내지 약 80%(예를 들어, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 또는 약 80% 게이지 감소) 범위일 수 있다. 압연된(as-rolled) 열간 밴드의 템퍼는 F 템퍼라고 지칭한다.
선택적으로, 열간 압연 후 압연된 열간 밴드는 2 단계 균질화 공정의 두 번째 단계로 처리될 수 있다. 예를 들어, 제1 균질화 단계는 DC 주조 또는 CC 후에 주조된 알루미늄 합금 제품을 최대 약 400℃(예를 들면, 최대 약 395℃, 최대 약 390℃, 최대 약 385℃, 최대 약 380℃, 최대 약 375℃, 최대 약 370℃, 최대 약 365℃, 또는 최대 약 360℃)의 온도를 달성하도록 가열하는 것을 포함할 수 있다. 주조된 알루미늄 합금 제품은 제1 균질화 온도에서 최대 약 4시간(예를 들어, 최대 약 3.5시간, 최대 약 3시간, 최대 약 2.5시간, 또는 최대 약 2시간) 동안 침지시킬 수 있다. 열간 압연 후, 제2 균질화 단계는 압연된 열간 밴드를 최대 약 490℃(예를 들어, 최대 약 485℃, 최대 약 480℃, 최대 약 475℃, 최대 약 470℃, 최대 약 465℃, 최대 약 460℃, 최대 약 455℃, 또는 최대 약 450℃)의 온도를 달성하도록 가열하는 것을 포함할 수 있다. 압연된 열간 밴드는 균질화된 열간 밴드를 제공하기 위해 제2 균질화 온도에서 최대 약 2시간(예를 들어, 최대 약 1.5시간, 또는 최대 약 1시간) 동안 침지시킬 수 있다. 특정 경우에, 균질화된 열간 밴드는 최종 게이지로 추가 열간 압연될 수 있다(예를 들어, 고온 밀링기(mill) 또는 마무리 밀링기에서). 일부 예에서, 균질화된 열간 밴드는 50% 감소까지 추가 열간 압연된 후, 최종 게이지(아래에 설명됨)까지 냉간 압연될 수 있다.
코일 냉각
선택적으로, 열간 밴드는 고온 밀링기에서 배출 즉시, 열간 밴드 코일(즉, 중간 게이지의 알루미늄 합금 제품 코일)로 감길 수 있다. 일부 예에서, 열간 밴드는 고온 밀링기에서 배출 즉시 열간 밴드 코일로 감겨져 F-템퍼를 초래한다. 일부 추가 예에서, 열간 밴드 코일은 공기 중에서 냉각된다. 공랭 단계는 약 12.5 ℃/시간( ℃/h) 내지 약 3600 ℃/h의 속도로 수행될 수 있다. 예를 들어, 코일 냉각 단계는 약 12.5 ℃/h, 25 ℃/h, 50 ℃/h, 100 ℃/h, 200 ℃/h, 400 ℃/h, 800 ℃/h, 1600 ℃/h, 3200 ℃/h, 3600 ℃/h의 속도, 또는 그 사이의 임의의 속도로 수행될 수 있다. 일부 또 다른 예에서, 공랭된 코일은 일정 기간 동안 저장된다. 일부 예에서, 열간 밴드 코일은 약 100℃ 내지 약 350℃(예를 들어, 약 200℃ 또는 약 300℃)의 온도에서 유지된다.
냉간 압연
냉간 압연 단계는 선택적으로 용체화 처리 단계 전에 수행될 수 있다. 특정 측면에서, 열간 밴드는 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 시트)으로 냉간 압연된다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 시트는 4mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 0.9mm 이하, 0.8mm 이하, 0.7mm 이하, 0.6mm 이하, 0.5mm 이하, 0.4mm 이하, 0.3mm 이하, 0.2mm 이하 또는 0.1mm의 두께를 갖는다. 냉간 압연의 결과로서, 알루미늄 합금 시트가 도달하기 위한 열간 밴드의 게이지에 의거한 감소율은 약 40% 내지 약 80%(예를 들어, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 또는 약 80%) 게이지 감소 범위일 수 있다.
선택적인 어닐링간 단계
일부 비제한적인 예에서, 선택적인 어닐링간(inter-annealing) 단계는 냉간 압연 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 열간 밴드는 중간 냉간 롤 게이지로 냉간 압연되고, 어닐링되고, 이어서 더 낮은 게이지로 냉간 압연될 수 있다. 일부 측면에서, 선택적 어닐링간 단계는 배취(batch) 공정(즉, 배취 어닐링간 단계)으로 수행될 수 있다. 어닐링간 단계는 약 300℃ 내지 약 450℃(예를 들어, 약 310℃, 약 320℃, 약 330℃, 약 340℃, 약 350℃, 약 360℃, 약 370℃, 약 380℃, 약 390℃, 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 또는 약 450℃)의 온도에서 수행될 수 있다.
용체화 처리
용체화 처리 단계는 알루미늄 합금 제품을 실온 내지 피크 금속 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 피크 금속 온도는 약 460℃ 내지 약 550℃(예를 들어, 약 465℃ 내지 약 545℃, 약 470℃ 내지 약 540℃, 약 475℃ 내지 약 535℃, 약 480℃ 내지 약 530℃, 또는 약 465℃ 내지 약 500℃)일 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 피크 금속 온도에서 일정 기간 동안 침지시킬 수 있다. 특정 측면에서, 알루미늄 합금 제품은 최대 약 60분(예를 들어, 약 10초 내지 약 60분, 양 종점을 포함해서) 동안 침지시킨다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 460℃ 내지 약 550℃의 피크 금속 온도에서 10초, 15초, 20초, 25초, 30초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 105초, 110초, 115초, 120초, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분 동안, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다. 용체화 처리 후, 알루미늄 합금 제품은 아래에 설명되는 바와 같이 피크 금속 온도로부터 ??칭(quenching)될 수 있다.
