KR20170002473A - 개선된 7xx 알루미늄 주조 합금, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

개선된 7xx 알루미늄 주조 합금, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

새로운 7xx 알루미늄 주조 합금이 개시된다. 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 3.0 내지 8.0 중량%의 Zn, 1.0 내지 3.0 중량%의 Mg(이때, Zn의 중량%는 Mg의 중량%를 초과함), 0.35 내지 1.0 중량%의 Cu(이때, Mg의 중량%는 Cu의 중량%를 초과함), 0.05 내지 0.30 중량%의 V, 0.01 내지 1.0 중량%의 하나 이상의 부수적인 원소(Mn, Cr, Zr, Ti, B, 및 이들의 조합), 0.50 중량% 이하의 Fe, 및 0.25 중량% 이하의 Si, 및 알루미늄 및 기타 원소인 잔부를 포함하며, 알루미늄 주조 합금은 0.05 중량% 이하의 각각의 기타 원소를 포함하고, 알루미늄 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 기타 원소의 총계를 포함한다.

Description

개선된 7XX 알루미늄 주조 합금, 및 이의 제조 방법{IMPROVED 7XX ALUMINUM CASTING ALLOYS, AND METHODS FOR MAKING THE SAME}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 특허 출원은, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "개선된 7XX 알루미늄 주조 합금, 및 이의 제조 방법"인 2014년 4월 30일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/986,249호를 우선권 주장한다.
알루미늄 합금은 다양한 응용에서 유용하다. 그러나, 다른 특성은 저하시키지 않으면서 알루미늄 합금의 한 특성을 개선하는 것은 힘들다. 예를 들어, 주조성, 연신율 또는 응력 부식 균열과 같은 다른 특성에는 영향을 주지 않으면서 알루미늄 주조 합금의 강도를 증가시키는 것은 어렵다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2008/0066833호를 참조한다.
광범위하게는, 본 특허 출원은 개선된 7xx 알루미늄 주조 합금, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은, 예를 들어, 다른 특성들 중에서도 강도, 내부식성, 주조성, 및 피로 파괴 저항성 중 적어도 2가지의 개선된 조합을 실현할 수 있다.
하기에 정의된 바와 같이, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 주요 합금 원소로서의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 및 바나듐(V)과, 망간(Mn), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 및 붕소(B)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 부수적인 원소를 포함하고(일부 경우에, 그로 본질적으로 이루어지거나, 그로 이루어지고), 잔부는 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 및 기타 원소이다.
아연과 관련하여, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 3.0 내지 8.0 중량%의 Zn을 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 7.5 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 7.0 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 6.5 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 6.0 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 5.5 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 5.0 중량% 이하의 Zn을 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 3.25 중량% 이상의 Zn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 3.5 중량% 이상의 Zn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 3.75 중량% 이상의 Zn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 4.0 중량% 이상의 Zn을 포함한다.
새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 1.0 내지 3.0 중량% Mg의 범위의 마그네슘을 포함한다. 아연의 양은 마그네슘의 양을 초과한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 2.75 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 2.5 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 2.25 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 2.0 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 1.8 중량% 이하의 Mg를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 1.1 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 1.2 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 1.3 중량% 이상의 Mg를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 1.4 중량% 이상의 Mg를 포함한다.
새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 구리를 포함하며, 0.35 내지 1.0 중량%의 범위의 Cu를 포함한다. 마그네슘의 양은 구리의 양을 초과한다. 하기에 나타난 바와 같이, 구리는, 예를 들어, 개선된 내부식성 및/또는 강도를 촉진할 수 있다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.95 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.90 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.85 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.80 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.40 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.45 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.50 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.55 중량% 이상의 Cu를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.60 중량% 이상의 Cu를 포함한다.
새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.05 내지 0.30 중량%의 V를 포함한다. 하기에 나타난 바와 같이, 바나듐은, 예를 들어, 개선된 내부식성을 촉진할 수 있다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.25 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.20 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.18 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.16 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.14 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.13 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.12 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.11 중량% 이하의 V를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.06 중량% 이상의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.07 중량% 이상의 V를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.08 중량% 이상의 V를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.09 중량% 이상의 V를 포함한다. 피로 특성이 중요한 경우 0.15 중량% 이하의 V가 사용되어야 한다.
