KR20210107825A - 높은 결정립 진원도를 갖는 주조 금속 제품 - Google Patents

높은 결정립 진원도를 갖는 주조 금속 제품 Download PDF

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KR20210107825A KR1020217023818A KR20217023818A KR20210107825A KR 20210107825 A KR20210107825 A KR 20210107825A KR 1020217023818 A KR1020217023818 A KR 1020217023818A KR 20217023818 A KR20217023818 A KR 20217023818A KR 20210107825 A KR20210107825 A KR 20210107825A
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사무엘 로버트 웨그스태프
캐슬린 안나 베넷
엘리 테일러 틴달
Original Assignee
노벨리스 인크.
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Abstract

주조 공정 동안 강제 대류를 도입함으로써 주조하는 동안 발생하는 열간 인열 또는 수축 다공성 경향을 감소시키는 시스템들 및 방법들을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제조하는 시스템들 및 방법들이 설명된다. 강제 대류는 응고 공정 동안 높은 진원도 결정립들의 형성을 초래하며, 이에 의해 액체 알루미늄 합금의 침투성을 증가시키고 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 감소시킬 수 있다.

Description

높은 결정립 진원도를 갖는 주조 금속 제품
관련 출원들에 대한 상호 참조
이 출원은 2019년 2월 13일자로 출원된, "높은 결정립 진원도를 갖는 주조 금속 제품"이라는 명칭의 미국 임시 특허 출원 번호 제62/804,844호의 혜택 및 이에 대한 우선권을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 금속학에 관한 것으로 보다 구체적으로는 주조 동안 열간 균열을 감소시키는 공정에 관한 것이다.
잉곳 주조 동안, 응고 공정 동안 열간 균열 또는 열간 인열이 발생할 수 있다. 이는 알루미늄 합금이 응고될 때 수반되는 부피 수축(예를 들어, 약 6%)이 있기 때문에 발생할 수 있다. 이는 알루미늄 결정립이 응고됨에 따라 이들이 특정 지점에서 수축하기 시작하여, 틈새 공간 사이에 추가 액체가 유입될 수 있음을 의미한다. 결정립들 사이에 액체를 밀어 넣을 수 있는 헤드 압력이 충분하지 않으면, 수축 다공성 또는 잠재적으로 열간 인열이 발생할 수 있다.
용어 실시예 및 유사 용어들은 본 개시의 모든 주제 및 하기의 청구 범위를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 용어들을 포함하는 설명들은 본원에 설명된 주제를 제한하거나 본 특허청구 범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 포함된 본 개시의 실시예들은 이 개요가 아니라 아래의 청구범위에 의해 정의된다. 이 개요는 본 개시의 다양한 양태들에 대한 높은 수준의 개요이며 하기의 상세한 설명 섹션에서 더 설명되는 개념의 일부를 소개한다. 이 개요는 청구된 주제의 핵심 또는 필수 특징들을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하기 위한 것도 아니다. 주제는 이 개시의 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면들 및 각 청구항의 적절한 부분들을 참조하여 이해되어야 한다.
일 양태에서, 알루미늄 제품을 제조하는 방법이 설명되어 있다. 설명된 알루미늄 제품은 열간 균열 또는 관련 결함이 없거나 실질적으로 없을 수 있다. 이 양태의 예시적인 방법은 용융 상태의 알루미늄 합금을 주조 캐비티 내로 공급하여 중간 생성물을 형성하는 단계로서, 중간 생성물은 알루미늄 합금의 액상선 온도보다 낮고 알루미늄 합금의 응집성 온도보다 높은 제1 온도를 갖는 제1 구역; 제1 구역에 인접한 제2 구역으로서, 제2 구역은 알루미늄 합금의 약 응집성 온도이거나 그 미만이고 알루미늄 합금의 고상선 온도보다 높은 제2 온도를 갖는, 상기 제2 구역; 및 제2 구역에 인접한 제3 구역으로서, 제3 구역은 약 고상선 온도이거나 그 미만인 제3 온도를 갖는, 상기 제3 구역을 포함하는, 상기 형성하는 단계; 및 제1 구역에 걸친 온도 변화를 제한하기 위해 적어도 제1 구역에서 대류를 강제하는 단계를 포함하며; 중간 생성물의 제3 구역의 결정립들은 0.5 내지 1의 평균 진원도를 갖는다. 실시예들에서, 이 양태의 방법은 중간 생성물의 고체 외부 표면에 냉각수를 적용함으로써 적어도 제3 구역을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 중간 생성물의 제3 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 분리된다. 실시예들에서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 배치된다. 실시예들에서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 수직으로 배치된다. 실시예들에서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 수평으로 배치된다. 임의의 적합한 주조 기술이 본원에 설명된 방법들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이 양태의 방법들은 직접 냉각 주조 방법들을 포함하거나 이에 상응한다. 선택적으로, 이 양태의 방법들은 연속 주조 방법들을 포함하거나 이에 상응한다.
주조하는 동안 강제 대류에 의해, 주조의 액체 구역에 걸친 온도 구배는 임계량 미만으로 감소될 수 있으며, 이는 높은 수지상 결정립의 성장을 제한할 수 있다. 결국, 응고 및 냉각 동안 발생하는 열간 균열의 경향은 제한될 수 있으며, 이는 주조 회복을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 고체 알루미늄 제품에 해당할 수 있는 중간 생성물의 제3 구역의 결정립들의 평균 진원도는 0.6 내지 1의 범위에 있다. 일부 경우에, 제3 구역은 열간 균열로 인한 결함이 없다.
일부 예들에서, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 약 10℃이거나 그 미만일 수 있다. 예를 들어, 온도 변화는 약 1℃ 이하, 약 2℃ 이하, 약 3℃ 이하, 약 4℃ 이하, 약 5℃ 이하, 약 6℃ 이하, 약 7℃ 이하, 약 8℃ 이하, 약 9℃ 이하일 수 있다. 그러나, 주조의 유연성을 달성하기 위해, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 예컨대 주조 속도, 냉각 속도 또는 강제 대류의 크기나 양 중 하나 이상을 제어하는 것과 같이 제어 가능할 수 있으며, 이는 결과 주조 제품의 특성들에 대한 통제를 허용할 수 있다. 일부 경우에, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 예를 들어 최대 20℃ 또는 최대 30℃일 수 있다. 일부 경우에, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 알루미늄 합금의 액상선 온도의 일부로서 결정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 알루미늄 합금의 액상선 온도의 2% 미만일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 액상선 온도의 백분율 또는 분율로 표현되는 온도 변화는 액상선 온도(예를 들어, ℃ 단위)에 대한 온도 변화(예를 들어, ℃ 단위)의 비율을 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 제1 온도는 중간 생성물의 제1 구역 내에서 균일하다. 선택적으로, 제1 온도는 알루미늄 합금의 10℃ 미만의 액상선 온도 내지 알루미늄 합금의 1℃ 미만의 액상선 온도 범위에 있다. 선택적으로, 제1 온도는 540℃ 내지 660℃ 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 경우에, 제1 온도는 ±1℃, ±2℃, ±5℃ 또는 ±10℃와 같은 작은 온도 창 내에서 달라질 수 있다. 선택적으로, 이 양태의 방법은 제3 구역에서 타겟 재료 특성을 달성하기 위해 적어도 제1 구역에서 강제 대류의 속도 또는 양을 조정하는 단계를 더 포함한다. 예들로서, 타겟 재료 특성은 제3 구역에서의 평균 결정립 크기 또는 제3 구역에서의 결정립들의 평균 진원도 중 하나 이상일 수 있다. 선택적으로, 이 양태의 방법은 제1 온도의 타겟 값을 달성하기 위해 적어도 제1 구역에서 강제 대류의 속도 또는 양을 조정하는 단계를 포함한다.
주조하는 동안, 다양한 구역들이 구역들 내에서 서로 다른 결정립 크기들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 구역에서, 결정립들은 매우 작을 수 있다. 예를 들어, 중간 생성물의 제1 구역은 10㎛ 내지 50㎛의 제1 평균 크기와 같은 제1 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 시드 결정립들을 포함할 수 있다. 예시적인 제1 평균 크기들은 10㎛ 내지 15㎛, 10㎛ 내지 20㎛, 10㎛ 내지　25㎛, 10㎛ 내지 30㎛, 10㎛ 내지 35㎛, 10㎛ 내지 40㎛, 10㎛ 내지 45㎛, 15㎛ 내지 20㎛, 15㎛ 내지 25㎛, 15㎛ 내지 30㎛, 15㎛ 내지 35㎛, 15㎛ 내지 40㎛, 15㎛ 내지 45㎛, 15㎛ 내지 50㎛, 20㎛ 내지 25㎛, 20㎛ 내지 30㎛, 20㎛ 내지 35㎛, 20㎛ 내지 40㎛, 20㎛ 내지 45㎛, 20㎛ 내지 50㎛, 25㎛ 내지 30㎛, 25㎛ 내지 35㎛, 25㎛ 내지 40㎛, 25㎛ 내지 45㎛, 25㎛ 내지 50㎛, 30㎛ 내지 35㎛, 30㎛ 내지 40㎛, 30㎛ 내지 45㎛, 30㎛ 내지 50㎛, 35㎛ 내지 40㎛, 35㎛ 내지 45㎛, 35㎛ 내지 50㎛, 40㎛ 내지 45㎛, 40㎛ 내지 50㎛, 또는 45㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 실시예들에서, 중간 생성물의 제2 구역은 제1 평균 크기보다 큰 제2 평균 크기와 같은 제2 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 결정립들을 포함한다. 실시예들에서, 중간 생생물의 제3 구역은 제2 평균 크기보다 큰 제3 평균 크기와 같은 제3 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 결정립들을 포함한다. 선택적으로, 제3 평균 크기는 100㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 예시적인 제3 평균 크기들은 100㎛ 내지 105㎛, 100㎛ 내지 110㎛, 100㎛ 내지 115㎛, 100㎛ 내지 120㎛, 100㎛ 내지 125㎛, 100㎛ 내지 130㎛, 100㎛ 내지 135㎛, 100㎛ 내지 140㎛, 100㎛ 내지 145㎛, 100㎛ 내지 150㎛, 105㎛ 내지 110㎛, 105㎛ 내지 115㎛, 105㎛ 내지 120㎛, 105㎛ 내지 125㎛, 105㎛ 내지 130㎛, 105㎛ 내지 135㎛, 105㎛ 내지 140㎛, 105㎛ 내지 145㎛, 105㎛ 내지 150㎛, 110㎛ 내지 115㎛, 110㎛ 내지 120㎛, 110㎛ 내지 125㎛, 110㎛ 내지 130㎛, 110㎛ 내지 135㎛, 110㎛ 내지 140㎛, 110㎛ 내지 145㎛, 110㎛ 내지 150㎛, 115㎛ 내지 120㎛, 115㎛ 내지 125㎛, 115㎛ 내지 130㎛, 115㎛ 내지 135㎛, 115㎛ 내지 140㎛, 115㎛ 내지 145㎛, 115㎛ 내지 150㎛, 120㎛ 내지 125㎛, 120㎛ 내지 130㎛, 120㎛ 내지 135㎛, 120㎛ 내지 140㎛, 120㎛ 내지 145㎛, 120㎛ 내지 150㎛, 125㎛ 내지 130㎛, 125㎛ 내지 135㎛, 125㎛ 내지 140㎛, 125㎛ 내지 145㎛, 125㎛ 내지 150㎛, 130㎛ 내지 135㎛, 130㎛ 내지 140㎛, 130㎛ 내지 145㎛, 130㎛ 내지 150㎛, 135㎛ 내지 140㎛, 135㎛ 내지 145㎛, 135㎛ 내지 150㎛, 140㎛ 내지 145㎛, 140㎛ 내지 150㎛, 또는 145㎛ 내지 150㎛일 수 있다.
선택적으로, 이 양태의 방법은 용융된 알루미늄 합금을 중간 생성물의 제2 구역으로 공급하여 중간 생성물의 제2 구역에서 알루미늄 합금의 결정립들 사이의 틈새 공간을 채우는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 공급은 주조 공정 동안 발생할 수 있다. 공급은, 예를 들어, 제1 구역 또는 제2 구역 내의 용융된 알루미늄 합금을 틈새 공간으로 밀어 넣기 위해 제1 구역에 압력을 가하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 중력에 의해 압력이 가해질 수 있다. 일부 경우에, 강제 대류를 사용하지 않고 주조하는 동안 틈새 공간을 채우는 데 필요한 압력과 비교하여, 틈새 공간을 채우기 위해 감압이 필요할 수 있다.
대류를 강제하기 위해 임의의 적절한 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 대류를 강제하는 것은 중간 생성물의 제1 구역을 교반하는 것을 포함한다. 선택적으로, 중간 생성물의 제1 구역은 초음파 교반기로 교반된다. 선택적으로, 중간 생성물의 제1 구역은 기계식 교반기로 교반된다. 예시적인 기계식 교반기들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 패들 또는 프로펠러를 포함하며, 이는 임의의 적절한 수단 또는 기술을 사용하여 회전되거나 이동될 수 있다. 선택적으로, 패들 또는 프로펠러는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 또는 흑연 중 적어도 하나를 포함한다. 선택적으로, 패들 또는 프로펠러는 내화 재료를 포함하거나 이로 코팅된다.