??칭
선택적으로, 알루미늄 합금 제품은 그 다음 용체화 처리 후 실온수(room temperature water)에서 약 50 ℃/s 내지 약 800 ℃/s(예를 들어, 약 75 ℃/s 내지 약 750 ℃/s, 약 100 ℃/s 내지 약 700 ℃/s, 약 150 ℃/s 내지 약 650 ℃/s, 약 200 ℃/s 내지 약 600 ℃/s, 약 250 ℃/s 내지 약 550℃/s, 약 300 ℃/s 내지 약 500 ℃/s, 또는 약 350 ℃/s 내지 약 450 ℃/s)의 ??칭 속도로 ??칭될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 50 ℃/s, 약 75 ℃/s, 약 100 ℃/s, 약 125 ℃/s, 약 150 ℃/s, 약 175 ℃/s, 약 200 ℃/s, 약 225 ℃/s, 약 250 ℃/s, 약 275 ℃/s, 약 300 ℃/s, 약 325 ℃/s, 약 350 ℃/s, 약 375 ℃/s, 약 400 ℃/s, 약 425 ℃/s, 약 450 ℃/s, 약 475 ℃/s, 약 500 ℃/s, 약 525 ℃/s, 약 550 ℃/s, 약 575 ℃/s, 약 600℃/s, 약 625 ℃/s, 약 650 ℃/s, 약 675 ℃/s, 약 700 ℃/s, 약 725 ℃/s, 약 750 ℃/s, 약 775 ℃/s, 또는 약 800 ℃/s의 속도로 ??칭될 수 있다.
에이징
선택적으로, 알루미늄 합금 제품은 자연적으로 에이징 및/또는 인공적으로 에이징될 수 있다(예를 들어, 용체화 처리 및/또는 ??칭 후). 일부 비제한적 예에서, 알루미늄 합금 제품은 실온(예를 들어, 약 15℃, 약 20℃, 약 25℃, 또는 약 30℃)에서 적어도 72시간 동안 저장함으로써 T4 템퍼로 자연적으로 에이징될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 72시간, 84시간, 96시간, 108시간, 120시간, 132시간, 144시간, 156시간, 168시간, 180시간, 192시간, 204시간, 216시간, 240시간, 264시간, 288시간, 312시간, 336시간, 360시간, 384시간, 408시간, 432시간, 456시간, 480시간, 504시간, 528시간, 552시간, 576시간, 600시간, 624시간, 648시간, 672시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 자연적으로 에이징될 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금 제품은 일정 기간 동안 약 120℃ 내지 약 160℃의 온도에서 제품을 가열함으로써 T6 템퍼로 인공적으로 에이징될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 125℃, 약 130℃, 약 135℃, 약 140℃, 약 145℃, 약 150℃, 약 155℃, 또는 160℃의 온도에서 가열함으로써 인공적으로 에이징될 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 최대 36시간(예를 들어, 1시간 내지 36시간, 5시간 내지 30시간, 또는 8시간 내지 24시간) 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 11시간, 12시간, 13시간, 14시간, 15시간, 16시간, 17시간, 18시간, 19시간, 20시간, 21시간, 22시간, 23시간, 24시간, 25시간, 26시간, 27시간, 28시간, 29시간, 30시간, 31시간, 32시간, 33시간, 34시간, 35시간 또는 36시간 동안 가열될 수 있다.
에이징 공정(들) 이후에, 알루미늄 합금 제품은 선택적으로 하나 이상의 에이징 후 공정(예를 들어, 에이징 후 냉간 압연, 에이징 후 온간 압연 및/또는 추가 인공 에이징)으로 추가 가공 처리될 수 있다. 선택적으로, 추가 가공은 T9 템퍼에서 알루미늄 합금 제품을 초래할 수 있다. 추가 가공은 또한 알루미늄 합금 제품에 석출 강화 및 변형 경화 효과를 초래한다.
에이징 후 냉간 압연
에이징 후 냉간 압연 단계는 에이징 후 알루미늄 합금 제품(본원에서 에이징된 알루미늄 합금 제품으로 지칭됨)에 대해 선택적으로 수행될 수 있다. 냉간 압연은 약 -130℃ 내지 실온(예를 들어, 약 -130℃ 내지 약 30℃, 약 -100℃ 내지 약 20℃, 또는 약 -50℃ 내지 약 15℃) 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 얼음, 드라이아이스 또는 액체 질소를 단독으로 또는 용매(예를 들어, 유기 용매)와 조합으로 사용함으로써, 에이징 후 냉간 압연을 수행하기 위한 저온을 달성할 수 있다. 0℃ 미만의 온도에서의 압연은 또한 본원에서 극저온-압연(cryo-rolling) 또는 극저온 압연(cryogenic rolling)으로 지칭된다. 마찬가지로, 0℃ 미만의 온도는 본원에서 극저온 온도로 지칭된다. 특정 측면에서, 에이징된 알루미늄 합금 제품은 냉간 압연되어 약 10% 내지 약 50%의 게이지 감소(예를 들어, 약 10%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 또는 약 50% 게이지 감소)를 초래한다. 생성된 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 3.6mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 0.9mm 이하, 0.8mm 이하, 0.7mm 이하, 0.6mm 이하, 0.5 mm 이하, 0.4 mm 이하, 0.3 mm 이하, 0.2 mm 이하, 또는 0.1 mm의 두께를 가질 수 있다.
추가 인공 에이징
선택적으로, 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 이후 추가 에이징(예를 들어, 추가 인공 에이징 또는 추가 사전 에이징)될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 일정 기간 동안 약 80℃ 내지 약 160℃의 온도에서 알루미늄 합금 제품을 가열함으로써 T6 템퍼로 인공 에이징될 수 있다. 예를 들어, 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 약 80℃, 약 85℃, 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃, 약 120℃, 약 125℃, 약 130℃, 약 135℃, 약 140℃, 약 145℃, 약 150℃, 약 155℃, 또는 약 160℃의 온도에서 가열함으로써 인공 에이징될 수 있다. 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 최대 36시간(예를 들어, 10분 내지 36시간, 1시간 내지 30시간, 또는 8시간 내지 24시간)의 기간 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 냉간 압연 에이징된 알루미늄 합금 제품은 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 11시간, 12시간, 13시간, 14시간, 15시간, 16시간, 17시간, 18시간, 19시간, 20시간, 21시간, 22시간, 23시간, 24시간, 25시간, 26시간, 27시간, 28시간, 29시간, 30시간, 31시간, 32시간, 33시간, 34시간, 35시간 또는 36시간 동안 가열될 수 있다.
