KR20240039153A - 신규 6xxx 알루미늄 합금 - Google Patents
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Abstract
신규 6xxx 알루미늄 합금 시트 제품이 개시된다. 일 구현예에서, 신규 6xxx 알루미늄 합금 시트 제품은 0.95 내지 1.25 중량%의 Si, 0.65 내지 0.95 중량%의 Mg (여기서 (Mg 중량%) / (Si 중량%)는 0.99 이하:1임), 0.50 내지 0.75 중량%의 Cu, 0.02 내지 0.40 중량%의 Mn, 0.03 내지 0.26 중량%의 Cr (여기서 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.22 중량%임), 0.01 내지 0.30 중량%의 Fe, 최대 0.25 중량%의 Zn, 최대 0.20 중량%의 Zr; 최대 0.20 중량%의 V, 및 최대 0.15 중량%의 Ti, 알루미늄, 선택적인 부수적 원소, 및 불순물인 나머지를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 6xxx 알루미늄 합금은 0.5 내지 4.0mm의 두께를 갖는 압연 6xxx 알루미늄 합금 시트 제품의 형태이다. 신규 6xxx 알루미늄 합금으로 제조된 제품은 강도, 연성(연신율), 주조성, 파단 거동 및 내식성 중 둘 이상의 개선된 조합과 같이, 개선된 특성 조합을 실현할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2021년 7월 22일에 출원된 "NEW 6XXX ALUMINUM ALLOYS"라는 명칭의 미국 특허 가출원 제63/224,770호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
6xxx 알루미늄 합금은, 마그네슘 실리사이드 침전물(Mg2Si)을 생성하기 위해 실리콘 및 마그네슘을 갖는 알루미늄 합금이다. 합금 6061은 수십 년 동안 다양한 용도에서 사용되어 왔다. 그러나, 다른 특성이 저하되지 않으면서 알루미늄 합금의 하나 이상의 특성을 개선시키는 것은 달성하기 힘들다. 자동차 용도에서, 열처리 전 양호한 성형성을 갖지만 열처리 후 고강도를 갖는 시트가 유용하다.
광범위하게, 본 특허 출원은 신규 6xxx 알루미늄 합금, 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 신규 6xxx 알루미늄 합금은 0.95 내지 1.25 중량%의 Si, 0.65 내지 0.95 중량%의 Mg (여기서 (Mg 중량%) / (Si 중량%)는 0.99 이하:1임), 0.50 내지 0.75 중량%의 Cu, 0.02 내지 0.40 중량%의 Mn, 0.03 내지 0.26 중량%의 Cr (여기서 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.22 중량%임), 0.01 내지 0.30 중량%의 Fe, 최대 0.25 중량%의 Zn, 최대 0.20 중량%의 Zr; 최대 0.20 중량%의 V, 및 최대 0.15 중량%의 Ti, 알루미늄, 선택적인 부수적 원소, 및 불순물인 나머지를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 6xxx 알루미늄 합금은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 갖는 압연 6xxx 알루미늄 합금 시트 제품의 형태이다. 신규 6xxx 알루미늄 합금으로 제조된 제품은 강도, 연성(연신율), 주조성, 파단 거동 및 내식성 중 둘 이상의 개선된 조합과 같이, 개선된 특성 조합을 실현할 수 있다. 신규 알루미늄 합금은 자동차 응용 분야(예, 시트 제품)와 같은 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다.
i.
조성
전술한 바와 같이, 6xxx 신규 알루미늄 합금은 0.95 내지 1.25 중량%의 Si, 0.65 내지 0.95 중량%의 Mg (여기서 (Mg 중량%) / (Si 중량%)는 0.99 이하:1임), 0.50 내지 0.75 중량%의 Cu, 0.02 내지 0.40 중량%의 Mn, 0.03 내지 0.26 중량%의 Cr (여기서 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.22 중량%임), 0.01 내지 0.30 중량%의 Fe, 최대 0.25 중량%의 Zn, 최대 0.20 중량%의 Zr; 최대 0.20 중량%의 V, 및 최대 0.15 중량%의 Ti, 알루미늄, 선택적인 부수적 원소, 및 불순물인 나머지를 포함한다(그리고 일부 경우에 이들로 본질적으로 구성되거나, 이루어짐). 이러한 특정 양의 요소를 사용하면, 예를 들어, 양호한 연성 및 내식성과 조합하여 높은 강도가 요구되는, 자동차 응용 분야에 사용하기 위한 고유하고 유용한 제품이 생성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 신규 6xxx 알루미늄 합금은 일반적으로 0.95 내지 1.25 중량%의 Si을 포함한다. 실리콘은 강도 및 개선된 주조성을 용이하게 할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 1.0 중량%의 Si을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 1.05 중량%의 Si을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 1.10 중량%의 Si을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 1.20 중량% 이하의 Si을 포함한다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 0.65 내지 0.95 중량%의 Mg을 포함한다. 마그네슘은 강도를 용이하게 할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.70 중량%의 Mg을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.75 중량%의 Mg을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.80 중량%의 Mg을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.90 중량% 이하의 Mg을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.85 중량% 이하의 Mg을 포함한다.
전술한 바와 같이, Mg:Si의 중량비는 일반적으로 0.99 이하:1이다. 적절한 Mg:Si 비율은 높은 강도, 연성 및 주조성을 용이하게 할 수 있다. 일 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 0.90 이하:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 0.85 이하:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 0.80 이하:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 0.75 이하:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 0.70 이하:1이다. 일 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 적어도 0.50:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 적어도 0.55:1이다. 또 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 적어도 0.60:1이다. 다른 구현예에서, Mg:Si의 중량비는 적어도 0.65:1이다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 0.50 내지 0.75 중량%의 Cu를 포함한다. 구리는, 예를 들어, 강도, 자연적 에이징 반응 및/또는 성형성을 용이하게 할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.55 중량%의 Cu를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.60 중량%의 Cu를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.65 중량%의 Cu를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.73 중량% 이하의 Cu를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.70 중량% 이하의 Cu를 포함한다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 0.02 내지 0.40 중량%의 Mn을 포함한다. 망간은 적절한 결정립 구조를 제공하는 데 적어도 부분적으로 도움을 주는 분산질(dispersoid)의 침전을 용이하게 할 수 있다. 합금 내의 망간의 양은, 알루미늄 합금 제품의 제조 중에 대형 일차 입자가 회피/한정/제한되도록, 제한되어야 한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.04 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.06 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.08 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.10 중량%의 Mn을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.15 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.20 중량%의 Mn을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.35 중량% 이하의 Mn을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.30 중량% 이하의 Mn을 포함한다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 0.03 내지 0.26 중량%의 Cr를 포함한다. 망간과 조합된 크롬은 분산질 입자의 독특한 분포를 용이하게 할 수 있으며, 이는 높은 3점 굽힘 (파단) 특성과 조합된 높은 강도의 달성을 용이하게 할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.03 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.04 중량%의 Cr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.06 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.08 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.10 중량%의 Cr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.12 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.14 중량%의 Cr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.16 중량%의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.18 중량%의 Cr을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.24 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.22 중량% 이하의 Cr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Cr을 포함한다.
전술한 바와 같이, 망간과 조합된 크롬은 분산질 입자의 독특한 분포를 용이하게 할 수 있으며, 이는 높은 3점 굽힘 (파단) 특성과 조합된 높은 강도의 달성을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 적어도 0.22 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.22 중량%이다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.24 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.24 중량%이다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.25 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.25 중량%이다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.26 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.26 중량%이다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.27 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.27 중량%이다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.28 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.28 중량%이다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.29 중량%의 (Mn+Cr), 즉 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.29 중량%이다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 일반적으로 0.01 내지 0.30 중량%의 Fe를 포함한다. 철은 적절한 결정립 구조를 용이하게 할 수 있고 0.10 중량% 초과의 Fe를 사용하는 것은 비용 효율적일 수 있다. 합금 내의 철의 양은, 알루미늄 합금 제품의 제조 중에 대형 일차 입자가 회피/한정/제한되도록, 제한되어야 한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 Fe를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.10 중량%의 Fe를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.12 중량%의 Fe를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.28 중량% 이하의 Fe를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.26 중량% 이하의 Fe를 포함한다.
