KR20190097159A

KR20190097159A - 자연 시효 경화에 저항하는 고강도 고성형 가능 알루미늄 합금 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190097159A
Application number: KR1020197020518A
Authority: KR
Inventors: 기욤 플로리; 코라도 바시; 오드 데스포이스; 다비드 레이브라즈
Original assignee: 노벨리스 인크.
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-08-20
Also published as: CN110088315A; AU2017378132B2; US11530473B2; BR112019011314A2; MX2019006952A; RU2019119527A3; JP7025428B2; EP3555332A1; WO2018111813A1; KR102272938B1; US20180171452A1; JP2020509171A; AU2017378132A1; EP3555332B1; RU2019119527A; CA3046364C; ES2907839T3; CA3046364A1

Abstract

고강도, 고변형 가능한 알루미늄 합금 및 이러한 합금을 제조 및 가공처리하는 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 개선된 기계적 강도 및 성형성을 나타내는 열처리 가능한 알루미늄 합금이 개시된다. 본 처리 방법은 주조, 균질화, 열간 압연, 용체화, 예비 시효, 및 일부 경우에 예비 변형 단계를 포함한다. 일부 경우에, 처리 단계는 냉간 압연 및/또는 열처리를 더 포함할 수 있다.

Description

자연 시효 경화에 저항하는 고강도 고성형 가능 알루미늄 합금 및 그 제조 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016년 12월 16일자로 출원된 미국 가출원 제62/435,382호 및 2017년 3월 28일자로 출원된 미국 가출원 제62/477,677호의 이익을 주장하며, 이들은 본원에 그 전체가 참조로서 통합된다.

본 개시물은 고강도 알루미늄 합금 및 이를 제조하고 가공처리하는 방법에 관한 것이다. 본 개시물은 또한 개선된 기계적 강도 및 성형성을 나타내는 열처리 가능한 알루미늄 합금에 관한 것이다.

고강도의 재활용 가능한 알루미늄 합금은 (예를 들어, 트럭, 트레일러, 기차, 및 선박과 같이 제한없이 포함되는) 운송 분야, 전자 분야, 차량 분야 및 기타 분야를 포함하는 많은 분야에서 향상된 제품 성능을 위해 바람직하다. 예를 들어, 트럭이나 트레일러에서의 고강도 알루미늄 합금은 종래의 강 합금보다 가벼워서, 배기가스에 대한 새로운, 보다 강력한 정부 규제를 충족시키는데 요구되는 상당한 배기가스 감축을 제공할 수 있다. 이러한 합금은 고강도, 고성형성, 및 내식성을 가져야 한다.

본 발명의 보호되는 구현예는 본 발명의 내용이 아니라 청구범위에 의해 정의된다. 본 발명의 내용은 본 발명의 다양한 양태에 대한 고도의 개요이며, 하기 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 부분에서 더 기술되는 개념의 일부를 소개한다. 본 발명의 내용은 청구되는 기술요지의 핵심 또는 필수 특징을 특정하기 위해 또는 청구되는 기술요지의 범위를 결정하기 위해 고립되어 이용되도록 의도된 것이 아니다. 기술요지는 명세서 전체, 일부나 모든 도면, 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조해서 이해되어야 한다.

6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제조 방법, 그 알루미늄 합금, 및 개시된 합금을 포함하는 제품이 제공된다.

일 양태는 알루미늄 가공처리 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 본 방법은 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계로서, 상기 알루미늄 합금은 약 0.05 - 1.1 wt. % Cu, 약 0.6 - 1.1 wt. % Si, 약 0.7 - 1.2 wt. % Mg, 최대 약 0.25 wt. % Cr, 최대 약 0.35 wt. % Mn, 최대 약 0.4 wt. % Fe, 최대 약 0.25 wt. % Zr, 최대 약 1.0 wt. % Zn, 최대 약 0.10 wt. % Ti, 최대 약 0.04 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함하는 단계; 상기 주조 알루미늄 합금 제품을 균질화하는 단계; 상기 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 압연 제품(예를 들어, 시트, 플레이트, 또는 쉐이트(shate))을 생성하는 단계; 상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 약 520℃와 약 580℃ 사이의 온도에서 용체화하는 단계; 상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 예비 시효하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 코일링하는 단계를 포함한다. 본원 전체에 걸쳐, 모든 원소들은 합금의 총 중량을 기준으로 중량 퍼센트(wt. %)로 기술된다.

일부 실시예에서, 상기 알루미늄 합금은 약 0.6 - 1.1 wt. % Cu, 약 0.6 - 1.1 wt. % Si, 약 0.7 - 1.2 wt. % Mg, 최대 약 0.25 wt. % Cr, 최대 약 0.35 wt. % Mn, 약 0.05 - 0.4 wt. % Fe, 최대 약 0.25 wt. % Zr, 최대 약 0.3 wt. % Zn, 최대 약 0.10 wt. % Ti, 최대 약 0.04 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 알루미늄 합금은 약 0.7 - 1.0 wt. % Cu, 약 0.65 - 1.0 wt. % Si, 약 0.8 - 1.1 wt. % Mg, 약 0.01 - 0.20 wt. % Cr, 최대 약 0.25 wt. % Mn, 약 0.10 - 0.35 wt. % Fe, 최대 약 0.2 wt. % Zr, 최대 약 0.2 wt. % Zn, 약 0.01 - 0.05 wt. % Ti, 최대 약 0.035 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 알루미늄 합금은 약 0.75 - 0.9 wt. % Cu, 약 0.65 - 0.9 wt. % Si, 약 0.85 - 1.0 wt. % Mg, 약 0.05 - 0.18 wt. % Cr, 약 0.05 - 0.18 wt. % Mn, 약 0.12 - 0.30 wt. % Fe, 최대 약 0.15 wt. % Zr, 최대 약 0.1 wt. % Zn, 약 0.01 - 0.04 wt. % Ti, 최대 약 0.034 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함할 수 있다.

상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 예비 시효하는 단계는 상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 용체화 후 약 115℃ 내지 약 135℃의 온도, 또는 일부 경우에 약 120℃와 약 130℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 양태에 있어서, 상기 용체화 단계 후의 예비 시효 단계는 합금의 자연 시효에 대한 개선된 저항성 및/또는 개선된 균일한 성형성을 나타낼 수 있는 예시적인 템퍼를 초래하는 예비 시효된 조건에서 알루미늄 합금을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 자연 시효 경화에 저항하는 예비 시효된 합금은 생성된 그대로의 알루미늄 합금을 보관하기 위해 증가된 보관 수명을 발휘할 수 있다.

본원에 기술된 방법은 상기 알루미늄 합금 제품을 변형 경화하고 및/또는 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 변형 경화 단계는 약 2%로 선택적으로 수행될 수 있고, 상기 열처리 단계는 알루미늄 합금 제품을 약 185℃의 온도에서 약 20분 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

본원에 기술된 방법은 상기 용체화 단계 후 상기 알루미늄 합금 제품을 담금질하는 단계; 상기 알루미늄 합금 제품을 냉간 압연하는 단계; (예를 들어, 상기 알루미늄 합금 제품을 약 180℃와 약 225℃ 사이의 온도에서 일정 시간 동안 가열함으로써) 상기 알루미늄 합금 제품을 시효하는 단계; 및/또는 상기 알루미늄 금속 제품을 예비 변형시키는 단계를 포함하며, 상기 예비 변형 단계는 용체화 후 상기 알루미늄 합금 제품에 인장 변형을 가하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 상기 알루미늄 합금 제품은 적어도 0.23의 변형 경화 지수를 포함한다. 선택적으로, 상기 알루미늄 합금 제품은 2% 예비 변형 경화 및 약 20분 동안 약 185℃의 열처리 후 적어도 300 MPa의 강도를 갖는다. 일부 비제한적 실시예에서, 상기 알루미늄 합금 제품은 적어도 300 MPa의 강도를 갖는다.

또한, 본원에 제공된 방법에 따라 수득된 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 차체 부품이나 구조체 부품과 같은 운송체 부품, 및 전자 장치 하우징)이 개시되어 있다.

추가적 양태, 목적, 및 이점은 후속하는 비제한적인 실시예 및 도면의 상세한 설명을 고려할 때 명백해질 것이다.

도 1은 용체화 후 다양한 예비 시효 조건에 노출된 예시적 합금의 시간 경과에 따른 인장 특성 간의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 2는 용체화 후 다양한 예비 시효 조건에 노출된 예시적 합금의 시간 경과에 따른 연신 간의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 3은 용체화 후 다양한 예비 시효 조건에 노출된 예시적 합금의 페인트 베이크 반응 간의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 4는 용체화 후 다양한 예비 시효 조건에 노출된 예시적 합금의 코일 냉각 속도 간의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 5는 예비 시효 후 코일 직경에 걸쳐 다양한 위치에서 비교 알루미늄 합금의 온도 코일 냉각 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 코일 직경에 걸쳐 다양한 위치에서 T4 템퍼의 예시적 합금의 시간 경과에 따른 항복 강도 안정성의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 7은 코일 직경에 걸쳐 다양한 위치에서 예시적 합금의 시간 경과에 따른 페인트 베이크 반응 안정성의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 8은 코일 직경에 걸쳐 다양한 위치에서 예시적 합금의 시간 경과에 따른 연신 안정성의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 9는 용체화 후 100℃의 예비 시효 온도를 거친 비교 합금의 자연 시효 경화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 용체화 후 130℃의 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 자연 시효 경화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 템퍼의 예시적 합금의 사용 중 항복 강도의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 12는 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 시간 경과에 따른 페인트 베이크 반응의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 13은 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 n-값의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 14는 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 시간 경과에 따른 항복 강도 안정성의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 15는 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 1개월 시효 후 항복 강도(Rp02)의 시효 차이를 나타낸 그래프이다.
도 16은 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 T6 템퍼에서 시간 경과에 따른 예시적 합금의 VDA 238-100 시험 사양에 따라 2.0 mm로 정규화된 외부 굽힘 각도를 나타낸 그래프이다.
도 17은 용체화 후 다양한 예비 시효 온도를 거친 예시적 합금의 시간 경과에 따른 변형 경화 지수(n-값(n10-20))의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 18은 예시적 합금과 비교 합금의 시간 경과에 따른 연신율(Ag)의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 19는 다양한 예비 시효 온도 후 비교 합금의 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 20은 다양한 예비 시효 온도 후 비교 합금의 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 21은 다양한 예비 시효 온도 후 비교 합금의 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 22a는 비교 합금의 시간 경과에 따른 베이크 경화(BH)의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 22b는 비교 합금의 시간 경과에 따른 베이크 경화(BH)의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 22c는 비교 합금의 시간 경과에 따른 베이크 경화(BH)의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 22d는 예시적 합금의 시간 경과에 따른 베이크 경화(BH)의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 23은 T4 템퍼의 예시적 합금과 T4 템퍼의 비교 합금의 시간 경과에 따른 항복 강도의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 24는 예시적 합금과 비교 합금의 시간 경과에 따른 성형성의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 25는 T8x 템퍼의 예시적 합금과 T8x 템퍼의 비교 합금의 시간 경과에 따른 항복 강도의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 26a는 예시적 합금의 자연 시효 후 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 26b는 예시적 합금의 페인트 베이킹 및 자연 시효 후 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 27은 본원에 기재된 바와 같은 공정의 개략도이다.
도 28은 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금에 대한 굽힘 각도 및 강도를 나타낸 그래프이다.
도 29는 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금에 대한 연신율 및 강도를 나타낸 그래프이다.
도 30은 고객에게 전달될 때 및 후성형 열처리(PFHT) 후 본원에 기재된 바와 같은 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 31은 고객에게 전달될 때 및 후성형 열처리(PFHT) 후 본원에 기재된 바와 같은 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 인장 강도를 나타낸 그래프이다.
도 32는 고객에게 전달될 때 및 후성형 열처리(PFHT) 후 본원에 기재된 바와 같은 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 연신율 값을 나타낸 그래프이다.
도 33은 고객에게 전달될 때 및 후성형 열처리(PFHT) 후 본원에 기재된 바와 같은 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 굽힘 각도를 나타낸 그래프이다.
도 34는 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금에 대한 굽힘 각도 및 강도를 나타낸 그래프이다.
도 35는 다양한 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금에 대한 연신율 및 강도를 나타낸 그래프이다.
도 36은 고객에게 전달될 때 및 다양한 페인트 베이킹 열처리 후 본원에 기재된 바와 같은 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 항복 강도를 나타낸 그래프이다.
도 37은 고객에게 전달될 때 및 다양한 페인트 베이킹 열처리 후 본원에 기재된 바와 같은 예비 변형 절차를 거친 알루미늄 합금의 연신율 값을 나타낸 그래프이다.

