(57)【要約】  材料の高強度を保存すると同時に改良された損傷許容度を備えた鍛造アルミ材を開示する。さらに、アルミニウムと包晶的に反応できる成分が豊富な第１の中心ゾーン、およびアルミニウムと共晶的に反応できる成分が豊富な（第１のゾーンを囲む）第２のゾーンの２つの別個のゾーンを有する結晶粒を含む、沈殿硬化可能なアルミニウム合金の鋳造アルミ材を開示する。
2013525608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈殿硬化可能アルミニウム合金の鋳造アルミ材であって、
２つの別個のゾーンを有する結晶粒、樹状結晶またはセルを含み、前記２つの別個のゾーンのうち第１の中心ゾーンは、アルミニウムと包晶的に反応可能な成分を豊富に含み、第２のゾーンは、アルミニウムと共晶的に反応可能な成分を豊富に含み、前記第２のゾーンは前記第１のゾーンを包囲し、前記第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘の横断面上で測定された全体量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める、鋳造アルミ材。
【請求項２】
前記沈殿硬化可能アルミニウム合金は包晶合金成分を含み、前記包晶合金成分は、元素量元素量、３より上の、好ましくは５より上の、および最も好ましくは８より上の複合分配係数Σｋと、０．０２ｘ［共晶合金成分（重量％）］を超える包晶成分率とを含み、これにより、前記包晶ゾーンにおける局所的共晶元素量を０．８ｘ［前記合金の平均的共晶合金元素量（重量％）］未満へ抑制可能とする、請求項１に記載の鋳造アルミ材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、重量％単位において、
０．３〜１．５のＳｉ、好ましくは０．５〜１．１のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、および最も好ましくは０．６５〜１．２のＭｇ、
＜０．６のＭｎ、好ましくは０．０５〜０．３、最も好ましくは０．０８〜０．１５のＭｎ、
＜０．５のＣｕ、好ましくは＜０．４、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
＜０．５のＦｅ、好ましくは＜０．３のＦｅ、
＜０．３のＮｂ、
＜０．３のＶ、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
＜０．３のＣｒ、
＜０．２のＺｎ、好ましくは＜０．１のＺｎ、
＜０．２のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
＜０．２のＭｏ、
＜０．２のＺｒ、および
不可避の不純物として各々が最大０．０５重量％でありかつ合計が最大０．１５重量％の不純物である平衡アルミニウムを含む、請求項１または２のいずれかに記載の鋳造アルミ材。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、重量％単位において、
０．３〜１．５のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、
＜０．６のＭｎ、好ましくは０．０５〜０．３０、最も好ましくは０．０８〜０．１５のＭｎ、
＜０．５のＣｕ、好ましくは＜０．４、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
＜０．５のＦｅ、好ましくは＜０．３のＦｅ、
０．０２〜０．１５のＮｂ、
＜０．３のＶ、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
＜０．３のＣｒ、
＜０．２のＺｎ、好ましくは＜０．１のＺｎ、
＜０．２のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
＜０．２のＭｏ、
＜０．２のＺｒ、および
不可避の不純物として各々が最大０．０５重量％でありかつ合計が最大０．１５重量％の不純物である平衡アルミニウムを含む、請求項１〜３のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材。
【請求項５】