전술한 바와 같이 신규 알루미늄 합금은 최대 0.25 중량%의 Zn를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.10 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.03 중량% 이하의 Zn를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Zn를 포함한다. 전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 지르코늄은 망간 및 크롬보다 덜 선호되지만 여전히 유용할 수 있다. 합금 내의 지르코늄의 양은, 알루미늄 합금 제품의 제조 중에 대형 일차 입자가 회피/한정/제한되도록, 제한되어야 한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.10 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.03 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.01 중량% 이하의 Zr을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Zr을 포함한다(예: 입자 구조 제어를 위해 Zr이 합금에 첨가/사용되는 경우에). 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 Zr을 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.07 내지 0.15 중량%의 Zr을 포함한다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 V를 포함한다. 바나늄은 망간 및 크롬보다 덜 선호되지만 여전히 유용할 수 있다. 합금 내의 바나듐의 양은, 알루미늄 합금 제품의 제조 중에 대형 일차 입자가 회피/한정/제한되도록, 제한되어야 한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.10 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이하의 V를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.03 중량% 이하의 V를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.01 중량% 이하의 V를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 V를 포함한다(예: 입자 구조 제어를 위해 Zr이 합금에 첨가/사용되는 경우에). 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 V를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.07 내지 0.15 중량%의 V를 포함한다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 0.25 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 결정립을 정제하기 위해 주조 중에 티타늄이 사용될 수 있다. 더 높은 수준의 티타늄은 또한 내식성을 용이하게 할 수 있다. 합금 내의 티타늄의 양은, 합금 제품의 제조 중에 대형 일차 입자가 회피/한정/제한되도록, 제한되어야 한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.005 중량%의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Ti를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.02 중량%의 Ti를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 Ti를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.12 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.10 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.08 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.05 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.03 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.005 내지 0.10 중량%의 Ti를 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.01 내지 0.05 중량%의 Ti를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.01 내지 0.03 중량%의 Ti를 포함한다. 티타늄은 원소 형태이거나 화합물(예: TiB2 또는 TiC)의 형태일 수 있다.
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금의 나머지는 일반적으로 알루미늄, 선택적인 부수적 원소와 불순물이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "부수적 원소"는 합금의 제조를 돕기 위해 합금에 임의로 첨가될 수 있는, 전술한 원소 이외의 원소 또는 재료를 의미한다. 부수적 원소의 예시는 결정립 정제제 및 탈산화제와 같은 주조 보조제를 포함한다. 선택적인 부수적 원소는 합금에 최대 1.0 중량%의 누적량으로 포함될 수 있다. 하나의 비제한적인 예시로서, 예를 들어, 산화물 접힘, 피트 및 산화물 패치로 인한 잉곳 균열을 감소시키거나 제한하기 위해(그리고 일부 경우에 제거하도록) 주조 동안에 하나 이상의 부수적 원소가 합금에 첨가될 수 있다. 이들 유형의 부수적 원소는 일반적으로 본원에서 탈산화제로서 지칭된다. 일부 탈산화제의 예시는 Ca, Sr, 및 Be를 포함한다. 칼슘(Ca)이 합금에 포함되는 경우에, 이는 일반적으로 최대 약 0.05 중량%, 또는 최대 약 0.03 중량%의 양으로 존재한다. 일부 구현예에서, Ca는 약 0.001-0.03 중량% 또는 약 0.05 중량%, 예컨대 0.001-0.008 중량%(또는 10 내지 80 ppm)의 양으로 합금에 포함된다. 스트론튬(Sr)은 (전체적 또는 부분적으로) Ca 대체제로서 합금에 포함될 수 있으므로, Ca와 동일하거나 유사한 양으로 합금에 포함될 수 있다. 전통적으로, 베릴륨(Be) 첨가는 잉곳 균열의 경향을 감소시키는 데 도움을 주었지만, 환경, 건강 및 안전상의 이유로, 합금의 일부 구현예는 실질적으로 Be이 제거된다. Be가 합금에 포함되는 경우에, 이는 일반적으로 최대 약 20 ppm의 양으로 존재한다. 부수적 원소는 소량으로 존재할 수 있거나, 상당량 존재할 수 있고, 합금이 본원에 설명된 바람직한 특성을 보유하는 한, 본원에 설명된 합금으로부터 벗어나지 않기만 하면, 그 자체로 바람직하거나 다른 특성을 추가할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범주는, 본원에서 요구되고 달성되는 특성의 조합에 달리 영향을 미치지 않을 수 있는 양의 원소(들)의 단순한 첨가를 통해, 회피되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.
신규 알루미늄 합금은 소량의 불순물을 함유할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 총 0.15 중량% 이하의 불순물을 포함하고, 신규 알루미늄 합금은 각각 0.05 중량% 이하의 불순물을 포함한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 총 0.10 중량% 이하의 불순물을 포함하고, 신규 알루미늄 합금은 각각 0.03 중량% 이하의 불순물을 포함한다.
ii. 가공처리
신규 알루미늄 합금은, 예를 들어 잉곳 또는 빌릿, 가공 제품 형태(플레이트, 단조 및 압출), 형상 주조, 적층 가공 제품, 및 분말 야금 제품을 포함하는 다양한 제품 형태에 유용할 수 있다. 예를 들어, 신규 알루미늄 합금은, 압연된 형태(시트, 플레이트), 압출, 또는 단조로서, 및 다양한 템퍼와 같은 다양한 가공 형태로 가공될 수 있다. 이와 관련하여, 신규 알루미늄 합금은 주조(예: 직접 냉각 주조 또는 연속 주조)된 다음 적절한 제품 형태(시트, 플레이트, 압출 또는 단조)로 가공(고온 및/또는 저온 가공)될 수 있다. 작업 후, 신규 알루미늄 합금은 ANSI H35.1(2009)에 따라 T 템퍼, W 템퍼, O 템퍼 또는 F 템퍼 중 하나로 가공될 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 "T 템퍼"(열 처리됨)로 가공된다. 이와 관련하여, 신규 알루미늄 합금은 ANSI H35.1(2009)에 따라 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9 또는 T10 템퍼 중 어느 하나로 가공될 수 있다. 일 구현예에서, 제품은 T43 템퍼로 가공된다. 다른 구현예에서, 제품은 T43 템퍼로 가공된다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 "W 템퍼"(용액 열처리)로 가공된다. 다른 구현예에서, 적절한 제품 형태로 알루미늄 합금을 가공한 후에 용액 열처리가 적용되지 않으므로, 신규 알루미늄 합금은 (제작 시) "F 템퍼" 또는 "O 템퍼"(어닐링됨)로 가공될 수 있다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 시트 제품이다. 일 구현예에서, 시트 제품은 1.0 내지 4.0 mm의 두께를 갖는다. 일 구현예에서, 시트 제품은 T4 템퍼로 가공된다. 일 구현예에서, 시트 제품은 T43 템퍼로 가공된다. 일 구현예에서, 시트 제품은 T4 또는 T43 템퍼로 가공된 다음, (예: 20분 동안 180℃에서 가열함으로써) 페인트 베이킹된다. 일 구현예에서, 시트 제품은 T4 또는 T43 템퍼로 가공된 다음, 페인트 베이킹되고, 이어서 (예: 180℃에서 8시간 동안 가열함으로써) 인위적으로 에이징된다. 이러한 시트 제품은 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 자동차 응용에 유용할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, T43 템퍼는 예비-에이징에 의해 처리된 제품을 지칭한다. 예를 들어, T43 템퍼 제품을 용액 열처리한 다음, 적절한 냉각 온도(예: 약 104.4℃(220℉) 미만)로 퀀칭시키고, 이어서 적절한 예비-에이징 온도(예: 60~115℃ 사이)에서 예비-에이징한 다음, 실온으로 서서히 냉각(예: 코일 냉각 또는 뉴턴 냉각)시키고, 그 후에 제품이 수일 또는 수주 동안 자연적 에이징될 수 있다. 예비-에이징 온도를 달성하기 위해, 제품은 (퀀칭 후) 예비-에이징 온도로 냉각될 수 있거나, 예비-에이징 온도로 재가열될 수 있다. 다수의 예비-에이징 시간/온도가 사용될 수 있다.
