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KR102555353B1 - 급속 시효된 고강도, 열처리 가능한 알루미늄 합금 제품 및 그 제조 방법 - Google Patents

급속 시효된 고강도, 열처리 가능한 알루미늄 합금 제품 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102555353B1
KR102555353B1 KR1020217007202A KR20217007202A KR102555353B1 KR 102555353 B1 KR102555353 B1 KR 102555353B1 KR 1020217007202 A KR1020217007202 A KR 1020217007202A KR 20217007202 A KR20217007202 A KR 20217007202A KR 102555353 B1 KR102555353 B1 KR 102555353B1
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KR
South Korea
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aluminum alloy
aging
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product
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세드릭 우
라지브 지. 카마트
유디 유안
다비드 레이브라즈
줄리 리차드
라울 빌라스 쿨카니
피터 로이드 레드먼드
이 왕
라자세카르 탈라
라쉬미 란잔 모한티
튜더 피로틸라
Original Assignee
노벨리스 인크.
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Publication date
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Abstract

본원에는 가속 시효 단계를 사용하여 열처리 가능한 알루미늄 합금을 가공하는 방법이, 상기 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금 제품과 함께 기술된다. 본원에 기술된 열처리 가능한 합금을 가공하는 방법은 원하는 강도 및 성형성 특성의 알루미늄 합금 제품을 생산하기 위한 더욱 효율적인 방법을 제공한다. 예를 들어, 기존의 합금 가공 방법은 24시간의 시효가 필요할 수 있다. 그러나 본원에 기술된 방법은 시효 시간을 실질적으로 단축시켜 종종 8시간 이하의 시효 시간이 필요하다.

Description

급속 시효된 고강도, 열처리 가능한 알루미늄 합금 제품 및 그 제조 방법
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 11월 12일에 출원된 미국 특허 출원 제62/758,840호에 대한 우선권 및 출원 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 발명은 알루미늄 합금 및 그로부터 제조된 제품 분야, 더욱 구체적으로는 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법에 관한 것이다.
고강도 알루미늄 합금은 자동차 및 기타 운송(예를 들어, 트럭, 트레일러, 기차, 항공 우주 및 해양을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 응용 분야 및 전자 응용 분야를 포함한 많은 응용 분야에서 제품 성능을 향상시키는 데 바람직하다. 이러한 고강도 알루미늄 합금 제품을 얻으려면 종종 비용이 많이 드는 공정 단계가 필요하다. 예를 들어, 인위적 시효(artificial aging) 절차는 승온에서 최대 24시간 이상의 처리가 필요할 수 있으며, 이는 매우 비효율적인 제조 공정에 해당한다.
본 발명의 포함된 실시양태는 이 발명의 내용 부분이 아니라 청구범위에 의해 정의된다. 이 발명의 내용 부분은 본 발명의 다양한 측면에 대한 높은 수준의 개요이며 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 부분에서 추가로 설명되는 개념의 일부를 소개한다. 이 발명의 내용 부분은 청구된 대상의 핵심 또는 필수 특징을 확인하기 위한 것이 아니며, 청구된 대상의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하기 위한 것도 아니다. 상기 대상은 전체 명세서의 적절한 부분, 임의의 또는 모든 도면 및 각 청구항을 참조하여 이해되어야 한다.
본원에는 압연 알루미늄 합금 제품(rolled aluminum alloy product)을 가공하는 방법으로서, 압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 약 400℃의 용체화(solutionizing) 온도에서 용체화하는 단계, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉(quenching)시켜 W 템퍼(temper) 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효(naturally aging)시켜 중간 시효된(intermediate aged) 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 및 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 약 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함하는 방법이 기술된다. 일부 경우에, 상기 용체화 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃이다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 방법은 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 약 125℃ 내지 약 500℃의 온도에서 변형시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 측면에서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계는 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 약 5℃/초 내지 약 1000℃/초의 속도로 냉각시키는 것을 포함하고 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 용체화한 후, 상기 압연 알루미늄을 변형시킨 후, 또는 두 경우 후에 수행할 수 있다. 일부 예에서, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시키는 단계는 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 실온에서 최대 약 12개월(예를 들어, 최대 약 6개월) 동안 시효시키는 것을 포함한다. 일부 측면에서, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 약 140℃의 온도로 가열하고 이 온도를 최대 약 8시간 동안 유지하는 것을 포함하는 단일 단계 시효 절차를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계는 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 다단계 시효 절차를 포함할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 제1 시효 단계는 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 120℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 약 0.5시간 내지 약 2시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 약 0.5시간 내지 약 7.5시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 제1 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 50℃ 내지 약 90℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 160℃ 내지 약 200℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함한다.
특정 추가 실시양태에서, 상기 방법은 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 135℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하고; 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하며, 상기 제1 시효 단계와 상기 제2 시효 단계의 총 시효 시간은 5시간을 초과한다.
일부 측면에서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품일 수 있고, 선택적으로 모놀리식 합금(monolithic alloy)으로부터, 또는 코어층(core layer) 및 적어도 하나의 클래딩층(cladding layer)을 갖는 클래드 압연 알루미늄 합금 제품으로부터 제조될 수 있다.
또한, 본원에는 압연 알루미늄 합금 제품을 약 125℃ 내지 약 500℃의 온도에서 변형시키는 단계, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시켜 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시켜 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계, 및 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 약 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함하는, 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법이 기술된다. 일부 경우에, 상기 급냉은 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 변형시킨 후 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 약 5℃/초 내지 약 1000℃/초의 속도로 냉각시키는 것을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시키는 단계는 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 약 12개월(예를 들어, 최대 약 6개월) 동안 시효시키는 것을 포함한다. 선택적으로, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 약 140℃의 온도로 가열하고 이 온도를 최대 약 8시간 동안 유지하는 것을 포함하는 단일 단계 시효 절차를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계는 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 다단계 시효 절차를 포함할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 제1 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 120℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 약 0.5시간 내지 약 2시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 약 0.5시간 내지 약 7.5시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 제1 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 50℃ 내지 약 90℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 160℃ 내지 약 200℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함한다.
특정 추가 실시양태에서, 상기 방법은 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 135℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하고; 상기 제2 시효 단계는 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하고, 상기 제1 시효 단계와 상기 제2 시효 단계의 총 시효 시간은 5시간을 초과한다.
일부 비제한적인 예에서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은 선택적으로 모놀리식 합금으로부터, 또는 코어층과 하나 이상의 클래딩층을 갖는 클래드 압연 알루미늄 합금 제품으로부터 제조될 수 있는 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품일 수 있다.
또한, 본원에는 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 제품이 기술된다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 제품은 T7 템퍼이다. 일부 측면에서, 입자간(intergranular) 침전물의 등가 원 지름(equivalent circular diameter)은 최대 약 10나노미터(예를 들어, 약 5나노미터 내지 약 10나노미터)일 수 있다. 일부 경우에, 상기 제품은 최대 약 40% IACS(International Annealed Copper Standard)(예를 들어, 약 30% IACS 내지 약 40% IACS)의 전기 전도도, 적어도 약 450MPa의 항복 강도, 적어도 약 6%의 균일한 연신율 및/또는 적어도 132.5°의 3점 굽힘(three-point bend) 베타 각(β-각)을 나타낼 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 본원에 기술된 제품은 자동차 본체 부품(예를 들어, 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(pillar reinforcement), 내부 패널, 외부 패널, 사이드 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드 패널), 항공 우주 본체 부품 또는 전자 장치 하우징으로 형성돌 수 있다.