새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.01 내지 1.0 중량%(총계)의 하나 이상의 부수적인 원소를 포함하며, 이때, 부수적인 원소는 망간, 지르코늄, 크롬, 티타늄, 붕소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그러한 부수적인 원소는, 예를 들어, 적절한 결정립(grain) 구조 및 크기를 달성하는 데에 적어도 부분적으로 도움을 줄 수 있다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.10 내지 0.80 중량%(총계)의 부수적인 원소를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.15 내지 0.60 중량%(총계)의 부수적인 원소를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.15 내지 0.45 중량%(총계)의 부수적인 원소를 포함한다. 부수적인 원소의 총량이 상기에 제공된 범위의 범주 내에 속하기만 한다면, 하나 이상의 부수적인 원소가 적절한 결정립 크기 및 구조를 촉진하는 임의의 조합으로 그리고 7xx 알루미늄 주조 합금에 포함될 수 있다. 일 실시 형태에서, 부수적인 원소는 적어도 지르코늄을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 부수적인 원소는 적어도 지르코늄 및 티타늄을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 부수적인 원소는 적어도 지르코늄, 티타늄, 및 붕소를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 부수적인 원소는 적어도 지르코늄, 망간, 티타늄, 및 붕소를 포함한다. 이들 실시 형태 중 일부에서, 하기에 정의된 바와 같이, 7xx 알루미늄 주조 합금은 크롬이 실질적으로 부재한다. 다른 실시 형태에서, 부수적인 원소는 지르코늄, 망간, 티타늄, 크롬 및 붕소를 모두 포함한다. 다른 실시 형태에서, 하기에 정의된 바와 같이, 7xx 알루미늄 주조 합금은 적어도 크롬을 포함하지만, 망간, 지르코늄, 티타늄, 및 붕소 중 하나 이상이 실질적으로 부재한다.
망간이 존재하는 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn을 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.25 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.15 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.10 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.09 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.08 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.07 중량%의 Mn을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 망간이 실질적으로 부재하며, 이러한 실시 형태에서, 0.01 중량% 미만의 Mn을 함유한다.
지르코늄이 존재하는 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.05 내지 0.25 중량%의 Zr을 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.05 내지 0.20 중량%의 Zr을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.07 내지 0.18 중량%의 Zr을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 지르코늄이 실질적으로 부재하며, 이러한 실시 형태에서, 0.05 중량% 미만의 Zr, 예를 들어 0.03 중량% 미만의 Zr, 또는 0.01 중량% 미만의 Zr을 함유한다.
크롬이 존재하는 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.05 내지 0.40 중량%의 Cr을 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.10 내지 0.35 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.15 내지 0.25 중량%의 Cr을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 크롬이 실질적으로 부재하며, 이러한 실시 형태에서, 0.05 중량% 미만의 Cr, 예를 들어 0.03 중량% 미만의 Cr, 또는 0.01 중량% 미만의 Cr을 함유한다.
티타늄이 존재하는 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.01 내지 0.25 중량%의 Ti를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.15 중량%의 Ti를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.10 중량%의 Ti를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.08 중량%의 Ti를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.02 내지 0.07 중량%의 Ti를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 티타늄이 실질적으로 부재하며, 이러한 실시 형태에서, 0.01 중량% 미만의 Ti, 예를 들어 0.005 중량% 미만의 Ti, 또는 0.001 중량% 미만의 Ti를 함유한다.
붕소가 존재하는 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 일반적으로 0.001 내지 0.050 중량%의 B를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.005 내지 0.040 중량%의 B를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.010 내지 0.030 중량%의 B를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 붕소가 실질적으로 부재하며, 이러한 실시 형태에서, 0.001 중량% 미만의 B, 예를 들어 0.0005 중량% 미만의 B, 또는 0.0001 중량% 미만의 B를 함유한다.
새로운 7xx 주조 합금은 때때로 불순물로서 0.50 중량% 이하의 Fe의 철을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.35 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.25 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.10 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 중량% 이상의 Fe를 포함한다.
새로운 7xx 주조 합금은 때때로 불순물로서 0.25 중량% 이하의 Si의 규소를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 주조 합금은 0.20 중량% 이하의 Si를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 Si를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 주조 합금은 0.10 중량% 이하의 Si를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 7xx 주조 합금은 0.05 중량% 이하의 Si를 포함한다. 일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 0.01 중량% 이상의 Si를 포함한다.