iii. 미세구조
신규 알루미늄 합금은 독특한 미세구조를 실현할 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은, 아래의 정의 섹션에서 설명된, 미세구조 평가 절차에 따라 결정된 바와 같이, 적어도 60% 재결정화뙨다. 즉, 적어도 60 부피%의 재결정화된 결정립을 함유한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트는 적어도 70% 재결정화된다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트는 적어도 80% 재결정화된다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트는 적어도 90% 재결정화된다. 본 특허 출원의 목적을 위해, 알루미늄 합금 시트 제품은, 적어도 90 부피%의 재결정화된 결정립을 갖는 것으로 결정될 때, "완전 재결정화"된다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은, 아래의 정의 섹션에서 설명된, 미세구조 평가 절차에 따라 결정된 바와 같이, 60 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 55 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 50 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 45 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 40 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 38 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 36 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 34 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 32 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 30 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 20 마이크로미터의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 25 마이크로미터의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 28 마이크로미터의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현한다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은, 아래의 정의 섹션에서 설명된, 미세구조 평가 절차에 따라 결정된 바와 같이, 적어도 0.5%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.55%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.6%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.65%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.7%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.75%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.8%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.85%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.9%의 분산질 면적 분율을 실현한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 1.1% 이하의 분산질 면적 분율을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 1.0% 이하의 분산질 면적 분율을 실현한다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은, 아래의 정의 섹션에서 설명된, 미세구조 평가 절차에 따라 결정된 바와 같이, 적어도 0.05의 f/r 값을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.06의 f/r 값을 실현한다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.07의 f/r 값을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 0.08의 f/r 값을 실현한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.11 이하의 f/r을 실현한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 0.10 이하의 f/r을 실현한다.
다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 11 부피%의 큐브 질감을 함유한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 12 부피%의 큐브 질감을 함유한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 13 부피%의 큐브 질감을 함유한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 14 부피%의 큐브 질감을 함유한다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 적어도 15 부피%의 큐브 질감을 함유한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 25 부피% 이하의 큐브 질감을 함유한다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 20 부피% 이하의 큐브 질감을 함유한다.
iv. 특성
전술한 바와 같이, 신규 알루미늄 합금은 특성의 개선된 조합을 실현할 수 있다. 예를 들어, 신규 6xxx 알루미늄 합금으로 제조된 제품은 강도, 연성(연신율), 주조성, 파단 거동 및 내식성 중 둘 이상의 개선된 조합을 실현할 수 있다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 1.0 내지 4.0 mm의 두께를 갖는 시트 제품이고, 이러한 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 315 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 320 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 또 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 325 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 330 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 또 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 335 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 340 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 또 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 345 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다. 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트 제품은 T6 템퍼에서 적어도 350 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하며, 여기서 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분이다.
하나의 접근법에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0 mm의 두께를 가지며, 아래 정의 섹션에서 설명된 "3점 굽힘 시험"에 따라 (a) T4 템퍼 및 (b) T6 사전 변형된 템퍼 중 하나 또는 둘 모두에서 높은 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 아래에서 언급한 바와 같이, 모든 3점 굽힘 시험은 2.0 ± 0.05 mm에서 수행될 것이다. 따라서, 두께가 1.0 내지 1.94 mm 또는 2.06 내지 4.0 mm인 알루미늄 합금 시트 제품의 경우, 이러한 제품에 대한 굽힘 연장부는 2.0 ± 0.05 mm로 제품을 재현함으로써 결정되고, 그 후에 그의 3점 굽힘 연장부가 측정된다. 3점 굽힘 시험을 목적으로, "T4 템퍼"는 최종 게이지 알루미늄 합금 시트 제품이 용액 열처리되고 퀀칭된 다음, 1개월 동안 자연적으로 에이징된다는 것을 의미한다. 3점 굽힘 시험을 목적으로, "T6 템퍼"는 최종 게이지 알루미늄 합금 시트 제품이 용액 열처리되고 퀀칭된 다음, 적어도 2주 동안 자연적으로 에이징되고, 이어서 30분 동안 225℃(437℉)에서 인공적으로 에이징된다는 것을 의미한다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 16.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 16.2 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 16.4 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 16.6 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 16.8 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 17.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 17.2 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 17.4 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 17.6 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 17.8 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T4 템퍼에서 적어도 18.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다.
일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 10.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 10.5 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 11.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 11.2 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 11.4 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 11.6 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 11.8 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 12.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 12.2 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 12.4 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 12.6 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 12.8 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다. 다른 구현예에서, 신규 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0mm의 두께를 가지며, T6 템퍼에서 적어도 13.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현할 수 있다.
하나의 접근법에서, 신규 알루미늄 합금은 내부식성이며, ASTM G110-92(2015)에 따라 6시간 동안 시험할 때 200 마이크로미터 이하의 최대 공격 깊이를 실현한다.
하나의 접근법에서, 신규 알루미늄 합금은 사상 부식 저항성이 있어, (예: 3개의 복제물에 걸친 AA6111의 사상 부식의 평균 길이의 약 2 mm 이내에서) ASTM G85 A2에 따라 시험될 때 AA6111에 대해 적어도 필상 부식 저항성을 실현한다.
v. 제품 응용 분야
본원에 설명된 신규 알루미늄 합금은 자동차, 레일, 항공우주 또는 소비자 전자 응용과 같은 다양한 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 신규 알루미늄 합금은 자동차 부품으로 형성될 수 있다. 자동차 부품의 비제한적인 예시는 자동차 몸체 및 자동차 패널을 포함한다. 자동차 패널의 비제한적인 예시는, 무엇보다 외부 패널, 자동차 도어에 사용하기 위한 내부 패널, 차량 후드, 또는 차량 트렁크(데크 리드)일 수 있다. 자동차 몸체 제품의 일례는, 충돌 요건을 견디기 위해 추가 강도가 필요한 자동차 몸체의 판금 구성 요소(예: 바디-인-화이트)인, 구조적 구성 요소일 수 있다. 일 구현예에서, 신규 알루미늄 합금은 전기 자동차에 사용되는 배터리와 같은 배터리용 인클로저이다. 신규 알루미늄 합금은, 또한 경량 또는 중형 트럭과 같은 다른 운송 응용 분야에 사용될 수 있다. 소비자 전자 제품 응용 분야는 다른 스탬프 및 성형 제품 중에서도 노트북 컴퓨터 케이스를 포함한다.
vi.
정의
"가공 알루미늄 합금 제품"은 주조 후 열간 가공되고, 롤형 제품(시트 또는 플레이트), 단조 제품, 및 압출된 제품을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 의미한다.
열간 압연과 같은 "열간 가공"은 고온, 및 일반적으로 적어도 121.1℃(250℉)에서 알루미늄 합금 제품을 가공하는 것을 의미한다. 열간 가공 중에는 변형 경화가 제한/방지되며, 이는 일반적으로 열간 가공을 냉간 가공으로부터 차별화한다.
냉간 압연과 같은 "냉간 가공"은 열간 가공 온도로 간주되지 않는 온도에서, 일반적으로 약 121.1℃(250℉) 미만(예: 주변 온도)에서 알루미늄 합금 제품을 가공하는 것을 의미한다.