본원에 설명된 방법들을 사용하여 형성된 주조 알루미늄 합금 제품도 제공된다. 예시적인 주조 제품은 잉곳, 연속 주조 슬래브, 또는 이로부터 얻어지는 압연 제품을 포함한다.
다른 목적들 및 이점들은 비제한적 예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
명세서는 다음의 첨부 도면들을 참조하며, 다른 도면들에서 동일한 참조 번호들을 사용하는 것은 동일하거나 유사한 구성 요소들을 설명하기 위한 것으로 의도된다.
도 1은 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법을 개략적으로 예시한다.
도 2는 알루미늄 합금 제품을 제조하는 다른 방법을 개략적으로 예시한다.
도 3a는 중간 생성물의 다양한 구역들에 걸친 온도를 개략적으로 예시한다.
도 3b는 다른 중간 생성물의 다양한 구역들에 걸친 온도를 개략적으로 예시한다.
도 4는 서로 다른 알루미늄 합금 제품들에서 형성된 결정립들의 진원도 분포들을 예시한다.
도 5는 용융 및 반고체 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 교반하도록 구성된 실험 설정을 예시한다.
도 6은 주사형 전자 현미경(SEM) 이미지들의 위치들 및 간격의 레이아웃을 갖는 샘플의 도면을 예시한다.
도 7은 다양한 샘플들에 대한 머시 구역으로의 평균 Zn 침투를 예시한다.
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 광학 현미경 및 전자 후방 산란 회절(EBSD)을 사용하여 촬영된 대표적인 결정립 이미지들을 도시한다.
도 9a는 다양한 샘플들의 결정립들의 진원도에 대한 히스토그램을 예시한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 히스토그램의 정규화된 히스토그램을 예시한다.
알루미늄 합금 제품을 제조하는 시스템 및 방법이 본원에 설명되어 있다. 본원에 설명된 시스템 및 방법은 주조 공정 동안 강제 대류를 도입함으로써 주조하는 동안 발생하는 열간 인열 또는 수축 다공성 경향을 감소시킨다. 강제 대류를 사용하여, 액체 알루미늄 합금과 시드 결정립들의 혼합물 구역이 생성될 수 있다. 강제 대류는 이 혼합물 구역 내부의 온도 강하를 제한하고 혼합물 구역 내부의 온도를 실질적으로 균등화할 수 있다. 강제 대류는 또한 응고 공정 동안 형성되는 결정립들의 진원도 또는 구형도를 개선할 수 있으며, 이에 의해 액체 알루미늄 합금의 투과성을 증가시키고 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 감소시킬 수 있다.
정의 및 설명:
본원에 사용된 바와 같이, "발명(invention)", "상기 발명(the invention)", "이 발명(this invention)" 및 "본 발명(the present invention)" 이라는 용어들은 하기의 본 특허 출원 및 청구범위의 모든 주제를 폭넓게 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 용어들을 포함하는 설명들은 본원에 설명된 주제를 제한하거나 아래의 특허청구 범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이 설명에서는, "시리즈" 또는 "7xxx"와 같은, AA 번호 및 기타 관련 명칭들로 식별되는 합금들에 대한 참조가 이루어진다. 알루미늄과 그 합금들의 명칭을 정하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템에 대한 이해를 위해, 둘 모두 알루미늄 협회의 의해 공개된, "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.
본원에 사용된 바와 같이, 플레이트는 약 15㎜ 보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15㎜ 초과, 약 20㎜ 초과, 약 25㎜ 초과, 약 30㎜ 초과, 약 35㎜ 초과, 약 40㎜ 초과, 약 45㎜ 초과, 약 50㎜ 초과, 또는 약 100㎜ 초과하는 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 쉐이트(시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4㎜ 내지 약 15㎜의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 약 4㎜, 약 5㎜, 약 6㎜, 약 7㎜, 약 8㎜, 약 9㎜, 약 10㎜, 약 11㎜, 약 12㎜, 약 13㎜, 약 14㎜, 또는 약 15㎜의 두께를 가질 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4㎜ 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4㎜ 미만, 약 3㎜ 미만, 약 2㎜ 미만, 약 1㎜ 미만, 약 0.5㎜ 미만, 또는 약 0.3㎜ 미만(예를 들어, 0.2㎜)의 두께를 가질 수 있다.
이 출원에서는 합금 템퍼 또는 조건에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명에 대한 이해를 위해, "합금 및 템퍼 지정 시스템에 대한 미국 국가 표준(ANSI) H35"를 참조하라. F 조건 또는 템퍼는 제작된 알루미늄 합금을 지칭한다. O 조건 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. 본원에서 H 템퍼로도 지칭되는 Hxx 조건 또는 템퍼는 열 처리(예를 들어, 어닐링)의 유무에 관계없이 냉간 압연 후 비-열 처리 가능한 알루미늄 합금을 지칭한다. 적합한 H 템퍼들는 HX1, HX2, HX3 HX4, HX5, HX6, HX7, HX8 또는 HX9 템퍼들을 포함한다. T1 조건 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고 자연적으로 에이징된(예를 들어, 실온에서) 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 조건 또는 템퍼는 열간 가공, 냉간 가공 및 자연 에이징으로부터 냉각된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 조건 또는 템퍼는 열 처리, 냉간 가공 및 자연 에이징된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T4 조건 또는 템퍼는 열 처리 및 자연적으로 에이징된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T5 조건 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 인공적으로 에이징된(예를 들어, 높은 온도에서) 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 조건 또는 템퍼는 열 처리 및 인공적으로 에이징된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T7 조건 또는 템퍼는 열 처리 및 인공적으로 오버에이징된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T8x 조건 또는 템퍼는 열 처리, 냉간 가공 및 인공적으로 에이징된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T9 조건 또는 템퍼는 열 처리, 인공적으로 에이징 및 냉간 가공된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. w 조건 또는 템퍼는 용액 열 처리 후의 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "주조 금속 제품", "주조 제품", "주조 알루미늄 합금 제품" 등과 같은 용어들은 상호 교환 가능하며 직접 냉각 주조(직접 냉각 공동 주조를 포함함) 또는 반 연속(semi-continuous) 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터 또는 기타 연속 캐스터를 포함하여, 예를 들어 사용하여), 전자기 주조, 핫 탑 주조(hot top casting) 또는 임의의 기타 주조 방법에 의해 생성된 제품을 지칭한다.
본원에 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. 본원에 사용된 바와 같이, "주변 조건들"의 의미는 약 실온의 온도, 약 20% 내지 약 100%의 상대 습도 및 약 975 밀리바(mbar) 내지 약 1050 mbar의 기압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대 습도는 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 약 100%, 또는 그 사이 모든 위치일 수 있다. 예를 들어, 기압은 약 975 mbar, 약 980 mbar, 약 985 mbar, 약 990 mbar, 약 995 mbar, 약 1000 mbar, 약 1005 mbar, 약 1010 mbar, 약 1015 mbar, 약 1020 mbar, 약 1025 mbar, 약 1030 mbar, 약 1035 mbar, 약 1040 mbar, 약 1045 mbar, 약 1050 mbar, 또는 그 사이 모든 위치일 수 있다.
본원에 개시된 모든 범위들은 그 안에 포함된 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이의 (그리고 이들을 포함하는) 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 즉, 모든 하위 범위들은 최소값 1 이상, 예를 들어 1 내지 6.1로 시작하고 최대값 10 이하, 예를 들어, 5.5 내지 10으로 끝난다. 달리 언급되지 않는 한, 요소의 구성량을 언급할 때 "최대"라는 표현은 요소가 선택 사항이며 해당 특정 요소의 0% 구성을 포함할 수 있음을 의미한다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 조성 백분율은 중량 퍼센트(wt.%)이다.
본원에 사용된 바와 같이, "하나(a)", "하나(an)" 및 "상기(the)"의 의미는 문맥상 명백히 달리 명기하지 않는 한 단수 및 복수의 지시 대상들을 포함한다.
알루미늄 합금 제품의 생성 방법
본원에 설명된 알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 주조 방법을 사용하여 주조될 수 있다. 몇 가지 비제한적인 예들로서, 주조 공정은 직접 냉각(DC) 주조 공정 또는 연속 주조(CC) 공정을 포함할 수 있다. 연속 주조 공정에 사용된 연속 주조 시스템은 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면들(예를 들어, 움직이는 대향 벨트들, 롤들 또는 블록들), 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면들 사이의 주조 캐비티, 및 용융 금속 인젝터를 포함할 수 있다. 용융 금속 인젝터는 용융 금속이 용융 금속 인젝터를 빠져나가 주조 캐비티로 주입될 수 있는 단부 개구를 가질 수 있다.
일부 예들에서, 주조 제품은 코어 층에 부착된 클래드 층을 포함하여 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 클래드 제품을 형성할 수 있다. 예를 들어, 클래드 층은 코어와 클래딩 사이에 필요한 야금 결합을 달성하기 위해 예를 들어, 둘 다 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 미국 특허 번호 제7,748,434호 및 제8,927,113호에 설명된 바와 같은 직접 냉각 공동 주조(즉, 융합 주조)에 의해; 전체가 본원에 참조로서 통합된, 미국 특허 번호 제7,472,740호에 설명된 바와 같은 복합 주조 잉곳의 열간 및 냉간 압연에 의해; 또는 롤 본딩에 의해 코어 층에 부착될 수 있다. 본원에 설명된 클래드 알루미늄 합금 제품의 초기 치수 및 최종 치수는 전체 최종 제품의 원하는 특성들에 의해 결정될 수 있다.
롤 본딩 공정은 임의의 적절한 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 롤 본딩 공정은 열간 압연 및 냉간 압연 둘 다 포함할 수 있다. 또한, 롤 본딩 공정은 1단계 공정 또는 연속적인 압연 단계 동안 재료가 계량되는 다단계 공정일 수 있다. 별도의 압연 단계들은 선택적으로 예를 들어 어닐링 단계, 세정 단계, 가열 단계, 냉각 단계 등을 포함하는 기타 공정 단계들에 의해 분리될 수 있다.
주조 잉곳 또는 기타 주조 제품은 임의의 적절한 수단에 의해 다양한 공정 단계들을 거칠 수 있다. 선택적으로, 상기 공정 단계들은 시트들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이러한 공정 단계들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용액 열 처리 및 선택적 사전 에이징 단계를 포함한다.
균질화 단계에서, 주조 제품은 약 400℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 주조 제품은 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 약 490℃ 또는 약 500℃의 온도로 가열될 수 있다. 그런 다음, 주조 제품은 일정 시간 동안 담그도록 하여(즉, 표시된 온도에서 유지) 균질화된 제품을 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 가열 및 담금 단계를 포함한 균질화 단계의 총 시간은 최대 24 시간이 될 수 있다. 예를 들어, 주조 제품은 균질화 단계를 위해 총 최대 18 시간 동안 최대 500℃까지 가열되고 담가질 수 있다. 선택적으로, 주조 제품은 균질화 단계를 위해 총 18 시간 이상 동안 490℃ 미만으로 가열되고 담가질 수 있다. 일부 경우에, 균질화 단계는 여러 균질화 단계들을 포함한다. 일부 비제한적 예들에서, 균질화 단계는 제1 시간 기간 동안 주조 제품을 제1 온도로 가열한 다음 제2 시간 기간 동안 제2 온도로 가열하는 것을 포함한다. 예를 들어, 주조 제품은 약 3.5 시간 동안 약 465℃로 가열된 다음 약 6 시간 동안 약 480℃로 가열될 수 있다.
균질화 단계 후에, 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 열간 압연을 시작하기 전에, 균질화된 제품은 300℃ 내지 450℃ 사이의 온도로 냉각되도록 할 수 있다. 예를 들어, 균질화된 제품은 325℃ 내지 425℃ 또는 350℃ 내지 400℃의 온도로 냉각되도록 할 수 있다. 균질화된 제품을, 열간 압연하기 전에, 열간 압연하기에 적합한 온도보다 낮은 온도로 냉각시킬 경우, 열간 압연하기에 적합한 온도까지 가열하는 공정을 거칠 수 있다. 균질화된 제품은 300℃ 내지 450℃ 사이의 온도에서 열간 압연하여 게이지가 3㎜ 내지 200㎜(예를 들어, 3㎜, 4㎜, 5㎜, 6㎜, 7㎜, 8㎜, 9㎜, 10㎜, 15㎜, 20㎜, 25㎜, 30㎜, 35㎜, 40㎜, 45㎜, 50㎜, 55㎜, 60㎜, 65㎜, 70㎜, 75㎜, 80㎜, 85㎜, 90㎜, 95㎜, 100㎜, 110㎜, 120㎜, 130㎜, 140㎜, 150㎜, 160㎜, 170㎜, 180㎜, 190㎜, 200㎜ 또는 그 사이의 모든 위치)인 열간 압연 플레이트, 열간 압연 쉐이트 또는 열간 압연 시트를 형성할 수 있다.