열처리 가능한 알루미늄 합금 및 이를 제조하고 가공처리하는 방법이 기술된다. 열처리 가능한 알루미늄 합금은 성형성 및 굽힘성을 포함하여 개선된 기계적 강도 및 변형 특성을 나타낸다. 합금은 생성된 금속 제품이 고강도 및 높은 변형 특성을 갖는 방법으로 가공처리될 수 있다. 금속 제품의 특성은 하류 공정(예를 들어, 금속 제품의 최종 사용자 성형 및 후성형 열처리, 또는 최종 사용자 페인트 베이킹) 동안 더욱 강화될 수 있다. 놀랍게도, 본원에 더 기술된 바와 같은 처리 방법 중에 사용된 조건으로 인해, 금속 제품은 최종 굽힘성 또는 연신을 저하시키지 않으면서 증가된 최종 강도를 달성할 수 있다.

정의 및 설명

본원에서 사용된 "발명", "그 발명", "이러한 발명", 및 "본 발명"이란 용어는 본 특허 출원의 기술요지와 하기의 청구 범위의 모든 것을 광범위하게 나타낸다. 이 용어들을 포함하는 문구는 본원에 기술된 기술요지를 제한하지 않으며 이하의 특허청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, "시리즈"나 "6xxx"와 같은 알루미늄 산업 지정에 의해 식별된 합금에 대해 설명이 이루어진다. 알루미늄 및 그 합금을 명명하고 식별하는데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템에 대한 이해를 위해서는, 알루미늄 협회에 의해 모두 발행된 "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 또는 "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot"을 참조한다.

본원에서 사용된 바와 같이, "일(a)", "하나(an)", 또는 "그(the)"의 의미는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 및 복수 지칭을 포함한다.

본원에서 사용된 바와 같이, "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.

본원에서 사용된 바와 같이, "플레이트"는 일반적으로 약 15 mm보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15 mm 초과, 약 20 mm 초과, 약 25 mm 초과, 약 30 mm 초과, 약 35 mm 초과, 약 40 mm 초과, 약 45 mm 초과, 약 50 mm 초과, 또는 약 100 mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "쉐이트"(시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4 mm 내지 약 15 mm의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 쉐이트는 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 약 11 mm, 약 12 mm, 약 13 mm, 약 14 mm, 또는 약15 mm의 두께를 가질 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "시트"는 일반적으로 두께가 약 4 mm 미만인 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 0.1 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "주조 알루미늄 합금 제품", "주조 제품" 등과 같은 용어는 상호 교환 가능하며 직접 냉각 주조 (직접 냉각 공동 주조를 포함) 또는 반연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터, 또는 임의의 다른 연속 캐스터의 사용을 포함), 전자기 캐스팅, 핫 탑 캐스팅 또는 임의의 다른 캐스팅 방법을 포함할 수 있다. 본원에 개시한 모든 범위는 그에 포함되는 어떠한 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 기술되는 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(및 이를 포함)의 어떠한 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다; 즉, 1 이상(예를 들어 1 내지 6.1)의 최소값으로 시작하고, 10 이하(예를 들어, 5.5 내지 10)의 최대값으로 끝나는 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

본 출원에서 합금 템퍼 또는 상태에 대한 기준을 정한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명의 이해를 위해서는, "American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems"를 참조한다. F 조건 또는 템퍼는 제조된 바와 같은 알루미늄 합금을 나타낸다. O 조건 또는 템퍼는 풀림 후의 알루미늄 합금을 의미한다. T3 조건 또는 템퍼는 열처리(즉, 용체화), 냉간 가공 및 자연적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T4 조건 또는 템퍼는 열처리되고 자연적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T6 조건 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T8x 조건 또는 템퍼는 열처리, 냉간 가공 및 인위적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다.

다음 알루미늄 합금들은 합금의 총 중량을 기준으로 중량 퍼센트(wt. %)로 그 원소 조성의 관점에서 기술된다. 각 합금의 특정 실시예에서, 잔부는 불순물의 합계에 대해 0.15%의 최대 wt. %를 갖는 알루미늄이다.

합금 조성

고강도 및 고성형성을 나타낼 수 있는 신규한 알루미늄 합금이 기술된다. 일부 경우에, 알루미늄 합금은 열처리 가능한 알루미늄 합금을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 열처리 가능한 알루미늄 합금은 2xxx 시리즈 합금, 6xxx 시리즈 합금, 및 7xxx 시리즈 합금을 포함한다. 특정 양태에서, 합금은 고강도 및 고변형성을 나타낸다. 일부 경우에, 합금은 변형성의 큰 손실 없이 열처리 후 강도의 증가를 나타낸다. 합금의 특성은 기술된 플레이트, 쉐이트, 시트 또는 다른 제품을 생성하기 위한 합금을 가공처리하는 방법으로 인해 적어도 부분적으로 달성된다.

일부 실시예에서, 합금은 표 1에 제공된 바와 같은 다음의 원소 조성을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 합금은 표 2에 제공된 바와 같은 다음의 원소 조성을 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 합금은 표 3에 제공된 바와 같은 다음의 원소 조성을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 알루미늄 합금은 표 4에 제공된 바와 같은 다음의 원소 조성을 가질 수 있다. 특정 양태에서, 합금은 알루미늄 플레이트 및 쉐이트를 제조하는데 사용된다.

특정 실시예에서, 개시된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 약 0.05% 내지 약 1.1%(예를 들어, 약 0.6% 내지 약 1.1%, 약 0.65% 내지 약 0.9%, 약 0.7% 내지 약 1.0%, 또는 약 0.6% 내지 약 0.7%)의 양으로 구리(Cu)를 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.3%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 약 0.35%, 약 0.36%, 약 0.37%, 약 0.38%, 약 0.39%, 약 0.4%, 약 0.41%, 약 0.42%, 약 0.43%, 약 0.44%, 약 0.45%, 약 0.46%, 약 0.47%, 약 0.48%, 약 0.49%, 약 0.5%, 약 0.51%, 약 0.52%, 약 0.53%, 약 0.54%, 약 0.55%, 약 0.56%, 약 0.57%, 약 0.58%, 약 0.59%, 약 0.6%, 약 0.61%, 약 0.62%, 약 0.63%, 약 0.64%, 약 0.65%, 약 0.66%, 약 0.67%, 약 0.68%, 약 0.69%, 약 0.7%, 약 0.71%, 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.8%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.9%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 약 1.0%, 약 1.01%, 약 1.02%, 약 1.03%, 약 1.04%, 약 1.05%, 약 1.06%, 약 1.07%, 약 1.08%, 약 1.09%, 또는 약 1.1%의 Cu를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표시된다.

특정 실시예에서, 개시된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 약 0.6% 내지 약 1.1%(예를 들어, 약 0.65% 내지 약 1.0%, 약 0.9% 내지 약 1.1%, 약 0.65% 내지 약 0.9%, 약 0.9% 내지 약 1.1%, 또는 약 1.0% 내지 약 1.1%)의 양으로 규소(Si)를 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.6%, 약 0.61%, 약 0.62%, 약 0.63%, 약 0.64%, 약 0.65%, 약 0.66%, 약 0.67%, 약 0.68%, 약 0.69%, 약 0.7%, 약 0.71%, 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.8%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.9%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 약 1.0%, 약 1.01%, 약 1.02%, 약 1.03%, 약 1.04%, 약 1.05%, 약 1.06%, 약 1.07%, 약 1.08%, 약 1.09%, 또는 약 1.1%의 Si를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표시된다.

특정 실시예에서, 개시된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 약 0.7% 내지 약 1.2%(예를 들어, 약 1.0% 내지 약 1.25%, 약 1.1% 내지 약 1.25%, 약 1.1% 내지 약 1.2%, 약 1.0% 내지 약 1.2%, 약 1.05% 내지 약 1.3%, 또는 약 1.15% 내지 약 1.3%)의 양으로 마그네슘(Mg)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.7%, 약 0.71%, 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.8%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.9%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 약 1.0%, 약 1.01%, 약 1.02%, 약 1.03%, 약 1.04%, 약 1.05%, 약 1.06%, 약 1.07%, 약 1.08%, 약 1.09%, 약 1.1%, 약 1.11%, 약 1.12%, 약 1.13%, 약 1.14%, 약 1.15%, 약 1.16%, 약 1.17%, 약 1.18%, 약 1.19%, 또는 약 1.2%의 Mg를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표시된다.

특정 양태에서, 결합된 보강 효과를 위해, 합금은 약 1.11:1의 제어된 Si 대 Mg 비율과 더불어 약 0.72 wt. % 미만의 Cu 함량을 갖는다.

특정 양태에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.25%(예를 들어, 약 0.03% 내지 약 0.06%, 약 0.03% 내지 약 0.19%, 또는 약 0.06% 내지 약 0.1%)의 양으로 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금은 약 0.001%, 약 0.002%, 약 0.003%, 약 0.004%, 약 0.005%, 약 0.006%, 약 0.007%, 약 0.008%, 약 0.059%, 약 0.01%, 약 0.011%, 약 0.012%, 약 0.013%, 약 0.014%, 약 0.015%, 약 0.016%, 약 0.017%, 약 0.018%, 약 0.019%, 약 0.02%, 약 0.021%, 약 0.022%, 약 0.023%, 약 0.024%, 약 0.025%, 약 0.026%, 약 0.027%, 약 0.028%, 약 0.029%, 약 0.03%, 약 0.031%, 약 0.032%, 약 0.033%, 약 0.034%, 약 0.035%, 약 0.036%, 약 0.037%, 약 0.038%, 약 0.039%, 약 0.04%, 약 0.041%, 약 0.042%, 약 0.043%, 약 0.044%, 약 0.045%, 약 0.046%, 약 0.047%, 약 0.048%, 약 0.049%, 약 0.05%, 약 0.051%, 약 0.052%, 약 0.053%, 약 0.054%, 약 0.055%, 약 0.056%, 약 0.057%, 약 0.058%, 약 0.059%, 약 0.06%, 약 0.061%, 약 0.062%, 약 0.063%, 약 0.064%, 약 0.065%, 약 0.066%, 약 0.067%, 약 0.068%, 약 0.069%, 약 0.07%, 약 0.071%, 약 0.072%, 약 0.073%, 약 0.074%, 약 0.075%, 약 0.076%, 약 0.077%, 약 0.078%, 약 0.079%, 약 0.08%, 약 0.081%, 약 0.082%, 약 0.083%, 약 0.084%, 약 0.085%, 약 0.086%, 약 0.087%, 약 0.088%, 약 0.089%, 약 0.09%, 약 0.091%, 약 0.092%, 약 0.093%, 약 0.094%, 약 0.095%, 약 0.096%, 약 0.097%, 약 0.098%, 약 0.099%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 또는 약 0.25%의 Cr을 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표시된다. 일부 경우에, Cr이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 일부 실시예에서, Cr은 결정립 구조를 제어하고 결정립 성장 및 재결정을 방지할 수 있다. 더 많은 양의 Cr은 시효된 템퍼에서 더 높은 성형성 및 향상된 굽힘성을 제공할 수 있다.