템퍼의 정의는 ANSI H35.1 (2009)에 따른 것으로, 명칭은 "미국 국립 알루미늄용 표준 합금 및 템퍼 설계 시스템"이며, 이는 알루미늄 협회가 발행하였다.
강도 및 연신율은 ASTM E8/E8M-16a 및 B557-15에 따라 측정된다.
"3점 굽힘 시험"은, Plate bending test for metallic materials(검증 규칙, 2017년 6월 01일)이라는 제목의 VDA 238-100에 따라 측정되고 (https://www.vda.de/en/services/Publications/vda-238-100-plate-bending-test-for-metallic-materials.html 참조), 여기서 시트의 최종 게이지(두께)는 2.0 ± 0.05 mm이고, 시험 프레임 내에 쿠폰이 고정되며, VDA 시험이 다음과 같이 수정되는 것을 제외하고는 0.2 mm의 펀치 반경이 사용된다:
- 시편 크기는 폭 25 mm 및 길이 51 mm이고;
- 70% 하중 강하에서의 연장부는 메트릭으로서 사용되고, 더 높은 연장부는 더 큰 파단 인성 또는 충돌 저항을 나타낸다(정상 시험 VDA 238-100은 하중이 5% 하락한 후 측정된 굽힘 각도를 재료를 비교하기 위한 메트릭으로서 이용함).
각 시험에 대해 열 개의 복제 3점 굽힘 쿠폰을 시험한다. 길이 방향(L) 시편은 굽힘 라인이 압연 방향에 수직이 되도록 배향되고, 횡방향(LT) 시편은 굽힘 라인이 압연 방향에 평행하도록 배향된다.
vii. 미세구조 평가 절차
다음의 절차 및 정의는 본 특허 출원에 따라 제조된 제품에 대한 미세구조 특징(예: 재결정화 백분율, 분산질 함량 및 크기, 성분 함량 및 크기, 질감)을 측정하는 것에 적용된다.
A. 분산질 등
"분산질 면적 분율"(f)은 표준 금속학 샘플 제조 방법에 의해 제조된 2차원 단면에서 검사된 총 면적으로 나눈 분산질 입자에 의해 덮인 면적 분율이다.
"분산질 면적 %"는 식 f x 100을 통해 결정된다.
"분산질 평균 직경"은 모든 측정된 분산질 직경의 평균(di)이며, 여기서 각각의 직경은 2차원 단면 상에서 측정된 각각의 분산질 면적은 유효 직경의 원이다고 가정하여 계산된 유효 직경이다:
d i =
분산질 면적 분율(f) 및 분산질 평균 직경을 측정하기 위해, 후방 산란된 전자 이미지는 이미지 분산질에 대한 Apreo S Field Emission Gun(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, U.S.A) 주사 전자 현미경 또는 등가물 상에서 2000x로 촬영되어야 한다. 상기 이미지는 가속 전압 5kV를 사용하여 촬영되어야 한다. 빔 전류는 3.2 나노암페어여야 한다. t/2 및 표면 둘 다에서 각각의 합금에 대해 금속학적으로 연마된 시편으로부터 20개의 이미지를 수집해야 한다. 이미지 분석은 이미지를 정량화하는 데 사용된다. 분산질을 정량화하기 위한 픽셀 크기는 0.021 μm이고, 적어도 15 픽셀을 포함하지만 300 픽셀을 초과하지 않는 입자만이 계수되어야 한다. 픽셀은 이들의 그레이 스케일 값이 전체 이미지에 걸친 평균 픽셀 그레이 스케일 값보다 4 표준 편차 높은 경우에만 계수된다. 각각의 분산질 입자에 대해, 픽셀의 수는 입자 면적 및 입자 유효 직경으로 변환된다.
양 "f/r"은, 분산질 평균 직경의 절반을 취하여 결정되는, 분산질 반경으로 나눈 분산질 면적 분율(f)이다. 이 파라미터는, 더 높은 값이 더 미세한 결정립 크기와 연관될 수 있는, 제너 드래그(Gener drag)라고도 불리는, 결정립 경계에 대한 핀 힘의 척도이다(참조 1).
- 참조 1. J. W. Martin, 입자 강화 합금의 미세기전, Cambridge University Press, 1980.
"구성체 면적 분율"(cf)은 표준 금속학 샘플 제조 방법에 의해 제조된 2차원 단면에서 검사된 총 면적으로 나눈 구성 입자로 덮인 면적 분율이다.
"구성체 면적 %"는 식 cf x(배) 100을 통해 결정된다.
"구성체 평균 직경"은 모든 측정된 구성체 직경의 평균(di)이며, 여기서 각각의 직경은 2차원 단면 상에서 측정된 각각의 구성체 면적은 유효 직경의 원이다고 가정하여 계산된 유효 직경이다:
d i =
구성 면적 분율(cf) 및 구성 평균 직경을 측정하기 위해, 후방 산란된 전자 이미지는 이미지 분산질에 대한 Apreo S Field Emission Gun(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, U.S.A) 주사 전자 현미경 또는 등가물 상에서 500x로 촬영되어야 한다. 상기 이미지는 가속 전압 5kV를 사용하여 촬영되어야 한다. 빔 전류는 3.2 나노암페어여야 한다. t/2 및 표면 둘 다에서 각각의 합금에 대해 금속학적으로 연마된 시편으로부터 20개의 이미지(최소)를 수집해야 한다. 이미지 분석은 이미지를 정량화하는 데 사용된다. 성분을 정량화하기 위한 픽셀 크기는 0.083 μm이고, 적어도 23 픽셀을 함유하는 입자만이 계수되어야 한다. 픽셀은 이들의 그레이 스케일 값이 전체 이미지에 걸친 평균 픽셀 그레이 스케일 값보다 4 표준 편차 높은 경우에만 계수된다. 각각의 성분 입자에 대해, 픽셀의 수는 입자 면적 및 입자 유효 직경으로 변환된다.
"재결정화된 백분율" 등은 재결정화된 결정립을 갖는 가공용 알루미늄 합금 제품의 부피%를 의미한다. 재결정화된 결정립의 양은, 아래의 재결정화 측정 절차 에 따라, 가공된 알루미늄 합금 제품의 적절한 수의 SEM 현미경 사진에 대한 EBSD(전자 후방 산란 회절) 분석에 의해 측정된다.
B. 재결정화 결정 절차
"재결정화된 결정립"은 아래에 정의된 "제1 결정립 기준"을 충족하고, 후술하는 OIM(오리엔테이션 이미징 현미경) 샘플링 절차를 사용하여 측정된 결정질 미세 구조의 결정립을 의미한다.
OIM 분석은 아래의 OIM 샘플 절차를 사용하여 L-ST 평면에서 시트 샘플의 전체 두께를 통해 완료된다. 분석될 샘플의 크기는 일반적으로 게이지에 따라 달라질 것이다. 측정 전에, OIM 샘플은 표준 금속학적 샘플 제조 방법에 의해 제조된다. 예를 들어, OIM 샘플은 금속학적으로 제조된 후 연마된다(예: 0.05 μm 콜로이드 실리카 사용). 그 다음, 샘플을 90초 동안 희석된 플루오르보로산 용액인 Barker의 시약에서 양극 산화시킨다. 그 다음, 샘플을 크롬 트리옥사이드를 함유한 수성 인산 용액을 사용하여 스트리핑한 다음, 헹구고 건조시킨다.
"OIM 샘플 절차"는 다음과 같다:
- 사용되는 소프트웨어는 Velocity EBSD 카메라(EDAX Inc., New Jersey, U.S.A.) 또는 등가물에 연결된, APEX EBSD 수집 소프트웨어, 버전 2(EDAX Inc., New Jersey, U.S.A.) 또는 등가물이다. SEM은 APREO S 필드 에미션 건(Thermo Fisher Scientific. Waltham, MA, U.S.A.) 또는 이와 등가물이다.