에이징 후 온간 압연
선택적인 에이징 후 냉간 압연 및 선택적인 추가 인공 에이징 후에는 에이징 후 온간 압연 단계가 수행될 수 있다. 에이징 후 온간 압연은 약 65℃ 내지 약 250℃ 범위(예를 들어, 약 65℃ 내지 약 240℃, 약 70℃ 내지 약 230℃, 70℃ 내지 약 220℃, 약 70℃ 내지 약 210℃, 약 70℃ 내지 약 200℃, 약 70℃ 내지 약 190℃, 약 70℃ 내지 약 180℃, 약 70℃ 내지 약 170℃, 약 70℃ 내지 약 160℃, 약 80℃ 내지 약 150℃, 약 90℃ 내지 약 140℃, 약 100℃ ℃ 내지 약 130℃, 또는 약 110℃ 내지 약 125℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 에이징 후 온간 압연은 석출물의 조대화(coarsening) 및/또는 용해를 억제하거나 방지하도록 설계된 온도에서 수행된다. 예를 들어, 에타-상 석출물(예를 들어, MgZn2)은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금에서 형성될 수 있고, 본원에 기술된 방법은 MgZn2 석출물 형성을 방지할 수 있다. 또한, 규화마그네슘(Mg2Si) 석출물은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에서 형성될 수 있고, 본원에 기술된 방법은 Mg2Si 석출물 형성을 방지할 수 있다.
특정 측면에서, 에이징 후 온간 압연은 약 10% 내지 약 60%(예를 들어, 약 10%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 또는 약 60% 게이지 감소)의 재료의 게이지 감소를 초래하도록 수행된다. 생성된 알루미늄 합금 제품은 3.2mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 0.9mm 이하, 0.8mm 이하, 0.7mm 이하, 0.6mm 이하, 0.5mm 이하, 0.4mm 이하, 0.3mm 이하, 0.2mm 이하, 또는 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이 수행된 에이징 후 온간 압연은 재료의 야금학적 퇴화(metallurgical retrogression)를 개시하여 연화된 상태를 달성하고, 이는 알루미늄 합금 제품에 성형 기술이 수행될 수 있게 한다. 에이징 후 온간 압연된 재료는 열간 성형(예를 들어, 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도에서 알루미늄 합금 제품을 성형함), 온간 성형(예를 들어, 약 250℃ 내지 약 400℃의 온도에서 알루미늄 합금 제품을 성형함), 극저온 성형(예를 들어, 약 0℃ 내지 약 -200℃의 온도에서 알루미늄 합금 제품을 성형함), 롤 성형(예를 들어, 약 실온 내지 약 400℃의 온도에서 알루미늄 합금 제품을 롤 성형함), 및/또는 실온 성형(예를 들어, 실온에서 알루미늄 합금 제품을 성형함)을 포함하는 다양한 변형 기술에 순응하여 성형된 알루미늄 합금 제품을 제공한다. 변형은 절단, 스탬핑, 프레싱, 프레스 성형, 인발(drawing), 또는 본 기술분야의 기술자에게 알려진 2차원 또는 3차원 형상을 생성할 수 있는 기타 공정을 포함할 수 있다. 이러한 비평면 알루미늄 합금 제품은 "스탬핑된", "프레스된", "프레스 성형된", "인발된", "3차원 성형된", "롤 성형된" 또는 기타 유사한 용어로 지칭될 수 있다.
합금 미세구조 및 특성
본원에 기재된 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 제품은 분산질을 포함할 수 있다. 스칸듐 및/또는 지르코늄을 함유하는 예에서, 이 원소들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 분산질이 형성될 수 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 및 이로부터 제조된 알루미늄 합금 제품은 스칸듐 함유 분산질, 지르코늄 함유 분산질, 또는 스칸듐 및 지르코늄을 함유하는 분산질을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 분산질은 약 5nm 내지 약 30nm(예를 들어, 약 6nm 내지 약 29nm, 약 7nm 내지 약 28nm, 약 8nm 내지 약 27nm, 약 9nm 내지 약 26nm, 약 10nm 내지 약 25nm, 약 11nm 내지 약 24nm, 약 12nm 내지 약 23nm, 약 13nm 내지 약 22nm, 약 14nm 내지 약 21nm, 약 15nm 내지 약 20nm, 약 16nm 내지 약 19nm, 또는 약 17nm 내지 약 18nm) 범위의 임의의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 분산질은 약 5nm, 약 6nm, 약 7nm, 약 8nm, 약 9nm, 약 10nm, 약 11nm, 약 12nm, 약 13nm, 약 14nm, 약 15nm, 약 16nm, 약 17nm, 약 18nm, 약 19nm, 약 20nm, 약 21nm, 약 22nm, 약 23nm, 약 24nm, 약 25nm, 약 26nm, 약 27nm, 약 28nm, 약 29nm, 또는 약 30nm의 직경을 가질 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금 및 이로부터 제조된 알루미늄 합금 제품은 현저히 높은 강도 값을 나타낸다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 예를 들어 T9 템퍼인 경우 약 700 MPa 이상의 항복 강도를 갖는다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 705 MPa 이상, 710 MPa 이상, 715 MPa 이상, 720 MPa 이상, 725 MPa 이상, 730 MPa 이상, 735 MPa 이상, 740 MPa 이상, 745 MPa 이상, 750 MPa 이상, 755 MPa 이상, 760 MPa 이상, 765 MPa 이상, 770 MPa 이상, 775 MPa 이상, 780 MPa 이상, 785 MPa 이상, 790 MPa 이상, 795 MPa 이상, 800 MPa 이상, 810 MPa 이상, 815 MPa 이상, 820 MPa 이상, 825 MPa 이상, 830 MPa 이상, 835 MPa 이상, 840 MPa 이상, 845 MPa 이상, 850 MPa 이상, 855 MPa 이상, 860 MPa 이상, 865 MPa 이상, 870 MPa 이상, 875 MPa 이상, 880 MPa 이상, 885 MPa 이상, 890 MPa 이상, 895 MPa 이상, 900 MPa 이상의 항복 강도를 가질 수 있다. 일부 경우에, 항복 강도는 약 700 MPa 내지 약 1000 MPa(예를 들어, 약 705 MPa 내지 약 950 MPa, 약 710 MPa 내지 약 900 MPa, 약 715 MPa 내지 약 850, 또는 약 720 MPa 내지 약 800 MPa)이다.