특정 실시예에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.35%(예를 들어, 약 0.05% 내지 약 0.18% 또는 약 0.1% 내지 약 0.35%)의 양으로 망간(Mn)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금은 약 0.001%, 약 0.002%, 약 0.003%, 약 0.004%, 약 0.005%, 약 0.006%, 약 0.007%, 약 0.008%, 약 0.059%, 약 0.01%, 약 0.011%, 약 0.012%, 약 0.013%, 약 0.014%, 약 0.015%, 약 0.016%, 약 0.017%, 약 0.018%, 약 0.019%, 약 0.02%, 약 0.021%, 약 0.022%, 약 0.023%, 약 0.024%, 약 0.025%, 약 0.026%, 약 0.027%, 약 0.028%, 약 0.029%, 약 0.03%, 약 0.031%, 약 0.032%, 약 0.033%, 약 0.034%, 약 0.035%, 약 0.036%, 약 0.037%, 약 0.038%, 약 0.039%, 약 0.04%, 약 0.041%, 약 0.042%, 약 0.043%, 약 0.044%, 약 0.045%, 약 0.046%, 약 0.047%, 약 0.048%, 약 0.049%, 약 0.05%, 약 0.051%, 약 0.052%, 약 0.053%, 약 0.054%, 약 0.055%, 약 0.056%, 약 0.057%, 약 0.058%, 약 0.059%, 약 0.06%, 약 0.061%, 약 0.062%, 약 0.063%, 약 0.064%, 약 0.065%, 약 0.066%, 약 0.067%, 약 0.068%, 약 0.069%, 약 0.07%, 약 0.071%, 약 0.072%, 약 0.073%, 약 0.074%, 약 0.075%, 약 0.076%, 약 0.077%, 약 0.078%, 약 0.079%, 약 0.08%, 약 0.081%, 약 0.082%, 약 0.083%, 약 0.084%, 약 0.085%, 약 0.086%, 약 0.087%, 약 0.088%, 약 0.089%, 약 0.09%, 약 0.091%, 약 0.092%, 약 0.093%, 약 0.094%, 약 0.095%, 약 0.096%, 약 0.097%, 약 0.098%, 약 0.099%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.3%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 또는 약 0.35%의 Mn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Mn이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt. %로 표시된다.

특정 양태에서, 합금은 또한 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.4%(예를 들어, 약 0.1% 내지 약 0.25%, 약 0.18% 내지 약 0.25%, 약 0.2% 내지 약 0.21%, 또는 약 0.15% 내지 약 0.32%)의 양으로 철(Fe)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.3%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 약 0.35%, 약 0.36%, 약 0.37%, 약 0.38%, 약 0.39%, 또는 약 0.40%의 Fe를 포함할 수 있다. 일부 경우에, Fe가 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt. %로 표시된다.

특정 양태에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.25%(예를 들어, 0% 내지 약 0.2%, 약 0.01% 내지 약 0.25%, 약 0.01% 내지 약 0.15%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 또는 약 0.02% 내지 약 0.09%)의 양으로 지르코늄(Zr)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.001%, 약 0.002%, 약 0.003%, 약 0.004%, 약 0.005%, 약 0.006%, 약 0.007%, 약 0.008%, 약 0.009%, 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 또는 약 0.25%의 Zr을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, Zr이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt. %로 표시된다. 일부 실시예에서, Zr은 결정립 구조를 제어하고 결정립 성장 및 재결정을 방지할 수 있다. 더 많은 양의 Zr은 또한 T4 및 시효된 템퍼에서 더 높은 성형성 및 향상된 굽힘성을 제공할 수 있다.

특정 양태에서, 본원에 기술된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 1.0%(예를 들어, 약 0.001% 내지 약 0.3%, 약 0.005% 내지 약 0.09%, 약 0.004% 내지 약 0.3%, 약 0.03% 내지 약 0.2%, 또는 약 0.06% 내지 약 0.1%)의 양으로 아연(Zn)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.001%, 약 0.002%, 약 0.003%, 약 0.004%, 약 0.005%, 약 0.006%, 약 0.007%, 약 0.008%, 약 0.009%, 약 0.01%, 약 0.011%, 약 0.012%, 약 0.013%, 약 0.014%, 약 0.015%, 약 0.016%, 약 0.017%, 약 0.018%, 약 0.019%, 약 0.02%, 약 0.021%, 약 0.022%, 약 0.023%, 약 0.024%, 약 0.025%, 약 0.026%, 약 0.027%, 약 0.028%, 약 0.029%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.3%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 약 0.35%, 약 0.36%, 약 0.37%, 약 0.38%, 약 0.39%, 약 0.4%, 약 0.41%, 약 0.42%, 약 0.43%, 약 0.44%, 약 0.45%, 약 0.46%, 약 0.47%, 약 0.48%, 약 0.49%, 약 0.50%, 약 0.51%, 약 0.52%, 약 0.53%, 약 0.54%, 약 0.55%, 약 0.56%, 약 0.57%, 약 0.58%, 약 0.59%, 약 0.6%, 약 0.61%, 약 0.62%, 약 0.63%, 약 0.64%, 약 0.65%, 약 0.66%, 약 0.67%, 약 0.68%, 약 0.69%, 약 0.7%, 약 0.71%, 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.8%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.90%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 또는 약 1.0%의 Zn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Zn이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt. %로 표시된다. 특정 양태에서, Zn은 플레이트 제품에서 굽힘 및 굽힘 이방성의 감소를 포함하는 성형에 유익할 수 있다.

특정 양태에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.3%(예를 들어, 약 0.01% 내지 약 0.25%, 약 0.05% 내지 약 0.2%, 또는 최대 약 0.1%)의 양으로 티타늄(Ti)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.01%, 약 0.011%, 약 0.012%, 약 0.013%, 약 0.014%, 약 0.015%, 약 0.016%, 약 0.017%, 약 0.018%, 약 0.019%, 약 0.02%, 약 0.025%, 약 0.03%, 약 0.035%, 약 0.04%, 약 0.045%, 약 0.05%, 약 0.055%, 0.06%, 약 0.065%, 약 0.07%, 약 0.075%, 약 0.08%, 약 0.085%, 약 0.09%, 약 0.095%, 약 0.1%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.2%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 또는 약 0.3%의 Ti를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표시된다.

특정 양태에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.04%(예를 들어, 0% 내지 약 0.02%, 약 0.01% 내지 약 0.03%, 약 0.03% 내지 약 0.04%)의 양으로 니켈(Ni)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.011%, 약 0.012%, 약 0.013%, 약 0.014%, 약 0.015%, 약 0.016%, 약 0.017%, 약 0.018%, 약 0.019%, 약 0.02%, 약 0.021%, 약 0.022%, 약 0.023%, 약 0.024%, 약 0.025%, 약 0.026%, 약 0.027%, 약 0.028%, 약 0.029%, 약 0.03%, 약 0.031%, 약 0.032%, 약 0.033%, 약 0.034%, 약 0.035%, 약 0.036%, 약 0.037%, 약 0.038%, 약 0.039%, 또는 약 0.04%의 Ni를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, Ni가 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모두 wt. %로 표시된다.

선택적으로, 합금 조성물은 때때로 불순물로 지칭되는 다른 미량 원소를 각각 약 0.05% 이하, 약 0.04% 이하, 약 0.03% 이하, 약 0.02% 이하, 또는 약 0.01% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다. 이러한 불순물은 V, Ga, Ca, Hf, Sr, Sc, Sn, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, V, Ga, Ca, Hf, Sr, Sc, 또는 Sn은 약 0.05% 이하, 약 0.04% 이하, 약 0.03% 이하, 약 0.02% 이하, 또는 약 0.01% 이하의 양으로 합금 내에 존재할 수 있다. 특정 양태에서, 모든 불순물의 합은 약 0.15%를 초과하지 않는다(예를 들어, 0.1%). 모두 wt. %로 표시된다. 특정 양태에서, 합금의 잔부 비율은 알루미늄이다.

예시적 합금은 약 1.11% Si, 약 0.72% Cu, 약 1.00% Mg, 약 0.22% Fe, 약 0.3% Mn, 약 0.021% Ti, 약 0.03% Cr, 약 0.2% Zn, 약 0.034% Ni, 및 최대 약 0.15%의 총 불순물과 잔부 Al을 포함한다.

다른 예시적 합금은 약 0.7% Si, 약 0.9% Cu, 약 0.9% Mg, 약 0.22% Fe, 약 0.3% Mn, 약 0.021% Ti, 약 0.03% Cr, 약 0.2% Zn, 약 0.034% Ni, 및 최대 약 0.15%의 총 불순물과 잔부 Al을 포함한다.

다른 예시적 합금은 약 0.69% Si, 약 0.79% Cu, 약 0.9% Mg, 약 0.22% Fe, 약 0.03% Mn, 약 0.023% Ti, 약 0.25% Cr, 약 0.063% Zn, 약 0.0046% Ni, 및 최대 약 0.15%의 총 불순물(약 0.016% V를 포함함)과 잔부 Al을 포함한다.

제조 방법

특정 양태에서, 개시된 합금 조성물은 개시된 방법의 생성물이다. 본 개시물을 제한하려는 의도는 아니지만, 알루미늄 합금 특성은 합금 제조 동안 미세 구조의 형성에 의해 부분적으로 결정된다. 특정 양태에서, 합금 조성물을 위한 제조 방법은 합금이 원하는 적용에 적합한 특성을 가질지 여부에 영향을 미치거나 또는 심지어 이를 결정할 수 있다.

본원에 기술된 합금은 본 개시 내용이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 주조 방법을 사용하여 주조될 수 있다. 예를 들어, 주조 공정은 직접 냉각(DC) 주조 공정을 포함할 수 있다. 선택적으로, DC 주조 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 주괴)은 후속 처리 전에 스캘핑될 수 있다. 선택적으로, 주조 공정은 연속 주조(CC) 공정을 포함할 수 있다. 그 후, 주조 알루미늄 합금 제품은 추가 처리 단계를 거칠 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 처리 방법은 균질화, 열간 압연, 용체화, 및 담금질을 포함한다. 일부 경우에, 처리 단계는 원하는 경우 풀림 및/또는 냉간 압연을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 처리 방법은 또한 예비 시효 단계를 포함한다. 일부 추가적인 경우에, 처리 방법은 또한 예비 변형 단계를 포함한다.

균질화

균질화 단계는 약 또는 적어도 약 520℃(예를 들어, 적어도 약 520℃, 적어도 약 530℃, 적어도 약 540℃, 적어도 약 550℃, 적어도 약 560℃, 적어도 약 570℃, 또는 적어도 약 580℃)의 피크 금속 온도(PMT)를 달성하기 위해 본원에 기술된 합금 조성물로부터 제조된 주괴와 같은 주조 알루미늄 합금 제품을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주괴는 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 530℃ 내지 약 575℃, 약 535℃ 내지 약 570℃, 약 540℃ 내지 약 565℃, 약 545℃ 내지 약 560℃, 약 530℃ 내지 약 560℃, 또는 약 550℃ 내지 약 580℃의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에, PMT로의 가열 속도는 약 100 ℃/시간 이하, 약 75 ℃/시간 이하, 약 50 ℃/시간 이하, 약 40 ℃/시간 이하, 약 30 ℃/시간 이하, 약 25 ℃/시간 이하, 약 20 ℃/시간 이하, 또는 약 15 ℃/시간 이하일 수 있다. 다른 경우에, PMT로의 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.

