(57)【要約】      （修正有）【課題】耐食性を改善し、金型の使用中に金型の摩耗が減少される合金組成物を提供すること。【解決手段】車両部品のためのアルミニウムベース合金組成物を含み、この組成物は、本質的に、再結晶をもたらすための約０．１５重量％から０．６重量％までの間のシリコン、約０．２重量％から０．７重量％までの間の鉄、約０．４重量％から０．６重量％までの間の銅、約１．１重量％から１．４重量％までの間のマンガン、約０．１５重量％から０．３重量％までの間のマグネシウム、約０．１５重量％から０．４重量％までの間の亜鉛、約０．１重量％から０．１５重量％までの間のジルコニウム、及び残りのアルミニウムからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両部品のためのアルミニウムベースの合金組成物であって、
再結晶をもたらすための、約０．１５重量％から０．６重量％までの間のシリコンと、
約０．２重量％から０．７重量％までの間の鉄と、
約０．４重量％から０．６重量％までの間の銅と、
約１．１重量％から１．４重量％までの間のマンガンと、
約０．１５重量％から０．３重量％までの間のマグネシウムと、
粒成長を減少させるための、約０．１５重量％から０．４重量％までの間の亜鉛と、
約０．１重量％から０．１５％重量％までの間のジルコニウムと、
残りのアルミニウムと、から本質的に構成される、
ことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記残りのアルミニウムが、高耐食性及び成形性のために、約１から３までの間の鉄に対するマンガンの比を含む、
請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
亜鉛が約０．２５重量％から０．４重量％までの間である、
請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
シリコンがケイ化ダイマグネシウムである、
請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
合金相のヴィッカース硬度が約５，０００から１０，０００までの間である、
請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記組成物の粒径が約６０μｍより小さい、
請求項１に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金組成物、及びコンフォーム押出し成形法を用いてアルミニウム合金組成物から押出し成形部品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
押出し成形工程は、ここ数年、種々の工業においてアルミニウム合金の高温成形のための一般的な方法であった。アルミニウムの押出し成形は、知られている最も用途の広い工程の一つと称されている。その日常使用における多くの用途が、工程及び金属の両方の汎用性を立証している。
【０００３】
従来の押出し成形は、原料を長い丸棒に鋳造することを含み、この丸棒は、鋳型から取り出され、約２４インチから３６インチまでの間の長さのビレットに切断される。次に、ビレットは、一般的には拡散焼きなましと呼ばれる加熱工程に入れられる。拡散焼きなまし工程の間に、ビレットの非アルミニウム成分が溶解し、アルミニウムと一体になって望ましい別個の物体をもたらす。アルミニウムの押出し成形製品を製造するために、円柱状のインゴットが４５０℃付近の温度に予熱され、成形オリフィスを通して８３０ＭＰａまでの高圧力で硬化された鋼製金型に押し込められる。
【０００４】