- OIM 실행 조건은 18 mm 작동 거리로 68° 기울기이고, 동적 포커싱을 갖는 20 kV의 가속 전압 및 51 nA(나노암페어)의 기기 특정 빔 전류이다. 수집 모드는 육각형 그리드이다. 배향이 분석에서 수집되도록(즉, Hough 피크 정보가 수집되지 않도록) 선택된다. 면적 크기/스캔(즉, 프레임)은 40X에서 1 마이크론 단계로 2 mm 게이지 샘플에 대해 2.0 mm x 1 mm이다. 게이지에 따라 다양한 프레임 크기를 사용할 수 있다. 수집된 데이터는 *.osc 파일로 출력된다. 이 데이터는 후술하는 바와 같이, 제1 유형 결정립의 부피 분율을 계산하는 데 사용될 수 있다.
- 제1 유형 결정립의 부피 분율의 계산: 제1 유형 결정립의 부피 분율은 *.osc 파일 및 OIM 분석 소프트웨어(EDAX Inc., New Jersey, U.S.A.), 버전 8.1.0 또는 등가물의 데이터를 사용하여 계산된다. 계산 전에, 두 단계의 데이터 정리가 수행될 수 있다. 먼저, 신뢰 지수가 0.08의 임계값 미만인 임의의 지점에 대해, 이웃 배향 상관성 제거가 수행된다. 둘째, 3개의 데이터 포인트보다 작은 임의의 결정립에 대해 입자 팽창 제거를 수행한다. 그 다음, 제1 유형 결정립의 양은 제1 결정립 기준(하기)을 사용하여 소프트웨어에 의해 계산된다.
- 제1 결정립 기준: 결정립 평균 오배향(GAM)을 계산한다. "계산 전에 파티션 적용", "가장자리 결정립 포함" 및 "이중 경계선 정의 무시"가 모두 필요하다. GAM이 ≤1º인 임의의 결정립은 제1 유형 결정립이다.
"제1 결정립 부피"(FGV)는 결정질 재료의 제1 유형 결정립의 부피 분율을 의미한다.
"재결정화된 백분율"은 다음 식을 통해 결정된다: FGV * 100%.
용어 "결정립"은 ASTM E112 §3.2.2에, 즉 "연마 2차원 평면 상에서 관찰된 원래(일차) 경계선 범위 내의 면적 또는 3차원 물체의 원래(일차) 경계선에 의해 둘러싸인 부피"에 정의된 의미를 갖는다.
"결정립 크기"는 다음 식에 의해 계산된다:
d i =
- 여기서, A i 는 상업용 소프트웨어 OIM 분선 소프트웨어, 버전 8.1.0 또는 등가물을 사용하여 측정된 개별 결정립의 면적이고,
- 여기서, d i 는 결정립이 원인 것으로 가정하여 계산된 개별 결정립 크기이다.
"면적 가중 평균 결정립 크기"는 다음 식을 사용하여 계산된다:
d-bar = )
- 여기서, A i 는 상업용 소프트웨어 OIM 분선 소프트웨어, 버전 8.1.0 또는 등가물을 사용하여 측정된 각각의 개별 결정립의 면적이고,
- 여기서, d i 는 결정립이 원인 것으로 가정하여 계산된 개별 결정립 크기이고,
- 여기서, d-bar는 면적 가중 평균 결정립 크기이다.
C. 질감
"질감"은 결정질 구조의 결정립 중 적어도 일부의 바람직한 배향을 의미한다. 알루미늄 합금 제품의 제조로부터 생성된 질감 구성 요소는, 예를 들자면, 구리, 황 질감, 황동, 큐브, 및 고스 질감 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 질감 구성 요소 각각은 아래 표 A에 정의된다.
질감 정량화를 위한 EBSD 데이터는 "결정립 크기" 및 "재결정화된 백분율"을 결정하기 위해 전술한 바와 같이 생성된 것과 동일한 데이터이다. 존재하는 질감 구성 요소의 정량화는 EBSD 소프트웨어, 즉, OIM 분석 소프트웨어, 버전 8.1.0 또는 등가물에 의해 수행된다. 제1 단계는 L-ST 평면의 EBSD 데이터를 보다 흔히 사용되는 L-LT 기준 평면에 정렬하는 것이다. 존재하는 질감 구성 요소(큐브%, 고스%, 황동%, 황%, 구리%)의 정량화는 특정 질감 구성 요소에 할당된 측정된 포인트의 수 분율로서 결정되어야 한다. 잘못된 배향 각도가 이상적인 배향에서 15도 미만으로 벗어나는 경우에, 포인트가 질감 구성 요소에 할당된다. 이러한 수 분율에 100을 곱하여 샘플 내의 각 질감 성분의 백분율을 찾는다.
D. 고온 열상 감수성
고온 열상 감수성(HTS)은 Thermocal, 버전 2020 및 TCAL5 데이터베이스 또는 등가물을 사용하여 Scheil 계산을 실행함으로써 결정된다. 0.90 내지 0.99의 분획 고형분 범위의 온도(y) 대 분획 고형분(x)에 의해 정의된 곡선의 기울기가 HTS(℃의 단위)이다. 더 낮은 값의 HTS는 잉곳 캐스팅에서 고온 균열에 대한 더 낮은 경향의 표시로 간주된다. 예를 들어, S. Kou, "A Simple Index for Predicting the Susceptibility to Solidification Cracking", Welding Journal, 2015년 12월, Vol. 94, p. 374~388, 및 X. Yan 및 J. Lin, "Prediction of Hot Tearing Tendency for Multicomponent Aluminum Alloys", Met. Trans. B, Vol. 37B, 2006년 12월, p. 913~918을 참조한다.
viii. 기타
이 신규 기술의 이들 및 다른 양태, 장점, 및 신규한 특징은 다음의 설명에 부분적으로 기술되어 있으며, 다음의 설명 및 도면을 조사할 시 당업자에게 명백해지거나, 본 개시에 의해 제공된 기술의 하나 이상의 구현예를 실시함으로써 학습될 수 있다.
개시된 이점 및 개선 중에서, 본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 상세한 구현예가 본원에 개시되어 있지만, 개시된 구현예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단지 예시임을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 다양한 구현예와 관련하여 주어진 각각의 예는 예시하기 위한 것이며, 제한하기 위한 것은 아니다.
명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 다음의 용어는 문맥상 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 본원에서 명시적으로 연관된 의미를 사용한다. 본원에서 사용된 문구, "일 구현예에서" 및 "일부 구현예에서"는 반드시 동일한 구현예(들)를 지칭하지는 않지만, 동일한 구현예(들)를 지칭할 수도 있다. 또한, 본원에서 사용된 문구, "다른 구현예에서" 및 "일부 다른 구현예에서"는 반드시 다른 구현예를 지칭하지는 않지만, 다른 구현예를 지칭할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 범주 또는 사상을 벗어나지 않고 쉽게 조합될 수 있다.
또한, 본원에서 사용된 용어, "또는"은, 포괄적인 "또는"의 연산자이며, 문맥상 명확하게 달리 언급하지 않는 한 "및/또는"이라는 용어와 동등하다. 용어 "기초한"은 배타적이지 않으며, 문맥상 명확하게 달리 언급하지 않는 한, 설명되지 않은 추가 인자들에 기초할 수 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐, 문맥상 명확하게 달리 언급하지 않는 한, "한", "하나", 및 "그 하나"의 의미는 복수의 참조를 포함한다. "안"이라는 의미는, 문맥상 명확하게 달리 언급하지 않는 한, "내에" 및 "에 대해"를 포함한다.