선택적으로, 주조 제품은 300℃ 내지 450℃의 온도로 냉각되도록 할 수 있는 연속 주조 제품일 수 있다. 예를 들어, 연속 주조 제품은 325℃ 내지 425℃ 또는 350℃ 내지 400℃의 온도로 냉각되도록 할 수 있다. 다시, 열간 압연하기에 적합한 온도보다 낮은 온도로 냉각되면, 연속 주조 제품은 재가열될 수 있다. 연속 주조 제품은 300℃ 내지 450℃ 사이의 온도에서 열간 압연하여 게이지가 3㎜ 내지 200㎜(예를 들어, 3㎜, 4㎜, 5㎜, 6㎜, 7㎜, 8㎜, 9㎜, 10㎜, 15㎜, 20㎜, 25㎜, 30㎜, 35㎜, 40㎜, 45㎜, 50㎜, 55㎜, 60㎜, 65㎜, 70㎜, 75㎜, 80㎜, 85㎜, 90㎜, 95㎜, 100㎜, 110㎜, 120㎜, 130㎜, 140㎜, 150㎜, 160㎜, 170㎜, 180㎜, 190㎜, 200㎜ 또는 그 사이의 모든 위치)인 열간 압연 플레이트, 열간 압연 쉐이트 또는 열간 압연 시트를 형성할 수 있다. 열간 압연기로부터 빠져나올 때 열간 압연 중간 생성물의 온도가 470℃ 이하, 450℃ 이하, 440℃, 또는 430℃ 이하가 되도록 온도 및 기타 동작 파라미터들이 제어될 수 있다.
균질화되거나 열간 압연된 제품은 냉간 압연기 및 기술을 사용하여 냉간 압연 시트와 같은 더 얇은 제품으로 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연 제품은 약 0.5 내지 10㎜, 예를 들어 약 0.7 내지 6.5㎜의 게이지를 가질 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 시트는 0.5㎜, 1.0㎜, 1.5㎜, 2.0㎜, 2.5㎜, 3.0㎜, 3.5㎜, 4.0㎜, 4.5㎜, 5.0㎜, 5.5㎜, 6.0㎜, 6.5㎜, 7.0㎜, 7.5㎜, 8.0㎜, 8.5㎜, 9.0㎜, 9.5㎜, 또는 10.0㎜의 게이지를 가질 수 있다. 냉간 압연이 수행되어 냉간 압연 전 게이지 두께에 비해 최대 85%의 게이지 감소(예를 들어, 최대 10%, 최대 20%, 최대 30%, 최대 40%, 최대 50%, 최대 60%, 최대 70%, 최대 80% 또는 최대 85% 감소)를 나타내는 최종 게이지 두께를 만들 수 있다.
이후, 압연 제품은 선택적으로 용체화 열처리 단계를 거칠 수 있다. 용체화 열처리 단계는 알루미늄 합금에서 가용성 결정립들의 용체화를 초래하는 압연 제품에 대한 임의의 적절한 처리일 수 있다. 압연 제품은 최대 590℃(예를 들어, 400℃ 내지 590℃)의 피크 금속 온도(PMT)로 가열되고 PMT에서 일정 시간 동안 담가질 수 있다. 예를 들어, 압연 제품은 480℃에서 최대 30분(예를 들어, 0초, 60초, 75초, 90초, 5분, 10분, 20분, 25분, 또는 30분) 동안 담가질 수 있다. 가열 및 담가진 후, 압연 제품은 200℃/s 이상의 속도로 500 내지 200℃의 온도로 급속 냉각(퀀칭)된다. 일 예에서, 450℃ 내지 200℃ 사이의 온도에서 200℃/초 이상의 퀀칭 속도가 사용될 수 있다. 선택적으로, 냉각 속도는 다른 경우에 더 빨라질 수 있다.
퀀칭 후, 열처리된 제품은 선택적으로 코일링 전에 재가열하여 사전 에이징 처리를 거칠 수 있다. 사전 에이징 처리는 최대 6시간의 시간 기간 동안 약 70℃ 내지 약 125℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 사전 에이징 처리는 약 70℃, 약 75℃, 약 80℃, 약 85℃, 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃, 약 120℃ 또는 약 125℃의 온도에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 사전 에이징 처리는 약 30 분, 약 1 시간, 약 2 시간, 약 3 시간, 약 4시간, 약 5시간 또는 약 6시간 동안 수행될 수 있다. 사전 에이징 처리는 복사 열, 대류 열, 유도 열, 적외선 열 등을 방출하는 장치와 같은, 가열 장치를 통해 제품을 통과시킴으로써 수행될 수 있다.
본원에 설명된 주조 제품은 또한 플레이트 또는 기타 적절한 제품 형태로 제품을 만드는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 주조 제품을 포함하는 플레이트는 균질화 단계에서 또는 연속 주조기에서 제품을 주조한 후 열간 압연 단계에서 잉곳을 처리하여 제조될 수 있다. 열간 압연 단계에서, 주조 제품은 200㎜ 두께 게이지 이하(예를 들어, 약 15mm 초과 내지 약 200mm)로 열간 압연될 수 있다. 예를 들어, 주조 제품은 약 15㎜ 내지 약 175㎜, 약 15㎜ 내지 약 150㎜, 약 20㎜ 내지 약 125㎜, 약 25㎜ 내지 약 100㎜, 약 30㎜ 내지 약 75㎜, 또는 약 35㎜ 내지 약 50㎜ 초과의 최종 게이지 두께를 갖는 플레이트로 열간 압연될 수 있다.
실시예들에서, 그 중에서도 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 마그네슘 복합재 및 강철을 포함한 금속 및 금속 합금의 제조 방법, 및 그 결과와 처리된 금속 및 금속 합금이 제공된다. 일부 예들에서, 본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 금속들은 알루미늄 합금, 예를 들어 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함한다. 일부 예들에서, 본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 재료들은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 기반 재료, 마그네슘 합금, 마그네슘 복합재, 티타늄, 티타늄 기반 재료, 티타늄 합금, 구리, 구리 기반 재료, 복합재, 복합재에 사용된 시트, 또는 임의의 기타 적합한 금속, 비금속 또는 재료들의 조합을 포함하여, 비철재료를 포함한다. 롤 본딩 재료, 클래드 합금, 클래딩 층, 이에 제한되는 것은 아니나 탄소 섬유 함유 재료와 같은 복합 재료, 또는 다양한 다른 재료와 같은 모놀리식뿐만 아니라 비모놀리식도 본원에 설명된 방법들에 유용하다. 일부 예들에서, 철을 함유하는 알루미늄 합금은 본원에 설명된 방법들에 유용하다.
비제한적 예로서, 본원에 설명된 방법에 사용하기 위한 예시적인 1xxx 시리즈알루미늄 합금들은 AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435, AA1145, AA1345, AA1445, AA1150, AA1350, AA1350A, AA1450, AA1370, AA1275, AA1185, AA1285, AA1385, AA1188, AA1190, AA1290, AA1193, AA1198, 또는 AA1199를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 2xxx 시리즈 알루미늄 합금들은 AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, 또는 AA2199를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 3xxx 시리즈 알루미늄 합금들은 AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005, AA3005A, AA3105, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3015, AA3016, AA3017, AA3019, AA3020, AA3021, AA3025, AA3026, AA3030, AA3130, 또는 AA3065를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 4xxx 시리즈 알루미늄 합금들은 AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA4017, AA4018, AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA4047, AA4047A, 또는 AA4147를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 5xxx 시리즈 합금들은 AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 또는 AA5088를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법들에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 6xxx 시리즈 합금들은 AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 또는 AA6092를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 방법들에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 7xxx 시리즈 합금들은 AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149,7204, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, 또는 AA7099를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 방법들에서 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 8xxx 시리즈 합금들은 AA8005, AA8006, AA8007, AA8008, AA8010, AA8011, AA8011A, AA8111, AA8211, AA8112, AA8014, AA8015, AA8016, AA8017, AA8018, AA8019, AA8021, AA8021A, AA8021B, AA8022, AA8023, AA8024, AA8025, AA8026, AA8030, AA8130, AA8040, AA8050, AA8150, AA8076, AA8076A, AA8176, AA8077, AA8177, AA8079, AA8090, AA8091, 또는 AA8093를 포함할 수 있다.
하기 설명은 그 어떠한 제한도 구성하지 않지만, 동시에 본 발명을 더 예시하도록 제공될 것이다. 반대로, 본원의 설명을 읽은 후 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에게 이들 자체를 제안할 수 있는 다양한 실시예들, 수정들 및 등가물들에 대한 수단이 있음을 명확하게 이해해야 한다.
도 1은 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법의 개요를 제공한다. 도 1의 방법은 용융된 알루미늄 합금(106)이 잉곳 또는 기타 주조 제품과 같은 주조 알루미늄 합금 제품(107)을 형성하도록 주조되는 단계(105)에서 시작된다. 주조 알루미늄 합금 제품(107)은 임의의 적절한 수단에 의해 처리될 수 있다. 예시적인 공정 단계들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링, 용체화 열처리, 사전 에이징 등을 포함한다. 일부 예시적인 공정 단계들이 도 1에 도시된다. 단계(110)에서, 주조 알루미늄 합금 제품(107)은 균질화된 알루미늄 합금 제품(111)을 형성하기 위해 균질화된다. 단계(115)에서, 균질화된 알루미늄 합금 제품(111)은 하나 이상의 열간 압연 패스 및/또는 하나 이상의 냉간 압연 패스를 거쳐 압연 후에 감긴 알루미늄 합금 플레이트, 알루미늄 합금 쉐이트, 또는 알루미늄 합금 시트와 같은 알루미늄 합금 물품에 대응할 수 있는 압연된 알루미늄 합금 제품(112)을 형성한다. 선택적으로, 압연 알루미늄 합금 제품(112)은 하나 이상의 성형 또는 스탬핑 공정을 거쳐 알루미늄 합금 물품을 형성한다.
상기에 언급된 바와 같이, 본원에 설명된 알루미늄 합금은 임의의 적절한 주조 방법을 사용하여 주조될 수 있다. 몇 가지 비제한적인 예들로서, 주조 공정은 직접 냉각(DC) 주조 공정 또는 연속 주조(CC) 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 105에서 DC 주조 공정의 개략적인 예시를 도시한다. 또한 상기에 설명된 바와 같이, 연속 주조 시스템은 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면들(예를 들어, 움직이는 대향 벨트들, 롤들 또는 블록들), 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면들 사이의 주조 캐비티, 및 용융 금속 인젝터를 포함할 수 있다. 용융 금속 인젝터는 용융 금속이 용융 금속 인젝터를 빠져나가 주조 캐비티로 주입될 수 있는 단부 개구를 가질 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 용융된 알루미늄 합금(106)이 주조 캐비티로 공급될 때, 멀티 구역 중간 생성물(120)이 형성될 수 있다. 중간 생성물(120)은 액체 구역(122), 액체 구역(122) 아래의 머시 구역(124), 및 머시 구역(124) 아래의 고체 구역(126)을 포함할 수 있다. 액체 구역(122)은 용융된 알루미늄 합금을 포함할 수 있으며, 따라서 액체 구역(122)의 온도는 알루미늄 합금의 액상선 온도보다 높을 수 있다. 그러나, 액체 구역(122) 내의 온도는 변할 수 있으며, 용융된 알루미늄 합금(106)이 머시 구역(124)에 인접한 하부 영역으로 공급될 수 있는 상부 영역으로부터 점진적으로 감소할 수 있다.
머시 구역(124)은 알루미늄 합금의 액상 및 고상이 모두 존재하는 반고체 구역일 수 있다. 머시 구역(124) 내에서, 알루미늄 합금의 결정립들이 형성되고 성장하기 시작함에 따라 알루미늄 합금의 고상이 형성되기 시작할 수 있다. 액체 구역(122)와 유사하게, 머시 구역(124) 내의 온도는 또한, DC 주조에서 상부 영역에서 하부 영역으로와 같이, 한 영역에서 다른 영역으로 점진적으로 감소할 수 있다. 결정립들은 초기에 머시 영역(124)에서 형성되기 때문에, 결정립들은 서로 닿지 않을 수 있다. 온도가 점차 낮아지고 결정립들이 크기가 커지면서, 결정립들이 서로 접촉하여 연속적인 네트워크를 형성할 수 있다. 결정립들이 서로 접촉하여 연속적인 네트워크를 형성하기 시작하는 온도를 알루미늄 합금의 응집성 온도라고 할 수 있다. 따라서, 머시 구역(124)은 두 개의 서브 구역들 또는 영역들; 제1 영역 또는 상부 영역(132)으로서, 그 온도가 응집성 온도 이상일 수 있고 그 안에서 결정립들이 서로 접촉하지 않고 유동하기 쉬운, 상기 제1영역 또는 상부 영역(132), 및 제2 영역 또는 하부 영역(134)로서, 그 안에서 결정립들의 연속적인 네트워크가 형성될 수 있고 온도가 응집성 온도 미만이고 고상선 온도 초과일 수 있는, 상기 제2 영역 또는 하부 영역(134)을 포함할 수 있다. 하부 영역에서, 응고 중에 결정립들의 제한된 이동성 및 수반되는 부피 수축으로 인해, 액체를 결정립들 사이의 틈새 공간으로 밀어 넣고 결정립들 사이의 다공성 특성을 감소시키기에 헤드 압력이 충분하지 않으면 응고 중에 수축 다공성 또는 잠재적으로 열간 인열이 발생할 수 있다.