그리고 나서, 주조 알루미늄 합금 제품은 일정 기간 동안 침지하도록 허용된다(즉, 지시된 온도에서 유지된다). 하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 주조 알루미늄 합금 제품은 최대 약 18시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 18시간을 포함) 동안 침지하도록 허용된다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 500℃의 온도에서 약 30분, 약 1시간, 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 또는 약 18시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.

열간 압연

균질화 단계 후에, 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 특정 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 440℃ - 540℃의 열간 압연기 입구 온도로 열간 압연된다. 입구 온도는, 예를 들어 약 440℃, 약 445℃, 약 450℃, 약 455℃, 약 460℃, 약 465℃, 약 470℃, 약 475℃, 약 480℃, 약 485℃, 약 490℃, 약 495℃, 약 500℃, 약 505℃, 약 510℃, 약 515℃, 약 520℃, 약 525℃, 약 530℃, 약 535℃, 또는 약 540℃일 수 있다. 특정 경우에, 열간 압연 출구 온도는 약 250℃ - 약 380℃(예를 들어, 약 330℃ - 약 370℃) 범위일 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 출구 온도는 약 255℃, 약 260℃, 약 265℃, 약 270℃, 약 275℃, 약 280℃, 약 285℃, 약 290℃, 약 295℃, 약 300℃, 약 305℃, 약 310℃, 약 315℃, 약 320℃, 약 325℃, 약 330℃, 약 335℃, 약 340℃, 약 345℃, 약 350℃, 약 355℃, 약 360℃, 약 365℃, 약 370℃, 약 375℃, 또는 약 380℃일 수 있다.

특정 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm 내지 약 15 mm 두께 게이지(예를 들어, 약 5 mm 내지 약 12 mm 두께 게이지)로 열간 압연될 수 있고, 이는 쉐이트로 지칭된다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm 두께 게이지, 약 5 mm 두께 게이지, 약 6 mm 두께 게이지, 약 7 mm 두께 게이지, 약 8 mm 두께 게이지, 약 9 mm 두께 게이지, 약 10 mm 두께 게이지, 약 11 mm 두께 게이지, 약 12 mm 두께 게이지, 약 13 mm 두께 게이지, 약 14 mm 두께 게이지, 또는 약 15 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다. 특정 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 15 mm보다 큰 게이지(즉, 플레이트)로 열간 압연될 수 있다. 특정 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm보다 작은 게이지(즉, 시트)로 열간 압연될 수 있다. 압연된 그대로의 플레이트, 쉐이트 및 시트의 템퍼는 F-템퍼로 지칭된다.

선택적 처리 단계: 풀림 단계 및 냉간 압연 단계

특정 양태에서, 열간 압연된 알루미늄 합금 제품은 열간 압연 단계 후 및 임의의 후속 단계 전(예를 들어, 용체화 단계 전)에 추가적인 처리 단계를 거친다. 추가적 처리 단계는 풀림 절차 및 냉간 압연 단계를 포함할 수 있다.

풀림 단계는 스탬핑, 인발, 또는 굽힘과 같은 성형 작업 중에 감소된 이방성으로 개선된 텍스처를 갖는 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 개선된 T4 합금)을 초래할 수 있다. 풀림 단계를 적용함으로써, 수정된 템퍼의 텍스처는 보다 랜덤하고 강한 성형성 이방성(예를 들어, Goss, Goss-ND, 또는 Cube-RD)을 생성할 수 있는 텍스처 성분(TC)을 감소시키도록 제어되고/엔지니어링된다. 이러한 개선된 텍스처는 잠재적으로 굽힘 이방성을 감소시킬 수 있고, 인발 또는 원주 스탬핑 공정이 포함되는 성형에서 성형성을 개선할 수 있는데, 이는 상이한 방향에서 특성의 가변성을 감소시키는 역할을 하기 때문이다.

풀림 단계는 알루미늄 합금 제품을 실온으로부터 약 300℃ 내지 약 500℃(예를 들어, 약 305℃ 내지 약 495℃, 약 310℃ 내지 약 490℃, 약 315℃ 내지 약 485℃, 약 320℃ 내지 약 480℃, 약 325℃ 내지 약 475℃, 약 330℃ 내지 약 470℃, 약 335℃ 약 465℃, 약 340℃ 내지 약 460℃, 약 345℃ 내지 약 455℃, 약 350℃ 내지 약 450℃, 약 355℃ 내지 약 445℃, 약 360℃ 내지 약 440℃, 또는 약 365℃ 내지 약 435℃, 약 400℃ 내지 약 450℃, 약 425℃ 내지 약 475℃, 또는 약 450℃ 내지 약 500℃)의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

알루미늄 합금 제품은 일정 시간 동안 온도에서 침지될 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 합금은 최대 약 4시간(예를 들어, 약 15 내지 약 240분을 포함) 동안 침지하도록 허용된다. 예를 들어, 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도에서 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분 약 45분, 약 50분, 약 55분, 약 60분, 약 65분, 약 70분, 약 75분, 약 80분, 약 85분, 약 90분, 약 95분, 약 100분, 약 105분, 약 110분, 약 115분, 약 120분, 약 125분, 약 130분, 약 135분, 약 140분, 약 145분, 약 150분, 약 155분, 약 160분, 약 165분, 약 170분, 약 175분, 약 180분, 약 185분, 약 190분, 약 195분, 약 200분, 약 205분, 약 210분, 약 215분, 약 220분, 약 225분, 약 230분, 약 235분, 또는 약 240분, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 풀림 단계를 거치지 않는다.

냉간 압연 단계는 용체화 단계 전에 열간 압연된 알루미늄 합금 제품에 선택적으로 적용될 수 있다. 특정 양태에서, 열간 압연된 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트)은 더 얇은 게이지 쉐이트 또는 더 얇은 게이지 시트로 냉간 압연될 수 있다.

용체화

용체화 단계는 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 실온으로부터 약 500℃ 내지 약 590℃(예를 들어, 약 510℃ 내지 약 585℃, 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 525℃ 내지 약 575℃, 약 530℃ 내지 약 570℃, 약 535℃ 내지 약 565℃, 약 540℃ 내지 약 560℃, 또는 약 545℃ 내지 약 555℃)의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 일정 시간 동안 온도에서 침지될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 최대 약 2 시간(예를 들어, 약 5초 내지 약 120분을 포함) 동안 침지되도록 허용된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 시트, 플레이트 또는, 쉐이트는 약 525℃ 내지 약 590℃의 온도에서 약 5초, 약 10초, 약 15초, 약 20초, 약 25초, 약 30초, 약 35초, 약 40초, 약 45초, 약 50초, 약 55초, 약 60초, 약 65초, 약 70초, 약 75초, 약 80초, 약 85초, 약 90초, 약 95초, 약 100초, 약 105초, 약 110초, 약 115초, 약 120초, 약 125초, 약 130초, 약 135초, 약 140초, 약 145초, 약 150초, 약 5분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분, 약 60분, 약 65분, 약 70분, 약 75분, 약 80분, 약 85분, 약 90분, 약 95분, 약 100분, 약 105분, 약 110분, 약 115분, 또는 약 120분, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.

특정 양태에서, 열처리는 열간 또는 냉간 압연 단계 직후에 수행된다. 특정 양태에서, 열처리는 풀림 단계 후에 수행된다.

담금질

특정 양태에서, 그 후 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 선택된 게이지를 기반으로 하는 담금질 단계에서 약 50 ℃/s 내지 400 ℃/s 사이에서 가변될 수 있는 담금질 속도로 약 25℃ 내지 약 65℃의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 50 ℃/s 내지 약 375 ℃/s, 약 60 ℃/s 내지 약 375 ℃/s, 약 70 ℃/s 내지 약 350 ℃/s, 약 80 ℃/s 내지 약 325 ℃/s, 약 90 ℃/s 내지 약 300 ℃/s, 약 100 ℃/s 내지 약 275 ℃/s, 약 125 ℃/s 내지 약 250 ℃/s, 약 150 ℃/s 내지 약 225 ℃/s, 또는 약 175 ℃/s 내지 약 200 ℃/s일 수 있다.

담금질 단계에서, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 액체(예를 들어, 물) 및/또는 가스 또는 다른 선택된 담금질 매체로 신속하게 담금질된다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 물로 신속하게 담금질될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 공기로 담금질될 수 있다.

예비 시효, 예비 변형, 및/또는 시효

선택적으로, 예비 시효 단계, 예비 변형 단계, 및/또는 시효 단계는 하류 열처리 공정(예를 들어, 후성형 열처리) 전에 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 예비 시효 단계 및 시효 단계가 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 예비 시효 단계 및 예비 변형 단계가 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예비 시효 단계, 예비 변형 단계, 및 시효 단계가 수행될 수 있다. 일부 경우에, 예비 변형 단계 및 시효 단계가 수행될 수 있다.

예비 시효 단계는 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 용체화 단계 후에 약 100℃ 내지 약 160℃(예를 들어, 약 105℃ 내지 약 155℃, 약 110℃ 내지 약 150℃, 약 115℃ 내지 약 145℃, 약 120℃ 내지 약 140℃, 약 125℃ 내지 약 135℃)의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 예비 시효 단계는 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 용체화 후에 약 115℃ 내지 약 135℃(예를 들어, 약 120℃ 내지 약 130℃)로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 일정 시간 동안 온도에서 침지될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 최대 약 2시간 동안(예를 들어, 최대 약 10분 동안, 최대 약 20분 동안, 최대 약 30분 동안, 최대 약 40분 동안, 최대 약 45분 동안, 최대 약 60분 동안, 최대 약 90분 동안) 침지되도록 허용된다. 용체화 및 예비 시효 사이의 시간은 0분과 60분 사이일 수 있다. 예를 들어, 용체화와 예비 시효 사이의 시간은 약 5분과 약 45분 사이 또는 약 10분과 약 35분 사이일 수 있다. 일부 실시예에서, 예비 시효는 알루미늄 합금의 자연 시효 경화를 억제할 수 있다. 일부 추가 실시예에서, 예비 시효 단계는 하나 이상의 하류 열처리 공정과 조합될 수 있다. 예비 시효 단계와 하류 열처리 단계(들)의 이러한 조합은 고강도 및 고변형성(예를 들어, 성형성, 굽힘성, 파쇄성, 또는 충격성)을 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다.

본 방법은 선택적으로 예비 변형 단계를 포함할 수 있다. 예비 변형 단계는 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 압연 방향에 수직한 방향으로 부분적으로 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비 변형 단계는 알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트에 최대 약 10%의 연신율을 제공하는 인장 변형을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연신율은 최대 약 1%, 최대 약 2%, 최대 약 3%, 최대 약 4%, 최대 약 5%, 최대 약 6%, 최대 약 7%, 최대 약 8%, 최대 약 9%, 또는 최대 약 10%일 수 있다. 일부 추가 실시예에서, 예비 변형 단계는 하나 이상의 하류 열처리 공정과 조합될 수 있다. 예비 변형 단계와 하류 열처리 공정의 이러한 조합은 고강도 및 고변형성(예를 들어, 성형성, 굽힘성, 파쇄성, 또는 충돌성)을 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다.

