KR20190028489A - 국부적 플래쉬 어닐링을 동반하는 알루미늄 합금 블랭크 - Google Patents

국부적 플래쉬 어닐링을 동반하는 알루미늄 합금 블랭크 Download PDF

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KR20190028489A
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콩스텔리움 뇌프-브리작
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Abstract

본 발명은, 뒤따르는 연속적인 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 블랭크의 인장 항복 강도 및 성형성을 개선하는 방법에 관한 것이다: 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 판재를 제공하는 단계; 선택적으로 상기 판재를 균질화하는 단계; 시트를 획득하기 위해 상기 판재를 열간 압연하며 그리고 선택적으로 냉간 압연하는 단계; 상기 시트를 용체화 처리하며 그리고 담금질하는 단계; 적어도 20%의 냉간 가공 감소를 동반하도록 상기 시트를 냉간 압연하는 단계; 상기 시트를 블랭크들로 절단하는 단계; 상기 블랭크들의 플랜지의 일부분을, 360℃ 내지 480℃ 사이의 온도에서, 플랜지의 상기 일부분의 재결정화를 달성하기에 충분한 시간 동안, 플래쉬 어닐링하며, 그리고 100℃ 보다 낮은 온도로 냉각하는 단계. 본 발명의 방법에 의해 획득되는 개선된 블랭크들 및 스탬핑된 제품 및 도장되고 스탬핑된 제품들은, 그들의 높은 강도 때문에, 자동차 적용들을 위해 특히 유용하다.

Description

국부적 플래쉬 어닐링을 동반하는 알루미늄 합금 블랭크
본 발명은, 자동차 산업을 위해 적합한 속성 맞춤형 블랭크 알루미늄 합금들에 관한 것이다.
다양한 알루미늄 합금들이, 자동차 용도를 위해, 시트 또는 블랭크의 형태로 사용된다. 이러한 합금들 중에서, AA6016-T4와 같은, AA6xxx 알루미늄 합금 시리즈가, 경도, 강도, 및 심지어 내부식성과 같은, 관심 있는 화학적 및 기계적 속성들을 조합하는 것으로 공지된다. 이러한 속성들은, 일반적으로, AA6xxx 알루미늄 합금들을 자동차 산업에서의 선택 재료로 만든다. AA6XXX 합금들의 기계적 강도를 개선하기 위해, 용체화 처리 이후에 적어도 25%만큼 시트들을 냉간 가공하며 그리고 이어서 열적으로 처리하는 것이, 예를 들어 WO2012/033954호에서, 제안되었다. 그러나, 냉간 가공된 AA6xxx는, T4 기질(T4 temper)에서보다 덜 성형 가능한 것으로 알려지고 있다. 대안적인 재료들이, 기계적 저항성과 성형성의 우수한 균형을 제공하는, AA5182-O 및 AA5754-O와 같은, AA5xxx 알루미늄 합금들이다.
그러나, AA5xxx 합금들은, 페인트-베이킹 처리 이후에, AA6xxx 합금들보다 더 낮은 기계적 사양을 갖는다.
기계적 속성들은, 6xxx 알루미늄 합금 시트들 또는 블랭크들 내부에서 균질한 반면, 이러한 블랭크로 형성되는 부품들은, 다양한 제약에 종속된다. 그에 따라, 부품은, 목표 성능 값들을 획득하기 위한 최소 요건에 맞추기 위해, 일부 영역에서 과하게 설계되어야만 한다.
알루미늄 합금들의 성형성을 개선하기 위한, 어떤 시도들이, 과거에 이루어진 바 있다.
알루미늄 시트를 국부적으로 가열하는 단계들을 포함하는 알루미늄 시트를 성형하는 방법이, 독일 특허출원 DE 10 2009 031 449 A1으로부터 공지된다. 이러한 방법은 또한, 알루미늄 시트의 열성형을 요구한다. 독일 특허출원 DE 10 2013 013 359 A1이 또한, 250-325℃에서 알루미늄 시트를 국부적으로 가열하는 단계 및 알루미늄 시트를 냉간 성형하는 단계를 포함하는, 알루미늄 시트를 성형하는 방법을 설명한다. 그러나, 열 처리 온도는, 알루미늄 시트들 또는 블랭크들의 성형성을 개선하기에 너무 낮다.
알루미늄 시트 재료를 제공하는 단계, 가열 온도 이상의 온도(T)로 상기 알루미늄 시트 재료를 가열하는 단계, 가열 기간에 걸쳐 상기 온도(T)를 유지하는 단계, 상기 알루미늄 시트 재료의 적어도 하나의 담금질 영역을 담금질 기간 이내의 담금질 온도 이하의 온도(T)로 담금질하는 단계, 상기 알루미늄 시트 재료의 적어도 하나의 영역을 냉각 온도 이하의 온도(T)로 냉각하는 단계로서, 냉각은 담금질 기간보다 더 긴 냉각 기간 이내에 실행되는 것인, 냉각하는 단계, 및 담금질 도중에 도구에 의해 상기 냉각 영역을 보호하는 단계를 포함하는, 알루미늄 시트 재료의 열 처리를 위한 방법이, 유럽 특허 EP 2 554 288 B1으로부터 공지된다.