結果として生じる一定断面のアルミニウム合金の形状と長さは、中実であっても、（空隙を囲む）中空であってもよく、簡単なものであっても、非常に複雑なものであってもよい。さらに、これらの形状は、曲げ、成形し、鍛造し、機械加工し、或いは溶接することができる、適切な金属構造を含む鍛造製品に見られる全ての望ましい特性を持つ。従来の押出し成形工程は、高度に入り組んだ形状の生成、正確な形状の生成、可動組立体のためのヒンジ機能の提供、最小限の取り付けで組み立てる形状の提供、数個の部品を交換するための単一形状の提供、及び局部的な強度及び硬化の提供を達成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、使用されている従来の押出し成形工程は適当なものではあるが、改良をしてもよい。例えば、典型的な押出し成形装置／機械は、約６フィート×３０フィートの相当な面積を占める。さらに、従来の押出し成形工程は、各ビレットの長さを、約２４インチから３６インチまでの間に切断し、該ビレットを約４００℃に予熱することを必要とするが、これは相対的に時間がかかり、相当なエネルギを要する。さらに、押出し成形作業において各ビレットを装填するたびに、システムを停止する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一般に、耐食性を改善し、金型の使用中に金型の摩耗が減少される合金組成物を提供する。この結果は、耐食性の改善のために所定レベルの銅を、ロウ付け作業後の粒径の改善のためにジルコニウムを、強度を改善し、粒成長を減少させるためにマンガンを合金に添加することによって達成される。さらに、所定の均衡のとれた亜鉛の亜鉛、マグネシウム及びシリコンを合金に添加することにより、ロウ付け作業後に比較的多数の小さい粒径が生成される。
【０００７】
本発明は、車両の伝熱管のような車両部品のためのアルミニウムベース合金組成物を含む。この組成物は、再結晶をもたらすための約０．１５重量％から０．６重量％までの間のシリコン、約０．２重量％から０．７重量％までの間の鉄、約０．４重量％から０．６重量％までの間の銅、約１．１重量％から１．４重量％までの間のマンガン、約０．１５重量％から０．３重量％までの間のマグネシウム、約０．１５重量％から０．４重量％までの間の亜鉛、約０．１重量％から０．１５重量％までの間のジルコニウム、及び残りのアルミニウムから本質的に構成される。
【０００８】
別の実施形態において、本発明は、アルミニウムベース伝熱管をコンフォーム押出し成形する方法を含む。この方法は、アルミニウムベース合金組成物を押圧するステップと、成形可能な合金組成物を所定の形状のアルミニウムベース伝熱管に成形するステップを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態において、この方法は、アルミニウムベース合金組成物をせん断のために鋳造するステップと、組成物をせん断し、アルミニウムベース合金組成物を予熱するステップと、合金組成物の成形性を与えるために成形可能な合金を構成するステップとを含む。この方法はさらに、成形可能な合金組成物を進ませるステップと、金型を通して成形可能合金組成物を所定の形状のアルミニウムベース伝熱管に押し込むステップとを含む。
【００１０】
本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、以下の説明、及び添付図面に関連させた添付の特許請求の範囲を考慮することから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、アルミニウムベース合金組成物、及びアルミニウムベース合金組成物から、例えば車両の伝熱管（熱交換チューブ）などの部品を製造する方法を提供する。本発明は、組成物の再結晶化を最大にし、粒成長を最小にしながら、装置のサイズ、効率の問題に対する解決法を提供する。
【００１２】
概略的には、この組成物は、金型の摩耗を減少させ、金型の耐用年数を増大させ、粒成長を最小にするために、添加されたシリコンを含む。組成物の再結晶化は、銅、マグネシウム、及び亜鉛を使用することで更に最大にされる。組成物の粒成長は、ジルコニウム、クロム、及びマンガンを使用することで最小にされる。さらに、再結晶化を促進するために、シリコンの重量パーセントは、比較的低い、すなわち約０．１５重量％と０．３０重量％との間であることが好ましい。さらに、金型の摩耗を最小にするために、組成物には少しのチタンもクロムも含まれていないことを理解すべきである。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるアルミニウムベース合金組成物を構成する元素を示す表１０である。図示されるように、アルミニウムベース合金組成物は、シリコン（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びジルコニウム（Ｚｒ）を含む。この合金組成物は、本質的に、０．１５から０．６０までのＳｉ重量（ｗｔ．）パーセント（％）、０．２から０．７までのＦｅ重量％、０．４から０．６までのＣｕ重量％、１．１から１．４までのＭｎ重量％、０．１５から０．３０までのＭｇ重量％、０．１５から０．４０までのＺｎ重量％、及び０．１０から０．１５までのＺｒ重量％からなることが好ましい。