일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, T6 템퍼인 경우, 약 600 MPa 이상의 항복 강도를 갖는다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 600 MPa 이상, 605 MPa 이상, 610 MPa 이상, 615 MPa 이상, 620 MPa 이상, 625 MPa 이상, 630 MPa 이상, 635 MPa 이상, 또는 640 MPa 이상의 항복 강도를 가질 수 있다. 일부 경우에, 알루미늄 합금 제품은 약 600 MPa 내지 약 650 MPa(예를 들어, 약 605 MPa 내지 약 645 MPa, 약 610 MPa 내지 약 640 MPa, 또는 약 615 MPa 내지 약 640 MPa)의 항복 강도를 가질 수 있다.
일부 경우에, 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, T9 템퍼인 경우, 적어도 약 2% 및 최대 약 5%의 총 연신율을 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 2%, 3%, 4%, 또는 5%의 총 연신율, 또는 그 사이의 임의의 연신율을 가질 수 있다.
일부 경우에, 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, T6 템퍼인 경우, 적어도 약 7% 및 최대 약 15%의 총 연신율을 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%의 총 연신율, 또는 그 사이의 임의의 연신율을 가질 수 있다.
사용 방법
본원에 기재된 합금 및 방법은 자동차 및/또는 운송수단 응용예, 예컨대 모터 차량, 항공기 및 철도 수단 응용예, 또는 임의의 다른 바람직한 응용예에 사용될 수 있다. 일부 예에서, 합금 및 방법은 모터 차량 본체 부품 제품, 예컨대, 안전 케이지, 흰색 차체(bodies in white), 충돌 레일, 범퍼, 측면 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 기둥 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드 패널을 제조하는데 사용될 수 있다. 본원에 기재된 알루미늄 합금 및 방법은 또한 항공기 또는 철도 차량 응용예에서, 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하는데 사용될 수 있다.
본원에 기재된 합금 및 방법은 또한 전자장치 응용예에서, 예를 들어 외부 및 내부 케이스를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 합금 및 방법은 또한 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 장치용 하우징을 제조하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 합금은 휴대폰(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 바닥 섀시의 외부 케이싱을 위한 하우징을 제조하는데 사용될 수 있다.
특정 측면에서, 제품 및 방법은 항공우주선 본체 부품 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 제품 및 방법은 스킨 합금과 같이 비행기 본체 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 제품 및 방법은 선박 구조 또는 비구조 부품을 제조하는데 사용될 수 있다.
일부 경우에, 제품 및 방법은 건축 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 제품 및 방법은 건물 패널, 미적 부품, 지붕 패널, 차양, 문, 창틀 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
제품 및 방법은 임의의 다른 바람직한 응용예에 사용될 수 있다.
적합한 합금, 제품 및 방법의 예시
예시 1은 약 5.5 내지 11.0 wt% Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.10 wt% 미만의 Mn, 최대 0.25 wt% Cr, 최대 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.25 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는 알루미늄 합금이다.
예시 2는 약 7.1 내지 11.0 wt% Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.6 내지 2.5 wt% Cu, 0 내지 0.09 wt% Mn, 최대 0.25 wt% Cr, 최대 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.20 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
예시 3은 약 8.3 내지 10.7 wt% Zn, 2.0 내지 2.6 wt% Mg, 2.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.01 내지 0.09 wt% Mn, 0.01 내지 0.20 wt% Cr, 0.01 내지 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.25 wt% Fe, 0.01 내지 0.05 wt% Ti, 0.05 내지 0.20 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
예시 4는 약 8.5 내지 10.5 wt% Zn, 2.0 내지 2.5 wt% Mg, 2.0 내지 2.4 wt% Cu, 0.02 내지 0.06 wt% Mn, 0.03 내지 0.15 wt% Cr, 0.01 내지 0.10 wt% Si, 0.08 내지 0.20 wt% Fe, 0.02 내지 0.05 wt% Ti, 0.10 내지 0.15 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
예시 5는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Zn, Mg 및 Cu의 합산 양이 약 9.5 내지 16%인 것이다.
예시 6은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Cu 대 Mg의 비율이 약 1:1 내지 약 1:2.5인 것이다.
예시 7은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Cu 대 Zn의 비율이 약 1:3 내지 약 1:8이 것이다.
예시 8은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Mg 대 Zn의 비율이 약 1:2 내지 약 1:6인 것이다
예시 9는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Mn 및 Cr의 합산 양이 적어도 약 0.06 wt%인 것이다.
예시 10은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, Zr 및 Sc의 합산 양이 적어도 약 0.06 wt%인 것이다.
예시 11은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, 알루미늄 합금이 Sc 함유 분산질, Zr 함유 분산질, 또는 Sc 및 Zr을 함유하는 분산질을 포함하는 것이다.
예시 12는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, 최대 약 0.1 wt% Er을 추가로 포함하는 것이다.
예시 13은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, 알루미늄 합금은 Er-함유 분산질을 포함하는 것이다.
예시 14는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, 최대 약 0.1 wt% Hf을 추가로 포함하는 것이다.
예시 15는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금으로서, 알루미늄 합금이 Hf-함유 분산질을 포함하는 것이다.
예시 16은 임의의 선행 예시에 따른 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품이다.
예시 17은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 시트를 포함하는 것이다.
예시 18은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 시트의 게이지가 약 4mm 미만인 것이다.
예시 19는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 시트의 게이지가 약 0.1 mm 내지 약 3.2 mm인 것이다.
예시 20은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 T9 템퍼인 경우 약 700 MPa 이상의 항복 강도를 갖는 것이다.