선택적으로, 본 방법은 시효 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 합금은 일정 시간 동안 자연 시효되어 T4 템퍼가 될 수 있다. 특정 양태에서, T4 템퍼의 합금은 일정 시간 동안 약 160℃ 내지 약 225℃(예를 들어, 약 165℃, 약 170℃, 약 175℃, 약 180℃, 약 185℃ 약 190℃, 약 195℃, 약 200℃, 약 205℃, 약 210℃, 약 215℃, 약 220℃, 또는 약 225℃)로 인공적으로 시효될 수 있다. 선택적으로, 합금은 약 5분 내지 약 10시간(예를 들어, 약 5분, 약 10분, 약 15분, 약 30분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간 또는 약 10시간, 또는 그 사이의 임의의 시간) 동안 인공적으로 시효되어 예시적인 템퍼가 될 수 있다. 일부 양태에서, 예시적인 템퍼를 초래하기 위해 합금을 용체화한 후에 합금을 예비 시효하면 추가적인 자연 시효가 일어나는 것을 방지할 수 있다. 비자연 시효는 시간 경과에 따라 일정한 재료 특성을 제공할 수 있고(예를 들어, 항복 강도 및 굽힘성은 시간 경과에 따라 저하되지 않음), 합금이 하류 공정 단계(예를 들어, 냉간 성형 및/또는 스탬핑)를 거칠 때에 기계적 특성의 차이를 줄일 수 있다.

코일링

알루미늄 합금 시트, 플레이트, 또는 쉐이트는 알루미늄 합금 코일을 형성하기 위해 생산 라인의 종단점에 모일 수 있다.

합금 특성

예비 시효가 합금 특성에 미치는 효과

일부 비제한적 실시예에서, 본원에 기술된 합금은 본원에 기술된 방법에 따라 가공처리되지 않은 종래의 열처리 가능한 합금에 비해, 용체화 후 예비 시효를 거칠 때에 고강도 및 고성형성과 굽힘성을 가질 수 있다. 특정 경우에, 합금은 또한 용체화 후 시효 경화에 대한 저항성을 나타낸다. 추가 실시예에서, 합금은 용체화 후에 안정적인 강도 및 성형성을 나타낸다.

특정 양태에서, 알루미늄 합금은 적어도 약 150 MPa의 사용 중 강도(예를 들어, 차량에 사용되는 알루미늄 합금의 강도)를 가질 수 있다. 비제한적 실시예에서, 사용 중 강도는 적어도 약 180 MPa, 적어도 약 190 MPa, 적어도 약 195 MPa, 적어도 약 200 MPa, 적어도 약 210 MPa, 적어도 약 220 MPa, 적어도 약 230 MPa, 적어도 약 240 MPa, 적어도 약 250 MPa, 적어도 약 260 MPa, 적어도 약 270 MPa, 적어도 약 280 MPa, 적어도 약 290 MPa, 적어도 약 295 MPa, 적어도 약 300 MPa, 적어도 약 305 MPa, 적어도 약 310 MPa, 적어도 약 315 MPa, 적어도 약 320 MPa, 적어도 약 325 MPa, 적어도 약 330 MPa, 적어도 약 335 MPa, 적어도 약 340 MPa, 적어도 약 345 MPa, 적어도 약 350 MPa, 적어도 약 355 MPa, 또는 적어도 약 360 MPa이다. 일부 경우에, 사용 중 강도는 약 240 MPa 내지 약 340 MPa이다. 예를 들어, 사용 중 강도는 약 150 MPa 내지 약 295 MPa, 약 175 MPa 내지 약 275 MPa, 약 200 MPa 내지 약 250 MPa, 약 180 MPa 내지 약 190 MPa, 또는 약 185 MPa 내지 약 195 MPa일 수 있다.

특정 양태에서, 합금은 19% 이상의 균일한 연신율 및 25% 이상의 총 연신율을 나타낸다. 특정 양태에서, 합금은 22% 이상의 균일한 연신율 및 27% 이상의 총 연신율을 나타낸다. 예를 들어, 합금은 19% 이상, 20% 이상, 21% 이상, 22% 이상, 23% 이상, 24% 이상, 25% 이상, 26% 이상, 27% 이상, 또는 28% 이상의 균일한 연신율을 나타낼 수 있다. 합금은 25% 이상, 26% 이상, 27% 이상, 28% 이상, 29% 이상, 또는 30% 이상의 총 연신율을 나타낼 수 있다.

알루미늄 합금의 기계적 특성은 원하는 용도에 따라 다양한 처리 조건에 의해 제어될 수 있다. 하나의 실시예로서, 합금은 T3 템퍼, T4 템퍼, T6 템퍼 또는 T8 템퍼로 생성(또는 제공)될 수 있다. 일부 비제한적 실시예에서, T4 시트, 플레이트, 및 쉐이트는 최종 사용자가 수령 및 추가 처리할 때 강도 요구 사항을 충족하기 위해 추가 가공 처리(들)를 거칠 수 있다. 일부 경우에, 합금은 예비 시효 단계를 거친 후에 T4 템퍼로 제공될 수 있고, 예비 시효 단계는 합금이 최종 사용자의 페인트 베이크 절차 후에 T6 템퍼 특성을 달성할 수 있게 한다. 예를 들어, 시트, 플레이트, 및 쉐이트는 T4 템퍼로 전달되고, 최종 사용자에 의해 Zn-인산염 처리 및 전기 코팅(E-코팅)을 통해 코팅되고, 그 코팅을 경화시키기 위해 열처리(예를 들어, 페인트 베이킹)될 수 있다. 예비 시효된 알루미늄 합금을 페인트 베이킹하면 T6 템퍼로 전달되는 알루미늄 합금 제품의 기계적 특성을 나타내는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 인공 시효 공정을 완료할 수 있다. 놀랍게도, 예비 시효와 페인트 베이킹의 조합은 T6 템퍼 알루미늄 합금에서 관찰된 수준과 필적할 정도로 고강도를 제공하며, T4 템퍼 알루미늄 합금에서 관찰된 수준과 필적할 정도로 고변형성을 제공한다.

예비 변형이 합금 특성에 미치는 효과

일부 경우에, 합금은 예비 변형 단계를 거친 후 T3 템퍼로 제공될 수 있다. 일부 비제한적 실시예에서, T3 시트, 플레이트, 및 쉐이트는 최종 사용자가 수령 및 추가 처리할 때 강도 요구 사항을 충족하기 위해 추가 가공 처리(들)를 거칠 수 있다. 일부 경우에, 합금은 예비 변형 단계를 거친 후 T3 템퍼로 제공될 수 있다. 예비 변형 단계는 합금이 최종 사용자의 성형 및 후성형 열처리(PFHT) 절차 후 T6 템퍼 특성을 달성할 수 있게 한다. 예를 들어, 시트, 플레이트, 및 쉐이트는 T3 템퍼로 전달되고, 최종 사용자에 의해 알루미늄 합금 부품으로 형성되며, (예를 들어, PFHT를 적용함으로써) 열처리될 수 있다. 예비 변형된 알루미늄 합금에 PFHT를 적용하면 T6 템퍼로 전달되는 알루미늄 합금 제품의 기계적 특성을 나타내는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 인공 시효 공정을 완료할 수 있다. 놀랍게도, 예비 변형과 PFHT의 조합은 T6 템퍼 알루미늄 합금에서 관찰된 수준과 필적할 정도로 고강도를 제공하며, T4 템퍼 알루미늄 합금에서 관찰된 수준과 필적할 정도로 고변형성을 제공한다. 특정 양태에서, 예비 변형된 합금은 10% 예비 변형에 대해 12% 이상(예를 들어, 15% 초과 또는 20% 초과)의 균일한 연신율을 나타낸다.

사용 방법

본원에 기술된 합금 및 방법은 상용 차량, 항공기, 또는 철도 분야와 같은 차량, 전자, 및 운송 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 고강도 스틸의 전부 또는 일부 대체물로서 역할을 하는 강도를 얻기 위해 섀시, 크로스 부재, 및 섀시 내 구성요소(상용 차량 섀시에서 두 C 채널 사이의 모든 구성요소를 포함하나 이에 한정되지는 않음)에 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 가공처리 및 작동 온도가 약 100℃ 이하인 응용 분야에 유용하다.

특정 양태에서, 합금 및 방법은 차체 부품 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 합금 및 방법은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 측면 패널, 바닥 패널, 터널, 구조 패널, 보강 패널, 내부 후드, 또는 트렁크 리드 패널과 같은 차체 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 개시된 알루미늄 합금 및 방법은 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 항공기 또는 철도 차량 분야에 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 개시된 합금은 차량 배터리 플레이트/쉐이트와 같은 다른 특수 분야에 사용될 수 있다.

특정 양태에서, 합금 및 방법으로부터 생성된 제품은 코팅될 수 있다. 예를 들어, 개시된 제품은 Zn-인산염 처리되고 전기 코팅(E-코팅)될 수 있다. 코팅 절차의 일부로서, 코팅된 샘플은 베이킹되어 약 160℃ 내지 약 205℃에서 약 10분 내지 약 30분 동안(예를 들어, 약 170℃에서 25분 동안, 약 200℃에서 15분 동안, 또는 약 180℃에서 20분 동안) E-코팅을 건조할 수 있다. 특정 양태에서, 합금이 항복 강도의 증가를 나타내는 페인트 베이크 반응이 관찰된다. 특정 실시예에서, 페인트 베이크 반응은 알루미늄 합금 제조 중에 사용되는 예비 시효 단계에 의해 개시된 인공 시효 공정을 완료하기 위해 사용된다.

특정 양태에서, 합금 및 방법으로부터 생성된 제품은 성형될 수 있다. 예를 들어, 개시된 제품은 인발 또는 원주 방향으로 스탬핑될 수 있다. 성형 절차의 일부로서, 성형된 샘플은 베이킹되어 약 160℃ 내지 약 225℃에서 약 15분 내지 약 45분 동안(예를 들어, 약 180℃에서 35분 동안, 약 215℃에서 25분 동안, 또는 약 195℃에서 30분 동안) 성형된 알루미늄 합금 부품을 풀림처리할 수 있다. 특정 양태에서, 합금이 항복 강도의 증가를 나타내는 인공 시효 반응이 관찰된다. 놀랍게도, 합금은 인공 시효된 알루미늄 합금에서 통상적으로 관찰되는 변형성의 손실을 나타내지 않는다. 본원에 기술된 합금 및 방법은 또한 고도로 변형 가능한 고강도 합금을 제공한다.

또한, 기술된 합금 및 방법은 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 장치용 하우징을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 합금은 양극 산화 처리 유무에 관계없이 휴대폰(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 하부 섀시의 외부 케이싱용 하우징을 제조하는데 사용될 수 있다. 예시적인 소비자 전자 제품은 휴대폰, 오디오 장치, 비디오 장치, 카메라, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 디스플레이, 가전 제품, 비디오 재생 및 기록 장치 등을 포함한다. 예시적인 소비자 전자 제품 부품은 소비자 전자 제품용 외부 하우징(예를 들어, 외관) 및 내부 부품을 포함한다.

특정 실시예에서, 합금은 본원에 기술된 바와 같은 예시적 템퍼로 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 본원에 기술된 합금 및 방법은 저강도 합금에서 통상적으로 관찰되는 성형성을 포함하는 고강도 합금을 초래한다. 또한, 생성된 예시적 템퍼는 시간 경과에 따라 자연적으로 시효 경화되지 않는 합금을 제공할 수 있다. 비자연적 시효 합금은 무기한 보관될 수 있고, 고강도, 고성형성 및 양호한 페인트 베이크 반응을 포함하여 원하는 기계적 특성을 유지할 수 있다.