특정 측면에서, 상기 제품은 셀프 피어싱 리벳팅(self-piercing riveting)에 충분한 3점 굽힘 β-각 및 응력 부식 균열(stress corrosion cracking)에 대한 저항성을 나타내기에 충분한 전기 전도성을 나타낸다.
다른 목적 및 이점은 비제한적인 예 및 도면에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품의 열 이력을 도시한 개략도이다.
도 2는 본원에 기술된 방법에 따른 3점 굽힘 테스트에서 측정된 외부 3점 굽힘 α-각 및 내부 3-점 굽힘 β-각을 도시한 개략도이다.
도 3은 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품의 미세구조를 도시하는 주사형 투과전자현미경(scanning transmission electron microscope, STEM) 현미경 사진이다.
도 4는 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품의 과시효된(overaged) 미세구조를 나타내는 STEM 현미경 사진이다.
본원에는 가속 시효 공정을 사용하여 열처리 가능한 알루미늄 합금을 가공하는 방법이, 상기 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금 제품과 함께 기술된다. 본원에 기술된 열처리 가능한 알루미늄 합금을 가공하는 방법은 바람직한 강도 및 성형성 특성의 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하기 위한 더욱 효율적인 방법을 제공한다. 예를 들어, 기존의 합금 가공 방법은 승온에서 24시간 이상의 시효가 필요할 수 있다. 그러나 본원에 기술된 방법은 시효 시간을 실질적으로 단축시켜 종종 8시간 이하의 시효 시간이 필요하다. 생성된 압연 알루미늄 합금 제품은 후속 열처리(예를 들어, 페인트 베이킹 또는 성형 후 열처리)에 적용될 때, 놀랍게도 시효 시간이 더 긴 기존의 방법에 따라 제조된 것에 필적하거나 그보다 더 높은 강도를 나타낸다.
정의 및 설명:
본원에 사용된 용어 "발명", "상기 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은 이 특허 출원의 모든 대상 및 아래의 청구범위를 광범위하게 지칭하기 위한 것이다. 이러한 용어를 함유하는 서술은 본원에 기술된 대상을 제한하거나 아래의 특허 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이 기술에서는 "시리즈" 또는 "7xxx"와 같은 알루미늄 산업 명칭으로 식별되는 합금을 참조한다. 알루미늄과 그 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템에 대한 이해를 위해서는 미국 알루미늄협회(The Aluminum Association)가 발행한 "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, "일(a)", "하나(an)" 또는 "상기(the)"의 의미는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수 지시 대상을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 두께가 약 15㎜보다 큰 것이다. 예를 들어, 플레이트는 두께가 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㎜ 초과인 압연 알루미늄 합금 제품을 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 쉐이트(shate)(시트 플레이트(sheet plate)라고도 칭함)는 일반적으로 약 4㎜ 내지 약 15㎜ 두께의 압연 알루미늄 합금 제품을 지칭한다. 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 두께일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 두께가 약 4㎜ 미만인 압연 알루미늄 합금 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 두께가 약 4㎜ 미만, 약 3㎜ 미만, 약 2㎜ 미만, 약 1㎜ 미만, 약 0.5㎜ 미만, 약 0.3㎜ 미만 또는 약 0.1㎜ 미만일 수 있다.
이 출원에서는 합금 상태 또는 템퍼를 참조한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명의 이해를 위해서는 "American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems"을 참조한다. F 상태 또는 템퍼는 가공 제작된 알루미늄 합금을 지칭한다. O 상태 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. T1 상태 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고 (예를 들어, 실온에서) 자연 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 상태 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고, 냉간 가공되고 자연 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 상태 또는 템퍼는 열처리되고, 냉간 가공되고 자연 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T4 상태 또는 템퍼는 열처리되고 자연 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T5 상태 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고 (승온에서) 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 상태 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T7 상태 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 과시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T8x 상태 또는 템퍼는 열처리되고, 냉간 가공되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T9 상태 또는 템퍼는 열처리되고, 인위적으로 시효되고 냉간 가공된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. W 상태 또는 템퍼는 열처리되고 급냉된 시효 경화전의 알루미늄 합금 용액을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "실온"의 의미는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어, 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 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, "주조 금속 제품(cast metal product)", "주조 제품", "주조 알루미늄 합금 제품" 등과 같은 용어는 상호 교환 가능하며 직접 냉각 주조(직접 냉각 공동 주조 포함) 또는 반연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터(twin belt caster), 트윈 롤 캐스터(twin roll caster), 블록 캐스터(block caster) 또는 기타 연속 캐스터의 사용 포함), 전자기 주조(electromagnetic casting), 핫 탑 주조(hot top casting) 또는 기타 주조 방법에 의해 생산된 제품을 지칭한다.
본원에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 명시된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이의 (및 이들을 포함하는) 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위, 즉 최소값 1 이상으로 시작하는 모든 하위 범위, 예를 들어, 1 내지 6.1, 및 최대값 10 이하로 끝나는 모든 하위 범위, 예를 들어, 5.5 내지 10을 포함하는 것으로 간주해야 한다.
일부 경우에, 알루미늄 합금은 이 합금의 총 중량을 기준으로 한 중량%(wt.%)로 나타낸 원소 조성으로 기술된다. 각 합금의 특정 예에서, 잔부는 알루미늄이고, 불순물의 합계는 최대 0.15중량%이다.
제조 및 가공 방법
본원에 기술된 방법은 압연 알루미늄 합금 제품을 열처리 단계(예를 들어, 승온에서의 용체화 단계 및/또는 변형 단계)에 적용한 다음, 급냉 및 가속 시효시키는 공정을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은 가용성 상을 용해시키기 위해 용체화될 수 있으며, 이는 상기 압연 알루미늄 합금 제품이 거의 균질한 고용체를 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도에서 유지된 다음, 급냉되어 과포화를 달성할 때 일어난다. 일부 다른 비제한적인 예에서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은 성형된 알루미늄 합금 제품을 제공하기 위해 승온에서 변형될 수 있고, 이어서 변형 단계로 인한 임의의 전위 이동(dislocation motion)을 저지하기 위해 급냉될 수 있다. 전술한 바와 같은 열처리 및 급냉 단계(예를 들어, 용체화 및 급냉 단계, 및/또는 승온에서 수행되는 변형 및 급냉 단계)는 본원에 기술된 바와 같은 가속 시효 공정을 가능하게 한다.
본원에 기술된 방법에 사용하기에 적합한 압연 알루미늄 합금 제품은 열처리 가능한 알루미늄 합금 제품, 예를 들어, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품 및/또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품을 포함한다. 일부 예에서, 상기 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, 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 AA2199와 같은 2xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, 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 AA6092와 같은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 압연 알루미늄 합금 제품은, 예를 들어, 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, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, 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 AA7099와 같은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 본원에 기술된 방법에 사용하기 위한 압연 알루미늄 합금 제품은 모놀리식 합금으로부터 제조된다. 다른 예에서, 본원에 기술된 방법에 사용하기 위한 압연 알루미늄 합금 제품은 코어층과 1개 또는 2개의 클래딩층을 갖는 클래드 압연 알루미늄 합금 제품이다. 일부 경우에, 상기 코어층 및/또는 클래딩층(들)은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금일 수 있다. 일부 경우에, 상기 코어층은 상기 클래딩층 중 하나 또는 둘 모두와 조성이 다르다. 일부 비제한적인 예에서, 상기 클래드 압연 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 클래딩층이 있는 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 코어층, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 클래딩층이 있는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금 코어층, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 클래딩층이 있는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금 코어층을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 방법은 임의의 적합한 주조 공정을 사용하여 알루미늄 합금을 주조함으로써 제조된 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 알루미늄 합금은 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터 또는 블록 캐스터의 사용을 포함하지만 이에 제한되지 않는 연속 주조(continuous casting, CC) 공정을 사용하여 주조될 수 있다. 일부 예에서, 주조 공정은 빌릿(billet), 슬래브(slab), 스트립(strip) 등과 같은 주조 제품을 형성하기 위해 CC 공정에 의해 수행된다. 일부 예에서, 주조 공정은 잉곳(ingot)과 같은 주조 제품을 형성하기 위해 직접 냉각(direct chill, DC) 주조 공정에 의해 수행된다.