예시 21은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 T6 템퍼인 경우 약 600 MPa 이상의 항복 강도를 갖는 것이다.
예시 22는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 T9 템퍼인 경우 적어도 약 2%의 총 연신율을 갖는 것이다.
예시 23은 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 T6 템퍼인 경우 적어도 약 7%의 총 연신율을 갖는 것이다.
예시 24는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품이 자동차 본체 부품, 운송수단 본체 부품, 항공우주선 본체 부품, 선박 구조 또는 비구조 부품, 또는 전자 장치 하우징을 포함하는 것이다.
예시 25는 알루미늄 합금 제품의 제조 방법으로서, 임의의 선행 예시에 따른 알루미늄 합금을 주조하여 주조된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 주조된 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연 및 냉간 압연하여 압연된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 압연된 알루미늄 합금 제품을 용체화 처리하는 단계, 압연된 알루미늄 합금 제품을 에이징하여 에이징된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 및 에이징된 알루미늄 합금 제품을 하나 이상의 에이징 후 가공 단계로 처리하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 에이징된 알루미늄 합금 제품의 게이지 감소를 초래하는 방법이다.
예시 26은 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법으로서, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 에이징 후 냉간 압연 단계, 추가 인공 에이징 단계, 및 에이징 후 온간 압연 단계 중 하나 이상을 포함하는 것이다.
예시 27은 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법으로서, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 실온에서 수행되는 에이징 후 냉간 압연 단계를 포함하는 것이다.
예시 28은 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법으로서, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 약 -100℃ 내지 약 0℃ 범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 냉간 압연 단계를 포함하는 것이다.
예시 29는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법으로서, 하나 이상의 에이징 후 가공 단계는 약 65℃ 내지 약 250℃ 범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 온간 압연 단계를 포함하는 것이다.
예시 30은 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법으로서, 에이징 후 온간 압연 단계는 약 10% 내지 약 60%의 게이지 감소를 초래하는 것이다.
예시 31은 약 250℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행되는 온간 성형 단계를 추가로 포함하는, 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
예시 32는 0℃ 내지 약 -200℃의 온도에서 수행되는 극저온 성형 단계를 추가로 포함하는, 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
실시예 33은 약 실온 내지 약 400℃의 온도에서 수행되는 롤 성형 단계를 추가로 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 알루미늄 합금이다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하는 역할을 하지만, 이에 대한 어떠한 제한도 구성하지 않는다. 반대로, 본 명세서의 설명을 읽은 후 본 발명의 취지를 벗어남이 없이 본 기술분야의 기술자에게 자명하게 시사될 수 있는 다양한 구현예, 수정 및 등가물에 의존할 수 있음이 명백하게 이해되어야 한다.
실시예
실시예 1: 합금 조성, 가공 및 특성
하기 표 5에 나타낸 조성을 갖는 알루미늄 합금은 본원에 기재된 방법에 따라 T6 템퍼를 초래하도록 연속 주조에 이어 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리, ??칭 및 인공 에이징에 의해 제조하였다. 이 합금은 또한 본원에 기재된 방법에 따라 T9 템퍼에 이르기 위해 에이징 후 가공 단계로 추가 가공하였다. 용체화 처리 온도, 용체화 처리 침지 시간, 에이징 후 압연 조건, 및 추가 에이징 조건을 포함하는 특정 매개변수는 아래에 자세히 설명되는 바와 같이 변화되었다.
표 5
표 5에서 모든 값은 전체의 중량 퍼센트(wt%)이다. 합금은 최대 0.15 wt% 총 불순물을 함유할 수 있고, 나머지는 알루미늄이다. 합금 A는 비교용 7075 알루미늄 합금이다. 아래 표 6은 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H에 대한 Mg, Cu 및 Zn의 합산된 용질 함량을 나타낸다. 또한, 표 6은 Zn 대 Mg, Mg 대 Cu, Zr 대 Sc에 대한 용질 비율을 나타낸다.
표 6
표 6에서 모든 값은 전체의 중량 퍼센트(wt%)이다.
본원에 기술된 가공 방법은 도 1, 2, 3 및 4a 내지 4c에 예시된다. 공정 흐름 경로 A(도 1 참조)의 예에서, 본원에 기술된 알루미늄 합금은 약 400℃ 내지 약 450℃의 주조기 출구 온도를 갖는 트윈 벨트 주조기를 통해 10.0mm 게이지를 갖는 슬래브로서 연속적으로 주조되었다. 주조된 슬래브는 약 400℃ 내지 약 450℃의 터널 노에서 균질화했다. 균질화된 슬래브를 균질화 온도로부터 약 400℃ 내지 약 410℃로 냉각하고 열간 압연하였다. 열간 압연은 50% 내지 80% 감소되도록 수행했고(예를 들어, 고온 밀링기에서 1회 이상의 열간 압연 통과시킴), 재료는 이어서 약 200℃ 내지 약 230℃의 고온 밀링기(도 1에서 "HM"으로 지칭됨) 출구 온도로부터 코일 냉각시켰다. 열간 압연 후, 알루미늄 합금은 저온 밀링기(도 1에서 "CM"으로 지칭됨)에서 50% 내지 80% 감소되도록 냉간 압연했다. 냉간 압연된 알루미늄 합금을 코일로 감고 냉각시킨 후, 약 480℃의 피크 금속 온도(peak metal temperature, PMT)에서 용체화 처리(도 1에서 "SHT"로 지칭됨)를 수행하고 PMT에서 약 5분 동안 유지시켰다. 용체화 처리 후, 알루미늄 합금을 실온수에서 약 50 ℃/s 내지 약 800 ℃/s의 ??칭 속도로 ??칭했다. 용체화 처리된 알루미늄 합금을 공기 노에서 약 24시간 동안 약 120℃의 PMT에서 인공 에이징시켰다.