도 2는 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 감소시킬 수 있는 알루미늄 합금 제품의 제조 방법을 개략적으로 예시한다. 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도 2에 예시된 방법은 머시 구역의 크기 및/또는 침투성을 증가시킬 수 있으며, 따라서 고체 결정립들 사이에 액체 합금을 밀어 넣는데 필요한 헤드 압력을 감소시키고 주조 공정 동안 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 줄일 수 있다.
도 2에 도시된 방법에서, 강제 대류는 주조 캐비티 내로 공급된 용융된 알루미늄 합금(206)에 적용되어 도 1에 도시된 중간 생성물(120)과 다를 수 있는 중간 생성물(220)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 중간 생성물(220)은 용융된 알루미늄 합금(206)이 공급될 수 있는 제1 구역(222), 제1 구역(222) 아래의 제2 구역(224), 및 제2 구역(224) 아래의 제3 구역(226)을 포함한다. 강제 대류가 제1 구역(222)에 도입되어 도 2의 순환 화살표로 나타낸 바와 같이 주조 캐비티 내로 공급된 용융된 알루미늄 합금(206)을 교반할 수 있다. 강제 대류는 대류를 강제하기 위해 구현된 메커니즘에 따라, 일반적으로 수직 방향, 일반적으로 수평 방향, 또는 수직 및 수평 순환의 조합으로 제1 구역(222)의 내용물을 이동 또는 순환시키기 위해 도입될 수 있거나, 임의의 방향으로 이동될 수 있다.
제1 구역(222)에 강제 대류를 도입함으로써, 제1 구역(222)의 온도가 균등화될 수 있고 알루미늄 합금의 액상선 온도 미만의 온도에서 유지될 수 있지만, 여전히 알루미늄 합금의 응집성 온도보다 높은 온도에서 유지될 수 있으며, 이는 제1 구역(222)이 강제 대류가 없는 주조와 비교하여 크기가 확장된 머시 구역의 상부 부분임을 나타낼 수 있다. 제1 구역(222)에서의 온도의 구배 또는 변화는 강제 대류가 도입되지 않은 도 1의 액체 구역(122)에서의 온도 변화와 비교하여 훨씬 더 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구역(222)에서 균일하거나 균질한 온도는 강제 대류를 사용하여 달성될 수 있다.
도 3a는 도 1에 도시된 중간 생성물(120)의 다양한 구역들에 걸친 예시적인 온도 프로파일을 개략적으로 예시한다. 도 3b는 도 2에 도시된 중간 생성물(220)의 다양한 구역들에 걸친 예시적인 온도 프로파일을 개략적으로 예시한다. 상기에 논의되고 도 3a에도 도시된 바와 같이, 액체 구역(122)의 상단 영역은 용융된 알루미늄 합금(106)과 유사한 온도를 가질 수 있으며, 액체 구역(122)의 하단 영역은 알루미늄 합금의 응집성 온도에 가까운 온도를 가질 수 있다. 따라서, 액체 구역(122) 내의 온도는 균일하지 않을 수 있으며, 오히려 성층화될 수 있다. 온도 성층화뿐만 아니라 응집성 온도는 알루미늄 합금, 주조 캐비티 구성, 냉각 속도 등과 같은 주조/응고 공정의 동작 파라미터들에 따라 달라질 수 있다. 알루미늄 합금 및 주조 조건에 따라, 상단 영역의 온도와 하단 영역의 온도 차이는 10℃ 내지서 100℃ 사이의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 영역의 온도와 하단 영역의 온도 사이의 차는 적어도 10℃일 수 있으며, 약 15℃ 이상, 약 20℃ 이상, 약 30℃ 이상, 약 40℃ 이상, 약 50℃ 이상, 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상, 약 80℃ 이상, 약 90℃ 이상, 약 100℃, 약 110℃ 이상, 약 120℃ 이상, 약 130℃ 이상, 약 140℃ 이상, 약 150℃ 이상, 약 160℃ 이상, 약 170℃ 이상, 약 180℃ 이상, 약 190℃ 이상, 또는 최대 200℃일 수 있다. 액체 구역(122)의 온도 차가 상대적으로 작더라도, 도 1에 도시된 바와 같은 주조 방법이 사용되는 경우 액체 구역(122)에 온도 성층이 여전히 존재할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 방법에서, 용융된 합금은 액상선 온도보다 높은 온도로 과열될 수 있으며, 따라서 액체 구역(122)의 적어도 상단 영역이 과열될 수 있다.
이에 반해, 도 2에 도시된 방법에서는 강제 대류를 적용함으로써, 제1 구역(222)의 온도 성층화는, 주조되고 있는 알루미늄 합금 및/또는 사용될 수 있는 기타 동작 파라미터들과는 무관하게, 감소되거나 실질적으로 제거될 수 있다(즉, 제1 구역(222) 내에서 실질적으로 균일한 온도를 달성함). 또한, 강제 대류를 적용합으로써, 제1 구역(222)이 갖는 온도는 액상선 온도 미만의 온도로 유지될 수 있다. 다시 말해, 강제 대류를 적용함으로써, 제1 구역(222)에서 과열이 발생하지 않을 수 있다. 알루미늄 합금 및/또는 주조 조건에 따라, 제1 구역(222) 내의 온도는 10℃ 미만의 액상선 온도, 5℃ 미만의 액상선 온도, 3℃ 미만의 액상선 온도, 또는 1℃ 미만의 액상선 온도일 수 있는 온도로 유지될 수 있다.
도 1에 도시된 액체 구역(122) 및/또는 도 2에 도시된 제1 구역(222)에서, 자연 대류가 발생할 수 있지만, 온도 성층화에 대한 자연 대류의 영향은 무시될 수 있다. 또한, 강제 대류 없이 도 1에 도시된 방법을 사용하여 성층화가 감소되거나 실질적으로 성층화가 이루어지지 않을 수 있지만, 주조 속도가 매우 느려야 할 것이며, 이는 결국 주조 제품에 왜곡, 균열 또는 기타 결함들로 이어질 것이다.
온도 성층화가 발생하는 일부 실시예들에서, 제1 구역(222)의 온도 성층화는 제1 번째 구역의 상단에서 하단으로의 온도 변화와 알루미늄 합금의 액상선 온도를 비교하여 평가될 수 있다. 주조 속도와 냉각 속도는, 용융된 알루미늄 합금(206)의 더 많은 도입은 그에 의해 추가 열을 초래하는 할 것이지만, 제3 구역(226)에 적용된 냉각수를 사용하여 열이 제거될 수 있기 때문에, 제1 구역(222) 내 온도에 영향을 미칠 수 있다. 주조 동안 적어도 제1 구역(222)의 온도 및 크기를 제어하기 위해 냉각 속도, 주조 속도, 및 강제 대류의 양 중 하나 이상을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 알루미늄 합금, 주조 캐비티 구성, 냉각 속도 등과 같은 주조/응고 공정의 동작 파라미터들에 따라, 제1 구역(222)에 걸친 온도 변화는 일부 실시예들에서 액상선 온도의 20% 미만일 수 있으며, 액상선 온도의 15% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 3% 미만, 또는 1% 미만일 수 있다. 예시적인 온도 변화는 액상선 온도의 0% 내지 20%일 수 있으며, 예컨대 0% 내지 20%, 0% 내지 15%, 0% 내지 10%, 0% 내지 5%, 0% 내지 3%, 0% 내지 1%, 1% 내지 20%, 1% 내지 15%, 1% 내지 10%, 1% 내지 5%, 1% 내지 3%, 3% 내지 20%, 3% 내지 15%, 3% 내지 10%, 3% 내지 5%, 5% 내지 20%, 5% 내지 15%, 5% 내 10%, 10% 내지 20%, 10% 내지 15%, 또는 15% 내지 20%일 수 있다.
적용된 합금 및 대류에 따라, 제1 구역(222) 내의 온도는 다양한 실시예들에 따르면, 660 ± 10℃, 650 ± 10℃, 640 ± 10℃, 630 ± 10℃, 620 ± 10℃, 610 ± 10℃, 600 ± 10℃, 590 ± 10℃, 580 ± 10℃, 570 ± 10℃, 560 ± 10℃, 550 ± 10℃, 540 ± 10℃, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도는 알루미늄 합금의 액상선 온도의 변화 내에서 유지될 수 있다. 변화는 일부 실시예들에서 액상선 온도의 2% 미만일 수 있으며, 액상선 온도의 1.5% 미만, 1.0% 미만, 0.5% 미만, 0.3% 미만, 또는 0.1% 미만일 수 있다.
제1 구역(222) 내의 온도가 알루미늄 합금의 액상선 온도 미만으로 유지되기 때문에, 제1 구역(222)은 더 이상 100% 용융된 또는 액체 알루미늄 합금인 액체 구역이 아닐 수 있으며, 머시 구역 또는 머시 구역의 일부로 간주될 수 있다. 시드 결정립들은, 도 2의 상부 삽입물에 도시된 바와 같이, 제1 구역(222)에 형성될 수 있다. 형성된 결정립들은 서로 접촉하지 않을 수 있으며 제1 구역(222)에서 액체 알루미늄 합금에 유동하거나, 부유하거나 아니면 현탁될 수 있다. 따라서, 제1 구역(222)은 액체 알루미늄 합금 및 시드 결정립들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 따라서 개별 결정립들이 형성되고 액체 알루미늄 합금 내부에서 비교적 쉽게 이동하는 도 1의 머시 구역(124)의 상부 영역(132)과 유사할 수 있다. 일부 경우에, 제1 구역(222) 내부의 결정립들의 밀도는 도 1의 머시 구역(124)의 상부 영역(132)에 비해 제1 구역(222)의 부피가 상당히 더 크게 주어지면 더 작을 수 있다.
결정립들이 점차 자라면서, 결정립들은 침전되어 제 2구역(224)을 형성할 수 있다. 제2 구역(224)은 도 1의 머시 구역(124)의 하부 영역(134)과 유사할 수 있으며, 여기에 결정립들은 도 2의 중간 삽입물에 도시된 바와 같이 접촉하기 시작하고 연속 네트워크를 형성할 수 있다. 제2 구역(224)의 온도는 예를 들어, 응집성 온도에서 고상선 온도까지의 범위일 수 있다.
강제 대류 없이, 결정립들은 랜덤 크기와 방향으로 확률적으로 성장할 수 있다. 그러나, 강제 대류를 도입합으로써, 제1 구역(222)에 형성된 결정립들의 크기, 형상 및/또는 침전은 제2 구역(224)의 결정립들의 크기 및/또는 형상이 도 1의 머시 구역(124)과 비교하여 변형될 수 있도록 제어될 수 있다. 변형된 결정립들, 특히 결정립들의 변형된 형상은, 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 침투성을 증가시킬 수 있으며 따라서 액체 알루미늄 합금을 제2 구역(224)의 결정립들의 네트워크의 틈새 공간으로 공급하는 데 필요한 헤드 압력을 감소시킬 수 있다. 필요한 헤드 압력의 감소는 필요한 압력을 가하는 것이 더 쉬울 수 있으므로 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 더욱 줄일 수 있다. 결과적으로, 제3 구역(226)의 고체 알루미늄 합금은 수축 다공성 특성을 실질적으로 나타내지 않으며 열간 균열의 양 또는 발생을 제한할 수 있다. 일부 실시예들에서, 열간 균열 또는 수축 다공성은 여전히 발생할 수 있지만, 결과적인 결함의 양은 강제 대류가 없는 주조 알루미늄 합금 제품에 비해 현저히 적을 수 있다. 구체적으로, 강제 대류 없이, 열간 균열이 발생할 때, 열간 균열 또는 이와 관련된 결함의 정도는 실행 가능한 처리 조치가 이러한 결함들을 제거하기에 충분하지 않을 수 있고 주조 잉곳은 완전히 폐기해야 할 수 있는 정도일 수 있다. 예를 들어, 강제 대류 없이, 열간 균열은 잉곳의 표면으로 전파되는 균열로 이어질 수 있으며, 이는 균열 내에서 산화를 일으켜 일부 응용 분야에서 잉곳을 사용할 수 없게 만들 수 있다. 이에 반해, 강제 대류가 도입될 경우, 열간 균열을 형성하는 경향은 열간 균열이 여전히 발생할 수 있다 하더라도 그와 관련된 결함들이 크기 및/또는 양이 더 적고 잉곳의 표면으로 전파되지 않을 정도로 감소될 수 있다. 또한, 존재하는 경우, 열간 균열과 관련된 결함들은 주조 잉곳을 폐기할 필요 없이 잉곳을 처리하는데 일반적으로 사용되는 후속 처리 동작 동안 제거되거나 감소될 수 있다. 다시 말해, 강제 대류를 사용함으로써, 주조 제품은 열간 균열로 인한 결함들을 포함하지 않거나 열간 균열로 인한 제한된 양의 결함들만 포함하여 주조 제품이 의도한 기능을 계속 수행하거나 이러한 결함들이 후속 공정에서 쉽게 제거될 수 있도록 할 수 있다.