주조 제품은 이후 추가 가공 단계에 적용될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 가공 방법은 압연 알루미늄 합금 제품을 생성하기 위한 균질화, 열간 압연, 냉간 압연 및/또는 어닐링 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 본원에 기술된 방법에 사용하기 위한 압연 알루미늄 합금 제품의 게이지는 약 15㎜ 이하(예를 들어, 약 14㎜ 이하, 약 13㎜ 이하, 약 12㎜ 이하, 약 11㎜ 이하, 약 10㎜ 이하, 약 9㎜ 이하, 약 8㎜ 이하, 약 7㎜ 이하, 약 6㎜ 이하, 약 5㎜ 이하, 약 4㎜ 이하, 약 3㎜ 이하, 약 2㎜ 이하, 약 1㎜ 이하, 약 0.9㎜ 이하, 약 0.8㎜ 이하, 약 0.7㎜ 이하, 약 0.6㎜ 이하, 약 0.5㎜ 이하, 약 0.4㎜ 이하, 약 0.3㎜ 약 0.2㎜ 이하 또는 약 0.1㎜ 이하)일 수 있다. 이렇게 압연된 알루미늄 합금 제품의 템퍼를 F 템퍼라고 지칭한다.
용체화 및 급냉
F 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 용체화(즉, 용액 열처리) 단계와 같은 열처리 단계에 적용될 수 있다. 용체화 단계는 압연 알루미늄 합금 제품을 실온 내지 적어도 약 400℃의 용체화 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 용 체화 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃(예를 들어, 약 410℃ 내지 약 490℃, 약 420℃ 내지 약 480℃, 약 430℃ 내지 약 470℃ 또는 약 440℃ 내지 약 460℃)일 수 있다. 예를 들어, 용체화 온도는 약 400℃, 약 405℃, 약 410℃, 약 415℃, 약 420℃, 약 425℃, 약 430℃, 약 435℃, 약 440℃, 약 445℃, 약 450℃, 약 455℃, 약 460℃, 약 465℃, 약 470℃, 약 475℃, 약 480℃, 약 485℃, 약 490℃, 약 495℃ 또는 약 500℃일 수 있다.
압연 알루미늄 합금 제품은 원하는 시간 동안 용체화 온도에서 유지(즉, 용체화 온도에서 침지)될 수 있다. 특정 측면에서, 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 30초 동안(예를 들어, 약 60초 내지 약 120분 포함) 침지될 수 있다. 예를 들어, 압연 알루미늄 합금 제품은 용체화 온도에서 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.
용체화 단계는 급냉 단계로 이어질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "급냉"은 알루미늄 합금 제품의 온도를 빠르게 낮추는 것을 의미한다. 이 경우, 용 체화 단계 이후의 급냉 단계는 전술한 바와 같이 용체화된 압연 알루미늄 합금 제품의 온도를 낮추는 것을 포함한다. 급냉은 액체(예를 들어, 물) 및/또는 기체 또는 다른 선택된 급냉 매질을 사용하여 수행할 수 있다. 일부 예에서, 냉각은 2개의 냉각된 플레이트 사이에서 압연 알루미늄 합금 제품을 가압함으로써 수행할 수 있다. 특정 측면에서, 압연 알루미늄 합금 제품은 약 40℃ 내지 약 75℃의 온도에서 물을 사용하여 급냉시킬 수 있다. 특정 측면에서, 압연 알루미늄 합금 제품은 강제 공기를 사용하여 급냉된다.
급냉 속도는 약 5℃/s 내지 약 1000℃/s일 수 있다. 급냉 속도 및 다른 조건은 압연 알루미늄 합금 제품에 의해 나타날 원하는 특성 조합 및/또는 압연 알루미늄 합금 제품의 게이지와 같은 다양한 요인에 따라 선택될 수 있다. 일부 경우에, 급냉 속도는 약 5℃/s 내지 약 975℃/s, 약 10℃/s 내지 약 950℃/s, 약 25℃/s 내지 약 800℃/s, 약 50℃/s 내지 약 700℃/s, 약 75℃/s 내지 약 600℃/s, 약 100℃/s 내지 약 500℃/s, 약 200℃/s 내지 약 400℃/s, 또는 그 사이의 임의의 속도일 수 있다. 예를 들어, 급냉 속도는 약 5℃/s, 약 10℃/s, 약 15℃/s, 약 20℃/s, 약 25℃/s, 약 30℃/s, 약 35℃/s, 약 40℃/s, 약 45℃/s, 약 50℃/s, 약 55℃/s, 약 60℃/s, 약 65℃/s, 약 70℃/s, 약 75℃/s, 약 80℃/s, 약 85℃/s, 약 90℃/s, 약 95℃/s, 약 100℃/s, 약 200℃/s, 약 300℃/s, 약 400℃/s, 약 500℃/s, 약 600℃/s, 약 700℃/s, 약 800℃/s, 약 900℃/s 또는 약 1000℃/s일 수 있다.
변형 및 급냉
본원에 기술된 방법은 적어도 하나의 변형 단계를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "변형"은 절삭(cutting), 스탬핑(stamping), 프레싱(pressing), 프레스 성형(press-forming), 인발(drawing), 성형(shaping), 인장변형(straining), 또는 당해 분야의 숙련가에게 공지된 2차원 또는 3차원 형상을 생성할 수 있는 다른 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스탬핑 또는 프레싱 단계에서 압연 알루미늄 합금 제품은 상호 보완적 형상의 두 다이(die) 사이에서 프레스하여 변형된다. 변형 단계는 급냉 단계 후 압연 알루미늄 합금 제품에 또는 승온에서 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다.
일부 예에서, 변형 단계는 승온(예를 들어, 실온보다 높은 온도에서 약 500℃)에서 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다. 예를 들어, 변형 단계는 약 40℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 440℃ 또는 약 150℃ 내지 약 400℃의 온도에서 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다. 일부 경우에, 변형 단계는 온간 성형(warm forming) 공정일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 온간 성형은 실온보다 높은 온도에서 최대 약 250℃에서 수행되는 변형 단계를 지칭한다. 일부 경우에, 온간 성형은 약 40℃ 내지 약 250℃, 약 50℃ 내지 약 240℃, 약 75℃ 내지 약 200℃ 또는 약 100℃ 내지 약 175℃의 온도에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 온간 성형은 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 약 200℃, 약 210℃, 약 220℃, 약 230℃, 약 240℃ 또는 약 250℃의 온도에서 수행할 수 있다.