공정 흐름 경로 B의 예(도 2 참조)에서, 본원에 기술된 알루미늄 합금은 약 400℃ 내지 약 450℃의 주조기 출구 온도를 갖는 트윈 벨트 주조기를 통해 10.0mm 게이지를 갖는 슬래브로서 연속적으로 주조했다. 주조된 슬래브는 약 400℃ 내지 약 450℃의 터널 노에서 균질화했다. 균질화된 슬래브를 약 400℃ 내지 약 410℃로 냉각하고 열간 압연하였다. 열간 압연은 50% 내지 80% 감소를 초래하도록 수행했고 재료는 이어서 약 200℃ 내지 약 230℃의 고온 밀링기(도 2에서 "HM"으로 지칭됨) 출구 온도로부터 코일 냉각시켰다. 열간 압연 후, 알루미늄 합금은 조성에 따라 다양한 방법을 통해 균질화했다(즉, 조성별 균질화). 합금 A, B, D, E 및 G(예를 들어, 조성물에 Sc가 첨가되지 않은 합금)는 약 465℃에서 2시간 동안 1 단계 균질화로 처리했다. 합금 C, F 및 H(예를 들어, 조성물에 Sc를 포함하는 합금)는 2 단계 균질화 공정으로 처리했다. 합금 C, F 및 H는 먼저 약 365℃에서 약 4시간 동안 균질화한 다음, 약 465℃에서 약 2시간 동안 균질화하였다. 조성별 균질화 후, 비교용 합금 A 및 합금 B 내지 H는 최종 게이지로 고온 밀링기(도 2에서 "HM"으로 지칭됨)에서 압연하거나, 저온 밀링기(도 2에서 "CM"으로 지칭됨)에서 50% 내지 80% 감소까지 냉간 압연하였다. 냉간 압연된 알루미늄 합금을 코일로 감아 냉각시킨 후, 약 480℃의 피크 금속 온도(PMT)에서 용체화 처리(도 2에서 "SHT"로 지칭됨)하고, 약 5분 동안 PMT에서 유지시켰다. 용체화 처리 후, 알루미늄 합금을 실온수에서 약 50 ℃/s 내지 약 800 ℃/s의 ??칭 속도로 ??칭하였다. 용체화 처리된 알루미늄 합금을 공기 노에서 약 24시간 동안 약 120℃의 PMT에서 인공 에이징시켰다.
비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 추가 열처리 및 압연으로 처리하여 T8x 템퍼의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 제공하였다. 도 3의 예에서, 용체화 처리 후(상기 도 1 및 2의 예에서와 같이), 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H는 약 80℃ 내지 약 160℃의 온도에서 약 10분 내지 약 60분 동안 사전 에이징시켰다. 사전 에이징된 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H는 5% 내지 20% 감소까지 냉간 압연 또는 온간 압연(도 3에서 "WR"으로 지칭됨)하고 공기 노에서 약 24시간 동안 약 120℃의 PMT에서 인공 에이징시켰다.
인공 에이징 후(예를 들어, 상기 도 1, 2 또는 3의 예에서), 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 추가 열처리 및 압연하여 T9 템퍼에서의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 제공하였다. 도 4a 내지 4c의 예에서, 3가지 공정을 사용하여 T9 템퍼에서의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 제공했다. 극저온 공정(도 4a의 예에서)은 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 액체 질소에 침지하여 금속 온도를 0℃ 내지 약 -200℃(예를 들어, 약 -50℃ 내지 약 -120℃)에 이르게 하는 것을 포함했다. 액체 질소 침지 후, 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H는 10% 내지 50% 사이의 감소까지 냉간 압연하였다. -50℃ 내지 -120℃ 온도에서의 냉간 압연은 이하에 상세히 논의되는 합금의 최대 전위 밀도(maximum dislocation density)를 동결함으로써 더 높은 강도(예를 들어, 약 100MPa의 항복 강도 증가)를 제공했다. 대안적으로, 냉간 압연 공정(도 4b의 예에서)은 인공적으로 에이징된 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 10% 내지 50% 사이의 감소까지 냉간 압연하는 것을 포함한다. 극저온 공정과 유사하게, 인공 에이징 후 냉간 압연 공정은 합금에 최대 전위 밀도를 가두어 더 높은 강도를 제공했다. 마지막으로, 온간 압연 공정(도 4c의 예에서)은 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 약 80℃ 내지 약 160℃의 온도로 약 10분 내지 약 60분 동안 재가열한 후, 10% 내지 80% 사이의 감소까지 온간 압연하는 것을 포함했다. 온간 압연이 더 높은 감소(즉, 더 얇은 게이지 알루미늄 합금)를 제공했고 변형 구조를 통해 더 높은 강도를 제공했다.
열역학적 계산을 사용하여 도 1 내지 4c의 예에 기술된 가공 방법에 사용된 용체화 처리 온도를 결정했다. 도 5는 Cu, Mg 및 Zn을 함유하는 알루미늄 합금의 고상선 온도에 대한 용질 함량의 영향을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 고상선 온도는 용질 함량이 증가함에 따라 감소한다. 열역학적 계산은 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H에 대한 용체화 처리 온도를 결정하기 위한 기초를 제공했다.
강화 석출물 MgZn2의 생성에 대한 용질 함량의 영향을 결정하기 위해 열역학적 계산을 추가로 사용했다. 도 6은 Cu, Mg 및 Zn 용질 함량이 증가할 때 예상되는 MgZn2 상의 증가를 보여준다. 또한, 도 6은 약 13 wt%의 용질 함량(예를 들어, Cu + Mg + Zn)이 알루미늄 합금에서 최대 MgZn2 상을 제공할 것으로 예상되었음을 보여준다.