이 방법은, 산업화하기 어려운 단점을 가지며 그리고, 전체 알루미늄 시트를 가열하기 위한 그리고 담금질 도중에 알루미늄 시트 재료를 덮고 보호하기 위한, 부가적인 단계들 및 장비를 요구한다.
성형될 구역 내에서의 열-처리에 의해 알루미늄 합금편을 성형하는 방법이, 국제 특허출원 WO 97/44147 A1으로부터 공지된다. 그러나, 그러한 방법은, 레이저 빔과 같은 가열 소스를 요구하며, 그리고 또한, 알루미늄 합금편이, 열 처리 단계가 일어난 이후 짧은 시간 이내에, 즉 열 처리 단계 이후 대략 12시간 이내에, 성형될 것을 요구한다.
150으로부터 300 MPa로 국부적 항복 강도 범위를 증가시키기 위한 알루미늄 패널들의 국부적 열-처리가, 미국 특허 8,211,251 B2에 또한 공지된다. 그러나, 이 방법은, 항복 강도 범위 및 알루미늄 합금 시트들의 성형성 양자 모두를 개선하기에 적합하지 않다.
유럽 특허 EP 1 601 478 B1은, 뒤따르는 단계들을 포함하는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 드로잉된 부품을 제조하기 위한 프로세스를 설명한다:
1-6 중량%의 Mg, 1.2 중량% 미만의 Mn, 1 중량% 미만의 Cu, 1 중량% 미만의 Zn, 3 중량% 미만의 Si, 2 중량% 미만의 Fe, 0.4 중량% 미만의 Cr, 0.3 중량% 미만의 Zr, 각각 0.1 중량% 미만 및 총 0.5 중량% 미만의 다른 원소들, 나머지는 Al인 합금 조성의, 0.5 내지 5mm의 두께를 갖는 스트립을 제조하는 단계;
상기 스트립으로부터 블랭크를 절단하는 단계;
30초 미만의 지속시간 동안 150 내지 350℃의 온도로 상기 블랭크를 국부적 또는 전체적으로 가열하는 단계;
후속 작업과 양립할 수 있는 윤활제의 존재 상태에서 150 내지 350℃의 온도로 가열된 도구를 사용하여 가열된 블랭크를 드로잉(drawing)하는 단계.
그러나, EP 1 601 478 B1의 방법은, 150으로부터 350℃까지의 범위의 온도에서 드로잉 또는 스탬핑 도구가 가열될 것을 요구함에 따라, 산업화하기에 어렵다.
알루미늄 합금들을 가공하는 다양한 방법들이, EP 2 075 348 B1, JP 2011-115837 A1, JP 2013-023747 A1, JP 2013-010998 A1, JP 2010-22795 A1과 같은, 특허들 및 특허출원들로부터 또한 공지되지만, 이러한 방법들은, 충분한 성형성을 제공하지 않는 온화한 가열 온도에서 작동한다.
그에 따라, 자동차 산업에서, 냉간 스탬핑 작업에 적합한 높은 인장 항복 강도 및 우수한 성형성 속성들을 조합하는, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 블랭크들에 대한 필요성이 존재한다.
발명자들은, 뒤따르는 연속적인 단계들을 포함하는 방법에 의해, 높은 인장 항복 강도 및 성형성 양자 모두를 조합하는 그러한 알루미늄 합금 블랭크들을 획득했다:
a) 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 판재를 제공하는 단계;
b) 선택적으로 상기 판재를 균질화하는 단계;
c) 시트를 획득하기 위해 상기 판재를 열간 압연하며 그리고 선택적으로 냉간 압연하는 단계;
d) 상기 시트를 용체화 처리하며 그리고 담금질하는 단계;
e) 적어도 20%의 냉간 가공 감소를 동반하도록 상기 시트를 냉간 압연하는 단계;
f) 상기 시트를 블랭크들로 절단하는 단계;
g) 상기 블랭크들의 플랜지의 일부분을, 360℃ 내지 480℃ 사이의 온도에서, 플랜지의 상기 일부분의 재결정화를 달성하기에 충분한 시간 동안, 플래쉬 어닐링하며, 그리고 100℃ 보다 낮은 온도로 냉각하는 단계.
본 발명에 따르면, 스탬핑된 알루미늄 합금 제품들이,
프레스의 블랭크 홀더 내부에 본 발명에 따른 블랭크의 플랜지를 배치함에 의해,
거친 스탬핑된 제품을 획득하기 위해 상기 블랭크를 스탬핑함에 의해,
상기 거친 스탬핑된 제품으로부터 상기 플랜지를 제거함에 의해,
획득된다.
본 발명에 따른 스탬핑된 알루미늄 합금 제품들은, 자동차 적용들을 위해 유용하다.
도 1은 스탬핑 가공의 일반적인 도면이다. 블랭크(1)가, 블랭크 홀더(3)와 다이(4) 사이에 유지된다. 블랭크의 2개의 구역이, 스탬핑의 시작 시에 블랭크 홀더와 다이 사이의 플랜지(11) 및 펀치(2) 아래에 위치하게 되는 블랭크의 나머지(12)로, 구별될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는, 플랜지(11) 및, 십자 형상인, 펀치 아래에 위치하게 되는, 블랭크의 나머지(12)를 도시하는, 블랭크(1)의 평면도들이다. 플랜지는, 재결정화된 부분(111) 및 재결정화되지 않은 부분(112)을 구비한다.