일부 경우에, 변형 단계는 열간 성형 공정일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 열간 성형은 약 255℃ 내지 약 500℃의 온도에서 수행되는 변형 단계를 지칭한다. 일부 경우에, 열간 성형은 약 260℃ 내지 약 500℃, 약 275℃ 내지 약 475℃, 약 300℃ 내지 약 450℃ 또는 약 325℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 열간 성형은 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℃, 약 380℃, 약 385℃, 약 390℃, 약 395℃, 약 400℃, 약 405℃ 약 410℃, 약 415℃, 약 420℃, 약 425℃, 약 430℃, 약 435℃, 약 440℃, 약 445℃, 약 450℃, 약 455℃, 약 460℃, 약 465℃, 약 470℃, 약 475℃, 약 480℃, 약 485℃, 약 490℃, 약 495℃ 또는 약 500℃의 온도에서 수행할 수 있다. 일부 경우에, 변형 단계 다음에는 상술한 바와 같이 급냉 단계가 이어질 수 있다.
일부 경우에, 변형 단계는 125℃ 미만의 온도(예를 들어, 실온 내지 125℃ 미만의 온도)에서 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다. 예를 들어, 변형 단계는 약 15℃ 내지 약 120℃, 약 30℃ 내지 약 110℃ 또는 약 50℃ 내지 약 90℃의 온도에서 압연 알루미늄 합금 제품에 수행할 수 있다. 선택적으로, 온간 성형은 약 20℃, 약 30℃, 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃ 또는 약 120℃의 온도에서 수행할 수 있다.
가속 시효
상술한 열처리 및 급냉 단계에 의해 제조된 압연 알루미늄 합금 제품은 W 템퍼(즉, 열처리 및 급냉 후 및 시효 경화 전의 알루미늄 합금을 설명하는 명칭)이다. 본원에 기술된 방법에서, W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품은 압연 알루미늄 합금 제품의 시효 경화를 초래할 수 있는 가속 시효 공정을 거칠 수 있다. 일부 측면에서, 시효 경화는 실온(자연 시효) 및/또는 승온(인위적 시효 또는 침전 열처리)에서 합금 원소의 용질 원자 침전을 달성하기 위해 수행된다. 일부 경우에, 본원에 기술된 가속 시효 공정은 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품이 90℃ 내지 220℃ 범위의 승온에서 최대 약 8시간 동안 가열되는 인위적 시효 공정과 함께 자연 시효 공정을 포함한다. 일부 경우에는 자연 시효 단계를 수행하지 않는다. 본원에 기술된 가속 시효 공정에 따라 가공된 압연 알루미늄 합금 제품은 비용과 시간이 많이 소요되는 기존의 인위적 시효 방법(실질적으로 더 긴 시효 시간, 예를 들어, 최소한 24시간을 필요로 함)에 의해 달성된 것에 필적하거나 그보다 더 큰 강도 및 경도 특성의 개선을 달성한다.
일부 비제한적인 예에서, W 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 일정 시간(예를 들어, 최대 약 12개월, 최대 약 9개월, 최대 약 6개월, 최대 약 3개월, 최대 약 1개월 또는 최대 약 2주) 자연 시효된다. 일부 경우에, 자연 시효 기간은 약 1일 내지 약 10개월, 약 3개월 내지 약 8개월 또는 약 4개월 내지 약 6개월일 수 있다. 예를 들어, 압연 알루미늄 합금 제품은 약 1일, 약 2일, 약 3일, 약 4일, 약 5일, 약 6일, 약 7일, 약 2주, 약 3주, 약 1개월, 약 2개월, 약 3개월, 약 4개월, 약 5개월, 약 6개월, 약 7개월, 약 8개월, 약 9개월, 약 10개월, 약 11개월, 약 12개월, 또는 그 사이 임의의 기간 동안 자연 시효될 수 있다. 자연 시효 단계 결과 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품이 된다.
자연 시효 후, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 인위적 시효 공정에 적용될 수 있다. 인위적 시효 공정은 최대 약 8시간(예를 들어, 최대 약 7시간, 최대 약 6시간, 최대 약 5시간, 최대 약 4시간, 최대 약 3시간, 최대 약 2시간, 최대 약 1시간 또는 최대 약 30분) 동안 수행될 수 있다. 일부 경우에, 인위적 시효 공정은 단일 단계 시효 절차이다. 단일 단계 시효 절차에서, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 140℃(예를 들어, 약 140℃ 내지 약 300℃)의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 약 140℃, 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 약 200℃, 약 210℃, 약 220℃, 약 230℃, 약 240℃, 약 250℃, 약 260℃, 약 270℃, 약 280℃, 약 290℃ 또는 약 300℃의 온도로 가열될 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 140℃의 온도에서 최대 약 8시간(예를 들어, 10분 내지 8시간, 20분 내지 7시간, 30분 내지 6시간, 1시간 내지 5시간 또는 2시간 내지 4시간) 동안 유지될 수 있다.
일부 경우에, 인위적 시효 공정은 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 다단계 시효 절차이다. 제1 시효 단계는 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 제1 시효 온도로 가열하고 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 상기 제1 시효 온도에서 일정 시간 유지하는 것을 포함한다. 일부 경우에, 제1 시효 온도는 약 90℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 예를 들어, 제1 시효 단계를 위한 온도는 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃ 또는 약 120℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 최대 약 2시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 2시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 10분, 약 20분, 약 30분, 약 40분, 약 50분, 약 1시간 또는 약 2시간 동안 유지될 수 있다.
제1 시효 단계 후에, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품의 온도는 제2 시효 온도로 증가될 수 있고 상기 제2 시효 온도로 일정 시간 유지될 수 있다. 제2 시효 온도는 약 140℃ 내지 약 220℃일 수 있다. 예를 들어, 제2 시효 단계를 위한 온도는 약 140℃, 약 145℃, 약 150℃, 약 155℃, 약 160℃, 약 165℃, 약 170℃, 약 175℃, 약 180℃, 약 185℃, 약 190℃, 약 195℃, 약 200℃, 약 205℃, 약 210℃, 약 215℃ 또는 약 220℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제2 시효 온도에서 최대 약 7.5 시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 7.5 시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 1분, 약 5분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간 또는 약 7.5시간 동안 유지될 수 있다.
다른 실시양태에서, 인위적 시효 공정은 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 다단계 시효 절차이고, 여기서 총 시효 시간(예를 들어, 제1 시효 단계와 제2 시효 단계의 총 시간)은 아래에 설명된 대로 5시간을 초과한다. 제1 시효 단계는 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 제1 시효 온도로 가열하고 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 상기 제1 시효 온도로 일정 시간 유지하는 것을 포함한다. 제1 시효 온도는 약 90℃ 내지 약 135℃일 수 있다. 예를 들어, 제1 시효 단계를 위한 온도는 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃, 약 120℃, 약 125℃, 약 130℃ 또는 약 135℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 최대 약 2시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 2시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 10분, 약 20분, 약 30분, 약 40분, 약 50분, 약 1시간 또는 약 2시간 동안 유지될 수 있다.