도입된 강제 대류에 따라, 제1 구역(222)에 형성된 시드 결정립들의 평균 크기는 10㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 제3 구역(226)의 결정립들의 평균 크기는 다양한 실시예들에서 20㎛ 내지 150㎛ 범위일 수 있으며, 30㎛ 내지 150㎛, 40㎛ 내지 150㎛, 50㎛ 내지 150㎛, 60㎛ 내지 150㎛, 70㎛ 내지 150㎛, 80㎛ 내지 150㎛, 90㎛ 내지 150㎛, 100㎛ 내지 150㎛, 110㎛ 내지 150㎛, 120㎛ 내지 150㎛, 130㎛ 내지 150㎛, 140㎛ 내지 150㎛, 20㎛ 내지 140㎛, 30㎛ 내지 140㎛, 40㎛ 내지 140㎛, 50㎛ 내지 140㎛, 60㎛ 내지 140㎛, 70㎛ 내지 140㎛, 80㎛ 내지 140㎛, 90㎛ 내지 140㎛, 100㎛ 내지 140㎛, 110㎛ 내지 140㎛, 120㎛ 내지 140㎛, 130㎛ 내지 140㎛, 20㎛ 내지 130㎛, 30㎛ 내지 130㎛, 40㎛ 내지 130㎛, 50㎛ 내지 130㎛, 60㎛ 내지 130㎛, 70㎛ 내지 130㎛, 80㎛ 내지 130㎛, 90㎛ 내지 130㎛, 100㎛ 내지 130㎛, 110㎛ 내지 130㎛, 120㎛ 내지 130㎛, 30㎛ 내지 120㎛, 40㎛ 내지 120㎛, 50㎛ 내지 120㎛, 60㎛ 내지　120㎛, 70㎛ 내지 120㎛, 80㎛ 내지 120㎛, 90㎛ 내지 120㎛, 100㎛ 내지　120㎛, 110㎛ 내지 120㎛, 20㎛ 내지 110㎛, 30㎛ 내지 110㎛, 40㎛ 내지 110㎛, 50㎛ 내지 110㎛, 60㎛ 내지 110㎛, 70㎛ 내지 110㎛, 80㎛ 내지 110㎛, 90㎛ 내지 110㎛, 100㎛ 내지 110㎛, 20㎛ 내지 100㎛, 30㎛ 내지 100㎛, 40㎛ 내지 100㎛, 50㎛ 내지 100㎛, 60㎛ 내지 100㎛, 70㎛ 내지 100㎛, 80㎛ 내지 100㎛, 90㎛ 내지 100㎛, 20㎛ 내지 90㎛, 30㎛ 내지 90㎛, 40㎛ 내지 90㎛, 50㎛ 내지 90㎛, 60㎛ 내지 90㎛, 70㎛ 내지 90㎛, 80㎛ 내지 90㎛, 20㎛ 내지 80㎛, 30㎛ 내지 80㎛, 40㎛ 내지 80㎛, 50㎛ 내지 80㎛, 60㎛ 내지 80㎛, 70㎛ 내지 80㎛, 20㎛ 내지 70㎛, 30㎛ 내지 70㎛, 40㎛ 내지 70㎛, 50㎛ 내지 70㎛, 60㎛ 내지 70㎛, 20㎛ 내지 60㎛, 30㎛ 내지 60㎛, 40㎛ 내지 60㎛, 50㎛ 내지 60㎛, 20㎛ 내지 50㎛, 30㎛ 내지 50㎛, 40㎛ 내지 50㎛, 20㎛ 내지 40㎛, 30㎛ 내지 40㎛, 또는 20㎛ 내지 30㎛ 범위일 수 있다. 고체 알루미늄 합금의 제3 구역(226)의 평균 결정립 크기는 일반적으로 제2 구역(224)의 평균 결정립 크기보다 클 수 있으며, 이는 일반적으로 제1 구역(222)의 평균 시드 결정립 크기보다 클 수 있다. 그러나, 제3 구역(226)의 평균 결정립 크기는 강제 규칙(예를 들어, 동일한 합금의 경우, 주조 속도, 냉각 속도 등)이 적용되지 않는 도 1의 고체 구역(126)의 평균 결정립 크기와 비교하여 더 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 구역(226)의 평균 결정립 크기는 강제 대류가 구현되지 않은 주조 알루미늄 합금 제품의 평균 결정립 크기가 예를 들어 120㎛ 내지 250㎛ 범위일 수 있기 때문에 고체 구역(126)의 평균 결정립 크기에 비해 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% 이상 감소될 수 있다. 결정립 크기의 전반적인 감소는 주조 알루미늄 합금 제품의 냉각 및/또는 후속 처리 중 균열 경향을 감소시킬 수 있다. 그러나, 더 감소된 결정립 크기는 특정 조건 하에서 제2 구역(224)의 침투성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 강제 대류는 평균 결정립 크기가 20㎛ 미만이 되지 않도록 제어될 수 있다.
감소된 결정립 크기로 인한 감소된 투과성은 고체의 충전층을 통한 유체 흐름과 관련된 압력 강하 또는 충전층에 침투하기 위해 필요한 압력 증가를 설명하는 코제니-칼만(Kozeny-Carman) 방정식을 사용하여 설명될 수 있다. 코제니-칼만 방정식의 일반화된 형태는 다음과 같이 표현된다:
Figure pct00001
Figure pct00002
여기서, Δp는 압력 강하를 나타내고, L은 베드의 길이(높이)를 나타내고, μ는 공급 유체의 점도를 나타내고,
Figure pct00003
s는 매질의 구형도를 나타내고, Dp는 결정립(입자) 직경을 나타내고, ε는 베드의 다공성(공극률)을 나타내고, Vs는 표면 속도를 나타낸다. 코제니-칼만 방정식에 기초하여, 입자 직경의 감소와 상관관계가 있는 결정립 크기의 감소는 제2 구역(224)에 침투하는 데 필요한 압력의 증가를 초래할 것이다. 달리 말해서, 결정립 크기의 감소는 침투성의 감소와 상관관계가 있으며, 결과적으로 열간 인열 감도의 증가와 상관관계가 있다.
의외로, 결정립 크기의 감소에도 불구하고, 응고 중에 강제 대류가 사용될 때 실제로 열간 인열이나 수축 다공성이 발생하는 경향이 감소되었다. 추가 조사 시, 결정립 모폴러지의 변화는 열간 인열 경향을 줄이는 데 중요한 요소가 될 수 있다.
감소된 결정립 크기 외에도, 결정립들의 형상은 강제 대류에 의해 변형될 수도 있다. 강제 대류 없이, 결정립 구조는 수지상 또는 나무 형태일 수 있다. 그러나, 강제 대류를 도입함으로써, 결정립 구조는 도 2의 하부 삽입물에 도시된 바와 같이 수지상 구조에서 보다 구형 또는 원형 구조로 변형될 수 있다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 강제 대류가 시드 결정립들 주위의 액체를 이동시킬 수 있고 따라서 시드 결정립들 주위에서 보다 균일한 및/또는 구형 성장을 촉진할 수 있기 때문에 보다 구형 또는 원형 결정립 구조가 형성될 수 있다.
도 4는 강제 대류가 있는 상태에서 주조되고 없는 상태에서 주조된 샘플 주조 알루미늄 합금 제품들에 형성된 결정립들의 진원도 측정치들을 예시한다. 이 실시예에서, 결정립 진원도는 아래의 방정식을 사용하여 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00004
여기서, 면적은 샘플의 결정립 면적을 나타내며, 둘레는 결정립의 둘레를 나타낸다. 진원도 값은 0 내지 1의 범위에 있으며, 원은 진원도 값 1을 갖는다.
강제 대류가 있는 샘플과 없는 샘플 간의 비교를 위해 진원도가 계산되지만, 강제 대류의 영향을 평가하기 위해 구형도와 같은 기타 유사한 모폴러지 특성들이 결정될 수 있을 때 유사한 경향이 관찰될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 강제 대류가 이용될 때, 강제 대류를 사용하지 않고 생성된 샘플에 비해 샘플에서 결정립들의 진원도가 증가한다. 달리 말하면, 강제 대류가 사용될 때, 결정립 진원도 또는 구형도가 향상될 수 있다. 향상된 결정립 진원도 및/또는 구형도는 시스템이 냉각됨에 따라 결정립들 사이의 틈새 공간을 채우도록 액체 알루미늄 합금에 대한 결정립들의 네트워크의 투과성을 유리하게 향상시킬 수 있으며, 따라서 열간 인열 또는 수축 다공성이 발생하는 경향을 감소시킬 수 있다. 어떠한 특정 이론에도 얽매이지 않고, 보다 원형 또는 구형 결정립 구조가 알루미늄 합금 결정립들의 연결된 네트워크에서 틈새 공간을 채우기 위해 결정립들을 통해 그리고 결정립들 주위로 이동하는 액체 알루미늄 합금에 대해 보다 간단하고 덜 구불구불한 경로를 제공할 수 있기 때문에 침투성이 향상될 수 있다.
강제 대류에 사용된 합금 및 메커니즘에 따라, 형성된 알루미늄 합금 제품에서 결정립들의 평균 진원도는 일부 실시예들에서 0.5 내지 1의 범위일 수 있으며, 다양한 실시예들에서 0.55 내지 1, 0.6 내지 1, 0.65 내지 1, 0.7 내지 1, 0.75 내지 1, 0.8 내지 1, 0.85 내지 1, 0.9 내지 1, 또는 0.95 내지 1 범위일 수 있다. 다른 예시적인 진원도 범위들은 0.55 내지 0.6, 0.55 내지 0.65, 0.55 내지 0.7, 0.55 내지 0.75, 0.55 내지 0.8, 0.55 내지 0.9, 0.55 내지 0.95, 0.6 내지 0.65, 0.6 내지 0.7, 0.6 내지 0.75, 0.6 내지 0.8, 0.6 내지 0.9, 0.6 내지 0.95, 0.65 내지 0.7, 0.65 내지 0.75, 0.65 내지 0.8, 0.65 내지 0.9, 0.65 내지 0.95, 0.7 내지 0.75, 0.7 내지 0.8, 0.7 내지 0.9, 0.7 내지 0.95, 0.75 내지 0.8, 0.75 내지 0.85, 0.75 내지 0.9, 0.8 내지 0.85, 0.8 내지 0.9, 0.8 내지 0.95, 0.85 내지 0.9, 0.85 내지 0.95, 또는 0.9 내지 0.95를 포함한다.