【００１４】
理論的に制限することを望むものではないが、銅、マグネシウム、亜鉛、及びシリコンは、合金組成物の再結晶化を促進し、ジルコニウム、クロム、及びマンガンは、合金組成物の粒成長を最小にすると考えられる。
【００１５】
この実施形態においては、合金組成物を押出し成形して、例えば伝熱管のような空調機器製品の製造に適した車両部品を形成することができる。コンフォーム押出し成形工程によって押出し成形されたとき、合金組成物は、適切な用途のために粒径を制限する能力を持つことが見出された。この組成物が完成した製品の耐食性を高める能力を持ち、これにより該製品の耐用年数が延びることも見出された。
【００１６】
図２は、図１の表に与えられるアルミニウムベース合金組成物からアルミニウムベースの伝熱管を製造するための典型的なコンフォーム押出し成形工程ラインを示す、システム図１１０を示す。本発明の一実施形態によると、このシステムは、原料供給ユニット１１２を含む。原料供給ユニット１１２は、その内部で９．５ミリメートルから１２ミリメートルまでの原料ロッドに鋳造されることになる原料の合金組成物を受け取る。次に、原料ロッドは、原料ストレイテナー・ユニット１１４に引き込まれる。この実施形態において、下流側のコンフォーム機（以下に述べられる）は、原料供給ユニットを通して原料ロッドを引っ張るのに十分なパワーを持っているので、原料供給ユニット１１２及び原料ストレイテナー・ユニット１１４の両方が無動力のユニットである。
【００１７】
原料ロッドに酸化物、油、グリース、及び他の何らかの汚染物質が付着しないように、ロッドは、原料洗浄システム１１６を通して供給される。このシステムは、超音波システム又はｐａｒｏｒｂｉｔａｌシステムのような任意の適当なシステムとしてもよい。当該技術分野において周知のように、ｐａｒｏｒｂｉｔａｌシステムの原理は、機械的洗浄作用と化学的洗浄作用を組み合わせたものである。
【００１８】
例えば、ｐａｒｏｒｂｉｔａｌシステムは、各々が洗浄液の漏れを防ぐための入口及び出口エア・ナイフを有する複数の洗浄ヘッドと、洗浄を行う複数のハイドロコンバータとを含むことができる。この例において、各々のハイドロコンバータは、原料ロッドよりわずかに大きい直径を持つ２つの炭化タングステンの金型を含むことができる。次に、洗浄液の高速噴流をハイドロコンバータに注入し、原料ロッドの周りに渦を起こすことができる。流体の渦が原料ロッドを高速で回し、該ロッドの表面を炭化タングステンの金型に押し当ててこすり洗いする。
【００１９】
次に、合金組成物の材料が、コンフォーム押出し成形機に嵌合するように鋳造される。図２に示されるように、システム１１０は、コンフォーム工程システム１１８をさらに含む。以下により詳細に説明されるように、コンフォーム工程は、溝付きホイール・シャフト組立体を有するコンフォーム機を含む。コンフォーム押出し成形機において、組成物は金型装置を通して押圧され、完成した形状の管に成形され、コンフォーム機を出る。
【００２０】
コンフォームラインは、望ましい機能（以下に列挙される）を提供するように構成されたソフトウエアを有するコンピュータ・システムによって制御することができる。例えば、機能は、次のものにすることができる。すなわち温度、速度、及び機械の負荷といった作動パラメータの測定と記録、一次、二次、及び制御パラメータの表形式表示、過去２４時間にわたる任意の４つの一次パラメータの１秒ベースの図形表示、任意の４つの制御パラメータの１／１０秒ベースの図形表示、一次、二次、及び制御パラメータのファイル記録、記録されたファイルの再検討、加熱装置及び警報装置のような動的システムの制御、システム入力及び出力の較正、及び制御ループの設定及び較正である。本発明の範囲又は精神を逸脱せずに、他の機能を含ませることもできる。