제1 시효 단계 후에, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품의 온도는 제2 시효 온도로 증가될 수 있고 상기 제2 시효 온도에서 일정 시간 유지될 수 있다. 제2 시효 온도는 약 140℃ 내지 약 220℃일 수 있다. 예를 들어, 제2 시효 단계를 위한 온도는 약 140℃, 약 145℃, 약 150℃, 약 155℃, 약 160℃, 약 165℃, 약 170℃, 약 175℃, 약 180℃, 약 185℃, 약 190℃, 약 195℃, 약 200℃, 약 205℃, 약 210℃, 약 215℃ 또는 약 220℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제2 시효 온도에서 최대 약 7.5 시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 7.5시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 1분, 약 5분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간 또는 약 7.5시간 동안 유지될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 가속 시효 공정을 위한 총 시효 시간은 5시간을 초과한다. 즉, 제1 시효 단계, 제2 시효 단계 및 임의의 추가 시효 단계에 대한 각각의 시간은 합한 시효 시간이 5시간을 초과하도록 선택된다. 일부 경우에, 총 시효 시간은 5시간 초과, 약 5.5시간 이상, 약 6시간 이상, 약 6.5시간 이상, 약 7시간 이상, 약 7.5시간 이상, 약 8시간 이상, 약 8.5시간 이상 또는 약 9시간 이상이다.
추가 실시양태에서, 인위적 시효 공정은 약 50℃ 내지 약 90℃의 온도에서 수행되는 적어도 제1 시효 단계 및 약 160℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행되는 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 다단계 시효 절차이다. 제1 시효 단계는 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 제1 시효 온도로 가열하고 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 상기 제1 시효 온도에서 일정 시간 유지하는 것을 포함한다. 제1 시효 온도는 약 50℃ 내지 약 90℃일 수 있다. 예를 들어, 제1 시효 단계를 위한 온도는 약 50℃, 약 55℃, 약 60℃, 약 65℃, 약 70℃, 약 75℃, 약 80℃, 약 85℃ 또는 약 90℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 최대 약 60분(예를 들어, 약 1분 내지 약 1시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 1분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 1시간 동안 유지될 수 있다.
추가로, 추가 실시양태에서, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품의 온도는 제2 시효 온도로 증가될 수 있고 상기 제2 시효 온도에서 일정 시간 유지될 수 있다. 제2 시효 온도는 약 160℃ 내지 약 200℃일 수 있다. 예를 들어, 제2 시효 단계를 위한 온도는 약 160℃, 약 165℃, 약 170℃, 약 175℃, 약 180℃, 약 185℃, 약 190℃, 약 195℃ 또는 약 200℃일 수 있다. 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제2 시효 온도에서 최대 약 1시간(예를 들어, 약 1분 내지 약 1시간) 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 제1 시효 온도에서 약 1분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 1시간 동안 유지될 수 있다.
위에서 언급했듯이, 경우에 따라 자연 시효 단계가 발생하지 않는다. 이러한 예에서, 위에서 설명한 인위적 시효 절차는 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품에 수행될 수 있다.
가속 시효 과정이 완료된 후, 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품은 T7 템퍼이다. 예시적인 가속 시효 공정은 본원의 실시예 섹션에서 제공된다.
일부 경우에, 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법은 125℃ 미만의 온도에서 압연 알루미늄 합금 제품을 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 생성된 제품은 자연 시효될 수 있다. 이어서, 상기 제품은 최대 약 8시간 동안 본원에 기재된 바와 같이 인위적으로 시효될 수 있다.
다른 경우에, 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법은 약 125℃ 내지 약 300℃의 온도에서 압연 알루미늄 합금 제품을 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 생성된 제품은 자연 시효될 수 있다. 이어서, 상기 제품은 최대 약 8시간 동안 본원에 기재된 바와 같이 인위적으로 시효될 수 있다.
일부 경우에, 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법은 압연 알루미늄 합금 제품을 약 300℃ 내지 약 500℃의 온도에서 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 생성된 제품은 급냉되어 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 생산할 수 있다. 선택적으로, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품은 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하기 위해 자연 시효될 수 있다. 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 최대 약 8시간 동안 본원에 기술된 바와 같이 인위적으로 시효될 수 있다.
특정 측면에서, 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법은 가공 후 열처리(예를 들어, 성형 후 열처리 및/또는 페인트 베이킹) 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압연 알루미늄 합금 제품은 페인트 베이크 온도로 가열될 수 있고 해당 온도에서 일정 시간 유지될 수 있다(페인트 베이크된다고도 칭함). 일부 경우에, 페인트 베이크 온도는 약 80℃ 내지 약 125℃일 수 있다. 예를 들어, 페인트 베이크 온도는 약 80℃, 약 85℃, 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃, 약 120℃ 또는 약 125℃일 수 있다. 일부 예에서, 압연 알루미늄 합금 제품은 최대 약 45분 동안 페인트 베이크될 수 있다. 예를 들어, 페인트 베이크 온도는 약 30초, 약 1분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분 또는 약 45분 동안 유지될 수 있다.
예시적인 열 이력(1000)을 도시하는 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 일부 비제한적인 예에서, 압연 알루미늄 합금 제품은 먼저 용체화 및 급냉, 및/또는 열간 성형 및 급냉 단계(1100)에 적용된다. 용체화 및 급냉의 처음(1110), 및/또는 열간 성형 및 급냉 단계(1100)에서 압연 알루미늄 합금 제품은 F 템퍼이다. 압연 알루미늄 합금 제품은 약 400℃ 내지 약 500℃의 용체화 및/또는 열간 성형 온도(1115)로 가열될 수 있고 최대 약 2시간의 기간(1120) 동안 이 온도에서 유지될 수 있다. 압연 알루미늄 합금 제품은 약 실온(1125)의 온도로 급냉될 수 있다. 생성된 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품은 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 제공하기 위해 최대 약 1년의 기간(1130) 동안 자연 시효될 수 있다. 자연 시효 후, 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 인위적 시효 공정(1500)에 적용될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 인위적 시효 공정(1500)은 약 90℃ 내지 약 135℃의 제1 시효 온도(1515)로 가열하고 약 0.5시간 내지 약 2시간의 제1 기간(1520) 동안 제1 시효 온도 (1515)를 유지하고, 이어서 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도(1525)로 가열하고 약 0.5시간 내지 약 7.5시간의 제2 기간(1530) 동안 제2 시효 온도(1525)를 유지하는 것을 포함하는 다단계 시효 절차이다. 선택적으로, 인위적 시효 공정(1500)은 단일 단계 공정일 수 있으며, 여기서 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 140℃의 온도(1535)로 가열될 수 있고 최대 약 8시간의 기간(1550) 동안 상기 온도(1535)에서 유지될 수 있다.
특성
본원에 기술된 방법으로 생성된 제품은 T7 템퍼이다. T7 템퍼를 달성하는 것은 입계에서 용질 침전에 기인할 수 있으며, 용질 침전물은 등가 원 지름(ECD, 즉 현미경 기술을 통해 관찰된 지름, 상기 침전물은 그의 3차원 형상에 관계없이 시야에서 원형으로 나타날 수 있다)이 최대 약 10나노미터(㎚)이다. 일부 경우에, 용질 침전물은 ECD가 약 5㎚ 내지 약 10㎚(예를 들어, 약 5㎚, 약 6㎚, 약 7㎚, 약 8㎚, 약 9㎚ 또는 약 10㎚)일 수 있다. 이러한 침전물은 침전 경화를 지원하기에는 너무 클 수 있으므로 야금학적으로(metallurgically) 안정한 압연 알루미늄 합금 제품을 제공한다.