새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 기타 원소가 실질적으로 부재할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "기타 원소"는, 상기에 기재된 바와 같이, 상기에 열거된 아연, 마그네슘, 구리, 바나듐, 망간, 지르코늄, 크롬, 티타늄, 붕소, 철, 및 규소 이외에 주기율표의 임의의 기타 원소를 의미한다. 본 문단의 문맥 상, 어구 "실질적으로 부재하는"은 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금이 기타 원소들 중 임의의 원소 각각을 0.10 중량% 이하로 함유하며, 이러한 기타 원소들의 총 합계량은 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금 내에서 0.35 중량%를 초과하지 않음을 의미한다. 다른 실시 형태에서, 이러한 기타 원소들 중 각각 하나는, 개별적으로, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금 내에서 0.05 중량%를 초과하지 않고, 이러한 기타 원소들의 총 합계량은 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금 내에서 0.15 중량%를 초과하지 않는다. 다른 실시 형태에서, 이러한 기타 원소들 중 각각 하나는, 개별적으로, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금 내에서 0.03 중량%를 초과하지 않고, 이러한 기타 원소들의 총 합계량은 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금 내에서 0.10 중량%를 초과하지 않는다.
일 실시 형태에서, 새로운 7xx 알루미늄 주조 합금은 7xx 형상 주조품(shape-cast part)으로 주조된다. 이와 관련하여, 주조 단계는 저압 다이 주조(low pressure die casting), 중력 영구 금형 주조(gravity permanent mold casting), 반영구 금형 주조, 스퀴즈 주조(squeeze casting), 사형 주조(sand mold casting) 및 스핀/원심 주조(spin/centrifugal casting)일 수 있다. 주조 후에, 예를 들어, 용체화 열처리(solution heat treating), 및 이어서 담금질, 및 이어서 자연 또는 인공 시효(aging)에 의해 7xx 주조 합금을 템퍼링할 수 있다. 적합한 템퍼(temper)는, 예를 들어, T4, T5, T6, 및 T7 템퍼를 포함한다.
7xx 형상 주조품은 임의의 적합한 응용에서, 예를 들어 특히 자동차용, 항공우주용, 산업용 또는 상업용 운송 응용 중 임의의 것에서 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 자동차 부품(예를 들어, 화이트 바디(body-in-white; BIW) 부품; 서스펜션 부품)이다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 자동차에 포함된다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 항공우주용 부품이다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 항공우주용 운송 수단(vehicle)에 포함된다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 산업용 부품이다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 상업용 운송 부품이다. 일 실시 형태에서, 7xx 형상 주조품은 상업용 운송 수단에 포함된다.
새로운 7xx 합금은 형상 주조 합금으로서 기재되어 있지만, 본 명세서에 기재된 합금 조성물은 가공(wrought) 제품을 생성하는 데에 또한 유용할 수 있는 것으로 예상된다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 합금은 주조되고(예를 들어, 잉곳(ingot) 또는 빌렛(billet)), 이어서 균질화되고, 이어서 중간 형태 또는 최종 형태로 열간 가공될 수 있다(열간 가공이 중간 형태를 생성하는 경우에 열간 가공 후에 냉간 가공될 수 있다). 일 실시 형태에서, 열간 가공은 단조이다. 일 실시 형태에서, 단조는 형상화된 제품, 예를 들어 휠 제품을 생성한다. 다른 실시 형태에서, 열간 가공은 압연 또는 압출이다. 열간 가공 (및 임의의 선택적인 냉간 가공) 후에, 새로운 합금은, 예를 들어 용체화 열처리, 이어서 담금질, 이어서 자연 또는 인공 시효에 의해 템퍼링될 수 있다. 적합한 템퍼는, 예를 들어, T4, T5, T6, 및 T7 템퍼를 포함한다. 일 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 새로운 합금 조성물은, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 공동 소유의 미국 특허 출원 공개 제2006/0000094호에 기재된 공정에 따라 단조 휠 제품으로 가공된다.
실시예 1
하기 표 1에 나타나 있는 조성을 갖는 몇몇 7xx 알루미늄 주조 합금을 방향성 응고를 통해 주조하였다. 방향성 응고된 합금의 치수는 대략 25.4 mm(1 인치) 두께, 102 mm(4 인치) 폭, 및 254 mm(10 인치) 길이였다.
[표 1]
Figure pct00001
주조 후에, 합금을 약 2시간 만에 실온으로부터 약 515.6℃(960℉)로 가열하고, 6시간 동안 약 515.6℃(960℉)에서 유지하고, 이어서 끓는 물 중에 담금질함으로써, 용체화 가열하였다. 이어서, 합금을 약 12 내지 24시간 동안 자연 시효시키고, 이어서 약 50분 만에 약 204℃(400℉)로 가열하고, 약 10분 동안 약 204℃(400℉)에서 유지하고, 약 15분 만에 182℃(360℉)로 냉각하고, 약 4시간 동안 182℃(360℉)에서 유지하고, 이어서 실온으로 공기 냉각시킴으로써 인공 시효시켰다.