다음의 실시예는 본 발명을 추가로 설명하기 위한 것으로, 이를 제한하는 것으로 간주되지 않을 것이다. 반면에, 본원의 설명을 이해한 후에 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 시사할 수 있는 다양한 구현예, 변형, 및 균등물이 있을 수 있음을 명확히 알 수 있을 것이다. 다음의 실시예에서 설명된 연구 동안, 달리 명시되지 않는 한, 종래의 절차를 따랐다. 그 절차 중의 일부는 예시적 목적을 위해 하기에서 설명된다.

실시예

실시예 1: 용체화 후 예비 시효가 자연 시효에 미치는 효과

예시적 6xxx 시리즈 알루미늄 합금을 본원에 기재된 방법에 따라 제조하였다. 용체화 단계 후에 예비 시효 단계를 추가함으로써 예비 시효된 조건에서 알루미늄 합금을 제공해서 예시적인 템퍼가 되었다. 통상적으로, 6xxx 합금은 실온에서 보관될 때에 시간이 지나면서 시효 경화된다. 이러한 시효 경화는 시간 경과에 따른 인장 강도(Rp02)의 로그 증가에 의해 입증된다(도 1에서 예비 시효 없음으로 나타낸 "PX 없음" 참조). 합금을 용체화한 후에 합금을 예비 시효하면 인공 또는 자연 시효가 선택적인 하류 처리에서 사용될 수 있기 전에 합금을 예비 시효할 수 있다. 이러한 예시적 예비 시효로, 합금은 실온에서 일정 시간 동안 보관될 때 동일한 Rp02 수준에서 머무른다. 도 1은 2개의 다른 온도에서 예비 시효의 효과를 예비 시효되지 않은 샘플과 비교하고 있다. 상단 곡선은 120℃에서 2시간 동안의 예비 시효에 해당하고(이 곡선은 또한 130℃로부터 코일 냉각을 거친 통상적인 합금임); 중간 곡선은 100℃에서 2시간 동안의 예비 시효에 해당하고(이 곡선은 또한 110℃로부터 코일 냉각을 거친 통상적인 합금임); 하단 곡선은 예비 시효 단계를 거치지 않은 샘플에 해당하는데(이 곡선은 또한 50℃ 미만으로부터 코일 냉각을 거친 통상적인 합금임), 이는 "PX 없음"이라고 지칭된다.

자연 시효 경화에 저항하는 예비 시효된 합금은 생성된 그대로의 알루미늄 합금을 보관하기 위해 (예를 들어, 최대 1년 초과 동안) 증가된 보관 수명을 발휘할 수 있다. 예시적 템퍼가 기계적 특성에 미치는 효과를 입증하기 위해, 위 표 4에 기재된 조성물을 갖는 예시적인 합금을 여러 다른 예비 시효 온도로 제조하였다. 다양한 온도가 예비 시효 로의 출구에서 기록되었다: 50℃(PX 없음), 110℃(100 ℃/2시간) 및 130℃(120 ℃/2시간). 120℃에서 예비 시효된 예시적 합금은 100℃에서 예비 시효된 것 및 예비 시효되지 않은 것보다 높은 항복 강도를 나타냈으며, 항복 강도는 일정 시간 동안 안정적으로 유지되었다.

실시예 2: 용체화 후 예비 시효가 성형성에 미치는 효과

표 4에 기재된 조성물을 갖는 예시적 합금은 실시예 1에 기술된 바와 같이 여러 다른 예비 시효 온도로 제조되었다. 도 2는 예시적 템퍼의 예시적 합금에 대한 시간 경과에 따른 연신율(Ag)의 안정성을 나타내고 있다. 연신율은 매우 안정적이며 강도가 증가함에 따라 감소하지 않는다.

실시예 3: 용체화 후 예비 시효가 페인트 베이크 반응에 미치는 효과

표 4에 기재된 조성물을 갖는 예시적 합금은 실시예 1에 기술된 바와 같이 여러 다른 예비 시효 온도로 제조되었다. 도 3은 코팅된 알루미늄 합금이 코팅을 경화시키기 위해 가열되는 선택적 하류 공정에 대한 알루미늄 합금의 용체화 후 예비 시효의 효과를 나타내고 있다. 코팅 경화 또는 페인트 베이킹은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 알루미늄 합금을 추가적으로 인공 시효시키고 합금의 항복 강도를 더 증가시키는 것으로 알려져 있다. 예시적 합금 샘플은 용체화 후 및 2%만큼 예비 변형 후 20분 동안 185℃의 페인트 베이크를 거쳤다. 도 3은 예시적 템퍼(히스토그램의 중앙 그룹)의 예시적 합금의 페인트 베이킹 후의 항복 강도가 T4 템퍼(히스토그램의 좌측 그룹)의 예시적 합금의 페인트 베이킹 후의 항복 강도에 비해 증가된 것을 나타내고 있다. "페인트 베이크"로 나타낸 히스토그램의 우측 그룹은 T4 템퍼의 합금에 대한 예시적 템퍼의 합금의 페인트 베이크 반응의 차이를 나타내고 있다. 각 그룹의 좌측 히스토그램 막대는 예비 시효되지 않은 샘플에 해당하고("PX 없음"); 각 그룹의 중앙 히스토그램 막대는 100 ℃/2시간의 조건에서 예비 시효된 샘플에 해당하고; 각 그룹의 우측 히스토그램 막대는 120 ℃/ 2시간의 조건에서 예비 시효된 샘플에 해당한다. 이러한 예는 예시적 합금으로 매우 높은 페인트 베이크 반응을 달성할 있다는 것을 보여준다. 예시적 합금은 용체화, 2% 예비 변형, 및 185℃에서 20분 동안 페인트 베이킹 후 2시간 동안 120℃에서 예비 시효될 때에 300 MPa보다 큰 항복 강도를 나타냈다.

실시예 4: 예비 시효 온도가 기계적 특성에 미치는 효과

전술한 바와 같이, 3가지 다른 예비 시효 조건을 고려했다. 코일 냉각 속도는 연속 열처리 라인으로부터 배출 시에 기록되었다. 코일 냉각 곡선은 도 4에 제시되어 있다. 비예비 시효된 코일은 예비 시효된 코일보다 빠르게 실온으로 냉각된다(하단 곡선, PX 없음). 예비 시효 코일에 대한 냉각 속도 곡선은 더 높은 온도에서 예비 시효된 코일에 대해 더 높은 초기 냉각 속도를 보여준다(상단 곡선, 120 ℃/2시간). 중간 곡선은 100 ℃/2시간으로 예비 시효된 코일에 대한 냉각 속도를 보여준다. 예비 시효된 코일에 대한 냉각 속도는 결국 평형을 이루며, 예비 시효된 코일이 유사한 시간 후에 유사한 온도에 도달하게 한다.

비교 합금인 AA6014는 본원에 기술된 방법을 거쳐 예시적 템퍼가 되었고 자연 시효되어 T4 템퍼가 되었다. 도 5는 열처리 라인으로부터 배출 시에 3개의 다른 위치에서 코일에 기록된 온도 데이터를 나타내고 있다. 시간이 지나면서, 코일의 온도는 평형이 되어 대략 코일 전체에 걸쳐 약 125℃의 동일한 온도가 된다. 도 6은 3개의 다른 위치로부터 취한 샘플의 시간 경과에 따른 T4 템퍼의 비교 AA6014 알루미늄 합금의 항복 강도의 안정성을 나타내고 있다. 상이한 샘플의 가변 항복 강도는 코일 내에서 불균일한 시효를 나타낸다. 도 7은 예비 시효 단계를 거쳐 예시적 템퍼가 된 비교 AA6014 합금으로부터의 항복 강도 데이터를 나타내고 있다. 기록된 항복 강도는 균일한 알루미늄 합금 코일을 시사하는 상이한 위치에서 취한 각 샘플과 유사하다. 또한 예시적 템퍼의 효과를 나타내는 용체화 후 자연 시효의 증거가 없다. 도 8은 예비 시효 단계를 거쳐 예시적 템퍼가 된 비교 AA6014 합금으로부터의 연신율(Ag) 데이터를 나타내고 있다. 연신율 데이터는 예시적 템퍼의 합금의 자연 시효에 대한 저항뿐만 아니라 균일한 성형성을 시사하고 있다.

제2 비교 합금인 AA6111은 예비 시효를 거쳐 예시적 템퍼가 되었다. 비교 AA6111은 용체화 후 100℃에서 2시간 동안 예비 시효되었다. 용체화 후, 비교 AA6111 합금을 실온에서 보관하고 항복 강도를 주기적으로 시험하였다. 도 9는 예시적 템퍼의 비교 AA6111의 항복 강도 안정성을 나타내고 있다. 자연 시효의 영향은 약 5개월 동안 항복 강도의 30 - 40 MPa 증가가 관찰됨에 따라 그래프에 분명하게 나타나 있다. 예시적 템퍼의 비교 AA6111 합금은 용체화 후 120℃에서 2시간 동안 예비 시효되었고 (또는 130℃로부터 코일 냉각되었고) 실온에서 보관되었다. 항복 강도는 주기적으로 시험되었다. 도 10은 강도 시험의 결과를 나타내고 있는데, 이는 약 6개월 동안 항복 강도(약 2 MPa)의 매우 작은 증가를 나타내고, 예시적 템퍼의 비교 AA6111 합금의 자연 시효에 대한 저항성을 나타내며, 예시적 템퍼의 원하는 특성이 특정 조성일 수 있음을 보여주고 있다(즉, 예시적 템퍼가 모든 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에서 자연 시효에 대한 저항성을 나타내지는 않는다).

실시예 5: 공정 최적화

최적의 결과 특성을 위해 다양한 예비 시효 온도가 평가되었다. 도 11은 페인트 베이크에 대한 예비 시효 온도의 범위에서 20분 동안 2% 예비 변형 및 185℃의 온도 시효 후의 사용 중 항복 강도에 대한 영향을 나타내고 있다. 예비 시효 온도가 높을수록 용체화 및 페인트 베이킹 후 항복 강도가 매우 높게 되었다. 도 12는 T4 템퍼(도 12에서 "BH"로 지칭됨)의 합금과 비교되는 예시적 템퍼의 합금의 페인트 베이크 반응의 차이; 대 다양한 예비 시효 온도 및 다양한 자연 시효(예를 들어, 1주, 1개월, 3개월, 및 6개월)의 함수로서 페인트 베이크 반응을 나타내고 있다. 본원에 기재된 바와 같은 예시적인 합금(표 4 참조)에 대해, 최대 베이크 경화를 위한 최적의 예비 시효 온도는 100 ℃/2시간(또는 110℃로부터의 코일 냉각)이다. 그러나, 시간의 경과에 따라 안정된 기계적 특성을 제공하기 위해, 최적의 예비 시효 온도는 2시간 동안 약 110℃ 내지 약 120℃이다(이는 연속 열처리 라인 상의 예비 시효 로부터의 통상적인 출구 온도인 약 120℃ 내지 약130℃의 코일 냉각과 유사하다). 추가적인 최적화에는 성형성 연구가 포함되었다. 도 13은 T4 템퍼에서 변형 경화 지수(n-값)의 함수로서 페인트 베이크 반응을 나타내고 있다. 더 높은 n-값은 T4 템퍼에서 더 높은 성형성을 나타낸다. T4 템퍼의 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대해 적어도 0.23의 n-값이 요구되며, 예시적 템퍼의 알루미늄 합금은 원하는 성형성을 갖는 것이 바람직하다. 그래프는 최적의 예비 시효 온도가 약 115℃ 내지 약 135℃, 바람직하게는 120℃ 내지 130℃임을 나타내고 있다.