도 3은, T4-기질(기준)의 AA6016, 냉간 가공(CW) 이후의 AA6016, 어닐링(CW-A1) 이후의 AA6016, 및 본 발명의 방법에 따른 샘플들(샘플 1 내지 샘플 4)에 대해 획득되는, 최대 드로잉 깊이(drawing depth)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 4는, 가열 시스템(51), 가열 플레이트(52) 및 단열재(53)를 갖는, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 블랭크(1)의 플랜지의 일부분(111)을 국부적으로 플래쉬 어닐링하기에 적합한 장치의 개략도이다.
도 5는 예 2의 조성 1의 플래쉬 어닐링된 블랭크들을 가로지르는 경도 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 6은 예 2의 조성 2의 플래쉬 어닐링된 블랭크들을 가로지르는 경도 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명에 따른 50% 냉간 가공으로 조성 1 및 조성 2에 대해 획득되는, mm 단위의 최대 드로잉 깊이를 나타내는 막대 그래프이다.
이하에서 언급되는 모든 알루미늄 합금들은, 달리 언급되지 않는 한, 정기적으로 발간되는 등록 기록 시리즈에서, 알루미늄 협회에 의해 정의되는 지정 및 규칙을 사용하여, 지정된다.
언급되는 야금학적 기질들은, 유럽 표준 EN-515를 사용하여 지정된다.
발명자들은, 냉간 가공된 6xxx 알루미늄 합금 시리즈의 성형성이, 그들의 기계적 강도 및 저항성에 대한 손상 없이, 개선될 수 있다는 것을 확인했다. 이러한 합금들의 개선된 속성들은, 국부적 플래쉬 어닐링(local flash annealing)으로서 본 명세서에 또한 언급되는, 블랭크의 플랜지의 일부분 상에서의 간결한 열 처리를 수행함에 의해, 획득된다.
본 발명에 따르면, 판재가, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금들을 사용하여 준비된다.
본 발명을 위해 특히 바람직한 알루미늄 합금 조성들은, AA6016, AA6111, AA6013 및 AA6056이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은, 중량% 단위로, Si: 0.7 - 1.0; Mg: 1.2 - 1.6; Cu: 최대 0.8; Mn: 최대 0.7; Zn: 최대 1; Fe: 최대 0.5; Ti: 최대 0.15, 나머지 알루미늄, 및 각각 최대 0.05 그리고 총 최대 0.15의 피할 수 없는 불순물들을 포함하며, 그리고 바람직하게, Si: 0.7 - 0.9; Mg: 1.2 - 1.6; Cu: 최대 0.3; Mn: 최대 0.3; Zn: 최대 0.05; Fe: 0.1 - 0.4; Ti: 0.01 - 0.05, 나머지 알루미늄, 및 각각 최대 0.05 그리고 총 최대 0.15의 피할 수 없는 불순물들을 포함한다.
판재는 이어서, 선택적으로, 예를 들어 일반적으로 약 500℃의 온도에서 8시간 동안 그리고 바람직하게, 일반적으로 550℃ 위의 거의 고상선 온도에서, 적어도 1시간 동안, 균질화된다.
알루미늄 합금 시트들은, 일반적으로 약 4-10mm의 두께로 판재를 열간 압연함에 의해 획득된다.
선택적인 냉간 압연 작업이 또한, 알루미늄 시트들의 두께를 추가로 감소시키기 위해, 열간 압연 단계 직후에 실행될 수 있다.
시트는 이어서, 용체화 처리되며 그리고 담금질된다. 바람직한 조건들은, 일반적으로 550℃ 위의 고상선 온도에 가까운 온도에서 약 5분 동안 가열한 다음, 물 담금질하는 것이다.
냉간 압연이 이어서, 적어도 20%의, 바람직하게 적어도 30%의 그리고 더욱 바람직하게 적어도 50%의 냉간 가공 감소(cold work reduction)를 동반하는 가운데, 알루미늄 시트들을 더 작은 두께로 추가로 감소시키기 위해 그리고 강도를 증가시키기 위해, 실행된다. 냉간 압연 작업 이후에, 시트의 결정립들은, 섬유질이며, 재결정화되지 않는다. 바람직하게, 이러한 냉간 압연 작업 이후의 시트 최종 두께는, 3mm 이하, 일반적으로 1.0 내지 1.5mm이다.
이러한 마지막 냉간 압연 단계 이후에 그리고 절단 단계 이전에, 적어도 15%의 LT(Long Transverse) 방향으로의 연신율(A%)의 증가 및 15% 미만의 LT 방향으로의 인장 항복 강도의 변동을 달성하기에 충분한 시간 및 온도에서, 시트들을 어닐링하는 것이, 유리하다. 바람직하게, LT 방향으로의 연신율(A%)의 증가는, 적어도 20% 또는 심지어 25%이다. 일반적으로, 이러한 어닐링은, 150 내지 260℃ 사이에, 바람직하게 160 내지 190℃ 사이에, 포함되는 온도에서, 일반적으로 5 내지 30 분의 지속시간 동안, 배치 처리(batch treatment)에 의해 수행될 수 있을 것이다. 그러나, 연속적 어닐링 로(furnace)가 이용 가능한 경우, 다른 조건들이, 가능하다. 이러한 작업은, 강도의 상당한 진화(evolution) 없이, 연신율을 극대화하는 것을 허용한다.