유사한 조건이지만 강제 대류 없는 조건 하에서 주조된 알루미늄 합금 제품과 비교하여, 강제 대류를 사용하여 형성된 알루미늄 합금 제품의 결정립 진원도는 적어도 0.05, 적어도 0.1, 적어도 0.15, 적어도 0.2, 적어도 0.25, 적어도 0.3, 적어도 0.35, 적어도 0.4, 적어도 0.45, 적어도 0.5, 적어도 0.6, 적어도 0.7, 적어도 0.8, 또는 그 이상으로 증가될 수 있다. 일반적으로, 강제 대류가 적용되지 않는 경우, 상대적으로 높은 함량/양의 합금 원소(들)를 갖는 알루미늄 합금으로 주조되는 알루미늄 합금 제품은 일반적으로 상대적으로 낮은 함량/양의 합금 원소(들)를 갖는 알루미늄 합금으로 형성된 알루미늄 합금 제품보다 낮은 결정립 진원도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 많은 양의 합금 원소(예를 들어, 7 내지 12% 실리콘)를 포함할 수 있는 4xxx 시리즈 알루미늄 합금으로 주조된 알루미늄 합금 제품의 결정립 진원도는 강제 대류 없이 약 0.2일 수 있고; 중간 정도 양의 합금 요소들(예를 들어, 3 내지 5% 마그네슘)을 포함할 수 있는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금으로 주조된 알루미늄 합금의 결정립 진원도는 강제 대류 없이 약 0.3 내지 0.4일 수 있으며; 상대적으로 적은 양(예를 들어, < 2%)의 다양한 합금 요소들을 포함할 수 있는 6xxx 시리즈 알루미늄 합금으로 주조된 알루미늄 합금 제품의 결정립 진원도는 강제 대류 없이 약 0.5일 수 있다. 주조 동안 본원에 설명된 강제 대류를 적용함으로써, 결정립 진원도의 증가는 알루미늄 합금이 합금 원소의 함량/양을 상대적으로 높거나 낮게 포함하는지 여부가 획득될 수 있으며, 0.5 내지 1, 0.55 내지 1, 0.6 내지 1, 0.65 내지 1, 0.7 내지 1, 0.75 내지 1, 0.8 내지 1, 0.85 내지 1, 0.9 내지 1, 또는 0.95 내지 1의 결과적인 결정립 진원도가 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 주조 공정 중 강제 대류에 의해 얻어진 알루미늄 합금 제품의 결정립 진원도 대 강제 대류 없이 그러나 동일한 알루미늄 합금을 사용하여 얻어진 다른 알루미늄 합금 제품의 결정립 진원도의 비는 5:1 내지 1.1:1 범위일 수 있으며, 4.5:1 내지 1.1:1, 4:1 내지 1.1:1, 3.5:1 내지 1.1:1, 3:1 내지 1.1:1, 2.5:1 내지 1.1:1, 2:1 내지 1.1:1, 1.5:1 내지 1.1:1, 5:1 내지 1.5:1, 4.5:1 내지 1.5:1, 4:1 내지 1.5:1, 3.5:1 내지 1.5:1, 3:1 내지 1.5:1, 2.5:1 내지 1.5:1, 2:1 내지 1.5:1, 5:1 내지 2:1, 4.5:1 내지 2:1, 4:1 내지 2:1, 3.5:1 내지 2:1, 3:1 내지 2:1, 2.5:1 내지 2:1, 5:1 내지 2.5:1, 4.5:1 내지 2.5:1, 4:1 내지 2.5:1, 3.5:1 내지 2.5:1, 3:1 내지 2.5:1, 5:1 내지 3:1, 4.5:1 내지 3:1, 4:1 내지 3:1, 3.5:1 내지 3:1, 5:1 내지 3.5:1, 4.5:1 내지 3.5:1, 4:1 내지 3.5:1, 5:1 내지 4:1, 4.5:1 내지 4:1, 또는 5:1 내지 4.5:1 범위일 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 구역(222)의 온도는 여전히 상단 영역에서 하단 영역까지 변할 수 있다. 그러나, 온도의 변화는 강제 대류에 의해 10℃ 미만, 5℃ 미만, 3℃ 미만, 1℃ 미만으로 또는 0℃만큼 작게 제어될 수 있다. 따라서, 강제 대류를 사용함으로써, 제1 구역(222)에 걸친 온도 변화는 일부 실시예들에서 강제 대류가 적용되지 않을 때 온도 변화의 50% 미만일 수 있거나, 다양한 실시예들에서 강제 대류가 적용되지 않을 때 온도 변화의 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 3% 미만, 또는 1% 미만일 수 있다.
강제 대류에 대한 여러 메커니즘이 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대류는 예를 들어, 도 1에 도시된 제1 구역(222)에서 내용물을 교반함으로써 강제될 수 있다. 임의의 적절한 교반 메커니즘이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 초음파 교반기가 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 주조 시스템은 제1 구역(222)에서 액체 알루미늄 합금 및 시드 결정립들을 교반하기 위해 초음파 발생 트랜스듀서와 같은 빌트 인 초음파 발생기로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 초음파 프로브와 같은 외부 초음파 발생기는 액체 알루미늄 합금 및 시드 결정립들을 교반하기 위해 제1 구역(222)으로 하강될 수 있다. 초음파 교반기의 적절한 주파수를 선택함으로써, 상기 설명된 바와 같은 원하는 온도 지점 또는 온도 범위가 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 초음파 교반기의 선택된 주파수는 20 kHz 내지 30 kHz 범위일 수 있다.
일부 실시예들에서, 빌트 인이든 외부든 패들 또는 프로펠러와 같은 기계식 교반기가 이용될 수 있다. 패들 또는 프로펠러는 고온을 견딜 수 있으며 따라서 주조 제품에 유입될 수 있는 불순물의 양을 제한할 수 있는 재료를 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 패들 또는 프로펠러는 알루미늄 합금 및/또는 주조 조건에 따라 몇 시간 동안 상대적으로 높은 온도에 노출될 수 있다. 그러나, 상기에 논의된 바와 같이, 패들 또는 프로펠러가 교반 중에 받을 수 있는 온도는 알루미늄 합금의 액상선 온도보다 낮을 수 있다. 이와 같이, 패들 또는 프로펠러에 대한 열 요구사항은 용해로 내화재에 대한 요구사항보다 덜 엄격할 수 있으며, 이는 장기간 동안 더 높은 온도(예를 들어, 액상선 온도 이상의 과열로 인함)를 경험할 수 있다. 패들 또는 프로펠러를 만들거나 다른 재료로 만든 패들 또는 프로펠러를 코팅하기 위한 예시적인 재료는 알루미늄 합금에 따라 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 흑연 및 기타 다양한 내화재를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패들 또는 프로펠러는 패들 또는 프로펠러의 수명을 향상시킬 수 있는 질화 붕소와 같은 비습윤 화합물로 코팅될 수 있다.
일부 실시예들에서, 교반기를 사용하는 대신, 주조 시스템은 액체 알루미늄 합금 및 그 안에 함유된 시드 결정립들을 제1 구역(222)의 하부 영역으로부터 제1 구역(222)의 상부 영역으로 펌핑하도록 구성된 펌핑 시스템으로 구성될 수 있다. 펌핑된 액체 알루미늄 합금 및 그 안에 함유된 시드 결정립들은 제1 구역(222)으로 직접 다시 펌핑될 수 있거나 제1 구역(222)으로 펌핑되기 전에 추가의 용융된 알루미늄 합금과 혼합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템은 액체 알루미늄 합금 및 그에 함유된 시드 결정립들을 수송하는 데 사용된 하나 이상의 루프들을 포함할 수 있다. 2015년 5월 21일자에 출원된, 미국 출원 번호 제14/719,050호에 적절한 용융된 금속 펌프들이 설명되며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 일부 실시예들에서, 2017년 3월 24일자로 제출된 미국 출원 번호 제15/468,285호에 설명된 바와 같이, 제1 구역(222) 내에서 강제 대류를 적용하기 위해 액체 금속 제트가 사용될 수 있다.
실시예들에서, 강제 대류는 제1 구역(222)의 원하는 온도 또는 온도 변화와 제3 구역(226)의 (타겟 재료 속성과 같은) 특성들을 달성하기 위해 제어될 수 있다. 타겟 재료 속성은 다공성, 평균 결정립 크기, 결정립 진원도 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강제 대류는 예컨대 패들의 속도, 프로펠러, 펌핑 속도, 초음파 교반 주파수 또는 강도, 제트 방향, 또는 제1 구역(222) 내의 강제 대류에 사용되는 기타 유사한 기술을 수정함으로써 제1 구역(222)에서 혼합 속도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 일부 경우에, 주조 캐비티로 들어가는 용융된 알루미늄 합금(206)의 유량 및/또는 온도가 또한 또는 대안으로 강제 대류 속도를 제어하거나 수정하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 주조 방법은 강제 대류 속도를 제어하는 단계를 명시적으로 포함할 수 있다.
강제 대류를 위한 다양한 메커니즘들이 예시와 설명을 목적으로만 설명되며 완전하거나 제한하려는 것은 아니다. 대류를 강제하기 위해 임의의 다른 적절한 메커니즘들 또는 기술들이 사용될 수 있다. 향상된 결정립 진원도 및 감소된 열간 인열 경향을 위한 방법이 도 2에 도시된 DC 주조 공정을 참조하여 설명되어 있지만, 본원에 설명된 방법들은 임의의 적합한 주조 방법에 적용될 수 있으며, 그 중 일부는 위에 설명되어 있다.
또한, 향상된 결정립 진원도 및/또는 감소된 열간 균열은 강제 대류에 의해 달성될 수 있기 때문에, 본원에 설명된 방법들은 열간 균열의 경향을 증가시키지 않으면서 냉각 속도의 더 넓은 창을 구현하도록 할 수 있다. 예를 들어, DC 주조의 경우에, 1℃/초 내지 10℃/초의 냉각 속도가 선택적으로 구현될 수 있다. 주조 잉곳의 치수에 따라, 냉각 속도는 1℃/초 내지 10℃/초, 2℃/초 내지 10℃/초, 3℃/초 내지 10℃/초, 4℃/초 내지10℃/초, 5℃/초 내지 10℃/초, 6℃/초 내지 10℃/초, 7℃/초 내지 10℃/초, 8℃/초 내지 10℃/초, 9℃/초 내지 10℃/초, 1℃/초 내지 9℃/초, 2℃/초 내지 9℃/초, 3℃/초 내지 9℃/초, 4℃/초 내지 9℃/초, 5℃/초 내지 9℃/초, 6℃/초 내지 9℃/초, 7℃/초 내지 9℃/초, 8℃/초 내지 9℃/초, 1℃/초 내지 8℃/초, 2℃/초 내지 8℃/초, 3℃/초 내지 8℃/초, 4℃/초 내지 8℃/초, 5℃/초 내지 8℃/초, 6℃/초 내 8℃/초, 7℃/초 내지 8℃/초, 1℃/초 내지 7℃/초, 2℃/초 내지 7℃/초, 3℃/초 내지 7℃/초, 4℃/초 내지 7℃/초, 5℃/초 내지 7℃/초, 6℃/초 내지 7℃/초, 1℃/초 내지 6℃/초, 2℃/초 내지 6℃/초, 3℃/초 내지 6℃/초, 4℃/초 내지 6℃/초, 5℃/초 내지 6℃/초, 1℃/초 내지 5℃/초, 2℃/초 내지 5℃/초, 3℃/초 내지 5℃/초, 4℃/초 내지 5℃/초, 1℃/초 내지 4℃/초, 2℃/초 내지 4℃/초, 3℃/초 내지 4℃/초, 1℃/초 내지 3℃/초, 2℃/초 내지 3℃/초, 또는 1℃/초 내지 2℃/초 범위일 수 있다.
빌렛 주조의 경우, 10℃/초 내지 100℃/초이 냉각 속도가 선택적으로 구현될 수 있다. 형성될 빌렛의 크기(예를 들어, 직경)에 따라, 냉각 속도는 10℃/초 내지 100℃/초, 20℃/초 내지 100℃/초, 30℃/초 내지 100℃/초, 40℃/초 내지 100℃/초, 50℃/초 내지 100℃/초, 60℃/초 내지 100℃/초, 70℃/초 내지 100℃/초, 80℃/초 내지 100℃/초, 90℃/초 내지 100℃/초, 10℃/초 내지 90℃/초, 20℃/초 내지 90℃/초, 30℃/초 내지 90℃/초, 40℃/초 내지 90℃/초, 50℃/초 내지 90℃/초, 60℃/초 내지 90℃/초, 70℃/초 내지 90℃/초, 80℃/초 내지 90℃/초, 10℃/초 내지 80℃/초, 20℃/초 내지80℃/초, 30℃/초 내지 80℃/초, 40℃/초 내지 80℃/초, 50℃/초 내지 80℃/초, 60℃/초 내지 80℃/초, 70℃/초 내지 80℃/초, 10℃/초 내지 70℃/초, 20℃/초 내지 70℃/초, 30℃/초 내지 70℃/초, 40℃/초 내지 70℃/초, 50℃/초 내지 70℃/초, 60℃/초 내지 70℃/초, 10℃/초 내지 60℃/초, 20℃/초 내지 60℃/초, 30℃/초 내지 60℃/초, 40℃/초 내지 60℃/초, 50℃/초 내지 60℃/초, 10℃/초 내지 50℃/초, 20℃/초 내지 50℃/초, 30℃/초 내지 50℃/초, 40℃/초 내지 50℃/초, 10℃/초 내지 40℃/초, 20℃/초 내지 40℃/초, 30℃/초 내지 40℃/초, 10℃/초 내지 30℃/초, 20℃/초 내지 30℃/초, 또는 10℃/초 내지 20℃/초 범위일 수 있다.
예를 들어 내용이 모든 목적을 위해 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 미국 특허 번호 제8,662,145호에 설명된 바와 같이, 두 대향 표면들 사이의 주조와 같은 연속 주조의 경우, 100℃/초 내지 800℃/초의 냉각 속도가 선택적으로 구현될 수 있다. 형성된 슬래브의 두께에 따라, 냉각 속도는 100℃/초 내지 800℃/초, 200℃/초 내지 800℃/초, 300℃/초 내지 800℃/초, 400℃/초 내지 800℃/초, 500℃/초 내지 800℃/초, 600℃/초 내지 800℃/초, 700℃/초 내지 800℃/초, 100℃/초 내지 700℃/초, 200℃/초 내지 700℃/초, 300℃/초 내지 700℃/초, 400℃/초 내지 700℃/초, 500℃/초 내지 700℃/초, 600℃/초 내지 700℃/초, 100℃/초 내지 600℃/초, 200℃/초 내지 600℃/초, 300℃/초 내지 600℃/초, 400℃/초 내지 600℃/초, 500℃/초 내지 600℃/초, 100℃/초 내지 500℃/초, 200℃/초 내지 500℃/초, 300℃/초 내지 500℃/초, 400℃/초 내지 500℃/초, 100℃/초 내지 400℃/초, 200℃/초 내지 400℃/초, 300℃/초 내지 400℃/초, 100℃/초 내지 300℃/초, 200℃/초 내지 300℃/초, 또는 100℃/초 내지 200℃/초 범위일 수 있다.