본 발명의 다수의 구현예가 설명되었지만, 이들 구현예는 단지 예시적인 것이고, 제한적인 것은 아니며, 많은 수정이 당업자에게 명백할 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 문맥상 명확하게 달리 요구하지 않는 한, 다양한 단계는 임의의 원하는 순서로 수행될 수 있고, 임의의 적용 가능한 단계는 추가 및/또는 제거될 수 있다.
실시예 1
표 1에 나타낸 알루미늄 합금의 하나의 파일럿-규모 잉곳을 균질화한 다음 통상적으로 스캘핑/박리하였다.
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti |
| 1.06 | 0.22 | 0.67 | 0.21 | 0.76 | 0.08 | 0.01 | 0.03 |
* 각 합금의 나머지는 부수적인 원소 및 불순물이었고, 합금은 0.03 중량% 이하의 불순물을 함유하였고, 합금은 총 0.10 중량% 이하의 모든 불순물을 함유하였다.
그 다음 균질화된 잉곳을 3.531 mm (0.139 인치)로 열간 압연한 다음, (임의의 중간 어닐링 없이) 약 43%만큼 2.007 mm (0.079 인치)의 최종 게이지로 냉간 압연하였다. 그 다음, 최종 게이지 재료를 1040℉에서 용액 열처리하고, 물로 퀀칭시키고, 평탄도를 위해 신장시킨 다음, 7일 동안 자연적으로 에이징시켰다. 그런 다음, 합금을 (i) 437℉(225℃)에서 30분 동안 에이징하거나("Age1"), (ii) 356℉(180℃)에서 8시간 동안 에이징하였다("Age2"). 재료의 기계적 특성은 아래 표 2에 나타나 있다.
파단 거동은 또한, (정의 섹션에 정의된 바와 같은) 3점 굽힘 시험을 사용하여 평가하였으며, 그 시험 결과는 또한 아래 표 2에 제공되어 있다. 이들 시험은, 특히, 충돌 상황에서 재료의 (a) 균열 없이 고정되는 능력 및 (b) 거동을 평가하는 데 사용된다. 횡방향 배향(LT)에 대해 시험을 수행하였고, 보고된 값은 시험된 각 합금에 대해 사용된 열 개의 시편 평균에 기초한다. 모든 특성은 LT(긴 가로) 방향을 기준으로 한다.
| 에이징 실시 |
TYS
(MPa) |
UTS
(MPa) |
총 연신률 (%) |
평균 연장부
@70% (mm) |
| Age1 | 351 | 375 | 9.0 | 12.4 |
| Age2 | 365 | 399 | 9.4 | 10.4 |
종래의 6111 및 6013 합금을 전술한 바와 유사하게 생성되었다. 즉, 잉곳으로서 주조하고, 중간 게이지로 열간 압연하고, 최종 게이지로 냉간 압연하고, 용액 열처리한 다음 퀀칭시키고, 이어서 적어도 2주 동안 자연적으로 에이징시켰다. 합금의 조성은 아래 표 3에 나타나 있다.
| 합금 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | Al |
| 6111 | 0.75 | 0.24 | 0.67 | 0.20 | 0.58 | 0.04 | 0.01 | 0.03 | 나머지 |
| 6013 | 0.68 | 0.23 | 0.85 | 0.31 | 0.92 | 0.03 | 0.02 | 0.03 | 나머지 |
6111 및 6013 재료는 적어도 1.5개월 동안 자연적으로 에이징된 다음, Age1에 따라 에이징되었다. 그 다음, 기계적 특성을 측정하였으며, 그 결과는 아래 표 4에 나타나 있다. 모든 특성은 LT(긴 가로) 방향을 기준으로 한다.
| 합금 | CR% | 에이징 실시 | TYS (MPa) | UTS (MPa) |
연신률
(%) |
평균 연장부
@70% (mm) |
| 6111 | 43 | Age1 | 299.6 | 329.9 | 10.6 | 15.4 |
| 6013 | 55 | Age1 | 328.9 | 367.1 | 12.3 | 10.6 |
나타낸 바와 같이, 6111 합금은 본 발명 합금에 의해 달성된 강도를 달성할 수 없고, 6013 합금은 본 발명 합금에 의해 달성된 높은 3-포인트 굽힘 특성을 달성할 수 없다.
본 발명의 합금 및 6111 및 6013 재료의 미세구조도 평가하였다. 구체적으로, 본원에 포함된 미세구조 평가 절차에 따라 결정립 크기, 질감, 분산질 분획, 및 재결정화 백분율을 결정하였다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 합금은 6111 및 6013 둘 다보다 더 높은 면적 분율의 분산질을 가지며, 본 발명의 합금 및 6111 둘 모두는 6013보다 더 미세한 분산질을 갖는다. 본 발명의 합금은 또한 6013 및 6111 합금보다 현저하게 높은 f/r 값을 갖는다. f/r 비율에서, f는 분산질의 분율(면적 %/100)이고, r은 평균 분산질 반경(직경/2)이다. f/r이 높을수록, 제너 드래그라고도 하는, 결정립 경계 핀이 더 커지는 경향이 있으며, 이는 미세한 결정립 크기를 촉진하는 경향이 있을 것이다. 높은 f/r을 갖는 본 발명 합금은 실제로 더 거친 결정립 크기를 실현하였지만, 이는 성분 입자가 입자 자극 핵생성(PSN) 재결정화를 촉진하는 경향이 있기 때문일 가능성이 있다. 다른 모든 것은 동일하며, 더 많은 성분을 갖는 재료는 표 5에서 관찰되는 것과 같은 더 미세한 결정립 크기를 실현할 것으로 예상된다. 6111 합금에서 미세 입자 크기 및 최고 양의 성분이 관찰된다.
| 합금 | 분산질 면적 % | 분산질 평균 직경, 마이크로미터 | f/r | 구성 면적 % | 구성 직경, 마이크로미터 | % ReX |
면적 중량 G.S. (㎛) 모두 |
| 발명 | 0.89* | 0.16* | 0.112 | 0.658 | 1.11 | 99% | 47.6 |
| 6111 | 0.53 | 0.17 | 0.061 | 1.02 | 1.24 | 99% | 30.4 |
| 6013 | 0.63 | 0.21 | 0.061 | 0.73 | 1.58 | 99% | 34.6 |
*평균 값은 t/2 위치에서만 측정됨.
질감 측정은 또한 미세구조 평가 절차에 따라 수행되었으며, 그 결과는 표 6에 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 본 발명 합금 및 6111은 모두 6013에 비해 현저하게 더 높은 수준의 큐브 질감을 함유한다. 큐브 질감은 성형성 및 파단 거동에 비해 매우 바람직한 구성요소이다.
| 합금 | Texture (%) | |||||
| 큐브 | 고스 | P | 황동 | 구리 | S | |
| 발명 | 12 | 2 | 5 | 3 | 6 | 9 |
| 6111 | 12 | 11 | 5 | 3 | 7 | 15 |
| 6013 | 7 | 10 | 8 | 4 | 6 | 17 |
합금의 고온 열상 감수성(HTS)도 HTS 절차(상기)에 따라 계산되었으며, 그 결과는 아래 표 7에 나타나 있다.
| 합금 | 고온 열상 감수성 (℃) |
| 발명 | 865 |
| 6111 | 916 |
| 6013 | 813 |
데이터가 보여주는 바와 같이, 본 발명 합금은 강도와 파단 거동의 매우 높은 조합을 실현하는데, 이는 그의 조성에 기인할 수 있다. 본 발명의 합금은 또한 특히 높은 수준의 큐브 질감을 함유한다. 또한, 본 발명의 합금은 6111보다 낮은 열상 감수성을 가지며, 이는 개선된 주조성을 나타낸다.
표 8에 나타낸 알루미늄 합금의 4개의 제조-규모 잉곳을 균질화한 다음 통상적으로 스캘핑/박리하였다.