【００２１】
図２にさらに示されるように、冷却システム１２０が管を冷却し、次に該管が巻き付けられる。次に、管は所定の長さに切断される。熱処理は必要ない。例えば、押出し成形ホイール及び成形工具のための冷却システム１２０は、上に製品冷却用トラフが取り付けられた貯蔵タンクから構成されてもよい。タンクの後ろは、各冷却回路のためのポンプ及び熱交換器を含むポンプ・ステーションとすることができる。大容量のポンプは、製品冷却用回路の所要のレベル及び流速を維持することができる。低容量の回路は、押出し成形ホイール及び成形工具に冷却を供給することができる。冷却用回路の各々のための流量制御弁をタンクの前に取り付けることができ、閉鎖系を用いて、製品及び成形工具に接触する水を軟水化することも可能にできる。
押出し成形用金型を出るときの製品の冷却速度を制御するために、冷却システムの特別な機能を開発することができる。急速冷却又はより緩やかな冷却速度が可能である。このことは、粒状組織、よって押出し成形された部品の特性の調整を助ける。
【００２２】
図３ａは、アルミニウムベースの合金組成物から、例えば伝熱管のようなアルミニウムベースの車両部品を押出し成形するためのコンフォーム押出し成形機械２１０の概略図を示す。本発明の一実施形態によると、コンフォーム押出し成形機械２１０は、該機械２１０を通して原料材料を運ぶように回転する回転ホイール２１２を含む。回転ホイール２１２は、原料が供給される、該回転ホイールの上に半径方向に形成された溝２１４を有する。コンフォーム機２１０は、回転ホイール２１２が隣接して配置される回転又せん断シュー２１６をさらに含む。示されるように、原料材料が溝２１４を通して運ばれるとき、シュー２１６は回転ホイール２１２と協働して溝２１４上の蓋を形成し、原料材料を鋳造する。シュー２１６が溝２１４を覆うので、押出し圧力が生じる。
【００２３】
機械２１０は、シュー２１６に一体的に接続し、回転ホイール２１２と協働するように構成された当接部２２０をさらに含む。当接部２２０は、押し出される材料をせき止める。溝２１４内で原料材料が運ばれるとき、当接部２２０により、材料がシュー２１６に対してせん断され、その結果、材料が過熱され、成形可能な合金が定められる。材料は、摩擦熱及び変形熱を発生させる。すなわち加熱装置を用いずに、５００度又はそれ以上までの温度を達成することができる。溝２１４内で原料材料が運ばれるとき、当接部２２０におけるせん断方向への変形と高温のために、材料は高い塑性流動状態に保たれる。
【００２４】
さらに、工程の間、押し出された材料は、再結晶され「焼き戻された」状態にある。さらに、本実施形態においては、原料材料の形状が線材であるので、機械を停止する必要なく連続的に押出し成形し、複数の材料片を互いに接合させることが可能である。
【００２５】
機械２１０は、押出し金型２２４を有する押出し成形チャンバ２２２を有し、この押出し成形チャンバ２２２を通して、当接部２２０を通った後に材料が押出し成形される。当接部２２０は、回転ホイール２１２と協働し、押し出されることになる材料のダムを提供するように形成され、これにより材料が押出し成形チャンバ２２２を通して押し込まれる。使用時に、当接部２２０が、材料を押出し成形チャンバ２２２に進ませる。材料は、金型２２４を通して押し込まれ、所定の形状のアルミニウムベースの伝熱管に成形される。金属線は連続的な鋳造と回転によって作られるので、２トン又はそれ以上の比較的大きなコイルを製造するのは、比較的安価で簡単明瞭である。さらに、示されるように、機械は、一定限度量のスクラップが当接部から流出できるように作られている。
【００２６】
何らかの適切な装置を用いて、本発明に従って操作可能なコンフォーム押出し成形機械を製造できることを理解すべきである。例えば、コンフォーム機は、オイルを保持し、異物の侵入を防ぐための多重シールを組み込む玉軸受内に取り付けることができる。別個の、押圧され、濾過され、及び冷却された注油システムは、軸受に適切に注油することができ、正しい作動温度が維持されることを保証する。回転シュー及び水圧シュー保持システムを支持するように延長された頑丈な鉄骨の中に、軸受を保持することができる。比較的高い作用力が生じるにもかかわらず、ホイール及び成形工具の相対的な歪みを最小に保持することができ、適切な製品公差を維持することが可能になる。主軸は、ギアーボックスを介して、無段変速の制御されたＤＣ電動機によって駆動することができる。駆動装置の出力エンベロープは、特定の又は所望の生産速度に適合させることができる。