前記アルミニウム合金のＭｇ／Ｓｉ比率は＞１である、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材の変形によって得られる鍛造アルミ材であって、前記変形時において、階層状微細構造が前記材料中において得られる、鍛造アルミ材。
【請求項７】
前記材料は、押し出しによって変形される、請求項６に記載の鍛造アルミ材。
【請求項８】
前記材料は、鍛造によって変形される、請求項６に記載の鍛造アルミ材。
【請求項９】
前記材料は、再結晶粒状組織を有する、請求項６〜８のうちのいずれかに記載の鍛造アルミ材。
【請求項１０】
重量％単位において、
０．３％〜１．５％のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、
Ｍｎ＜０．６、好ましくは０．０５〜０．３０、最も好ましくは０．０８〜０．１５のＭｎ、
＜０．５のＣｕ、好ましくは＜０．４、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
＜０．５のＦｅ、好ましくは＜０．３のＦｅ、
０．０２〜０．１５のＮｂ、
＜０．３、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
＜０．３のＣｒ、
＜０．２のＺｎ、好ましくは＜０．１のＺｎ、
＜０．２のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
＜０．２のＭｏ、
＜０．２のＺｒ、および
不可避の各々が最大で０．０５重量％でありかつ合計が最大０．１５重量％の平衡アルミニウムを含むアルミニウム合金。
【請求項１１】
Ｍｇ／Ｓｉ比率が＞１である、請求項１０に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
２つのゾーンからなる鋳造組織が得られるように鋳造速度を制御して沈殿硬化可能アルミ合金を鋳造し、第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘の横断面上で測定された全体量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める、請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造アルミ材を生産する方法。
【請求項１３】
前記鋳込材料を任意選択的に均質化するステップと、
前記鋼片を任意選択的に事前加熱するステップと、
前記鋳造組織を変形させて、異なる機械的性質の層が交互に積層された層構造の材料を生成するステップと、
前記材料を冷却するステップと、
前記材料を任意選択的に加熱処理するステップと、
を含む、請求項１〜５に記載の鋳込材料から鍛造アルミ材を生産する方法。
【請求項１４】
前記材料は、押し出しまたは鍛造によって変形される、請求項１１〜１２に記載の方法。
【請求項１５】
自動車および鉄道車両における、請求項６〜９のうちのいずれかに記載の鍛造アルミ材の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、階層状の微構造を有する損傷耐性アルミ材と、同様に前記アルミ材を生産するのに適した沈殿硬化可能なタイプのアルミニウム合金と、および前記アルミ材を生産する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、アルミ材の生産および特に損傷耐性鍛造アルミ材に関する。
【０００３】
先行技術から、従来から知られている方法で生産されたアルミ材について、抗張力のレベルが増加すると通常延性および損傷許容度が下がるように、強度、延性および損傷許容度は一般に互いに反比例することが知られている。
【０００４】
ＥＰ１９８７１７０で知られている従来の方法では、合金はＭｎが最大０．６、Ｃｒが最大０．３、Ｚｒが最大０．２５、Ｍｇが０．２５〜１．２，Ｓｉが０．３〜１．４，Ｔｉが０．１〜０．４（各重量％）を含んで使用される、ここでＴｉは固溶体で存在しまた付随する不純物（ＦｅおよびＺｎ（〜０．５）、残余Ａｌ）も含む。好ましいＳｉ／Ｍｇ比率は１．４である。合金は鋼片に鋳造され、次に均質化される。また鋼片は改良した耐破壊特性を備えた材料を生産するために押出される。
【０００５】