추가로, T7 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 입계에서 용질 침전으로 인해 부식에 저항성일 수 있다. 일부 측면에서, T7 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 다양한 다운스트림 공정 방법에 적용될 때 유리한 특성을 나타낸다. 예를 들어, T7 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품은 셀프 피어싱 리벳팅, 용접(저항 스폿 용접, 금속 불활성 가스 용접, 텅스텐 불활성 가스 용접, 차폐 금속 아크 용접 및 마찰 교반 용접 포함) 및 접착 결합과 같은 다양한 유형의 접합이 가능하다. 일부 비제한적인 예에서, T7 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 양호한 페인트 베이크 반응(예를 들어, 코팅을 경화시키기 위한 열처리 후의 강화)을 나타낸다.
본원에 기술된 방법에 따라 제조된 T7 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 원하는 연신율(elongation) 특성을 나타낸다. 예를 들어, 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 6%(예를 들어, 약 6.5% 내지 약 12%, 약 7% 내지 약 11% 또는 약 7.5% 내지 약 10%)의 균일한 연신율을 달성할 수 있다. 일부 경우에, 상기 균일한 연신율은 약 6%, 약 6.1%, 약 6.2%, 약 6.3%, 약 6.4%, 약 6.5%, 약 6.6%, 약 6.7%, 약 6.8%, 약 6.9%, 약 7%, 약 7.1%, 약 7.2%, 약 7.3%, 약 7.4%, 약 7.5%, 약 7.6%, 약 7.7%, 약 7.8%, 약 7.9%, 약 8%, 약 8.1%, 약 8.2%, 약 8.3%, 약 8.4%, 약 8.5%, 약 8.6%, 약 8.7%, 약 8.8%, 약 8.9%, 약 9%, 약 9.1%, 약 9.2%, 약 9.3%, 약 9.4%, 약 9.5%, 약 9.6%, 약 9.7%, 약 9.8%, 약 9.9%, 약 10%, 약 10.1%, 약 10.2%, 약 10.3%, 약 10.4%, 약 10.5%, 약 10.6%, 약 10.7%, 약 10.8%, 약 10.9%, 약 11%, 약 11.1%, 약 11.2%, 약 11.3%, 약 11.4%, 약 11.5%, 약 11.6%, 약 11.7%, 약 11.8%, 약 11.9% 또는 약 12%일 수 있다.
일부 예에서, 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 9%(예를 들어, 약 9% 내지 약 15% 또는 약 9.5% 내지 약 14%)의 총 연신율을 달성할 수 있다. 일부 경우에, 상기 총 연신율은 약 9%, 약 9.1%, 약 9.2%, 약 9.3%, 약 9.4%, 약 9.5%, 약 9.6%, 약 9.7%, 약 9.8%, 약 9.9%, 약 10%, 약 10.1%, 약 10.2%, 약 10.3%, 약 10.4%, 약 10.5%, 약 10.6%, 약 10.7%, 약 10.8%, 약 10.9%, 약 11%, 약 11.1%, 약 11.2%, 약 11.3%, 약 11.4%, 약 11.5%, 약 11.6%, 약 11.7%, 약 11.8%, 약 11.9%, 약 12%, 약 12.1%, 약 12.2%, 약 12.3%, 약 12.4%, 약 12.5%, 약 12.6%, 약 12.7%, 약 12.8%, 약 12.9%, 약 13%, 약 13.1%, 약 13.2%, 약 13.3%, 약 13.4%, 약 13.5%, 약 13.6%, 약 13.7%, 약 13.8%, 약 13.9%, 약 14%, 약 14.1%, 약 14.2%, 약 14.3%, 약 14.4%, 약 14.5%, 약 14.6%, 약 14.7%, 약 14.8%, 약 14.9% 또는 약 15%일 수 있다.
본원에 기술된 방법에 따라 제조된 T7 템퍼의 압연 알루미늄 합금 제품은 ISO 7438(일반 굽힘 표준) 및 VDA 238-100에 따른 3점 굽힘 테스트에 의해 측정된 원하는 굽힘 특성을 나타낸다. 도 2는 3점 굽힘 테스트 중에 측정된 외부 α-각과 내부 β-각을 보여준다. 예를 들어, 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 압연 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 132.5°(예를 들어, 약 132.5°, 약 133°, 약 133.5°, 약 134°, 약 134.5°, 약 135°, 약 135.5°, 약 136°, 약 136.5°, 약 137°, 약 137.5°, 약 138°, 약 138.5°, 약 139°, 약 139.5°, 약 140°, 약 140.5°, 약 141°, 약 141.5°, 약 142°, 약 142.5°, 약 143°, 약 143.5°, 약 144°, 약 144.5°, 약 145°, 약 145.5°, 약 146°, 약 146.5°, 약 147°, 약 147.5°, 약 148°, 약 148.5°, 약 149°, 약 149.5° 또는 약 150°)의 3점 굽힘 β-각을 달성할 수 있다.
본원에 기술된 방법은 강도 특성을 보존하면서 압연 알루미늄 합금 제품의 연신율을 개선한다. 예를 들어, 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 압연 알루미늄 합금 제품은 항복 강도가 적어도 약 450MPa(예를 들어, 약 450MPa 내지 약 600MPa 또는 약 475MPa 내지 약 575MPa)일 수 있다. 일부 예에서, 상기 항복 강도는 약 450MPa, 약 460MPa, 약 470MPa, 약 480MPa, 약 490MPa, 약 500MPa, 약 510MPa, 약 520MPa, 약 530MPa, 약 540MPa, 약 550MPa, 약 560MPa, 약 570MPa, 약 580MPa, 약 590MPa, 약 600MPa 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다.
본원에 기술된 방법에 따라 제조된 압연 알루미늄 합금 제품은 최대인장강도(ultimate tensile strength)가 적어도 약 450MPa(예를 들어, 약 450MPa 내지 약 650MPa 또는 약 475MPa 내지 약 600MPa)일 수 있다. 일부 예에서, 상기 최대인장강도는 약 450MPa, 약 460MPa, 약 470MPa, 약 480MPa, 약 490MPa, 약 500MPa, 약 510MPa, 약 520MPa, 약 530MPa, 약 540MPa, 약 550MPa, 약 560MPa, 약 570MPa, 약 580MPa, 약 590MPa, 약 600MPa, 약 610MPa, 약 620MPa, 약 630MPa, 약 640MPa, 약 650MPa, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다.
본원에 사용된 방법은 제조 관행에 적합한 범위 내에서 압연 알루미늄 합금 제품의 야금 상태를 변경할 수 있다. 야금 상태는 표준 프로토콜에 따라 측정된 전기 전도도를 특징으로 할 수 있다. "전자기(와전류) 방법을 사용하여 전기 전도도를 결정하기 위한 표준 테스트 방법(Standard Test Method for Determining Electrical Conductivity Using the Electromagnetic (Eddy-Current) Method)"이라는 제목의 ASTM E1004는 금속 재료에 대한 관련 테스트 절차를 특정한다. 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 압연 알루미늄 합금 제품은 전기 전도도가 최대 약 40%의 국제 어닐링 구리 표준(% IACS)(예를 들어, 약 30% IACS 내지 약 40% IACS, 약 30.5% IACS 내지 약 39% IACS, 약 31% IACS 내지 약 38.5% IACS 또는 약 31.5% IACS 내지 약 38% IACS)일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 본원에 기술된 방법에 따라 제조되고 가공된 압연 알루미늄 합금 제품은 전기 전도도가 약 30% IACS, 약 30.5% IACS, 약 31% IACS, 약 31.5% IACS, 약 32% IACS, 약 32.5% IACS, 약 33% IACS, 약 33.5% IACS, 약 34% IACS, 약 34.5% IACS, 약 35% IACS, 약 35.5% IACS, 약 36% IACS, 약 36.5% IACS, 약 37% IACS, 약 37.5% IACS, 약 38% IACS, 약 38.5% IACS, 약 39% IACS, 약 39.5% IACS 또는 약 40% IACS일 수 있다.