【００２７】
さらに、機械上の吊り下げ式制御盤から操作される水圧シリンダによって、成形工具を支持する回転シューを挿入したり引っ込めたりすることができる。終了時には、水圧シリンダによってシューを所定の位置にクランプすることができる。クランプ圧力を解放し、シューを戻すことができるので、このシステムは、容易な起動条件をもたらし、なじみが薄い製品の操作時の過負荷による損傷の危険性を最小にする。
【００２８】
図４は、本発明の一例に従ったアルミニムベースの伝熱管をコンフォーム押出し成形する１つの方法のフローチャート３１０を示す。示されるように、方法３１０は、本質的に以下の元素からなるアルミニウムベース合金組成物を押圧するステップを含む。
【００２９】
すなわち、コンフォーム押出し成形機の金型の摩滅を減少させるための約０．１５重量％から０．６重量％までの間のシリコン、約０．２重量％から０．７重量％までの間の鉄、約０．４重量％から０．６重量％までの間の銅、約１．１重量％から１．４重量％までの間のマンガン、約０．１５重量％から０．３重量％までの間のマグネシウム、約０．１５重量％から０．４重量％までの間の亜鉛、粒成長を減少させるための約０．１重量％から０．１５重量％までの間のジルコニウム、及び合金の成形性を与えるように成形可能な合金を定めるための残りのアルミニウムである。
【００３０】
押圧するステップの間の組成物の温度は、約摂氏４００度（℃）と５００℃との間の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、温度は約４８０℃である。この実施形態において、押圧するステップは、合金組成物をせん断するためにアルミニムベース合金組成物を鋳造(coin)するステップと、合金の成形性を与えるために、組成物をせん断してアルミニウムベース組成物を過熱し、成形可能な合金を定めるステップとを含む。
【００３１】
方法３１０は、成形可能な合金を、アルミニウムベースの伝熱管の所定の形状に成形するステップをさらに含む。この実施形態において、成形するステップは、成形可能な合金をコンフォーム押出し成形機の押出し成形チャンバに進ませるステップと、押出し金型を通して成形可能な合金をアルミニウムベースの伝熱管の所定の形態に押し込むステップとを含む。
【００３２】
述べられたように、押出し成形用金型は、金型チャンバの回転シュー内に保持されることが好ましい。金型チャンバは、ホイールの溝に嵌合し、合金の流れを該金型チャンバ内に迂回させる当接部を保持する。金型チャンバは、成形工具の正確な位置合わせを確実にし、迅速な交換のために成形工具を予め組み立てることを可能にする。
【００３３】
本発明は、好ましい実施形態に関して記載されたが、特に前述の教示に鑑みて、当業者であれば修正をなすことができるので、当然、本発明が好ましい実施形態に限定されるものでないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による、車両部品のためのアルミニウムベース合金組成物を示す表である。
【図２】本発明の一例による、アルミニウムベースの合金組成物を押出し成形するためのコンフォーム押出し成形工程のシステム図である。
【図３ａ】アルミニウムベースの合金組成物を押出し成形してアルミニムベースの伝熱管を成形するためのコンフォーム押出し成形工程の概略図である。
【図３ｂ】コンフォーム押出し成形工程の図３ａにおける円３ｂの拡大図である。
【図４】本発明の一例による、アルミニムベースの伝熱管をコンフォーム押出し成形する１つの方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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