応力腐食亀裂耐性で押出圧延された材料は、ＪＰ２００８０７６２９７で検討されている。この特許で使用される組成は、合金元素の均質な分布を備えた従来の微構造を生み出す。この特許は、鋳造組織の粒度を細かくするために鋳造速度と冷却速度を高度に維持しなれければならないとさらに主張している。高い損傷許容度の材料は、これによっては生産されない。
【０００６】
ＥＰ２１０３７０１では、Ｓｉが０．６８〜０．７７、Ｆｅが０．１６〜０．２４、Ｃｕが０．２〜０．３２、Ｍｎが０．６８〜０．７７、Ｍｇが０．５８〜０．６７、Ｃｒが＜０．０４、Ｚｎが＜０．１、Ｔｉが＜０．１、Ｖが＜０．０４、他の要素が＜０．３、残余がＡｌを含むアルミニウム合金は、２８０ＭＰａを超える降伏度を備えた自動車産業の製品を生産するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＥＰ１９８７１７０
【特許文献２】ＪＰ２００８０７６２９７
【特許文献３】ＥＰ２１０３７０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、材料の高強度を維持すると同時に改良された損傷許容度を備えた鍛造アルミ材の生産を可能にする条件を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の目的は、独立請求項１に従う鋳造アルミ材と、独立請求項１０に従うアルミニウム合金と、および独立クレーム１２に従う鋳造アルミ材生産の制御方法とによって達成される。実施形態は従属請求項から与えられる。
【００１０】
したがって、鍛造アルミ材に強度、延性度および損傷許容度の優れた組み合わせを提供する著しく異なる機械的性質を持つ層を交互に重ねて構成される微構造を有する鍛造アルミ材が達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
層構造は、２つのゾーンを有する結晶粒から構成される鋳造組織、アルミニウムと包晶的に反応できる成分が豊富な第１の中心ゾーンおよびアルミニウムと共晶的に反応できる成分が豊富な（第１のゾーンを囲む）２番目のゾーンを含む沈殿硬化可能なアルミニウム合金の変形によって形成される。層構造の影響を達成するために、アルミニウム合金は、共晶混合成分の容量（重量％）の０．０２倍より上の値に比例して、３より上の、好ましくは５より上の、および最も好ましくは８より上の複合分配係数を備えた包晶合金成分を含むべきである。
【００１２】
本発明は、アルミニウムと包晶的に反応できる成分で濃縮された第１の中心ゾーンおよびアルミニウムと共晶的に反応できる成分が豊富な第１のゾーンを囲む２番目のゾーンの２つの別個のゾーンを有する粒状、樹状突起あるいはセルからなる鋳造組織を含む沈殿硬化可能なアルミニウム合金のアルミ材を提供する。ここで、第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘としての横断面上で測定して全体の鋼片容量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める。
【００１３】
本発明はさらに、階層状の微細構造を備えた材料が生みだされる鋳造アルミ材の変形によって生産される鍛造アルミ材を提供する。同様に、２つのゾーン鋳造組織（第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘としての横断面上で測定して全体の鋼片容量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める）を生じるように鋳造速度をコントロールして前記材料を生産する方法を提供する。
【００１４】
鍛造アルミ材は、特に損傷許容性が前提条件である自動車部品のように、損傷許容度が必須である応用で優れた候補材料である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による鋳造材料の横断面を示す図（Ａは包晶成分が豊富な中心ゾーンを示し、Ｂは結晶粒の共晶成分が豊富な周辺ゾーンを示す）、および変形後に得た層構造の模式図である。
【図２】凝固されたＡｌＭｇＳｉ合金の結晶粒の異なるエリアでのＭｇ＋Ｓｉの再分布を示す図である。凝固されたＡｌＭｇＳｉ合金は、これらのエリアで包晶合金成分の重量％の容量の関数として１．２％（Ｍｇ＋Ｓｉ）を含み、この分布はエネルギー分散型Ｘ線分光法によって明らかにされた。