시트는 이어서, 요구되는 크기 및 형상의 블랭크들로 절단된다.
알루미늄 합금 블랭크들의 플랜지의 일부분이 이어서, 국부적으로 플래쉬 어닐링되며 그리고 냉각되고, 이러한 단계는, 적어도 부분적으로, 플랜지의 상기 일부분을 재결정화하기 위한, 고온의 그리고 간결한 가열로 구성된다. 본 발명 내에서, 블랭크의 플랜지는, 스탬핑 가공의 시작 시에 블랭크 홀더와 다이 사이에 배치되도록 설계되는, 블랭크의 구역이다. 도 1은 일반적인 스탬핑 가공을 예시한다. 블랭크(1)가, 블랭크 홀더(3)와 다이(4) 사이에 유지된다. 플랜지(11)는, 스탬핑의 시작 시에 블랭크 홀더와 다이 사이에 위치하게 되며, 그리고 블랭크의 나머지(12)는, 펀치(2) 아래에 위치하게 된다. 도 2a 내지 도 2d는, 플랜지(11) 및, 이러한 예시적 예에서 십자 형상인, 펀치 아래에 위치하게 되는, 블랭크의 나머지(12)를 갖는, 블랭크(1)의 예를 도시하는 평면도들이다. 플랜지의 2개의 부분, 즉 벽돌들에 의해 도식화되는 플랜지의 재결정화된 부분(111), 및 점들에 의해 도식화되는 플랜지의 나머지(112)가, 나타난다. 플랜지의 나머지(112) 및 블랭크의 나머지(12)는, 본질적으로 플래쉬 어닐링에 의해 영향받지 않고 유지된다. 플랜지의 상기 일부분(111)의 결정립들의 적어도 25%가, 재결정화되며, 바람직하게 플랜지의 상기 일부분의 결정립들의 적어도 50% 또는 심지어 적어도 75%가, 재결정화된다. 실시예에서, 플랜지의 상기 재결정화된 부분은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지 표면의 적어도 80%를 나타낸다. 그러나, 예를 들어 도 2c 및 도 2d에 도시되는 다른 실시예에서, 단지, 다이의 형상에 관련되는, 플랜지의 특정 개소들만이, 국부적 재결정화를 달성하기 위해 플래쉬 어닐링된다.
도 4는, 가열 시스템(51), 가열 플레이트(52) 및 단열재(53)를 갖는, 알루미늄 합금 블랭크(1)의 플랜지의 상기 일부분을 국부적으로 플래쉬 어닐링하기에 적합한 장치의 개략도이다. 플랜지의 일부분(111)이, 국부적 재결정화를 달성하기 위해 가열 플레이트와 접촉 상태에 놓인다. 일반적으로 블랭크들을 국부적으로 가열하는 접촉 플레이트들(52)에 의해 수행되는, 플래쉬 어닐링은, 플랜지의 일부분이, 일반적으로 적어도 5초의 재결정화를 달성하기에 충분한 그리고 일반적으로 60초 미만의 국부적인 효과를 달성하기에 충분히 짧은 시간 동안, 360℃ 내지 480℃ 사이의, 바람직하게 380℃ 내지 460℃ 사이의 그리고 더욱 바람직하게 400℃ 내지 440℃ 사이의, 온도에 놓이도록, 실행된다.
플래쉬 어닐링 조건들은, 예를 들어 상이한 치수 및 형상의 가열 접촉 플레이트를 사용함에 의해, 요구되는 알루미늄 블랭크 성형성 속성들을 달성하기 위해 조절될 수 있을 것이다. 바람직하게, 플래쉬 어닐링 시간은, 10 내지 30초 사이이다. 국부적으로 플래쉬 어닐링된 블랭크들은 이어서, 100℃ 미만의 온도로 냉각되며, 바람직하게 인위적으로 냉각된다. 바람직하게, 냉각 속도는, 적어도 30℃/s이며, 그리고 바람직하게 적어도 50℃/s이다. 인위적 냉각은, 강제 공기 유동에 의해 또는 물 담금질에 의해 수행될 수 있을 것이다. 물 담금질은, 강도가 감소하는 것을 야기할 수 있는, 블랭크들의 중심을 향한 가열의 정도를 제한하는 것을 허용한다.
국부적 플래쉬 어닐링은, 바람직하게, 전도에 의해, 블랭크를 가열된 알루미늄 플레이트와 접촉시킴에 의해, 실행된다.
실시예에서, 알루미늄 블랭크들의 플래쉬 어닐링은, 블랭크를, 약 400℃의 온도를 달성하기 위해, 470℃로 가열되는 40mm 폭의 접촉 플레이트와, 20초 동안 접촉시킴에 의해, 그리고 뒤따르는 물 담금질에 의해, 달성된다.