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | Al |
| 1.06 | 0.27 | 0.69 | 0.05 | 0.75 | 0.18 | 0.01 | 0.02 | 나머지 |
* 각 합금의 나머지는 부수적인 원소 및 불순물이었고, 합금은 0.03 중량% 이하의 불순물을 함유하였고, 합금은 총 0.10 중량% 이하의 모든 불순물을 함유하였다.
2개의 균질화된 잉곳을 4.4 mm (0.172 인치)로 열간 압연한 다음, (임의의 중간 어닐링 없이) 약 43%만큼 2.5 mm (0.098 인치)의 최종 게이지로 냉간 압연하였다. 다른 2개의 잉곳을 6.2 mm (0.244 인치)로 열간 압연한 다음, (임의의 중간 어닐링 없이) 약 43%만큼 3.5 mm (0.138 인치)의 최종 게이지로 냉간 압연하였다. 그런 다음, 최종 게이지 재료를 약 510 내지 548℃(950~1019℉)에서 약 5 내지 75초 범위의 시간 동안 용액 열 처리하였다.
퀀칭 단계 후에 재료 중 일부를 예비-에이징하여 T43 템퍼를 생성하였다. 구체적으로, 퀀칭 후, 이들 재료를 2.5mm 및 3.5mm 재료에 대해 각각 약 (a) 67 내지 77℃(153 내지 170℉) 또는 (b) 77 내지 83℃(170 내지 182℉)에서 예비-에이징하였다. 다른 재료를 퀀칭 후 자연적으로 에이징하여 T4 템퍼를 생성하였다. T4 및 T43 템퍼 재료 둘 모두를 약 1개월 동안 자연적으로 에이징시켰다.
다음으로, T4 재료 중 일부를 (i) 437℉(225℃)에서 30분 동안 에이징시키거나("Age1"), 또는 (ii) 340℉(180℃)에서 16시간 동안 에이징시켰다("Age2"). 이들 재료의 기계적 특성은 아래 표 9에 나타나 있다. 유사하게, T43 재료 중 일부를 (i) 임의의 사전 변형 없이 185℃(365℉)에서 20분 동안 에이징시키거나("Age3"), (ii) 2% 신장(사전 변형)시킨 다음 185℃(365℉)에서 20분 동안 에이징시켰다("Age4"). 재료의 기계적 특성은 아래 표 10에 나타나 있다.
| 샘플 번호 | HR 게이지 (mm) | 최종 게이지 (mm) | 에이징 실시 | TYS (MPa) | UTS (MPa) | 총 연신률 (%) |
| 1 | 4.4 | 2.5 | Age 1 | 336 | 366 | 11.4 |
| 2 | 4.4 | 2.5 | Age 1 | 322 | 353 | 11.6 |
| 3 | 4.4 | 2.5 | Age 1 | 305 | 337 | 11.8 |
| 4 | 6.2 | 3.5 | Age 1 | 328 | 360 | 12.6 |
| 5 | 6.2 | 3.5 | Age 1 | 301 | 336 | 13 |
| 6 | 6.2 | 3.5 | Age 1 | 300 | 335 | 12.6 |
| 7 | 4.4 | 2.5 | Age 2 | 350 | 392 | 14.2 |
| 8 | 4.4 | 2.5 | Age 2 | 340 | 383 | 14.7 |
| 9 | 4.4 | 2.5 | Age 2 | 326 | 371 | 14.2 |
| 샘플 번호 | HR 게이지 (mm) | 최종 게이지 (mm) | 에이징 실시 | TYS (MPa) | UTS (MPa) | 총 연신률 (%) |
| 1 | 4.4 | 2.5 | Age 3 | 273 | 370 | 22.8 |
| 2 | 4.4 | 2.5 | Age 3 | 267 | 362 | 22 |
| 3 | 4.4 | 2.5 | Age 3 | 255 | 349 | 23.1 |
| 4 | 6.2 | 3.5 | Age 3 | 268 | 365 | 23.8 |
| 5 | 6.2 | 3.5 | Age 3 | 256 | 353 | 23.4 |
| 6 | 6.2 | 3.5 | Age 3 | 251 | 345 | 21.6 |
| 7 | 4.4 | 2.5 | Age 4 | 312 | 377 | 21.2 |
| 8 | 4.4 | 2.5 | Age 4 | 300 | 367 | 21.0 |
| 9 | 4.4 | 2.5 | Age 4 | 288 | 354 | 22.1 |
| 10 | 6.2 | 3.5 | Age 4 | 301 | 370 | 22.5 |
| 11 | 6.2 | 3.5 | Age 4 | 293 | 360 | 21.2 |
| 12 | 6.2 | 3.5 | Age 4 | 286 | 351 | 20.6 |
나타낸 바와 같이, 합금은 다양한 조건에 걸쳐 높은 강도 및 신장률을 실현하였다. 일반적으로, 더 높은 용액 열 처리 온도 및/또는 더 긴 용액 열 처리 시간으로 더 높은 강도가 실현되었다.
비교를 위해, 6111 및 6013 합금을 생산한 종래의 식물의 기계적 특성을 측정하였으며, 그 결과가 아래 표 11에 나타나 있다.
| 합금 | 최종 게이지 (mm) | 템퍼 | 에이징 실시 | TYS (MPa) |
UTS (MPa) |
총 연신률 (%) |
| 6111 | 2.0 | T4 | Age1 | 290 | 318 | 11.1 |
| 6111 | 1.5 - 3.5 | T43 | Age3 | 235 | 325 | 22.1 |
| 6111 | 1.5 - 3.5 | T43 | Age4 | 271 | 334 | 20.6 |
| 6013 | 1.5 - 4 | T4 | 피크 에이징 | 349 | 387 | 10.8 |
나타낸 바와 같이, 6111, T4 "Age1" 재료는 290 MPa의 TYS를 실현한 반면, 동일한 조건의 본 발명 합금은 각각 2.5 mm 및 3.5 mm의 게이지에 대해 336 MPa 및 328 MPa만큼 높은 TYS 값을 실현하였다. 본 발명 합금은 또한 "Age1" 조건에서 상업적 6111보다 UTS에 대해 훨씬 더 높은 값을 실현하였다.
나타낸 바와 같이, 6111, T43, "Age3" 재료는 235 MPa의 TYS를 실현한 반면, 동일한 조건의 본 발명 합금은 2.5 mm 및 3.5 mm의 게이지에 대해 각각 273 MPa 및 268 MPa만큼 높은 값을 실현하였다. 유사하게, 6111, T43, "Age4" 재료는 271 MPa의 TYS를 실현한 반면, 동일한 조건의 본 발명 합금은 각각 2.5 mm 및 3.5 mm의 게이지에 대해 312 MPa 및 301 MPa만큼 높은 값을 실현하였다. 본 발명 합금은 또한 "Age3" 및 "Age4" 조건에서 상업적 6111보다 UTS에 대해 훨씬 더 높은 값을 실현하였다.
나타낸 바와 같이, 6013-T6(피크 강도) 재료는 349 MPa의 TYS 및 387 MPa의 UTS를 실현하였다. 그러나, 본 발명 합금은 6013 제품에 대한 10.8%의 값과 비교하여 14.9%에서 훨씬 더 높은 총 신장률을 가졌다. 또한, 6013 합금은 (ASTM G85 A2에 따른) 불량한 사상 부식을 실현하여 자동차 응용에 적합하지 않을 것으로 예상된다. 6013의 불량한 사상 부식은 적어도, 통상적으로 0.8 중량%보다 큰, 그의 구리 함량으로 인한 것일 수 있다.
본 개시의 다양한 구현예가 상세히 설명되었지만, 당업자라면 이들 구현예의 변경 및 조정이 일어날 수 있음이 명백하다. 그러나, 이러한 변경 및 조정은 본 개시의 사상 및 범주 내에 있음이 명백하게 이해되어야 한다.