【図３ａ】同じ強度レベルで、２つのアルミ材を曲げた時の損傷許容を比較する図である。ここで、ａ）は従来のアルミ材を示し、ｂ）は本発明によるアルミ材を示す、また参考番号は、１−垂直の亀裂、２−小規模の停止した縦方向の亀裂を示す。
【図３ｂ】同じ強度レベルで、２つのアルミ材を曲げた時の損傷許容を比較する図である。ここで、ａ）は従来のアルミ材を示し、ｂ）は本発明によるアルミ材を示す、また参考番号は、１−垂直の亀裂、２−小規模の停止した縦方向の亀裂を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明で、損傷耐性鍛造アルミ材は、完成構造内の微視的なレベルで別個のままである著しく異なる機械的性質を持つ層を交互にさせて構成される。図１を参照されたい。この層構造は、高強度で損傷許容度が向上している程度を示す。損傷許容性は、欠陥を安全に保持する能力に関わる構造特性である。
【００１７】
本発明は、１つの態様において損傷耐性アルミ材を生産するプロセスを提供する。この鋳造プロセスは、２つのゾーンを有する結晶粒から成り立つ鋳造組織を生産し；それらの容量の１％〜８５％は包晶成分が豊富なゾーン（以下「包晶ゾーン」と呼ぶ）、およびそれらの容量の１５％〜９９％は共晶成分が豊富な周辺ゾーン（以下「共晶融点を有するゾーン」と呼ぶ）から成る。本発明の固化工程は拡張包晶凝固と呼ばれる。また、我々は、共晶融点を有する要素に関して選択された包晶合金成分の指定された割合では、異なる組成の２つの別個のゾーンを備えた鋳造組織が従来の均質の鋳造組織に対立するものとして各結晶粒内に形成されることを知った。この拡張包晶凝固は、合金成分の非常に強い再分布に結びつき、望ましい２つのゾーン構造を産出する。２つのゾーン構造の形成は、鋳造プロセスのコントロール、例えば、鋳造の幾何学、鋳込速さ、溶解物の金属ヘッドおよび温度に依存する。
【００１８】
包晶のゾーンは、少なくとも０．０２ｘ［共晶成分（重量％）］ｘ［包晶成分のΣｋ］を持つ微細構造成分として定義される、ここでΣｋは複合の分配係数である。包晶成分は、共晶成分の局所的含有率を合金成分のごく少量に抑えることができる。このようにして、望ましい２つのゾーンの微細構造は形成される。
【００１９】
図２は、包晶合金成分の局所的成分の関数として１結晶粒内の共晶成分再分布の例を示す。この分布は、Ｍｇ＋Ｓｉ約１．２重量％を有するＡｌＭｇＳｉ合金用のエネルギー分散型Ｘ線分光法によって明らかにされた。包晶合金成分の局所的分布が０．２％以上にある場合、こうして２つの別個のゾーン（ＭｇとＳｉが豊富なゾーン、およびＭｇとＳｉが欠乏しているゾーン）を備えた微細構造が形成される（第２および第１のゾーン間のＭｇ＋Ｓｉ比率は１：２またはより少ない）ことが、明確に見られる。
【００２０】
包晶合金元素の強さはそれらの複合分配係数Σｋ（その係数は、３より上、好ましくは５より上、およびもっとも好ましくは８より上でなければならない）、および０．０２ｘ［共晶混合物合金成分（重量％）］より上でなければならない容量によって限定されて包晶ゾーンの局所的共晶成分を０．８ｘ［合金の平均共晶合金元素量（重量％）］未満に抑制できる。分配係数３より下では、２つのゾーン構造は生まれない。分配係数は３より上かつ８未満である場合、２つのゾーン構造が形成されるが、顕著ではない、したがって、いくつかの場合では、鍛造生成物の十分な層構造が得られない。
【００２１】
複合分配係数は、以下の包晶温度で二成分系の個々の係数の合計として計算される；（Ｔｉについて７．５、Ｖについて３．９、Ｍｏについて２．５、Ｎｂについて１．９、Ｚｒについて２．５、Ｃｒについて２、Ｚｎについて１．１、Ｗについて２．７、Ｈｆについて２．４、Ｔａについて２．５）。
【００２２】
鋳造中に包晶成分を付加した沈殿硬化可能アルミニウム合金の凝固率は、上記の再分布に十分な時間を与え、また包晶ゾーンの少なくとも１％を備えた微細構造を生産するためには遅いに違いない。上記したように、２つのゾーン構造の形成は鋳造プロセスのコントロールに、したがって凝固率に依存する。凝固率は、好ましくは、下記の例の条件下でそれが最大に９０ｍｍ／分の鋳込速度に相当すべきである。特に表２を参照。一般に凝固時間（即ち、鋳造中で完全に液体状と完全に固形化状の間の時間）は、本発明の範囲内の合金のすべての組成について少なくとも７５秒、好ましくは少なくとも１００秒コントロールされるべきである。