사용 방법
본원에 기술된 제품 및 방법은 자동차(motor vehicle), 항공기 및 철도 응용 분야를 포함하는 차량(automotive) 및/또는 운송 응용 분야 또는 임의의 다른 원하는 응용 분야에 사용될 수 있다. 일부 예에서, 상기 제품 및 방법은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 외부 패널, 사이드 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드 패널과 같은 자동차 본체 부품 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본원에 기술된 압연 알루미늄 합금 제품 및 방법은, 예를 들어, 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 항공기 또는 철도 차량 응용 분야에서도 사용될 수 있다.
본원에 기술된 제품 및 방법은, 예를 들어, 외부 및 내부 케이스(encasement)를 제조하기 위해 전자 응용 분야에서도 사용할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 제품 및 방법은 또한 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 장치용 하우징을 준비하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 상기 제품은 휴대폰(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 하단 섀시(tablet bottom chassis)의 외부 케이싱을 위한 하우징을 준비하는 데 사용될 수 있다.
특정 측면에서, 상기 제품 및 방법은 항공 우주 차체 부품 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 제품 및 방법은 스킨 합금(skin alloys)과 같은 항공기 기체 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다.
특정 측면에서, 본원에 기술된 제품은 다운스트림 가공(예를 들어, 최종 사용자 및/또는 원래 장비 제조업체에 의한 후처리) 동안 놀라운 특성을 나타낸다. 본원에 기술된 제품은 응력 부식 균열 테스트에서 개선된 부식 반응, 개선된 굽힘성(예를 들어, 셀프 피어싱 리벳팅(SPR)이 가능한 7xxx 시리즈 압연 알루미늄 합금 제공) 및 개선된 충돌 및/또는 압착 반응을 나타낼 수 있다. 또한, 본원에 기술된 제품은 페인트 베이킹(PB) 공정 중에 인위적 시효 반응에 악영향을 미치지 않는다. 또한, 본원에 기술된 제품은 다운스트림 가공으로 인한 강도 손실을 나타내지 않는다.
예시(ILLUSTRATIONS)
예시 1은 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법으로서, 압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 약 400℃의 용체화 온도에서 용체화하는 단계; 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시켜 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시켜 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 및 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 약 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함한다.
예시 2는 용체화 온도가 적어도 약 400℃ 내지 약 500℃인 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 3은 압연 알루미늄 합금 제품을 약 125℃ 내지 약 500℃의 온도에서 변형시키는 단계를 추가로 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 4는 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계가 압연 알루미늄 합금 제품을 약 5℃/초 내지 약 1000℃/초의 속도로 냉각시키는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 5는 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계가 압연 알루미늄 합금 제품을 용체화한 후 수행되는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 6은 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계가 압연 알루미늄 합금 제품을 변형시킨 후 수행되는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 7은 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시키는 단계가 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 실온에서 최대 약 12개월 동안 시효시키는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 8은 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시키는 단계가 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 실온에서 최대 약 6개월 동안 시효시키는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 9는 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계가 단일 단계 시효 절차를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 10은 단일 단계 시효 절차가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 약 140℃의 온도로 가열하고 이 온도를 최대 약 8시간 동안 유지하는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 11은 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계가 다단계 시효 절차를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 12는 다단계 시효 절차가 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 13은 제1 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 120℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 약 0.5시간 내지 최대 약 2시간 동안 유지하는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 14는 제2 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 약 0.5시간 내지 최대 약 7.5시간 동안 유지하는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 15는 제1 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 50℃ 내지 약 90℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 16은 제2 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 160℃ 내지 약 200℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 최대 약 1시간 동안 유지하는 것을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 17은 제1 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 90℃ 내지 약 135℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하고; 제2 시효 단계가 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 약 140℃ 내지 약 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 일정 시간 유지하는 것을 포함하고, 상기 제1 시효 단계와 상기 제2 시효 단계의 총 시효 시간은 5시간을 초과하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 18은 압연 알루미늄 합금 제품이 열처리 가능한 압연 알루미늄 합금 제품을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 19는 압연 알루미늄 합금 제품이 모놀리식 합금으로부터 제조되는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 20은 압연 알루미늄 합금 제품이 코어층 및 적어도 하나의 클래드층을 갖는 클래드 압연 알루미늄 합금 제품으로부터 제조되는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법이다.
예시 21은 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법으로서, 압연 알루미늄 합금 제품을 약 125℃ 내지 약 500℃의 온도에서 변형시키는 단계; 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시켜 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시켜 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 및 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 약 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함한다.
예시 22는 임의의 선행 또는 후속 예시의 방법에 따라 제조된 제품이다.
예시 23은 제품이 T7 템퍼로 제공되는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 24는 입자간 침전물의 등가 원 지름이 최대 약 10나노미터를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 25는 입자간 침전물의 등가 원 지름이 약 5나노미터 내지 약 10나노미터를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 26은 제품이 최대 약 40% IACS의 전기 전도도를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 27은 제품이 적어도 약 450MPa의 항복 강도를 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 28은 제품이 적어도 약 6%의 균일한 연신율을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 29는 제품이 적어도 132.5°의 3점 굽힘 β-각을 포함하는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 30은 제품이 자동차 본체 부품, 항공 우주 본체 부품, 해양 본체 부품 또는 전자 장치 하우징인 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 31은 제품이 자동차 본체 부품이고 상기 자동차 본체 부품은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재, 내부 패널, 외부 패널, 사이드 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드 패널인 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 32는 제품이 셀프 피어싱 리벳팅에 충분한 3점 굽힘 β-각을 나타내는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
예시 33은 제품이 응력 부식 균열에 대한 저항성을 나타내기에 충분한 전기 전도성을 나타내는 임의의 선행 또는 후속 예시의 제품이다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 본 발명을 추가로 설명하는 역할을 할 것이다. 반대로, 본원의 설명을 읽은 후, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당해 분야의 숙련가에게 제안할 수 있는 다양한 예시, 수정 및 등가물에 의지할 수 있다는 것이 명확하게 이해되어야 한다.
실시예
실시예 1: 기계적 특성에 대한 가속 시효의 영향
2개의 7xxx 시리즈 압연 알루미늄 합금 제품인 합금 1(AA7075 알루미늄 합금) 및 합금 2(9.16중량% Zn, 1.18중량% Cu, 2.29중량% Mg, 0.23중량% Fe, 0.1중량% Si, 0.11중량% Zr, 0.042중량% Mn, 0.04중량% Cr, 0.01중량%, Ti, 최대 0.15중량% 불순물, 그리고 잔부 Al을 포함하는 7xxx 알루미늄 합금)를 기계적 테스트를 위해 동일한 방법으로 제조하였다. 구체적으로, 상기 합금을 480℃의 온도에서 용체화하고 이 온도에서 5분 동안 유지하였다. 상기 합금은 이후 3일 동안 자연 시효시켰다. 이어서, 표 1 및 표 2의 "시효 조건" 항목에 나열된 매개변수에 따라 2단계 가속 시효 공정을 포함하는 가속 시효 공정을 상기 합금에 적용하였다. 추가로, 합금 1 및 합금 2 각각으로부터의 두 샘플을, 상기 합금을 T73 템퍼(표 1 및 표 2에서 "107℃/6시간-160℃/24시간"으로 칭함) 및 T6 템퍼(표 1 및 표 2에서 "125℃/24시간"으로 칭함)로 시효시키기 위한 비교용 인위적 시효 공정에 적용하였다.