플래쉬 어닐링은, 1회 또는 연속적으로 여러 회 실행될 수 있을 것이다. 실시예에서, 플래쉬 어닐링은, 적어도 2회 반복되지만, 단지 1회만 국부적 플래쉬 어닐링을 실행하는 것이 생산성을 위해 유리하다. 산업적 생산성 요건을 맞추기 위해, 국부적 플래쉬 어닐링은, 적외선 또는 레이저 복사, 유도 또는 전도에 의해 실행될 수 있다.
실시예에서, 국부적 플래쉬 어닐링 처리는, 블랭크를, 400℃ 내지 420℃ 사이의 블랭크 온도를 국부적으로 달성하기 위해, 약 470℃의 온도의, 상이한 폭들의 레이아웃과, 예를 들어, 20, 30 및 40mm 폭 윤곽 플레이트들의 3 레이아웃과, 20초 동안, 접촉시킴에 의해, 그리고 각각의 가열 작업 이후의 물 담금질에 의해, 여러 작업으로 실행된다.
복수의 국부적 플래쉬 어닐링은, 플랜지의 상기 일부분 내부의 재결정화를 더욱 허용할 수 있다. 블랭크 홀더 아래의 금속의 국부적 연화를 야기하고, 더 깊은 부품들과 같이 파손 한계를 밀어내는, 국부적 플래쉬 어닐링이, 달성될 수 있다. 개선된 성형성 및 강도 균형은, 자동차 산업에서와 같은 용도 및 냉간 가공 공정을 위해 특히 적합하다. 본 발명의 방법에 의해 획득되는 국부적으로 재결정화된 알루미늄 블랭크는, 그의 유리한 속성들을 상실하지 않는 가운데, 스탬핑되기 이전에, 적어도 하루 또는 심지어 적어도 일주일 이상 동안, 실내 온도에서 저장될 수 있다.
국부적으로 플래쉬 어닐링되는 알루미늄 블랭크는 이어서, 스탬핑에 의해 그의 최종 형상으로 성형되며, 그리고 플랜지는, 바람직하게 절단에 의해, 본질적으로 동일한 야금학적 기질의 알루미늄으로 구성되는, 즉 냉간 압연 및 선택적으로 어닐링 이후에 획득되는, 스탬핑된 제품과 같은, 거친 스탬핑된 제품으로부터 제거된다.
그에 따라, 스탬핑된 알루미늄 합금 제품이:
- 프레스의 블랭크 홀더 내부에 본 발명에 따른 블랭크의 플랜지를 배치함에 의해;
- 거친 스탬핑된 제품을 획득하기 위해 상기 블랭크를 스탬핑함에 의해,
상기 거친 스탬핑된 제품으로부터 상기 플랜지를 제거함에 의해,
획득된다.
바람직하게 프레스의 블랭크 홀더가 가열되지 않는다는 것을 알아야 한다. 블랭크는, 스탬핑 단계와 별개의 단계에서, 플래쉬 어닐링된다.
유리하게, 스탬핑된 제품은, 재결정화되는 25% 미만의 결정립들, 바람직하게 재결정화되는 15% 미만의 결정립들, 그리고 더욱 바람직하게 재결정화되는 5% 미만의 결정립들을 동반하는 가운데, 본질적으로 재결정화되지 않는다.
선택적으로, 스탬핑된 제품은, OEM 도장 라인을 통과할 수 있으며 그리고, 일반적으로 180℃에서 20분의, 페인트 베이킹 열 처리를 받을 수 있을 것이다.
스탬핑된 제품은, 본질적으로, 본 발명의 방법의 동일한 공정 단계들 a) 내지 f)에 의해 획득되는 동일한 합금의 블랭크에 대해, T4-기질에서 측정되는 LT 방향으로의 인장 항복 강도보다, 일반적으로, 적어도 25% 더 높은, 바람직하게 적어도 50% 더 높은, 그리고 더욱 바람직하게 적어도 75% 더 높은, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는, 훨씬 더 강한, 균질한 알루미늄 합금으로 구성된다.
바람직하게, LT 방향으로의 인장 항복 강도는, “알루미늄 협회에 의해 편집된 알루미늄 및 알루미늄 합금 제품들에 대한 기질들(2011)”에서 동일한 알루미늄 협회 번호로 등록된 합금에 대해, T4-기질에서의 최소 인장 강도로서 정의되는 인장 항복 강도보다, 적어도 25% 더 높고, 바람직하게 적어도 50% 더 높으며, 그리고 더욱 바람직하게 적어도 75% 더 높다.
바람직하게, 스탬핑된 제품은, 적어도 250 MPa, 바람직하게 적어도 290 MPa 그리고 더욱 바람직하게 적어도 320 MPa의, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는다. 실시예에서, 본 발명의 스탬핑된 제품이, 합금 AA6016으로 이루어지며, 그리고 적어도 310 MPa의 인장 항복 강도를 갖는다.
실시예에서, 본 발명에 따른 스탬핑된 제품은, 도장 라인 이후에, 일반적으로 180℃에서 20분의 열 처리 이후에, 적어도 290 MPa, 바람직하게 적어도 350 MPa, 더욱 바람직하게 적어도 400 MPa, 그리고 더 더욱 바람직하게 적어도 430 MPa의, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는다.