【００２３】
鋳込材料（圧延、押し出しまたは鍛造）を形成後、硬軟層が交互に現れる層構造が得られる。この理由で本発明に従う包晶／共晶開始構造から得られた層状材料は、損傷許容度と抗張力の優れた組み合わせを生じさせる。
【００２４】
鋳造後、アルミニウム合金は均質化されてもよい。均質化処置の目的は、鍛造された結晶粒構造をコントロールする分散質タイプ粒子状物質を形成しおよびアルミニウム合金の凝固中に形成された鋭敏なまたは針状化合物を球状にするために、通常ＭｇとＳｉを溶解して起こりうる鋳造過程から生じる残留応力を止めるためことである。本発明によると、合金成分の再分布は望ましくない。したがって材料が均質化されることになっている場合、ゾーン間の力学的性質の差分を増加させる主な目的と一体となって、低い均質化温度は高い均質化温度に対して好ましい。
【００２５】
均質化の後に、合金は、例えば空冷によって冷却される。さらに合金は、好ましくは５００℃未満の範囲の温度に事前に加熱され、次に、押し出され、圧延され、鍛造されて良い。押し出しの後、圧延または鍛造しつつある本発明のアルミニウム合金を冷ます、理想的にはプレス焼き入れ、例えば水、散水、押込空気、他の冷却液、あるいは窒素によって冷ます。
【００２６】
次のステップで、材料は、時間の経過に従い機械的および物性の望ましいレベルになる。好ましくは、本発明の合金は、人為的に経年変化させて望ましい硬度にさせる、この硬度は、特に塑性変形による運動エネルギーを吸収する高容量を必要とする応用に使用する時には、理想的にはＴ７などの過経年した硬度であろう。代わりに、アルミニウム合金は、低温形成可能性および／または付加的な熱処理応答を改善するために、より高い硬度のＴ６条件になるか、または未成熟な状態になるか、あるいは５０℃から１２０℃の範囲の温度で安定化アニールにさらすことができる。
【００２７】
完全な処理処置サイクルの後に、材料は、多くの種類の製品へ加工できる。アルミニウム合金は、とりわけ、自動車および鉄道車両の応用に適している衝突コンポーネントなどの高い損傷許容度を必要とする応用に特に適している。本発明によるアルミニウム合金は好ましくは押し出しによって処理されるが、さらに、それはコンポーネントの疲労性能について損傷不耐性の材料では逆効果を持つ圧延され鍛造される構造合金（例、自動車のサスペンション部品）において適切である。
【００２８】
増加した延性および損傷許容度は、層構造（この構造によってネッキングの開始に歪みをかけ、およびネッキング中の歪みの局在化を抑制する）および増加した耐破壊性（増加した真破断歪に反映されている）に起因する。
【００２９】
合金成分の選択
改良された特性は、所望の微細構造を形成することができればアルミニウムの組成に決定的に依存しない。従って、すべての沈殿硬化アルミニウム合金（２ＸＸＸ，６ＸＸＸ，７ＸＸＸおよび８ＸＸＸ合金など）は、本発明による材料を生産するために使用してよい。
【００３０】
適切なレベルの強さを得るために０．３％〜１．５％のＭｇおよび０．３％〜１．５％のＳｉを含むＡｌＭｇＳｉ合金は、鋳造および均質化された材料中の２構成要素の構造の適当量を生産するのに、および熱間加工の後に層構造を生産するのに十分な、少なくとも０．０２ｘ［共晶合金成分（重量％）］の包晶合金の付加分を持っているべきであることがわかった。Ａｌと包晶反応できる成分は、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＴａおよびＷである。
【００３１】
本発明による好ましい組成は、以下の合金成分（重量％）を含むアルミニウム合金によって与えられる。：
Ｓｉ：０．３〜１．５、好ましくは０．５〜１．１、
Ｍｇ：０．３〜１．５、好ましくは０．５〜１．５、より好ましくは０．６５〜１．２、
Ｃｕ：＜０．５、好ましくは＜０．４、最も好ましくは＜０．２５、
Ｍｎ：＜０．６、好ましくは０．０５−０．３、より好ましくは０．０８〜０．１５、
Ｎｂ：＜０．３、好ましくは０．０２〜０．１５、
Ｖ：＜０．３、
Ｔｉ：＜０．２、
Ｍｏ：＜０．２、
Ｃｒ：＜０．３、
Ｚｒ：＜０．２、
Ｚｎ：＜０．２、
Ｆｅ：＜０．５、好ましくは＜０．３、
および不可避的不純物の各々：＜０．０５、合計：＜０．１５、および残余アルミニウム。