상기 합금 제품의 기계적 특성은 가속 시효 공정 후 상기 제품에 페인트 베이크 공정을 적용하기 전후에 평가하였다. 페인트 베이크 공정은 압연 알루미늄 합금 제품을 180℃로 가열하고 이 온도를 30분 동안 유지하는 것을 포함한다. 샘플의 인장 테스트는 "금속 재료의 인장 테스트를 위한 표준 테스트 방법(Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials)"이라는 제목의 ASTM E8/EM8에 따라 수행하였다. 특히, 항복 강도("YS"), 최대인장강도("UTS"), 균일한 연신율("UE") 및 총 연신율("TE")을 측정하였다. 상기 합금 제품의 굽힘성은, 상기 합금 제품을 VDA 238-100 Tight Radius Bending Test에 따라 내부 3점 굽힘 β-각을 측정하는 3점 굽힘 테스트에 적용하여 결정하였다. 전기 전도도("EC") 테스트는 "전자기(와전류) 방법을 사용하여 전기 전도도를 결정하기 위한 표준 테스트 방법"이라는 제목의 ASTM E1004에 따라 수행하였다. 합금 1에 대한 결과는 아래 표 1에 나와 있다.
Figure 112021027984535-pct00001
합금 2의 기계적 물성 테스트 결과는 아래 표 2에 나와 있다.
Figure 112021027984535-pct00002
본원에 기술된 가속 시효 공정에 따라 T7 템퍼로 가공된 합금 1 및 합금 2는 T6 템퍼(표 1 및 2에서 "125℃/24시간"으로 칭함)의 합금 1 및 합금 2에 필적하거나 그보다 더 큰 항복 강도("YS") 및 최대인장강도("UTS")를 달성할 수 있었다. 또한, T7 템퍼의 합금 1 및 합금 2는 T6 템퍼의 합금 1 및 합금 2보다 더 높은 3점 굽힘 β-각을 나타내어 더 높은 성형성을 나타낸다. 본원에 기술된 가속 시효 공정을 사용하여 가공된 합금 1 및 2는 T6 템퍼의 합금 1 및 합금 2에 필적하는 전기 전도도("EC")를 나타냈다.
표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본원에 기술된 가속 시효 공정에 따라 가공된 합금 1 및 2는 페인트 베이킹 공정 전후에 높은 강도 값(항복 강도 및 최대인장강도 포함)을 유지하였다. 그러나 T6 템퍼(표 2에서 "125℃/24시간"이라고 칭함)의 합금 2는 페인트 베이킹 후 항복 강도의 손실과 최대인장강도의 손실이 각각 약 40MPa로 나타났다.
합금 제품의 미세구조는 위에서 설명한 가속 시효 공정 후 제품에 페인트 베이크 공정을 적용하기 전후에 평가되었다. 도 3은 T6 템퍼의 합금 1의 미세구조를 보여준다. 도 4는 T7 템퍼의 합금 1의 미세구조를 보여준다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 합금 1은 도 3에서와 같이 페인트 베이크 공정 전의 합금 1과 비교했을 때 페인트 베이크 공정 후 등가 원 지름이 더 큰 입자간 입자를 나타냈다. 입자간 입자가 클수록 페인트 베이크 공정 후 합금 1이 과시효되고, 따라서 합금 1은 페인트 베이크 공정 후 T7 템퍼를 달성하였음을 나타낸다.
실시예 2: 예시적인 인위적 시효 공정
아래의 표 3은 본원에 기술된 예시적인 인위적 시효 공정을 제공한다.
Figure 112021027984535-pct00003
상기 인용된 모든 특허, 간행물 및 초록은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 발명의 다양한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다양한 실시양태를 설명하였다. 이들 실시양태는 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것임을 인식해야 한다. 다음의 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 많은 수정 및 개조가 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 압연 알루미늄 합금 제품(rolled aluminum alloy product)을 가공하는 방법으로서,
    압연 알루미늄 합금 제품을 적어도 400℃의 용체화(solutionizing) 온도에서 용체화하는 단계;
    상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉(quenching)시켜 W 템퍼(temper) 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계;
    상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효(naturally aging)시켜 중간 시효된(intermediate aged) 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 및
    상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함하고,
    상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계가 다단계 시효 절차를 포함하고,
    상기 다단계 시효 절차가 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하고,
    상기 제1 시효 단계는, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 90℃ 내지 135℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 0.5시간 내지 2시간 유지하는 것을 포함하고;
    상기 제2 시효 단계는, 제1 시효 단계 이후 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 140℃ 내지 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 0.5시간 내지 7.5시간 유지하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용체화 온도가 400℃내지 500℃인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 125℃내지 500℃의 온도에서 변형시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계는 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 5℃초 내지 1000℃초의 속도로 냉각시키는 것을 포함하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시키는 단계가 상기 압연 알루미늄 합금 제품을 변형시킨 후 수행되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시키는 단계가 상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 실온에서 최대 12개월 동안 시효시키는 것을 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시효 단계와 상기 제2 시효 단계의 총 시효 시간은 5시간을 초과하는 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압연 알루미늄 합금 제품이 모놀리식 합금(monolithic alloy)으로부터 제조되거나, 상기 압연 알루미늄 합금 제품이 코어층(core layer) 및 적어도 하나의 클래드층(clad layer)을 갖는 클래드 압연 알루미늄 합금 제품으로부터 제조되는 방법.
  12. 압연 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법으로서,
    압연 알루미늄 합금 제품을 125℃내지 500℃의 온도에서 변형시키는 단계;
    상기 압연 알루미늄 합금 제품을 급냉시켜 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계;
    상기 W 템퍼 압연 알루미늄 합금 제품을 자연 시효시켜 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 생산하는 단계; 및
    상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 최대 8시간 동안 인위적으로 시효시키는 단계를 포함하고,
    상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 인위적으로 시효시키는 단계가 다단계 시효 절차를 포함하고,
    상기 다단계 시효 절차가 적어도 제1 시효 단계 및 적어도 제2 시효 단계를 포함하고,
    상기 제1 시효 단계는, 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 90℃ 내지 135℃의 제1 시효 온도로 가열하고 상기 제1 시효 온도를 0.5시간 내지 2시간 유지하는 것을 포함하고;
    상기 제2 시효 단계는, 제1 시효 단계 이후 상기 중간 시효된 압연 알루미늄 합금 제품을 140℃ 내지 220℃의 제2 시효 온도로 가열하고 상기 제2 시효 온도를 0.5시간 내지 7.5시간 유지하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제1항 내지 제6항, 제10항 및 제12항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제품이 T7 템퍼로 제공되는 제품.
  15. 제13항에 있어서, 최대 10나노미터의 등가 원 지름(equivalent circular diameter)을 포함하는 입자간(intergranular) 침전물을 갖는 제품.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제품이 적어도 450MPa의 항복 강도를 포함하는 제품.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제품이 적어도 6%의 균일한 연신율을 포함하는 제품.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제품이 자동차 본체 부품, 항공 우주 본체 부품, 해양 본체 부품 또는 전자 장치 하우징인 제품.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제품이 적어도 132.5°의 3점 굽힘(three-point bend) β각을 나타내는 제품.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제품이 최대 40% IACS의 전기 전도도를 나타내는 제품.
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