본 발명에 따른 스탬핑된 알루미늄 합금 제품은, 유리하게, 자동차 적용들을 위해 사용된다.
어떤 이론과 결부 짓지 않는 가운데, 발명자들은, 국부적 플래쉬 어닐링에 의해 유도되는 재결정화가, 알루미늄 시트 평면에서 강도 구배(strength gradient)를 생성하기에 적합하다고, 가정한다. 이러한 구배는, 임계 영역들을 형성하고 해방시키는데 기여하도록 플랜지 영역들을 강제함으로써, 더욱 양호한 변형 분포(strain distribution)를 야기한다.
예들
예 1
AA6016 알루미늄 합금 블랭크들이,
- 아래의 표 1의 중량% 단위의 조성을 갖는 AA6016 알루미늄 합금 판재를 주조함에 의해;
Figure pct00001
- 상기 알루미늄 합금 판재를 균질화함에 의해;
- 5.45mm 두께의 알루미늄 합금 시트들을 획득하기 위해 열간 압연함에 의해;
- 용체화 처리하고 담금질함에 의해;
- 45% 및 66% 감소의 2회의 냉간 압연 단계를 적용함에 의해, 1.03mm의 최종 두께를 획득하도록 상기 시트들을 냉간 압연함에 의해;
- 175℃(A1) 또는 200℃(A2)에서 5분 동안 어닐링함에 의해;
- 알루미늄 합금 블랭크들을 획득하기 위해 요구되는 크기 및 형상으로 절단함에 의해;
- 상기 블랭크들의 플랜지의 일부분을 플래쉬 어닐링함에 의해,
본 발명에 따라 준비되었다.
비교 목적으로, 샘플이 1mm의 두께로 냉간 압연되었으며 그리고 이어서, 용체화 처리되고, 담금질되며, 그리고 T4 기질로 자연 시효되었고, 이는 6016-T4로 지칭된다.
냉간 압연 이후에 그리고 어떤 추가적 처리 없이 취해진 제품이, 6016-CW로 지칭된다.
냉간 압연 이후에 그리고 어닐링 A1 또는 A2를 동반하여 획득된 제품들은, 개별적으로, 6016-CW-A1 및 6016-CW-A2로 지칭된다.
일부 제품들의 기계적 속성들이, 장변(LT) 방향에서 측정되었으며 그리고 표 2에 제시된다.
Figure pct00002
알루미늄 합금들의 스탬핑성(stamping ability) 및 성형성이, 도 2에 도시된 바와 같은 비대칭 십자형 다이 시험에 의해 평가되었다.
상기 시험은, 두께 약 1mm의 블랭크 샘플을 배치하는 것, 블랭크 홀더 내부에 블랭크의 플랜지를 유지하는 것, 및 블랭크에 30 bar의 블랭크 홀더 압력을 가하는 유압 프레스를 사용하여, 220mm x 160mm의 비대칭 십자형 다이 펀치 레이아웃을 적용함에 의해 획득되는, 최대 드로잉 깊이를 측정하는 것으로 구성된다.
국부적 플래쉬 어닐링은, 전도(도 4)에 의해, 즉, 1회 또는 여러 회의 작업에서, 블랭크를, 20, 30 또는 40mm 윤곽 폭의 가열된 플레이트(53)와, 접촉시킴에 의해, 실행되었다. 가열 시스템(51)의 온도는, 블랭크 상에서의 약 400℃의 온도에 대응하도록, 470℃로 설정되었다. 블랭크는, 높아도 50℃의 초기 온도를 갖는 단열재(53) 상에 놓였다. 지속시간은 회차당 20초로 설정되었다. 블랭크는 이어서, 각 회차 이후에, 물 담금질되었다.
블랭크들의 플랜지들의 상기 일부분에 대한 플래쉬 어닐링 조건이, 표 3에 제공된다. 플랜지의 처리된 구역의 폭은, mm 단위로 제공된다. 샘플 1은, 20, 30 및 40mm 윤곽 폭에 대해, 3회 플래쉬 어닐링된 반면, 샘플 2는, 30mm 윤곽 폭에 대해, 1회 처리되었다. 플랜지의 상기 일부분은, 샘플 1 내지 샘플 4에 대한 플래쉬 어닐링 이후에, 적어도 부분적으로, 재결정화되었다.
Figure pct00003
플래쉬 어닐링 조건들
드로잉 깊이 결과들이, 도 3에 제공된다.
냉간 압연 이후의 그리고 어닐링 이전의, 냉간 가공된 샘플(CW)은, 약 12mm의 최대 드로잉 깊이를 갖는, 열악한 성형성을 가졌다. 어닐링 이후에(CW-A1), 드로잉 깊이는, 더 양호한 성형성에 기여하도록, 약 15mm로 약간 개선되었다.
본 발명의 프로세스에 따라 획득되는 샘플들은 모두, 6016-CW-A1과 같은 단지 어닐링만된 샘플과 비교하여 개선된 드로잉성(drawing ability)을 보였다.
20, 30 및 40mm 폭 접촉 플레이트를 사용하여 3회의 국부적 플래쉬 어닐링 가열을 적용함에 의해 획득된 샘플 1은, AA6016-T4의 드로잉 깊이 능력과 비교 가능한 드로잉 깊이 능력을 보였다.