【００３２】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金の強度を最適化するために、できるだけ多くのＭｇおよびＳｉを使用して沈殿を硬化させることを確実にするようにＭｇおよびＳｉ含有量を選ぶべきである。硬化される粒子状物質は約１のＳｉ／Ｍｇモル比率があるのは一般に知られている。Ｓｉ含有量は、０．３％から１．５％の範囲、好ましくは０．５％〜１．１％である。この範囲の中で０．３％から１．５％の範囲、好ましくは０．５％から１．５％の範囲、より好ましくは０．６５％から１．２％の範囲のＭｇ含有量と組み合わせて使用された時、強度が最適化される。Ｍｇ／Ｓｉの範囲は好ましくは＞１であり、その結果Ｍｇの余剰が形成される。余剰のＭｇあるいはＳｉによってＭｇまたはＳｉが沈殿を形成しないことを理解されるべきである。余剰のＭｇは、材料全体の強度にほとんど寄与しないが、結晶粒境界の強度に確かな効果がある。余剰のＭｇはＳｉの拡散を結晶粒境界に制限する、そして層構造と組み合わせて損傷許容度を改善することは重要である。
【００３３】
０．６％未満の範囲のＭｎ含有量で、好ましくは０．３％から０．０５％の範囲で、より好ましくは０．１５％から０．０８％の範囲で、本発明によるアルミニウム合金は、押し出しおよび熱処理の間および後の高温割れにはそれほど敏感ではなく、そして細かい粒状の再結晶した微細構造を提供する。上記範囲のＭｎ含有量でさらに、熱い延性およびα型のＦｅ含有金属間化合物の形成上のＭｎの有益な効果によって機械的性質と押し出し成形の最適点が得られる。
【００３４】
包晶合金成分は、３より上の、好ましくは５より上の、さらに最も好ましくは８より上の複合分配係数Σｋ、および０．０２ｘ［共晶成分（重量％）］ｘ［Σｋ］より上の包晶反応の強度が得られるように選択されなければならない。実験結果は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｈｆ、ＴａおよびＷから、好ましくはＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｂから、最も好ましくは、Ｔｉ、Ｖ、ＭｏおよびＮｂから選択された包晶合金成分間で、包晶温度ｘΣｋ（＜８）で二成分系用の個々の係数の合計から計算された値より上に包晶反応力を高めることができる補足の相乗効果があることを示す。
【００３５】
Ｃｕは、本発明によるアルミニウム合金内に０．５％まで存在しうる。１つの好ましい態様では、Ｃｕは最大０．４％まで存在する、より好ましくは最大０．２５％存在する。
【００３６】
Ｃｒおよび／またはＺｒの任意の追加は、包晶コンポーネントを強化するために使用されるだけでなく、さらに結晶粒構造をコントロールするために使用される。したがって、ＣｒおよびＺｒの一方または両方を、０．３％未満のＣｒおよび／または０．２％未満のＺｒ範囲で加えることができる。追加すると、再結晶しなかった粒状組織が得られるだろう。
【００３７】
Ｚｎは不純物成分であると考えられていて、０．２％まで許容できるが、０．１％未満が好適である。
【００３８】
Ｆｅは強度にわずかな増加をもたらすが、最終構成要素の使用中に破砕を起こさせるうる金属間の粒子状物質の逆の形成の危険を減らすために、それは０．５％以下の量に、好ましくは０．３％未満の量にするべきである。
【００３９】
バランスは、アルミニウム、および使用される原料または製造工程などに起因する不可避的不純物である。典型的に、不純物成分それぞれは最大０．０５重量％で存在し、不純物の合計は最大０．１５重量％である。
【００４０】
本発明は今、いくつかの例によって説明されが、それらは本発明の範囲を限定するものではない。
【００４１】
［実施例］
表１は、いくつかの比較材料（合金Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）および本発明（合金Ａ、Ｂ、Ｄ）の範囲以内にある合金の化学組成（重量％）をリストする。これらのアルミニウム合金はすべて組成の影響および包晶コンポーネント形成の鋳込速度を評価するＤＣ鋳造だった。
【００４２】
表２は、いくつかの比較改良型、および本発明（改良型Ａ２、Ａ３およびＢ２、Ｂ３）による包晶コンポーネントが２０％より上である鋳造組織を生産した改良型の合金および鋳込速度のリストを示す。