이어서, 합금의 응력 부식 균열(SCC) 저항성을 ASTM G103-97(2011), "비등 6% 염화나트륨 용액 중에서 저 구리 7XXX 시리즈 Al-Zn-Mg-Cu 합금의 응력 부식 균열 저항성을 평가하기 위한 표준 실무"(Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion Cracking Resistance of Low Copper 7XXX Series Al-Zn-Mg-Cu Alloys in Boiling 6% Sodium Chloride Solution)에 따라 평가하였다. 평가된 모든 시편에 대해 240 MPa의 응력 수준을 사용하였다. 각각의 합금에 대해 5개의 복제된 SCC 시편을 사용하였다. SCC 결과가 하기 표 2에 나타나 있다.
[표 2]
Figure pct00002
바나듐의 첨가는 Al-Zn-Mg-Cu 합금의 SCC 성능을 개선한다. 합금 A1의 2개의 시편은 비등 염 시험에서 1주 내에 파괴된 반면, 바나듐-함유 합금의 시편들은 1주 비등 염 시험을 파괴 없이 통과하였다. 더 많은 바나듐 함량은 개선된 SCC 성능으로 이어진다. 합금 A2(0.057 중량% V)의 2개의 SCC 시편은 1주 내지 2주 사이에 파괴된 반면, A3(0.103 중량% V) 및 A4(0.151 중량% V)의 시편들은 어떠한 파괴도 없이 2주를 보냈다.
ASTM B557 및 E8에 따라 합금의 기계적 특성을 또한 시험하였고, 그 결과가 하기 표 3에 나타나 있다. 바나듐의 첨가는 인장 강도 또는 항복 강도에 별로 영향을 주지 않았지만, 연신율을 다소 감소시켰다.
[표 3]
Figure pct00003
실시예 2
하기 표 4에 나타나 있는 조성을 갖는 몇몇 7xx 알루미늄 주조 합금을 실시예 1에 따라 제조하였다. 실시예 1에서 사용된 동일한 ASTM 시험 및 조건을 사용하여 SCC 및 기계적 특성을 다시 측정하였고, 그 결과가 하기 표 5 및 표 6에 나타나 있다.
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
[표 6]
Figure pct00006
표 5에 나타난 바와 같이, 구리는 SCC 성능에 중대한 영향을 주었다. 구리를 갖지 않는 합금(B1)의 모든 시편은 2시간(0.08일) 미만에 파괴되었다. 0.48 중량%의 Cu를 갖는 합금(B3)의 모든 시편은 240 MPa의 응력 수준에서 7일의 시험을 통과하였다. 표 6에 나타난 바와 같이, 구리를 증가시키는 것은 일반적으로 강도를 증가시키지만, 연신율을 감소시킨다.
본 발명의 다양한 실시 형태가 상세하게 설명되었지만, 이러한 실시 형태의 변경 및 수정이 일어날 것임이 당업자에게 명백하다. 그러나, 그러한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 것으로 명백히 이해되어야 한다.