강제 대류를 도입함으로써, 실시예들에서, 0.55 내지 1과 같은 0.5 이상의 결정립 진원도가 얻어질 수 있지만, 상이한 주조 방법들에 대해 위에 열거된 범위 내의 임의의 냉각 속도는 열간 균열의 경향을 증가시키지 않고 구현될 수 있다.
개시된 알루미늄 합금 제품을 사용하는 방법
본원에 설명된 알루미늄 합금 제품들은 항공기 및 철도 어플리케이션들을 포함하여, 자동차 어플리케이션들 및 기타 운송 어플리케이션들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품들은 범퍼, 측면 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필라(pillar) 보강재(예를 들어, A-필라, B-필라 및 C-필라), 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드(trunk lid) 패널과 같은, 자동차 구조 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본원에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 예를 들어, 외부 및 내부 패널들을 제조하기 위해 항공기 또는 철도 차량 어플리케이션들에도 사용될 수 있다.
본원에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 전자 응용 분야들에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하여, 전자 장치용 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 알루미늄 합금 제품들은 휴대폰(예를 들어, 스마트 폰), 태블릿 하단 섀시 및 기타 휴대용 전자 제품의 외부 케이싱을 위한 하우징을 준비하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 양태들은 하기 비제한적인 실시예들을 참조하여 더 이해될 수 있다.
예 1
코제니-칼만 관계는 구조 파라미터들을 사용하여 다공성 구조의 침투성을 설명하는 널리 알려진 분석 모델이다. 이 모델은 DC 주조 시뮬레이션 및 설명에 적용되여 머시 영역의 열간 인열 민감도를 설명할 수 있다. 종종, 코제니-칼만 표현에 사용된 구조 파라미터들은 얻기 어려우며 다양한 주조 조건에 대해 균일한 값이 적용된다. 그러나, 다른 모든 주조 조건이 동일한 용융 풀 내 유체 흐름의 변화는 미세 구조, 및 이에 따른 머시 영역의 침투성을 크게 변경할 수 있다. 이 예는 표준 DC 주조 설정을 사용하여 수행된 일련의 교반 실험 세트를 설명하며, 이는 주조 알루미늄 제품의 열간 균열 민감도를 감소시키는 데 있어 결정립 크기뿐만 아니라 결정립 모폴러지의 상대적 중요성을 보여준다.
응고 중에, 금속 합금들은 열수축과 응고 수축 둘 다로 인해 변형을 겪는다. 이 변형이 같은 양의 액상 흐름으로 보상되지 않으면, 기상이 응집될 수 없는 경우 액체 압력이 음의 값으로 떨어질 수 있다. 고체 결정립들이 너무 촘촘하게 채워지지 않으면, 이 압력은 고체 결정립들의 재배열을 유도할 수 있다. 따라서, 결정립들 사이에 공급되는 액상의 능력과 머시 영역 내에서 수축하는 고체 골격의 능력은 액체 내의 최대 압력 강하를 결정한다. 이 액체 압력이 주어진 "캐비테이션 압력" 아래로 떨어지면, 보이드가 형성되고 열간 인열이 생길 수 있다. 열간 인열은 응집성 고체의 열 변형 및 불충분한 액체 공급의 결과로 형성되는 결정립간 결함이다. 그 결정립간 특성은 응고 과정의 후기 단계까지 희석 합금의 결정립 경계에 남아 있는 얇은 액체 필름의 존재와 관련이 있다. 이러한 필름은 응집성 고체에 의해 유도 및 전달되는 기계적 인장 및 전단 변형을 견딜 수 없으므로, 취성 상으로 작용한다. 결과적으로, "습윤된" 결정립 경계의 국소적인 변형은 머시 영역의 매우 낮은 침투성으로 인해 액체 공급에 의해서는 더 이상 보상될 수 없다.
실험. 14인치 직경의 Wagstaff AIRSLIPTM 몰드를 사용하여 표 1의 화학 물질을 사용하여 AA6061 빌렛을 주조했다. 실험 설정의 컴퓨터 렌더링은 도 5에 표현된다. 빌렛은 표준 방법(교반하지 않음)으로 주조되었고 표준 주조와 강제 대류 사이의 미세 구조 특성 및 열간 균열 성능을 비교하기 위해 강제 대류를 도입하기 위해 교반을 사용하여 별도의 주조에서 동일한 속도로 반복되었다. 강제 대류가 주조에 도입되었을 때, 0.3m의 주조 길이에서 교반기가 몰드로 하강되었으며; 교반기의 바닥이 트로프 금속 레벨 아래 9인치가 되도록 교반기를 침수시켰다. 교반기는 금속이 빌렛의 벽을 중심으로 원형 경로로 흐르도록 하는 방식으로 구성되었다. 교반기의 위치는 현재 조사에서 실험적인 빌렛 주조 시스템에 대해 구성되었다.
분석에 사용된 AA6061 빌렛 화학 물질
원소 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Na Ca
중량% 0.68 0.27 0.27 0.007 1.06 0.07 0.003 0.006 0.0005 0.0008
주조 속도는 빌렛이 몰드 아래에 배치된 초음파 프로브를 사용하여 식별된 열간 균열이 발생할 때까지 표준 및 교반 주조의 모든 세트와 함께 증가했다. 주조가 성공적으로 시작되었음을 보장하는 것을 돕기 위해 주조 시작 시 소량의 결정립 리파이너가 추가되었다으며; 이 시점 이후에는 결정립 리파이너를 더 이상 금속에 추가하지 않았다.
트로프에서 몰드로의 금속 흐름은 1.5에서 주조 중간에 일시적으로 중단되었고 3파운드의 미리 용융된 Al-6.8Zn이 6061 금속 흐름 대신 트로프에 추가되었다. 고농도 아연 재료가 주조 중간의 빌릿에 추가되어 주조 후 매크로-에칭으로 빌렛의 섬프 모양을 강조하여 머시 구역을 분석할 수 있었다.
표준 설정(교반 없음)을 사용하여 72mm/분의 속도로 주조된 빌렛과 교반된 빌렛이 분석을 위해 선택되었다. 빌렛은 직경을 따라 절단되었고 Zn 섬프 라인을 강조하기 위해 삼중산 에칭을 사용하여 매크로-에칭되었다. 샘플은 주조 표면과 강조 표시된 Zn 섬프 라인에서 4인치 떨어진 교차점에서 빌렛 단면에서 채취되었으며 미세 구조 분석을 위해 연마되었다.
머시 구역에서 Zn의 침투 거리를 결정하기 위해, Hitachi SU1510 SEM(주사형 전자현미경)을 이용한 EDS 분석은 섬프 라인에 수직인 축을 따라 수행되어 저 Zn 농도의 영역에서 고 Zn 농도의 영역까지의 거리를 구했다. 섬프 라인을 따라 위치에서 시작하여, 0.8mm x 0.5mm EDS 영역 스캔이 완료되었다. 0.5mm 단위로, 영역 스캔은 고 Zn 농도 영역(~5% Zn)과 저 Zn 영역(~0% Zn)이 측정될 때까지 수행되었으며, 두 농도 영역 사이의 길이는 침투 거리로 정의된다. 이 과정은 대표적인 침투 거리를 달성하기 위해 총 5번의 스캔에 대해 0.8mm 간격의 라인 단위로 반복되었다. SEM 이미지들의 위치 및 간격의 레이아웃이 있는 샘플의 도면이 도 6에 도시되어 있다.
각 샘플의 모폴러지 및 구형도를 이해하기 위해, Aztec EBSD(전자 후방 산란 회절) 소프트웨어를 사용했다. 이미지 처리 소프트웨어인, ImageJ를 사용하여 EBSD 이미지에서 결정립 둘레와 결정립 면적을 결정했다. 바커의 시약을 사용하여 샘플을 에칭하고 에칭된 결정립 이미지에서 평균 결정립 크기를 측정했다. 진원도는 방정식 (1)에 정의된 결정립 면적과 둘레를 사용하여 계산되었다. 진원도 값이 1.0이면 완전한 원을 나타내며, 진원도가 0.0에 가까울수록 형상이 점점 길어진다.
Figure pct00005
(1)
결과. 실험적 미세구조 결과의 요약은 아래 표 2에 제시되어 있다. 교반된 빌레의 균열 없는 최대 속도는 표준 빌렛의 속도보다 25% 더 높다. 교반된 빌렛은 또한 상당한 결정립 미세화를 나타내며, 평균 결정립 크기를 표준 경우보다 57% 줄였다. 동시에, 교반된 빌렛의 결정립은 표준 빌렛의 결정립보다 더 원형이었다. 3차원 결정립에 대한 적절한 측정은 구형이어야 하며, 2-D 현미경 사진을 촬영하여 측정을 "진원도"로 조정했음이 공인된다.
두 빌렛에 대한 주조 속도 및 미세 구조 파라미터들의 요약
표준 빌렛 교반된 빌렛
최대 주조 속도 75 ㎜/분 100 ㎜분
평균 결정립 크기 223 ㎛ 95 ㎛
평균 결정립 진원도 .49 .57
실험 섹션에서 설명된 섬프 라인에 수직인 EDS 영역 스캔에 의해 측정된 Zn 값이 도 7에 도시되어 있다. 그래프의 각 Zn 농도 값은 지정된 거리에서 5회 EDS 측정치들의 평균을 나타낸다. 여기에 도시된 바와 같이, 아연 침투 깊이는 표준 빌렛보다 교반된 빌렛의 경우 대략 60% 더 높다.
결정립 이미지들은 평균 결정립 크기를 결정하는 데 사용되었다. 도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 광학 현미경 및 EBSD를 사용하여 촬영된 대표적인 결정립 이미지들을 도시한다. 도 8a 및 도 8c는 표준 빌렛을 나타내는 반면, 도 8b 및 도 8d는 교반된 빌렛을 나타낸다. 도 8a 및 도 8c는 바커의 시약을 사용하여 생성된 광학 현미경 사진들이다. 도 8b 및 도 8d는 EBSD 맵이다. 이러한 이미지들은 교반된 빌렛과 관련된 명백한 결정립 미세화뿐만 아니라 결정립 모폴러지의 약간의 변화를 나타낸다. 결정립 면적 및 둘레 결과는 결정립들의 진원도를 계산하는 데 사용되었으며, 그 결과는 도 9a 및 도 9b에 도시되어 있다.
논의. 관찰된 한 가지는 머시 구역으로의 아연 침투가 증가한다는 것이다. 공융 형성 요소에 의한 침투는 덴드라이트들을 국소적으로 용융시켜 인위적으로 침투 거리를 증가시킬 수 있다. 이는 저융점 공융의 형성이 합금 함량의 함수이기 때문에 다양한 합금의 열간 균열 민감도에 대한 조사와 특히 관련이 있다. 이 예에서 설명된 실험의 경우에, 합금 조성물은 일정하게 유지되었고, 따라서 아연 침투로 인한 재용융 또는 증가된 침투율은 두 경우 모두 동일할 것이다.
응고 합금의 머시 구역이 매질의 충전층으로 처리될 수 있으므로, 코제니-칼만 관계(방정식(2))이 사용될 수 있다.
Figure pct00006
(2)
층류의 경우(일반적으로 수지상간 공급의 경우)에 유효하며, 관계는 고형물 층을 통한 흐름과 관련된 압력 강하와 관련이 있다. 이 표현에서, Δp는 압력 강하이고, L은 베드의 길이(높이)이고, μ는 공급 유체의 점도이고,
Figure pct00007
s는 매질의 구형도이고, Dp는 결정립(입자) 직경이고, ε는 베드의 다공성(공극률)이고, Vs는 표면 속도이다. 이 예는 상업용 알루미늄 합금이 일반적으로 결정립이 미세화되어 등축 미세구조를 나타내기 때문에 길이 파라미터로 덴드라이트 암 간격(DAS) 대신 결정립 크기를 사용한다. 공급에 사용할 수 있는 압력은 섬프 내의 금속정압 헤드에 의해 제공되므로, 사용 가능한 흐름 거리는 매체 크기 및 모양의 함수가 된다. DC 주조의 경우, 이는 머시 구역 내의 공급 거리가 주로 머시 구역 내 결정립들의 크기와 형상의 함수라는 것을 의미한다.