【００４３】
包晶コンポーネント（改良型Ａ２、Ｂ２、Ｄ）が２０％より上で直径が２５４ｍｍである鋳造鋼片および比較材料（合金Ｃ、Ｅ，Ｇ）を次のステップによって処理した：
５４５℃を維持して均質化；
空冷；
事前に約４６０℃に加熱；
２つの穴部がある押し抜き機を使ってボックス側面へ押し出し；
水を使用してプレス焼入れ；
異なる方法で経年変化させること。
【００４４】
同様の包晶成分／共晶成分の成分比率を有する合金Ｂおよび合金Ｄの比較は、合金へＮｂを追加すると２つのゾーン構造を生じ、一方Ｃｒを追加するとこの効果がでないことを示す。したがって、Ｎｂは、包晶反応全体への貢献により期待されているものに加えて他の合金成分による相乗効果を与えるように見える。
【００４５】
表３は、Ｔ６（１９５℃で４．５時間）での合金Ａ２、Ｂ２、ＣおよびＤの機械的性質を示す。「Ｒｍ」は伸張強度である、「Ｒｐ０．２」は、０．２％の降伏強度およびＡ５（割れ目での伸長）である。損傷許容度は垂直の割れ目の形成基準として定義される。図３に示されるように、そのような割れ目が形成される場合、材料は損傷許容と見なされる。本発明による２−構成要素の材料で１−構成要素の材料を曲げる際の振る舞いの比較を図３に示す。本発明による材料を示す図３ｂで、小さな停止した階層状の割れ目だけが見える。本発明による層状材料は、比較材料（図３ａ）の広範囲な垂直のクラッキングと比較して、層の間の短い階層状の割れ目を阻止することができる。
【００４６】
【表１】
2013525608.tif 000003
【００４７】
【表２】
2013525608.tif 000004
【００４８】
【表３】
2013525608.tif 000005
【符号の説明】
【００４９】
１  垂直の亀裂
２  小規模の停止した縦方向の亀裂
【図３】
2013525608.tif 000006
【図１】
2013525608.tif 000007
【図２】
2013525608.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月29日(2012.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈殿硬化可能アルミニウム合金の鋳造アルミ材であって、前記アルミニウム合金は、重量％単位において、
０．３〜１．５のＳｉ、好ましくは０．５〜１．１のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、および最も好ましくは０．６５〜１．２のＭｇ、
０．６未満のＭｎ、好ましくは０．０５〜０．３、最も好ましくは、０．０８〜０．１５のＭｎ、
０．５未満のＣｕ、好ましくは０．４未満、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
０．５未満のＦｅ、好ましくは０．３未満のＦｅ、
０．３未満のＮｂ、
０．３未満のＶ、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
０．３未満のＣｒ、
０．２未満のＺｎ、好ましくは０．１未満Ｚｎ、
０．２未満のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
０．２未満のＭｏ、
０．２未満のＺｒ、
不可避の各々最大で０．０５重量％でありかつ合計最大０．１５重量％の不純物である平衡アルミニウムを含み、２つの別個のゾーンを有する結晶粒、樹状結晶またはセルを含み、前記２つの別個のゾーンのうち第１の中心ゾーンは、アルミニウムと包晶的に反応可能な成分を豊富に含み、第２のゾーンは、アルミニウムと共晶的に反応可能な成分を豊富に含み、前記第２のゾーンは前記第１のゾーンを包囲し、前記第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘の横断面上で測定された全体量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める、鋳造アルミ材。
【請求項２】