Claims (83)

  1. 알루미늄 주조 합금으로서,
    (a) 3.0 내지 8.0 중량%의 Zn;
    (b) 1.0 내지 3.0 중량%의 Mg;
    (c) 0.35 내지 1.0 중량%의 Cu;
    (d) 0.05 내지 0.30 중량%의 V;
    (e) 0.01 내지 1.0 중량%의 하나 이상의 부수적인 원소;
    (f) 0.50 중량% 이하의 Fe;
    (g) 0.25 중량% 이하의 Si; 및
    (h) 알루미늄 및 기타 원소인 잔부
    로 이루어지며,
    상기 Zn의 중량%는 상기 Mg의 중량%를 초과하며;
    상기 Mg의 중량%는 상기 Cu의 중량%를 초과하며;
    상기 하나 이상의 부수적인 원소는 Mn, Cr, Zr, Ti, B, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    존재하는 경우, 상기 알루미늄 주조 합금은 부수적인 원소로서 0.50 중량% 이하의 Mn을 포함하고;
    존재하는 경우, 상기 알루미늄 주조 합금은 부수적인 원소로서 0.40 중량% 이하의 Cr을 포함하고;
    존재하는 경우, 상기 알루미늄 주조 합금은 부수적인 원소로서 0.25 중량% 이하의 Zr을 포함하고;
    존재하는 경우, 상기 알루미늄 주조 합금은 부수적인 원소로서 0.25 중량% 이하의 Ti를 포함하고;
    존재하는 경우, 상기 알루미늄 주조 합금은 부수적인 원소로서 0.05 중량% 이하의 B를 포함하고;
    상기 알루미늄 주조 합금은 0.05 중량% 이하의 각각의 상기 기타 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 기타 원소의 총계를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합금은 7.5 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  3. 제1항에 있어서, 상기 합금은 7.0 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합금은 6.5 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  5. 제1항에 있어서, 상기 합금은 6.0 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  6. 제1항에 있어서, 상기 합금은 5.5 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  7. 제1항에 있어서, 상기 합금은 5.0 중량% 이하의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 3.25 중량% 이상의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 3.5 중량% 이상의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 3.75 중량% 이상의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 4.0 중량% 이상의 Zn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 2.75 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 2.5 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 2.25 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 2.0 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.8 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.1 중량% 이상의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.2 중량% 이상의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.3 중량% 이상의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1.4 중량% 이상의 Mg를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.40 중량% 이상의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.45 중량% 이상의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.50 중량% 이상의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.55 중량% 이상의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.60 중량% 이상의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.95 중량% 이하의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.90 중량% 이하의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.85 중량% 이하의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.80 중량% 이하의 Cu를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.35 중량% 이하의 Fe를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.25 중량% 이하의 Fe를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.15 중량% 이하의 Fe를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.10 중량% 이하의 Fe를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.20 중량% 이하의 Si를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.15 중량% 이하의 Si를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.10 중량% 이하의 Si를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.05 중량% 이하의 Si를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.01 중량% 이상의 Si 및 0.01 중량% 이상의 Fe를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Zr를 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.05 내지 0.25 중량%의 Zr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  40. 제39항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.05 내지 0.20 중량%의 Zr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  41. 제39항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.07 내지 0.18 중량%의 Zr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Mn을 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.50 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  43. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.25 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  44. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.15 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  45. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.10 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  46. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.09 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  47. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.08 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  48. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.07 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  49. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Cr을 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.05 내지 0.40 중량%의 Cr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  50. 제49항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.10 내지 0.35 중량%의 Cr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  51. 제49항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.15 내지 0.25 중량%의 Cr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  52. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 0.04 중량% 이하의 Cr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  53. 제1항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Ti를 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.25 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  54. 제53항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.15 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  55. 제53항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.10 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  56. 제53항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.01 내지 0.08 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  57. 제53항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.02 내지 0.07 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  58. 제53항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Ti 및 B를 포함하고, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.001 내지 0.050 중량%의 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  59. 제58항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.005 내지 0.040 중량%의 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  60. 제58항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.010 내지 0.030 중량%의 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  61. 제1항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Zr 및 Ti를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  62. 제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Zr, Ti, 및 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  63. 제1항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 적어도 Zr, Mn, Ti, 및 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  64. 제1항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부수적인 원소는 Zr, Mn, Ti, Cr, 및 B를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  65. 제63항에 있어서, 상기 합금은 0.04 중량% 이하의 Cr을 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  66. 제1항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.25 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  67. 제1항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.20 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  68. 제1항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.18 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  69. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.16 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  70. 제1항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.15 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  71. 제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.14 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  72. 제1항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.13 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  73. 제1항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.12 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  74. 제1항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.11 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  75. 제1항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.06 중량% 이상의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  76. 제1항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.07 중량% 이상의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  77. 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.08 중량% 이상의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  78. 제1항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 주조 합금은 0.09 중량% 이상의 V를 포함하는, 알루미늄 주조 합금.
  79. 제1항 내지 제78항 중 어느 한 항의 알루미늄 주조 합금으로부터 제조되는 형상 주조품(shape-cast part).
  80. 제79항에 있어서, 상기 형상 주조품은 자동차 부품인, 형상 주조품.
  81. 제80항에 있어서, 상기 형상 주조품은 자동차에 포함되는, 형상 주조품.
  82. 제1항 내지 제78항 중 어느 한 항의 알루미늄 주조 합금으로부터 제조되는 가공(wrought) 알루미늄 합금 제품.
  83. 제82항에 있어서, 상기 가공 알루미늄 합금 제품은 단조 휠 제품인, 가공 알루미늄 합금 제품.
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