예시적 합금(표 4 참조)은 다양한 온도에서 예비 시효된 예시적 합금에 대해 관찰된 자연 시효 효과를 평가하기 위해 실온에 보관되었다. 도 14는 1주일의 자연 시효, 1개월의 자연 시효, 3개월의 자연 시효, 및 6개월의 자연 시효의 결과를 나타내고 있다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 예비 시효 온도가 높은 수록 자연 시효 효과가 감소할 수 있다. 도 15는 1주일(7일) 후에 측정된 합금 항복 강도(Rp02)와 1개월(31일) 후에 측정된 합금 항복 강도의 차이를 나타내고 있다. 도면에서 명백한 바와 같이, 더 높은 예비 시효 온도는 자연 시효 효과를 방지한다. 예비 시효 온도가 120℃ 초과일 때에 1개월의 자연 시효 후 합금 강도는 증가하지 않았다. 최적의 예비 시효 온도는 110℃ 초과인 것으로 결정되었으며, 합금 항복 강도(Rp02)의 변화는 2 MPa 미만이다. 또한, 더 높은 예비 시효 온도는 (180℃에서 10시간 동안 인공 시효에 의해 달성되는) T6 템퍼의 예시적 합금의 굽힘성을 저하시키지 않았다. 도 16은 90℃ 내지 160℃의 온도 범위에서 예비 시효를 거칠 때에 합금 굽힘성의 차이가 없음을 나타내고 있다. 도 17은 자연 시효를 거친 다양한 샘플에 대해 시간의 경과에 따라 구성된 n-값을 나타내고 있다. 어려운 금속 구조를 형성하기 위해서는 더 높은 n-값이 요망된다. 매우 양호한 n-값은 140℃ 미만의 온도에서 예비 시효된 합금 샘플에 의해 입증되었다. 또한, 110℃ 내지 130℃의 온도에서 예비 시효를 거치는 경우, 예시적 합금은 적어도 6개월 동안 n-값의 감소를 나타내지 않았다. 안정한 n-값은 안정한 성형 특성을 나타낸다. 이에 비해, 110℃ 미만의 온도에서 예비 시효를 거친 경우, 예시적 합금은 6개월 동안 n-값의 감소를 나타냈다. 불안정한 n-값은 성형 특성의 안정성이 저하될 수 있기 전에 안정적인 성형이 최적 시간에만 수행될 수 있음을 나타낼 수 있다.

최적의 예비 시효는 페인트 베이크 반응을 극대화하고, 시간이 지나면서 강도와 연신을 안정화하고, 합금 굽힘성을 극대화하여 결정되었다.

실시예 6: 예시적 합금과 비교 합금 AA6014의 비교

본원에 기재된 바와 같은 예시적 합금(표 4 참조)은 AA6014 알루미늄 합금과 비교된다. 양자의 합금은 연속 열처리 라인으로부터 배출 시에 130℃에서 용체화한 후 예비 시효되었다. 도 18은 용체화 열처리(SHT) 후 상이한 시간 간격으로 측정된 연신율(Ag)을 나타내고 있다. 양자의 합금은 시간이 지남에 따라 매우 안정적인 연신율을 나타내며, 예시적 합금은 비교 AA6014 합금보다 훨씬 더 높은 연신율을 나타낸다. 위에서 언급된 바와 같이, 예비 시효 공정은 조성에 의존될 수 있다.

실시예 7: 예비 시효가 비교 합금에 미치는 효과

3개의 비교 합금은 다양한 온도에서 실험실 용체화 열처리 후 예비 시효되었고, 비교 합금에 대한 자연 시효 효과를 평가하기 위해 실온에 보관되었다. 비교 합금은 고강도 AA6016 알루미늄 합금("AA6016-HS"라 함), 고성형 가능한 AA6016 알루미늄 합금("AA6016-HF"라 함), 및 AA6014 알루미늄 합금을 포함하였다. 비교 합금의 화학 조성물을 하기 표 5에 나타내었다:

도 19는 비교 합금 AA6016-HS에 대한 예비 시효 온도의 영향을 나타낸 그래프이다(표 5 참조). 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 비교 합금은 자연 시효(도 19에서 "T4"로 지칭됨), 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(도 19에서 "T6"으로 지칭됨), 및 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(도 19에서 "T8x"로 지칭됨)을 거쳤다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 비교 합금 샘플을 적어도 130℃의 온도에서 예비 시효하면 자연 시효 영향이 감소한다. 비교 합금은 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(T6), 및 약 280 MPa의 최대 항복 강도를 나타내는 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)을 거쳤다.

도 20은 비교 합금 AA6016-HF에 대한 예비 시효 온도의 영향을 나타낸 그래프이다(표 5 참조). 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 비교 합금은 자연 시효(도 20에서 "T4"로 지칭됨), 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(도 20에서 "T6"으로 지칭됨), 및 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(도 20에서 "T8x"로 지칭됨)을 거쳤다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 비교 합금 샘플을 적어도 130℃의 온도에서 예비 시효하면 자연 시효 영향이 감소한다. 비교 합금은 약 250 MPa의 최대 항복 강도를 나타내는 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(T6)를 거쳤다. 비교 합금은 약 220 MPa의 최대 항복 강도를 나타내는 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)을 거쳤다.

도 21은 비교 합금 AA6014에 대한 예비 시효 온도의 영향을 나타낸 그래프이다(표 5 참조). 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 비교 합금은 자연 시효(도 21에서 "T4"로 지칭됨), 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(도 21에서 "T6"으로 지칭됨), 및 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(도 21에서 "T8x"로 지칭됨)을 거쳤다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 비교 합금 샘플을 적어도 140℃의 온도에서 예비 시효하면 자연 시효 영향이 감소한다. 비교 합금은 180℃의 온도에서 10시간 동안 인공 시효(T6), 및 약 280 MPa의 최대 항복 강도를 나타내는 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)을 거쳤다.

도 22a - 도 22d는 표 5의 비교 알루미늄 합금에 대한 페인트 베이킹의 영향을 나타낸 그래프이다. 도 22a는 합금 AA6016-HS에 대한 페인트 베이킹의 영향을 나타내고 있다. 도 22b는 합금 AA6016-HF에 대한 페인트 베이킹의 영향을 나타내고 있다. 도 22c는 합금 AA6014에 대한 페인트 베이킹의 영향을 나타내고 있다. 도 22d는 표 3의 예시적 알루미늄 합금에 대한 페인트 베이킹의 영향을 나타내고 있다. 페인트 베이킹 후의 강도의 증가는 "베이크 경화"로 지칭되고, 페인트 베이킹(예를 들어, 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)) 후 알루미늄 합금의 측정 항복 강도로부터 페인트 베이킹을 거치지 않은 알루미늄 합금의 측정 항복 강도를 감산함으로써 계산된다. 베이킹 경화는 1주일(단색의 사각형으로 표시됨), 1개월(단색의 원으로 표시됨), 및 3개월(단색의 삼각형으로 표시됨) 동안 페인트 베이킹 후 보관된 샘플에 대해 평가되었다. 표 3의 예시적 알루미늄 합금(도 22d)은 표 5에 열거된 비교 알루미늄 합금(도 22a, 22b, 및 22c)보다 큰 베이크 경화 반응을 나타냈다.

도 23은 표 5의 비교 알루미늄 합금 및 표 3의 예시적 알루미늄 합금의 항복 강도에 대한 자연 시효 영향을 나타낸 그래프이다. 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 모든 샘플은 6개월 동안 자연 시효를 거쳤다. 도 23의 그래프에서 명백한 바와 같이, 예시적 알루미늄 합금 (표 3 참조)은 일관되게 가장 큰 강도를 나타냈다.

도 24는 표 5의 비교 알루미늄 합금 및 표 3의 예시적 알루미늄 합금의 성형성에 대한 자연 시효 영향을 나타낸 그래프이다. 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 모든 샘플은 6개월 동안 자연 시효를 거쳤다. 도 24의 그래프에서 명백한 바와 같이, 예시적 알루미늄 합금(표 3 참조)은 적어도 110℃의 온도에서 예비 시효될 때 보다 큰 n-값을 나타내며, 이는 예시적 알루미늄 합금이 성형으로 보다 적합하게 처리된다는 것을 나타낸다.

도 25는 표 5의 비교 알루미늄 합금 및 표 3의 예시적 알루미늄 합금의 항복 강도에 대한 페인트 베이킹 영향을 나타낸 그래프이다. 예비 시효 온도는 대략 실온 내지 160℃의 범위에서 평가되었다. 예비 시효는 25℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 및 160℃의 온도에서 2시간 동안 수행되었다. 예비 시효 후, 모든 샘플은 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)을 거친 후에 6개월 동안 보관되었다. 도 25의 그래프에서 명백한 바와 같이, 예시적 알루미늄 합금 (표 3 참조)은 일관되게 가장 큰 강도를 나타냈다.

표 3에 따른 예시적 합금은 용체화 열처리 후 적어도 6개월 동안 매우 안정적인 성형 특성, 6개월 후 매우 높은 n-값, 및 (예를 들어, 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹 후) T8x 템퍼의 예시적 합금에 대해 매우 높은 페인트 베이크 반응을 나타냈다. 이러한 특성은, 예를 들어 차량 B-필러, 구조 터널, 또는 임의의 적절한 복합 알루미늄 합금 물품을 제공하기 위해 복합 성형 절차로 처리 가능한 고강도 알루미늄 합금을 나타낸다.

도 26a는 표 4의 예시적인 합금으로부터 제조된 6개의 알루미늄 합금 샘플에 대한 자연 시효 영향을 나타낸 그래프이다. 알루미늄 합금 샘플은 130℃의 온도에서 2시간 동안 예비 시효를 거쳤다. 각 샘플의 항복 강도는 약 10 내지 약 20일의 자연 시효 후, 약 90 내지 약 100일의 자연 시효 후, 및 약 180 내지 약 190일의 자연 시효 후에 평가되었다. 도 26a의 그래프에서 명백한 바와 같이, 자연 시효의 영향은 미미했다.

도 26b는 표 4의 실시예에서처럼 예시적 합금으로부터 취한 6개의 알루미늄 합금 샘플에 대한 자연 시효 영향을 나타낸 그래프이다. 알루미늄 합금 샘플은 130℃의 온도에서 2시간 동안 예비 시효를 거친 후에 2% 예비 변형 후 185℃의 온도에서 20분 동안 페인트 베이킹(T8x)을 거쳤다. 각 샘플의 항복 강도는 약 10 내지 약 20일의 자연 시효 후, 약 90 내지 약 100일의 자연 시효 후, 및 약 180 내지 약 190일의 자연 시효 후에 평가되었다. 도 26b의 그래프에서 명백한 바와 같이, 자연 시효의 임의의 영향은 미미하며, 고강도(예를 들어, 약 300 MPa 초과)는 페인트 베이킹 및 적어도 6개월의 보관 후에 유지된다.

실시예 8: 예비 변형 및 후성형 열처리의 효과

예시적 열공정(100)이 도 27에 제시되어 있다. 열처리 가능한 합금은 알루미늄 매트릭스 전체에 걸쳐 합금 원소를 균일하게 분포시키기 위해 용체화 단계를 거친다. 용체화 단계는 용융없이 알루미늄을 연화 시키는데 충분한 용체화 온도(115) 이상으로 합금을 가열한(110) 후에 합금을 용체화 온도(115) 이상으로 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 용체화 단계는 약 1분 내지 약 5분(범위 A) 동안 수행될 수 있다. 용체화에 의해 합금 원소는 합금 전체에 걸쳐 확산되어 합금 내에 균일하게 분포할 수 있다. 일단 용체화되면, 알루미늄 합금은 급속 냉각되어(즉, 담금질되어)(120) 합금 원소를 제 위치에 결빙시켜 합금 원소가 응집되어 알루미늄 매트릭스의 외부로 석출되는 것을 방지한다.