前記沈殿硬化可能アルミニウム合金は包晶合金成分を含み、前記包晶合金成分は、元素量元素量、３より上の、好ましくは５より上の、および最も好ましくは８より上の複合分配係数Σｋと、０．０２ｘ［共晶合金成分（重量％）］を超える包晶成分率とを含み、これにより、前記包晶ゾーンにおける局所的共晶元素量を０．８ｘ［前記合金の平均的共晶合金元素量（重量％）］未満へ抑制可能とする、請求項１に記載の鋳造アルミ材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、重量％単位において、
０．３〜１．５のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、
０．６未満のＭｎ、好ましくは０．０５〜０．３０、最も好ましくは０．０８〜０．１５のＭｎ、
０．５未満のＣｕ、好ましくは０．４未満、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
０．５未満のＦｅ、好ましくは０．３未満のＦｅ、
０．０２〜０．１５のＮｂ、
０．３未満のＶ、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
０．３未満のＣｒ、
０．２未満のＺｎ、好ましくは０．１未満Ｚｎ、
０．２未満のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
０．２未満のＭｏ、
０．２未満のＺｒ、および
不可避の不純物として各々が最大０．０５重量％でありかつ合計が最大０．１５重量％の不純物である平衡アルミニウムを含む、請求項１〜２のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材。
【請求項４】
前記アルミニウム合金のＭｇ／Ｓｉ比率は＞１である、請求項１〜３のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれかに記載の鋳造アルミ材の変形によって得られる鍛造アルミ材であって、前記変形時において、硬質層および軟質層（包晶層および共晶層）が交互に積層された階層状微細構造が前記材料中において得られる、鍛造アルミ材。
【請求項６】
前記材料は、押し出しによって変形される、請求項５に記載の鍛造アルミ材。
【請求項７】
前記材料は、鍛造によって変形される、請求項５に記載の鍛造アルミ材。
【請求項８】
前記材料は、再結晶粒状組織を有する、請求項５〜７のうちのいずれかに記載の鍛造アルミ材。
【請求項９】
重量％単位において：
０．３％〜１．５％のＳｉ、
０．３〜１．５のＭｇ、好ましくは０．５〜１．５のＭｇ、
０．６未満のＭｎ、好ましくは０．０５〜０．３０、最も好ましくは０．０８〜０．１５のＭｎ、
０．５未満のＣｕ、好ましくは０．４未満、最も好ましくは０．０５〜０．２のＣｕ、
０．５未満のＦｅ、好ましくは０．３未満のＦｅ、
０．０２〜０．１５のＮｂ、
０．３未満、好ましくは０．０１〜０．１のＶ、
０．３未満のＣｒ、
０．２未満のＺｎ、好ましくは０．１未満のＺｎ、
０．２未満のＴｉ、好ましくは０．０１〜０．１のＴｉ、
０．２未満のＭｏ、
０．２未満のＺｒ、
不可避の各々が最大で０．０５重量％でありかつ合計が最大０．１５重量％の不純物である平衡アルミニウムを含むアルミニウム合金であって、Ｍｇ／Ｓｉ比率が＞１である、アルミニウム合金。
【請求項１０】
２つのゾーンからなる鋳造組織が得られるように鋳造速度を制御して沈殿硬化可能アルミ合金を鋳造し、前記２つのゾーンのうち第１のゾーンは、ＬＯＭ中の干渉コントラストの包晶丘の横断面上で測定された全体量の１％〜８５％、好ましくは１０％〜７０％、最も好ましくは２０％〜５０％を占める、請求項１〜４のいずれかに記載の鋳造アルミ材を生産する方法。
【請求項１１】
前記鋳込材料を任意選択的に均質化するステップと、
前記鋼片を任意選択的に事前加熱するステップと、
前記鋳造組織を変形させて、異なる機械的性質の層が交互に積層された層構造の材料を生成するステップと、
前記材料を冷却するステップと、
前記材料を任意選択的に加熱処理するステップと、
を含む、請求項１〜４に記載の鋳込材料から鍛造アルミ材を生産する方法。
【請求項１２】
前記材料は、押し出しまたは鍛造によって変形される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
自動車および鉄道車両における、請求項５〜８のうちのいずれかに記載の鍛造アルミ材の使用。
【国際調査報告】
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