국부적으로 플래쉬 어닐링 처리된 부분이, 플랜지 영역으로 제한되며 그리고 스탬핑된 제품으로부터 제거되고 절단됨에 따라, 스탬핑된 제품은, 단지 동일한 야금학적 기질의 알루미늄 합금으로만 구성된다. 이는, 성형성과 기계적 저항성의 우수한 균형을 달성하는 것을 허용함에 따라, 특히 유리하다는 것을 입증한다.
본 발명에 따른 방법은, 통상적인 수단을 사용하여 스탬핑하기에 일반적으로 너무 복잡한, 더 높은 성형성 및 강도 균형의 알루미늄 시트 제품들을 성형하기 위한 산업적으로 실행 가능한 프로세스인 것으로 나타난다. 방법은 그에 따라, 일반적으로 성형성과 강도의 우수한 균형을 요구하는 자동차 적용들을 위해, 특히 유망하다.
예 2
본 발명에 따른 2가지 알루미늄 합금 조성(1 및 2)이 주조되었다. 이러한 조성들은, 아래의 표 4에, 중량% 단위로, 기재된다.
Figure pct00004
주괴는 이어서, 스캘핑되었고, 580℃(580으로 지칭됨)에서 1시간 동안 또는 500℃(500으로 지칭됨)에서 8시간 동안, 균질화되었으며, 열간 압연되었고, 용체화 처리되었으며, 담금질되었으며, 그리고 50% 또는 75% 냉간 가공을 동반하도록 1.5mm 두께로 냉간 압연되었다. 1.5mm 시트들은, 15분 동안 170℃에서 어닐링되었으며, 그리고 블랭크들로 절단되었다.
어닐링 조건들은, 580℃에서 1시간 동안 균질화된 샘플들에 관해, 상이한 어닐링 조건들을 시험함에 의해, 규정되었다. 15분 동안 170℃에서 블랭크들을 가열하는 것은, 50% 냉간 가공에 대해, 33%의 LT 방향으로의 A%의 증가 및 2%의 LT 방향으로의 인장 항복 강도의 작은 감소를 동반하는 가운데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강도 및 연신율을 제공했다. 결과들이 표 5에 제공된다.
Figure pct00005
어닐링 이후에 획득되는 기계적 속성들
블랭크들은, 스탬핑 가공 도중에 다이 내부에 배치되는 플랜지 영역을 연화시키기 위해, 플랜지의 일부분 상에서 국부적으로 플래쉬 어닐링되었다. 국부적 플래쉬 어닐링은, 약 400℃의 국부적 블랭크 온도를 획득하기 위해, 약 450℃로 가열되는 알루미늄 접촉 플레이트들을 사용하여, 전도에 의해 실시되었다.
플래쉬 어닐링은, 이하에 설명되는 조건들을 사용하여, 1회의 단계 또는 3회의 단계로 실행되었다:
#1; 1회의 단계: 20초 동안 40mm 폭의 레이아웃을 사용하고, 물 담금질이 뒤따른다.
#3; 3회의 단계: 각각 20초 동안 20, 30 및 40mm 폭의 레이아웃들을 사용하고, 각 단계 이후에 물 담금질이 뒤따른다.
#0; 50% 냉간 가공을 받은 참조 샘플이, 국부적 플래쉬 어닐링을 받지 않았다.
블랭크들의 경도 속성이, 5kg 무게추를 사용하는 비커스 장치를 사용하여 측정되었다.
이러한 측정치들은, 스탬핑 이전의 블랭크의 속성 구배를 특징짓는 것을 허용한다.
플랜지의 부드러운 재결정화된 부분 및 단단하고 수정되지 않은 중앙 부분에 의해 특징지어지는, 짧은 열 처리(도 5 및 도 6) 이후의, 명확하고 잘-한정된 속성 구배를 획득하는 것이 가능했다. 도 5 및 도 6에서, 샘플들은, 다음과 같이 지칭된다: 조성-균질화-냉간 가공-플래쉬 어닐링.
이러한 측정치들은 그에 따라, 본 발명에 따른 국부적 플래쉬 어닐링이, 블랭크의 플랜지의 일부분을, 적어도 부분적으로, 재결정화함에 의해, 블랭크의 속성 구배를 제어하기에 적합하다는 것을 입증한다.
성형성은, 십자형 다이 시험을 사용하여 측정되었다. 2개의 유형의 블랭크가 사용되었다:
큰 블랭크들: 타원형 블랭크 320 x 290 mm x mm
작은 블랭크들: 타원형 블랭크 280 x 250 mm x mm (가열 영역: 40mm 대신에 20mm 폭)
580℃에서의 균질화 및 50% 냉간 가공을 동반하는 조성 1의 최대 드로잉 깊이는, 국부적 플래쉬 어닐링 이후에 12mm로부터 최대 25mm로 개선된다(도 7).
획득되는 최대 드로잉 깊이가, 예를 들어 AA6016-T4 알루미늄 합금보다 낮은 경우에도, 측정되는 기계적 강도(TYS > 200 MPa)는, 훨씬 더 높으며 그리고 훨씬 더 강한 제품을 생성하며, 이는 궁극적으로 더 가벼운 제품을 달성하기 위해 더 얇아질 수 있다.