그리고 나서, 용체화되고 담금질된 예시적 합금은 담금질 단계 후에 시효 절차를 거친다. 일부 실시예에서, 시효 단계는 담금질 단계 후에 약 1분 내지 약 20분(범위 B) 동안 수행된다. 시효 절차는 24시간 초과(범위 C)일 수 있는 시간 동안 용체화되고 담금질된 알루미늄 합금을 가열하고(130) 냉각하는(140) 단계를 포함하는 예비 시효 단계를 포함할 수 있다.

일부 경우에, 최대 10%의 소성 연신율을 제공하는 합금에 단축 인장이 가해지는 예시적 예비 변형 단계(150)가 수행될 수 있다.

범위 E(도 27 참조)는 자연 시효(160), 코팅, 성형, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 비제한적 실시예에서, 자연 시효(160)는 알루미늄 합금 보관 시에 일어날 수 있다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 코팅될 수 있다. 일부 추가 실시예에서, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 부품으로 성형될 수 있다. 일부 또 다른 추가 실시예에서, 알루미늄 합금은 코팅 또는 성형 후에 열처리될 수 있다(범위 F/범위 G). 일부 경우에, 코팅, 성형, 또는 이들의 임의의 조합 후에 수행된 열처리는 알루미늄 합금을 추가로 시효 경화시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅 절차의 일부로서, 코팅된 샘플은 약 180℃로 가열되며(170), 180℃에서 약 20분 동안 유지되고(175) 냉각(180)될 수 있다(범위 F). 성형 절차의 일부로서, 성형된 샘플은 약 195℃로 가열되며(185), 195℃에서 약 30분 동안 유지되고(175) 냉각(195)될 수 있다(범위 G).

실시예 9: 예비 변형 및 후성형 열처리의 효과

본원에 기술된 조성물을 갖는 예시적 알루미늄 합금에 대한 예비 변형 및 후성형의 효과가 결정되었다. 시험에 사용된 예시적인 합금은 다음의 조성을 갖는다: 0.69% Si, 0.79% Cu, 0.9% Mg, 0.22% Fe, 0.03% Mn, 0.023% Ti, 0.25% Cr, 0.063% Zn, 0.0046% Ni, 및 0.016% V과 잔부 Al.

도 28 및 29는 30분 동안 다양한 온도에서 다양한 예비 변형 및 PFHT가 수행된 후 변형성과 항복 강도의 변화를 나타내고 있다. PFHT없이 예비 변형을 거친 알루미늄 합금 샘플은 실선 기호로 표시된다. PFHT와 더불어 예비 변형을 거친 알루미늄 합금 샘플은 열린 기호 및 연결선으로 표시된다. PFHT 온도는 표 6에 제공된 바와 같이 수치로 표시된다.

도 28은 예비 변형의 증가에 따라 항복 강도("Rp"로 지칭됨)의 증가를 나타내고 있다. 도 28은 또한 예비 변형의 증가에 따라 굽힘 각도("DC alpha 2.5 mm"로 지칭됨)의 감소를 나타내고 있다. 놀랍게도, PFHT 단계를 적용하면 예비 변형이 증가하고 변형성에 대한 감소 효과에 따라 강도가 증가되었다.

도 29는 예비 변형의 증가에 따라 항복 강도("Rp"로 지칭됨)의 증가를 나타내고 있다. 도 29는 또한 예비 변형의 증가에 따라 연신율("A80"로 지칭됨)의 감소를 나타내고 있다. PFHT 단계를 적용하면 예비 변형이 증가하고 변형성에 대한 감소 효과에 따라 강도가 증가되었다. 예비 변형과 PFHT를 조합하면 변형성이 부분적으로 회복되는 것을 나타냈다.

도 30 및 31은 다양한 예비 변형 및 다양한 PFHT 절차 후에 항복 강도(도 30) 및 극한 인장 강도(도 31) 양자의 증가를 나타내고 있다. PFHT 절차는, 도면에 표시된 바와 같이, 195℃ 내지 215℃ 범위의 온도에서 30분 동안 합금을 가열하는 단계를 포함했다. 300 MPa 초과의 항복 강도는 알루미늄 합금의 PFHT가 0%, 2%, 5%, 및 10% 예비 변형을 거친 후에 달성되었다(도 30 참조). 370 MPa 초과의 극한 인장 강도는 알루미늄 합금의 PFHT가 0%, 2%, 5%, 및 10% 예비 변형을 거친 후에 달성되었다(도 31 참조). 도 30 및 31은 모든 예비 변형된 알루미늄 합금에 대해 PFHT 후 항복 강도 및 극한 인장 강도 모두가 크게 증가한 것을 나타내고 있다.

도 32 및 33은 다양한 예비 변형 및 다양한 PFHT 절차 후에 연신율(도 32) 및 굽힘 각도(도 33) 양자의 감소를 나타내고 있다. 11% 초과의 연신율은 알루미늄 합금의 PFHT가 0%, 2%, 5%, 및 10% 예비 변형을 거친 후에 달성되었다(도 32 참조). 50° 초과의 굽힘 각도는 알루미늄 합금의 PFHT가 0%, 2%, 5%, 및 10% 예비 변형을 거친 후에 달성되었다(도 33 참조). 도 32 및 33은 예비 변형되고 후성형 열처리된 알루미늄 합금에서 변형성의 현저한 저하가 없음을 나타내고 있다. 그러나, 예비 변형되고 PFHT를 거치지 않은 알루미늄 합금은 더 큰 변형성을 보여준다. 놀랍게도, 모든 예비 변형된 알루미늄 합금은 PFHT 후 유사한 연신(도 32 참조) 및 굽힘성(도 33 참조)을 나타냈다.

도 34 및 35는 30분 동안 다양한 온도에서 다양한 예비 변형 및 PFHT가 수행된 후 변형성과 항복 강도의 변화를 나타내고 있다. PFHT없이 예비 변형을 거친 알루미늄 합금 샘플은 실선 기호로 표시된다. PFHT와 더불어 예비 변형을 거친 알루미늄 합금 AA7075 샘플은 열린 기호 및 연결선으로 표시된다. 도 34는 예비 변형의 증가에 따라 항복 강도("Rp"로 지칭됨)의 증가를 나타내고 있다. 도 34는 또한 예비 변형의 증가에 따라 굽힘 각도("DC alpha 2 mm"로 지칭됨)의 감소를 나타내고 있다. 2% 예비 변형 및 PFHT 단계를 적용하면 강도가 증가하고 변형성에 대한 미미한 효과로, 양호한 충격성을 시사한다. 5% 예비 변형 및 PFHT를 적용하면 합금을 연화시키고 성형성 및 충격성에 악영향을 미쳤다. 도 35는 예비 변형의 증가에 따라 항복 강도("Rp"로 지칭됨)의 증가를 나타내고 있다. 도 35는 또한 예비 변형의 증가에 따라 연신율("A80"로 지칭됨)의 감소를 나타내고 있다. PFHT 단계를 적용하면 예비 변형이 증가하고 변형성에 대한 악영향으로 강도가 증가되었다. 예비 변형과 PFHT를 조합하면 변형성이 부분적으로 회복되는 것을 나타냈다.

도 36 및 37은 다양한 페인트 베이킹 절차 후 T4 템퍼의 AA7075 알루미늄 합금에 대한 항복 강도(도 36)와 연신율(도 37)에 미치는 2% 예비 변형의 영향을 나타내고 있다. 도 36의 실시예에서 명백한 바와 같이, 2% 예비 변형 절차는 후속 페인트 베이킹 절차와 관계없이 AA7075 알루미늄 합금의 항복 강도를 증가시켰다. 도 37에서 명백한 바와 같이, 2% 예비 변형 절차는 페인트 베이킹 절차 후 AA7075 알루미늄 합금의 성형성을 감소시켰다.

상기 인용된 모든 특허, 출판물 및 초록은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 다양한 목적 달성을 위해 설명되었다. 이들 구현예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것임을 인식해야 한다. 다수의 변경 및 적용은 다음의 청구 범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims

알루미늄 합금 금속 제품을 제조하는 방법으로서,
알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계로서, 상기 알루미늄 합금은 약 0.05 - 1.1 wt. % Cu, 약 0.6 - 1.1 wt. % Si, 약 0.7 - 1.2 wt. % Mg, 최대 약 0.25 wt. % Cr, 최대 약 0.35 wt. % Mn, 최대 약 0.4 wt. % Fe, 최대 약 0.25 wt. % Zr, 최대 약 1.0 wt. % Zn, 최대 약 0.30 wt. % Ti, 최대 약 0.04 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함하는, 단계;
상기 주조 알루미늄 합금 제품을 균질화하는 단계;
상기 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 제조하는 단계;
상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 약 520℃와 약 580℃ 사이의 온도에서 용체화하는 단계;
상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 예비 시효하는 단계; 및
상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 코일링하는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 금속 제품을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 약 0.6 - 1.1 wt. % Cu, 약 0.6 - 1.1 wt. % Si, 약 0.7 - 1.2 wt. % Mg, 최대 약 0.25 wt. % Cr, 최대 약 0.35 wt. % Mn, 약 0.05 - 0.4 wt. % Fe, 최대 약 0.25 wt. % Zr, 최대 약 0.3 wt. % Zn, 최대 약 0.10 wt. % Ti, 최대 약 0.04 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 약 0.75 - 0.9 wt. % Cu, 약 0.65 - 0.9 wt. % Si, 약 0.85 - 1.0 wt. % Mg, 약 0.05 - 0.18 wt. % Cr, 약 0.05 - 0.18 wt. % Mn, 약 0.12 - 0.3 wt. % Fe, 최대 약 0.15 wt. % Zr, 최대 약 0.1 wt. % Zn, 약 0.01 - 0.04 wt. % Ti, 최대 약 0.034 wt. % Ni, 및 최대 약 0.15 wt. %의 불순물과 잔부 Al을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 시효는 용체화 후 상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 약 115℃ 내지 약 135℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 시효는 용체화 후 상기 시트, 플레이트, 또는 쉐이트를 약 120℃ 내지 약 130℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품은 적어도 0.23의 변형 경화 지수를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품은 2% 예비 변형 경화 및 약 20분 동안 약 185℃의 열처리 후 적어도 300 MPa의 강도를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품은 적어도 300 MPa의 강도를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 변형 경화 및 열처리 단계를 더 포함하는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 변형 경화는 약 2%를 포함하고, 상기 열처리는 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 약 185℃의 온도에서 약 20분 동안 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 약 185℃의 온도에서 약 20분 동안 유지하는 열처리 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용체화 후 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 담금질하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 냉간 압연하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 시효하는 단계를 더 포함하며, 상기 시효는 약 180℃ 내지 약 225℃ 사이에서 일정 시간 동안 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품을 예비 변형하는 단계를 더 포함하며, 상기 예비 변형은 용체화 후 상기 알루미늄 합금 금속 제품에 인장 변형을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 금속 제품은 자연 시효 경화에 저항성이 있는, 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 알루미늄 합금 금속 제품.
제17항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 운송체 부품을 포함하는, 알루미늄 합금 금속 제품.
제18항에 있어서, 상기 운송체 부품은 차체 부품 또는 구조체 부품을 포함하는, 알루미늄 합금 금속 제품.
제17항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 전자 장치 하우징을 포함하는, 알루미늄 합금 금속 제품.