비교 합금 A 및 합금 B 내지 H는 전술한 공정에 따라 가공한 후, 기계적 특성 시험으로 처리했다. 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H의 인장 특성은 도 7 내지 15에 도시된다. 비교 예로서, 도 7은 T6 템퍼에서의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H의 인장 특성을 보여준다(예를 들어, 본원에 기술된 T8x 및 T9 템퍼에서 제공된 합금과 비교하여). 또한, 도 7은 알루미늄 합금에서 용질 함량의 증가 효과를 보여준다. 비교 합금 A는 합산된 Mg + Cu + Zn 함량 9.92 wt%을 가졌고, 합금 B 내지 H는 합산된 Mg + Cu + Zn 함량 적어도 11.8 wt%을 가졌다(표 6 참조). 도 7에 도시된 바와 같이, 더 높은 용질 함량은 더 높은 항복 강도를 제공했고, 전술한 열역학적 계산을 검증했다. 또한, 첨가된 Sc는 합금 C, F, 및 H에서 나타나듯이 더욱 더 높은 항복 강도를 제공했다(예를 들어, 항복 강도는 약 50MPa 내지 약 70MPa로부터 약 600MPa 내지 약 700MPa의 범위로 증가함). 더욱이, 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H의 연신율은 약 8% 내지 약 14% 범위였다.
합금 A, D, E 및 G는 전술한 극저온 가공 후 인장 시험으로 처리되어, T9 템퍼에서의 합금 A, D, E 및 G를 제공했다. 도 8은 극저온 공정에 의한 가공 후의 합금 A, D, E, G의 항복강도 및 연신율을 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이, 극저온 공정은 10% 압연 감소 후 약 100MPa의 항복 강도 증가를 갖는 알루미늄 합금을 제공하였다.
합금 A, D, E, F, G 및 H는 전술한 온간 압연 가공 후 인장 시험으로 처리되어 T9 템퍼에서의 합금 A, D, E, F, G 및 H를 제공했다. 도 9는 도 4c의 예에서 온간 압연 공정으로 가공된 후의 합금 A, D, E, F, G 및 H의 항복 강도 및 연신율을 보여준다. 도 9에 도시된 바와 같이, 온간 압연 공정은 다양한 압연 감소(도 9에서 "온간 감소 %"로 지칭됨) 후 약 100MPa의 항복 강도 증가를 갖는 알루미늄 합금을 제공하였다.
모두 T6 템퍼에서의 비교 합금 A(비교 AA7075 알루미늄 합금) 및 합금 B 내지 H는 극저온 온도에서의 압연(이 예의 경우 -100℃의 온도에서 수행되는 "극저온 압연"이라고 지칭됨"), 냉간 압연(이 예의 경우 실온에서 수행됨), 및 전술한 온간 압연(이 예의 경우 120℃에서 수행됨)을 포함하는 다양한 가공 방법으로 처리되어, 모두 T9 템퍼에서의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H를 제공하였다. T9 템퍼에서의 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H는 후속 인장 시험으로 처리되었다. 다양한 압연 조건이 인장 특성에 미치는 영향은 아래 표 7에 요약한다.
표 7
합금 D는 다양한 에이징 및 압연 조건 후에 인장 시험하였다. 도 10은 480℃에서 5분 동안 용체화 처리, 다양한 에이징 공정(도 10에서 "에이징 조건"이라 지칭됨), 다양한 압연 온도(도 10에서 "압연 온도"라고 지칭되고, "RT"는 실온을 의미함) 후 합금 D의 항복강도 및 연신율, 및 다양한 압하율(rolling reduction)(도 10에서 "CR/WR%"이라 지칭됨)을 보여준다. 도 10에 도시된 바와 같이, 냉간 감소는 전위 밀도를 가두워서, 냉간 압연을 통한 임의의 감소 양에 대해 더 높은 항복 강도를 제공했다. 또한, 도 10은 온간 압연 공정의 일부인 가열 단계가 MgZn2 강화 석출물의 일부를 용해시켜 냉간 압연 공정에 의해 제공되는 증가보다 적은 항복 강도 증가를 제공함을 보여준다. 또한, 더 높은 압연 온도(예를 들어, 160℃)는 140℃에서의 압연보다 낮은 항복 강도를 제공하여 MgZn2 강화 석출물 용해를 보여준다.
합금 E는 다양한 용체화 처리 공정 후 인장 시험으로 처리되어 도 11에 도시된 바와 같이 T6 템퍼에서의 합금 E를 제공했다. 흥미롭게도, 더 높은 PMT에서의 용체화 처리는 항복 강도에 미미한 영향을 미쳤지만, 용체화 처리 온도가 증가함에 따라 연신율은 감소했다. 또한, 합금 E는 약 470℃ 내지 약 490℃ 범위의 온도에서 용체화 처리되는 능력을 입증했다. 또한, 도 12는 합금 E에 대한 용체화 처리 동안의 침지 시간의 영향을 보여준다. 도 12에 도시된 바와 같이, 침지 시간은 항복 강도 및 연신율에 모두 미미한 영향을 미쳤고, 합금 E는 높은 강도 및 연신율을 달성하기 위해 짧은(예를 들어, 5분) 침지 시간으로 처리될 수 있다.
합금 G는 다양한 용체화 처리 공정 후에 인장 시험으로 처리되어, 도 13에 도시된 바와 같이 T6 템퍼에서의 합금 G를 제공했다. 흥미롭게도, 더 높은 PMT에서의 용체화 처리는 항복 강도와 연신율 모두에 미미한 영향을 미쳤다. 합금 G는 약 460℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도에서 용체화 처리되는 능력을 입증했다. 또한, 도 14는 합금 G에 대한 용체화 처리 동안의 침지 시간의 영향을 보여준다. 도 14에 도시된 바와 같이, 침지 시간은 항복 강도 및 연신율에 모두 미미한 영향을 미쳤고, 합금 G는 높은 강도 및 연신율을 달성하기 위해 짧은(예를 들어, 5분) 침지 시간으로 처리될 수 있다. 또한, 합금 G는 다양한 인공 에이징 공정(예를 들어, 80℃, 100℃, 120℃ 및 150℃에서 0.5시간, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 16시간, 24시간 동안 인공 에이징) 후 인장 시험으로 처리되었다.
합금 G는 다양한 인공 에이징 공정 후 T8x 템퍼에서 제공되었다. 도 15의 예에서 다양한 에이징 시간에 따른 항복 강도의 변화는 실선으로 표시된다. 다양한 에이징 시간에 따른 연신율의 변화는 점선으로 표시된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 150℃에서의 인공 에이징은 0.5시간의 인공 에이징 후 과에이징된 합금 G를 제공했다. 그렇지 않으면, 항복 강도 및 연신율은 영향을 받지 않았다.