두 빌렛들이 등축 결정립들을 생성했다면, 코제니-칼만 방정식(방정식 (2))에 대한 국소적인 길이 파라미터는 상대 결정립 크기여야 한다. 결정립 크기에 대한 역 제곱 관계로, 더 미세한 결정립의 교반된 빌렛은 더 거친 결정립의 쌍정보다 침투성이 낮아야 한다. 결정립들의 상대적인 형상 요인이 이러한 외관상 불일치에 책임이 있을 수 있다. 결정립 크기 또는 덴드라이트 암 간격은 미세구조 컴포넌트들을 침투성과 관련시키는 간단한 관계이지만, 유일한 레버는 아니다. 방정식(2)에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 두 개의 길이 스케일 파라미터들인, 결정립 크기(Dp) 및 구형도(
Figure pct00008
s)가 있다. 교반을 추가하면, 결정립들의 구형도가 현저하게 증가하는 것으로 관찰되었다. 역 제곱 관계로 인해, 구형도의 작은 변화라도 침투율의 급격한 변화로 이어질 수 있다. 비-덴드라이트 결정립들의 경우, 높은 구형도는 결정립들 사이의 액체 퍼콜레이션 경로가 훨씬 더 직접적이기 때문에 단순한 결정립 미세화를 넘어 침투성의 증가로 이어질 가능성이 높다.
아마도 가장 주목할 만한 것은 교반된 빌렛에서 달성할 수 있는 주조 속도의 상당한 증가일 것이다. 열간 균열 경향이 더 높은 주조 속도를 제한하는 경향이 있기 때문에, 이러한 결과는 매우 고무적이다. 고도로 정제된 주조된 미세구조(223㎛ 대 95㎛ 결정립 크기)는 이러한 강도 증가의 주된 요인일 수 있는 가능성이 있다. 앞서 언급되고 전제 열역학 모델에 의해 설명된 바와 같이, 결정립 경계 에너지와 고체-액체 계면 에너지 사이의 비는 "인력" 또는 "척력" 표면 에너지 균형에 의해 구동되는 액막의 두께를 결정할 수 있다. 이는 모든 결정립 경계들이 액체가 아니라, 일부만이라는 것을 의미한다. 이는 기공, 보이드 또는 인열이 머시 구역 전반에 걸쳐 소수의 비국소적인 영역 내에서 응집될 수 있음을 의미한다. 미세구조가 개선됨에 따라, 보이드 핵 생성 이벤트에 대해 극복해야 하는 필요한 곡률 또는 "과압"이 극적으로 증가하여 인열을 생성하는 데 필요한 응력이 증가한다. 결론. 교반기의 추가를 통해, 주조 시 발생되는 대류가 열간 균열의 감소로 이어지는 것으로 나타났다. 이러한 감소는 상당한 결정립 미세화 외에도, 반고체 머쉬에 의해 나타낸 증가된 침투성으로 인한 것으로 여겨진다. 대류가 미세구조를 개선할 수 있지만, 증가된 침투성은 결정립(결정립 외피)의 모폴러지가 보다 구형(공 모양)으로 변화하기 때문일 수 있다. 이러한 모폴러지의 변화는 머시를 통한 보다 직접적인 퍼콜레이션 경로로 이어지며, 따라서 주어진 금속정압 헤드에 대한 침투성이 증가한다.
예시들
하기에 사용된 바와 같이, 일련의 실례들에 대한 모든 참조는 이러한 이러한 예시들 각각에 대한 참조로 분리하여(disjunctively) 이해해야 한다(예를 들어, "실례 1-4"는 "실례 1, 2, 3, 또는 4"로 이해해야 한다).
예시 1은 알루미늄 제품을 형성하는 방법이며, 상기 방법은, 용융 상태의 알루미늄 합금을 주조 캐비티로 공급하여 중간 생성물을 형성하는 단계로서, 중간 생성물은, 알루미늄 합금의 액상선 온도보다 낮고 알루미늄 합금의 응집성 온도보다 높은 제1 온도를 갖는 제1 구역; 제1 구역에 인접한 제2 구역으로서, 제2 구역은 약 알루미늄 합금의 응집성 온도 이하이고 알루미늄 합금의 고상선 온도보다 높은 제2 온도를 갖는, 상기 제2 구역; 및 제2 구역에 인접한 제3 구역으로서, 제3 구역은 약 고상선 온도 이하인 제3 온도를 갖는, 상기 제3 고상선 온도를 포함하는, 상기 형성하는 단계; 및 상기 제1 구역에 걸쳐 온도 변화를 제한하기 위해 적어도 제1 구역에서 대류를 강제하는 단계를 포함하며, 중간 생성물의 제3 구역의 결정립들은 0.5 내지 1의 평균 진원도를 갖는다.
예시 2는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제3 구역의 결정립들의 평균 진원도는 0.6 내지 1의 범위에 있다.
예시 3은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 10℃ 미만이다.
예시 4는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 구역에 걸친 온도 변화는 알루미늄 합금의 액상선 온도의 2% 미만이다.
예시 5는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제3 구역은 열간 균열로 인한 결함들을 함유하지 않는다.
예시 6은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 온도는 중간 생성물의 제1 구역 내에서 균일하다.
예시 7은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 온도는 알루미늄 합금의 10℃ 미만의 액상선 온도내지 알루미늄 합금의 1℃ 미만의 액상선 온도 범위에 있다.
예시 8은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 온도는 540℃ 내지 660℃ 또는 540 ± 10℃ 내지 660 ± 10℃ 범위에 있다.
예시 9는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제3 구역에서 타겟 재료 특성을 달성하기 위해 적어도 제1 구역에서 강제 대류의 속도를 조정하는 단계를 더 포함한다.
예시 10은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 타겟 재료 특성은 제3 구역에서의 평균 결정립 크기 또는 제3 구역에서의 결정립들의 평균 진원도 중 하나 이상이다.
예시 11은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 온도의 타겟 값을 달성하기 위해 적어도 제1 구역에서 강제 대류의 속도를 조정하는 단계를 더 포함한다.
예시 12는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제1 구역은 제1 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 시드 결정립들을 포함한다.
예시 13은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제1 평균 크기는 10㎛ 내지 50㎛이다.
예시 14는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제2 구역은 제2 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 결정립들을 포함하며, 제2 평균 크기는 제1 평균 크기보다 크다.
예시 15는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생생물의 제3 구역은 제3 평균 크기를 갖는 알루미늄 합금의 결정립들을 포함하며, 제3 평균 크기는 제2 평균 크기보다 크다.
예시 16은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 제3 평균 크기는 20㎛ 내지 120㎛이다.
예시 17은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 용융된 알루미늄 합금을 중간 생성물의 제2 구역으로 공급하여 중간 생성물의 제2 구역에서 알루미늄 합금의 결정립들 사이의 틈새 공간을 채우는 단계를 더 포함한다.
예시 18은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 적어도 제3 구역을 냉각시키는 단계를 더 포함한다.
예시 19는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제3 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 분리된다.
예시 20은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 배치된다.
예시 21은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 수직으로 배치된다.
예시 22는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제2 구역은 중간 생성물의 제1 구역과 제3 구역 사이에 수평으로 배치된다.
예시 23은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 상기 방법은 직접 냉각 주조 방법을 포함한다.
예시 24는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 상기 방법은 연속 주조 방법을 포함한다.
예시 25는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 대류를 강제하는 단계는 중간 생성물의 제1 구역을 교반하는 단계를 포함한다.
예시 26은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제1 구역은 초음파 교반기에 의해 교반된다.
예시 27은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 중간 생성물의 제1 구역은 기계식 교반기에 의해 교반된다.
예시 28은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 기계식 교반기는 패들 또는 프로펠러를 포함한다.
예시 29는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 패들 또는 프로펠러는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 또는 흑연 중 적어도 하나를 포함한다.
예시 30은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 1℃/초 내지 10℃/초 범위의 냉각 속도가 유지된다.
예시 31은 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 10℃/초 내지 100℃/초 범위의 냉각 속도가 유지된다.
예시 32는 임의의 이전 또는 이후 예시의 방법으로서, 100℃/초 내지 800℃/초 범위의 냉각 속도가 유지된다.
예시 33은 임의의 이전 예시의 방법을 사용하여 생성된 주조 알루미늄 합금 제품이다.
예시 34는 임의의 이전 또는 이후 예시의 주조 알루미늄 합금 제품으로서, 주조 알루미늄 합금 제품은 잉곳이다.
예시 35는 임의의 이전 또는 이후 예시의 주조 알루미늄 합금 제품으로서, 주조 알루미늄 합금 제품은 연속 주조 제품이다.
예시 36은 임의의 이전 예시의 주조 알루미늄 합금 제품을 압연하여 생성된 압연 알루미늄 합금 제품이다.
상기에 인용된 모든 특허들, 간행물들 및 초록들은 그 전체가 본원에 참조로 통합된다. 예시된 실시예들을 포함하여, 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었으며, 개시된 정확한 형태들에만 철저하거나 제한되도록 의도되지 않는다. 이들의 수많은 수정들, 적응들 및 사용들은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (36)

  1. 알루미늄 제품을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    용융 상태의 알루미늄 합금을 주조 캐비티에 공급하여 중간 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 중간 생성물은,
    상기 알루미늄 합금의 액상선 온도보다 낮고 상기 알루미늄 합금의 응집성 온도보다 높은 제1 온도를 갖는 제1 구역;
    상기 제1 구역에 인접한 제2 구역으로서, 상기 제2 구역은 상기 알루미늄 합금의 상기 응집성 온도보다 낮고 상기 알루미늄 합금의 고상선 온도보다 높은 제2 온도를 갖는, 상기 제2 구역; 및
    상기 제2 구역에 인접한 제3 구역으로서, 상기 제3 구역은 상기 고상선 온도보다 낮은 제3 온도를 갖는, 상기 제3 구역을 포함하는, 상기 형성하는 단계; 및
    상기 제1 구역에 걸친 온도 변화를 제한하기 위해 적어도 상기 제1 구역에서 대류를 강제하는 단계를 포함하며;
    상기 중간 생성물의 상기 제3 구역의 입자들은 0.5 내지 1의 평균 진원도를 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제3 구역의 상기 결정립들의 상기 평균 진원도는 0.6 내지 1의 범위에 있는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 구역에 걸친 상기 온도 변화는 10℃ 미만인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 구역에 걸친 상기 온도 변화는 상기 알루미늄 합금의 상기 액상선 온도의 2% 미만인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 구역은 열간 균열로 인한 결함들이 없는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도는 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역 내에서 균일한, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도는 상기 알루미늄 합금의 10℃ 미만의 상기 액상선 온도 내지 상기 알루미늄 합금의 1℃ 미만의 상기 액상선 온도 범위에 있는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도는 약 540℃ 내지 약 660℃ 범위에 있는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제3 구역에서 타겟 재료 특성을 달성하기 위해 적어도 상기 제1 구역에서 상기 강제 대류의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 타겟 재료 특성은 상기 제3 구역에서의 평균 결정립 크기 또는 상기 제3 구역에서의 결정립들의 상기 평균 진원도 중 하나 이상인, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도의 타겟 값을 달성하기 위해 적어도 상기 제1 구역에서 상기 강제 대류의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역은 제1 평균 크기를 갖는 상기 알루미늄 합금의 시드 결정립들을 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 평균 크기는 10㎛ 내지 50㎛인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역은 제2 평균 크기를 갖는 상기 알루미늄 합금의 결정립들을 포함하며, 상기 제2 평균 크기는 상기 제1 평균 크기보다 큰, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 중간 생생물의 상기 제3 구역은 제3 평균 크기를 갖는 상기 알루미늄 합금의 결정립들을 포함하며, 상기 제3 평균 크기는 상기 제2 평균 크기보다 큰, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제3 평균 크기는 20㎛ 내지 120㎛인, 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 용융된 알루미늄 합금을 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역으로 공급하여 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역에서 상기 알루미늄 합금의 결정립들 사이의 틈새 공간을 채우는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서, 적어도 상기 제3 구역을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제3 구역은 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역과 분리되는, 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역은 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역과 상기 제3 구역 사이에 배치되는, 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역은 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역과 상기 제3 구역 사이에 수직으로 배치되는, 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제2 구역은 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역과 상기 제3 구역 사이에 수평으로 배치되는, 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 방법은 직접 냉각 주조 방법을 포함하는, 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 방법은 연속 주조 방법을 포함하는, 방법.
  25. 제1항에 있어서, 대류를 강제하는 단계는 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역을 교반하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역은 초음파 교반기로 교반되는, 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 중간 생성물의 상기 제1 구역은 기계식 교반기로 교반되는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 기계식 교반기는 패들 또는 프로펠러를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 패들 또는 프로펠러는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 또는 흑연 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  30. 제1항에 있어서, 1℃/초 내지 10℃/초 범위의 냉각 속도가 유지되는, 방법.
  31. 제1항에 있어서, 10℃/초 내지 100℃/초 범위의 냉각 속도가 유지되는, 방법.
  32. 제1항에 있어서, 100℃/초 내지 800℃/초 범위의 냉각 속도가 유지되는, 방법.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 생성된 주조 알루미늄 합금 제품.
  34. 제33항에 있어서, 상기 주조 알루미늄 합금 제품은 잉곳인, 주조 알루미늄 합금 제품.
  35. 제33항에 있어서, 상기 주조 알루미늄 합금 제품은 연속 주조 제품인, 주조 알루미늄 합금 제품.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항의 상기 주조 알루미늄 합금 제품에 의해 생성된 압연 알루미늄 합금 제품.
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