여러 샘플이, 페인트 베이킹 처리를 시뮬레이션하기 위해, 180℃에서 20분의 열 처리를 추가로 받았다. 블랭크들의 중심 부분으로부터의 샘플들이, 기계적으로 시험되었다. 결과들이 표 6에 제공된다.
Figure pct00006
페인트 베이킹 시뮬레이션 이후의 기계적 속성들

Claims (15)

  1. 뒤따르는 연속적인 단계들을 포함하는, 알루미늄 합금 블랭크의 인장 항복 강도 및 성형성을 개선하는 방법:
    a) 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 판재를 제공하는 단계;
    b) 선택적으로 상기 판재를 균질화하는 단계;
    c) 시트를 획득하기 위해 상기 판재를 열간 압연하며 그리고 선택적으로 냉간 압연하는 단계;
    d) 상기 시트를 용체화 처리하며 그리고 담금질하는 단계;
    e) 적어도 20%의 냉간 가공 감소를 동반하도록 상기 시트를 냉간 압연하는 단계;
    f) 상기 시트를 블랭크들로 절단하는 단계;
    g) 상기 블랭크들의 플랜지의 일부분을, 360℃ 내지 480℃ 사이의 온도에서, 플랜지의 상기 일부분의 재결정화를 달성하기에 충분한 시간 동안, 플래쉬 어닐링하며, 그리고 100℃ 보다 낮은 온도로 냉각하는 단계.
  2. 제 1항에 있어서,
    냉간 압연 단계 e) 이후에 그리고 절단 단계 f) 이전에, 상기 시트가, 적어도 15%의 LT 방향으로의 연신율(A%)의 증가 및 15% 미만의 LT 방향으로의 인장 항복 강도의 변동을 달성하기에 충분한 시간 및 온도에서, 어닐링되는 것인, 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    냉간 압연 단계 e)는, 적어도 30%의 냉간 가공, 그리고 바람직하게 적어도 50%의 냉간 가공인 것인, 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트의 최종 두께는, 3mm 이하인 것인, 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 g)에서 100℃ 미만의 온도로 냉각하는 것은, 적어도 30℃/s의 냉각 속도로 실행되는 것인, 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    플래쉬 어닐링 단계 g)는, 적어도 2회 반복되는 것인, 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 시리즈 알루미늄 합금은, AA6016, AA6111, AA6013 및 AA6056 중에서 선택되는 것인, 방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은, 중량% 단위로, Si: 0.7 - 1.0; Mg: 1.2 - 1.6; Cu: 최대 0.8; Mn: 최대 0.7; Zn: 최대 1; Fe: 최대 0.5; Ti: 최대 0.15, 나머지 알루미늄, 및 각각 최대 0.05 그리고 총 최대 0.15의 피할 수 없는 불순물들을 포함하며, 그리고 바람직하게, Si: 0.7 - 0.9; Mg: 1.2 - 1.6; Cu: 최대 0.3; Mn: 최대 0.3; Zn: 최대 0.05; Fe: 0.1 - 0.4; Ti: 0.01 - 0.05, 나머지 알루미늄, 및 각각 최대 0.05 그리고 총 최대 0.15의 피할 수 없는 불순물들을 포함하는 것인, 방법.
  9. 국부적으로 재결정화된 알루미늄 합금 블랭크로서,
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법에 따라 획득 가능한 것인, 국부적으로 재결정화된 알루미늄 합금 블랭크.
  10. 스탬핑된 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품으로서:
    프레스의 블랭크 홀더 내부에 제 9항에 따른 블랭크의 플랜지를 배치함에 의해;
    거친 스탬핑된 제품을 획득하기 위해 상기 블랭크를 스탬핑함에 의해,
    상기 거친 스탬핑된 제품으로부터 상기 플랜지를 제거함에 의해,
    획득되는 것인, 스탬핑된 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품.
  11. 제 10항에 있어서,
    적어도 250 MPa, 바람직하게 적어도 290 MPa 그리고 더욱 바람직하게 적어도 320 MPa의, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는 것인, 스탬핑된 제품.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    스탬핑된 제품은 본질적으로 재결정화되지 않는 것을 특징으로 하는 스탬핑된 제품.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1항의 방법의 동일한 공정 단계들 a) 내지 f)에 의해 획득되는 동일한 합금의 블랭크에 대해, T4-기질에서 측정되는 LT 방향으로의 인장 항복 강도보다, 적어도 25% 더 높은, 바람직하게 적어도 50% 더 높은, 그리고 더욱 바람직하게 적어도 75% 더 높은, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는 것인, 스탬핑된 제품.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    도장 라인 이후에, 적어도 290 MPa, 바람직하게 적어도 350 MPa, 더욱 바람직하게 적어도 400 MPa의, 그리고 더 더욱 바람직하게 적어도 430 MPa의, LT 방향으로의 인장 항복 강도를 갖는 것인, 스탬핑된 제품.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 스탬핑된 제품의 용도로서,
    자동차 적용들을 위한 것인, 스탬핑된 제품의 용도.
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