비교 합금 A 및 합금 B 내지 H의 미세구조를 평가했고 도 16 및 17에 도시한다. 도 16은 합금 A, B, D, E, 및 G 중의 Al3Zr 분산질 함량 및 합금 C, F, 및 H 중의 Al3Sc 분산질 함량을 보여준다(현미경 사진에서 어두운 점으로 표시됨). Al3Zr 및 Al3Sc 분산질은 직경이 5nm 내지 10nm 범위였다. 도 17은 비교 합금 A 및 합금 B 내지 H의 재결정화를 보여준다. 합금 C, F 및 H(즉, Sc 함유 합금)는 재결정화되지 않았다. 합금 B, D, E 및 G는 Al3Zr 분산질 형성으로 인해 부분적으로 재결정화되었다. 합금 A는 합금에 Zr 또는 Sc가 없기 때문에 완전히 재결정화되었다. 본원에 기술된 방법에 따라 합금 B 내지 H에 Zr 및 Sc를 첨가하고 합금 B 내지 H를 가공함으로써 700 MPa 초과의 항복 강도를 갖는 알루미늄 합금을 제공하였다.
상기 언급된 모든 특허, 간행물 및 초록은 그 전체가 참고로 본원에 포함된다. 본 발명의 다양한 목적을 수행하는데 있어서 본 발명의 다양한 구현예가 설명되었다. 이러한 구현예는 본 발명의 원리를 단지 예시하는 것임을 인식해야 한다. 다음 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 이의 수많은 수정 및 개조는 본 기술분야의 기술자에게 쉽게 보일 것이다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 합금 제품의 제조 방법으로서,
    알루미늄 합금을 주조하여 주조된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계로서, 상기 알루미늄 합금이 5.5 내지 11.0 wt% Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.10 wt% 미만의 Mn, 최대 0.25 wt% Cr, 최대 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.25 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는 것인 단계;
    상기 주조된 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계;
    상기 균질화된 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연 및 냉간 압연하여 압연된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계;
    상기 압연된 알루미늄 합금 제품을 용체화 처리하는 단계;
    상기 압연된 알루미늄 합금 제품을 에이징시켜 에이징된 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 및
    상기 에이징된 알루미늄 합금 제품을 하나 이상의 에이징 후 가공 단계로 처리하는 단계
    를 포함하고, 상기 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 상기 에이징된 알루미늄 합금 제품의 게이지 감소를 초래하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 7.1 내지 11.0 wt% Zn, 2.0 내지 3.0 wt% Mg, 1.6 내지 2.5 wt% Cu, 0 내지 0.09 wt% Mn, 최대 0.25 wt% Cr, 최대 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.30 wt% Fe, 최대 0.10 wt% Ti, 0.05 내지 0.25 wt% Zr, 최대 0.20 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 8.3 내지 10.7 wt% Zn, 2.0 내지 2.6 wt% Mg, 2.0 내지 2.5 wt% Cu, 0.01 내지 0.09 wt% Mn, 0.01 내지 0.20 wt% Cr, 0.01 내지 0.20 wt% Si, 0.05 내지 0.25 wt% Fe, 0.01 내지 0.05 wt% Ti, 0.05 내지 0.20 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 8.5 내지 10.5 wt% Zn, 2.0 내지 2.5 wt% Mg, 2.0 내지 2.4 wt% Cu, 0.02 내지 0.06 wt% Mn, 0.03 내지 0.15 wt% Cr, 0.01 내지 0.10 wt% Si, 0.08 내지 0.20 wt% Fe, 0.02 내지 0.05 wt% Ti, 0.10 내지 0.15 wt% Zr, 최대 0.10 wt% Sc, 최대 0.15 wt% 불순물, 및 Al을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 내의 Zn, Mg 및 Cu의 합산 양이 9.5 내지 16%인, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금이 1:1 내지 1:2.5의 Cu 대 Mg의 비율; 1:3 내지 1:8의 Cu 대 Zn의 비율; 및/또는 1:2 내지 1:6의 Mg 대 Zn의 비율을 갖는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 내의 Mn 및 Cr의 합산 양이 적어도 0.06 wt%인, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 내의 Zr 및 Sc의 합산 양이 적어도 0.06 wt%인, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금이 Sc 함유 분산질, Zr 함유 분산질, 또는 Sc 및 Zr을 함유하는 분산질을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 최대 0.1 wt% Er을 추가로 포함하고, 상기 알루미늄 합금은 Er-함유 분산질을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 최대 0.1 wt% Hf을 추가로 포함하고, 상기 알루미늄 합금은 Hf-함유 분산질을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 따라 제조된, 알루미늄 합금 제품.
  13. 제12항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품이 4 mm 미만의 게이지를 갖는 시트를 포함하는 것인, 알루미늄 합금 제품.
  14. 제12항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품이 T9 템퍼인 경우 700 MPa 이상의 항복 강도를 갖고/갖거나 T9 템퍼인 경우 적어도 2%의 총 연신율을 갖는, 알루미늄 합금 제품.
  15. 제12항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품이 T6 템퍼인 경우 600 MPa 이상의 항복 강도를 갖고/갖거나 T6 템퍼인 경우 적어도 7%의 총 연신율을 갖는, 알루미늄 합금 제품.
  16. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 에이징 후 냉간 압연 단계, 추가 인공 에이징 단계, 및 에이징 후 온간 압연 단계 중 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  17. 제1항 또는 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 실온에서 수행되거나 -100℃내지 0℃범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 냉간 압연 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  18. 제1항 또는 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 65℃내지 250℃범위의 온도에서 수행되는 에이징 후 온간 압연 단계를 포함하고, 여기서 상기 에이징 후 온간 압연 단계가 10% 내지 60%의 게이지 감소를 초래하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 에이징 후 가공 단계가 250℃내지 400℃의 온도에서 수행되는 온간 성형 단계, 0℃내지 -200℃의 온도에서 수행되는 극저온 성형 단계, 또는 실온 내지 400℃의 온도에서 수행되는 롤 성형 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 제품의 제조 방법.
  20. 삭제
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