Claims (39)
- 알루미늄 합금 시트 제품으로서,
상기 제품은
0.95 내지 1.25 중량% Si;
0.65 내지 0.95 중량%의 Mg;
0.50 내지 0.75 중량%의 Cu;
0.02 내지 0.40 중량%의 Mn;
0.03 내지 0.26 중량%의 Cr;
0.01 내지 0.30 중량%의 Fe;
최대 0.25 중량%의 Zn;
최대 0.20 중량%의 Zr;
최대 0.20 중량%의 V; 및
최대 0.15 중량%의 Ti
를 포함하고, 나머지는 알루미늄, 선택적인 부수적 원소, 및 불순물이되,
여기서 (Mg 중량%)/(Si 중량%)는 0.99 이하:1이고, (Mn 중량%) + (Cr 중량%)은 적어도 0.22 중량%이고,
상기 알루미늄 합금 시트 제품은 1.0 내지 4.0 mm의 두께를 갖고,
상기 알루미늄 시트 제품은 T6 템퍼(temper)에서 적어도 315 MPa의 인장 항복 강도(LT)를 실현하고, 상기 T6 템퍼의 인공적 에이징은 225℃(437℉)에서 30분인, 알루미늄 합금 시트 제품. - 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 1.0 중량%의 Si, 또는 적어도 1.05 중량%의 Si, 또는 적어도 1.10 중량%의 Si를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 1.20 중량% 이하의 Si를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.70 중량%의 Mg, 또는 적어도 0.75 중량%의 Mg, 또는 적어도 0.80 중량%의 Mg를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.90 중량% 이하의 Mg, 또는 0.85 중량% 이하의 Mg를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, (Mg 중량%)/(Si 중량%)는 0.90 이하:1, 또는 0.85 이하:1, 또는 0.80 이하:1, 또는 0.75 이하:1, 또는 0.70 이하:1인, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (Mg 중량%)/(Si 중량%)는 적어도 0.50:1, 또는 적어도 0.55:1, 또는 적어도 0.60:1, 또는 적어도 0.65:1인, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.55 중량%의 Cu, 또는 적어도 0.60 중량%의 Cu, 또는 적어도 0.65 중량%의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.73 중량% 이하의 Cu, 또는 0.70 중량% 이하의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.04 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.05 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.06 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.08 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.10 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.15 중량%의 Mn, 또는 적어도 0.20 중량%의 Mn을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.35 중량% 이하의 Mn, 또는 0.30 중량% 이하의 Mn을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.04 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.06 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.08 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.10 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.12 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.14 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.16 중량%의 Cr, 또는 적어도 0.18 중량%의 Cr을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.24 중량% 이하의 Cr, 또는 0.22 중량% 이하의 Cr, 또는 0.20 중량% 이하의 Cr을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (Mn 중량%) + (Cr 중량%)는 적어도 0.24 중량%, 또는 적어도 0.25 중량%, 또는 적어도 0.26 중량%, 또는 적어도 0.27 중량%, 또는 적어도 0.28 중량%, 또는 적어도 0.29 중량%인, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.05 중량%의 Fe, 또는 적어도 0.10 중량%의 Fe, 또는 적어도 0.12 중량%의 Fe를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.28 중량% 이하의 Fe, 또는 0.26 중량% 이하의 Fe를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제16항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Zn, 또는 0.15 중량% 이하의 Zn, 또는 0.10 중량% 이하의 Zn, 또는 0.08 중량% 이하의 Zn, 또는 0.05 중량% 이하의 Zn, 또는 0.03 중량% 이하의 Zn를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Zn을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 Zr, 또는 0.10 중량% 이하의 Zr, 또는 0.08 중량% 이하의 Zr, 또는 0.05 중량% 이하의 Zr, 또는 0.03 중량% 이하의 Zr을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Zr을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.15 중량% 이하의 V, 또는 0.10 중량% 이하의 V, 또는 0.08 중량% 이하의 V, 또는 0.05 중량% 이하의 V, 또는 0.03 중량% 이하의 V를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 V을 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.12 중량% 이하의 Ti, 또는 0.10 중량% 이하의 Ti를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 적어도 0.01 중량%의 Ti, 또는 적어도 0.02 중량%의 Ti, 또는 적어도 0.05 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 항복 강도(LT)는 225℃(437℉)에서 30분 동안 인공적으로 에이징될 때 적어도 320 MPa, 또는 적어도 325 MPa, 또는 적어도 330 MPa, 또는 적어도 335 MPa, 또는 적어도 340 MPa, 또는 적어도 345 MPa, 또는 적어도 350 MPa인, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 상기 T6 템퍼에서 적어도 10.0 mm, 또는 적어도 11.0 mm, 또는 적어도 11.2 mm, 또는 적어도 11.4 mm, 또는 적어도 11.6 mm, 또는 적어도 11.8 mm, 또는 적어도 12.0 mm, 또는 적어도 12.2 mm, 또는 적어도 12.4 mm, 또는 적어도 12.6 mm, 또는 적어도 12.8 mm, 또는 적어도 13.0 mm의 3점 굽힘 연장부(three-point bend extension)를 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 상기 T4 템퍼에서 적어도 16.0 mm, 또는 적어도 16.2 mm, 또는 적어도 16.4 mm, 또는 적어도 16.6 mm, 또는 적어도 16.8 mm, 또는 적어도 17.0 mm, 또는 적어도 17.2 mm, 또는 적어도 17.4 mm, 또는 적어도 17.6 mm, 또는 적어도 17.8 mm, 또는 적어도 18.0 mm의 3점 굽힘 연장부를 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 ASTM G110-92(2015)에 따라 6시간 동안 시험했을 때 200 마이크로미터 이하의 최대 공격 깊이(maximum depth of attack)를 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 사상 내식성(filiform corrosion resistant)이고, ASTM G85 A2에 따라 시험될 때 AA6111과 적어도 유사한 사상 내식성을 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 완전 재결정화된 것인, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 60 마이크로미터 이하, 55 마이크로미터 이하, 50 마이크로미터 이하, 45 마이크로미터 이하, 또는 40 마이크로미터 이하, 38 마이크로미터 이하, 또는 36 마이크로미터 이하, 또는 34 마이크로미터 이하, 또는 32 마이크로미터 이하, 또는 30 마이크로미터 이하의 면적 가중 평균 결정립 크기(area weighted average grain size)를 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 적어도 20 마이크로미터, 또는 적어도 25 마이크로미터, 또는 적어도 28 마이크로미터의 면적 가중 평균 결정립 크기를 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 적어도 10 부피%의 큐브 질감(cube texture), 또는 적어도 11 부피%의 큐브 질감, 또는 적어도 12 부피%의 큐브 질감, 또는 적어도 13 부피%의 큐브 질감, 또는 적어도 14 부피%의 큐브 질감, 또는 적어도 15 부피%의 큐브 질감을 함유하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 25 부피% 이하의 큐브 질감, 또는 20 부피% 이하의 규브 질감을 함유하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 적어도 0.5%, 또는 적어도 0.55%, 또는 적어도 0.6%, 또는 적어도 0.65%, 또는 적어도 0.7%, 또는 적어도 0.75%, 또는 적어도 0.8%, 또는 적어도 0.85%, 또는 적어도 0.9%의 분산질 면적 분율(dispersoid area fraction)을 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 1.1% 이하, 또는 1.0% 이하의 분산질 면적 분율을 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 적어도 0.05, 또는 적어도 0.06, 또는 적어도 0.07, 또는 적어도 0.08 이상의 분산질 면적 분율(f)/분산질 반경(r)을 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트 제품은 0.11 이하, 또는 0.10 이하의 f/r을 실현하는, 알루미늄 합금 시트 제품.
- 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항의 알루미늄 합금 시트 제품으로 제조된 자동차 시트 제품.
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