(57)【要約】【解決手段】  新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体及びその製造方法を開示する。新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、溶体化後冷間加工のためにアルミニウム合金体を調製し、少なくとも２５％冷間加工し、次いで、熱処理することによって製造することができる。新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、強度及び他の特性の改良を実現することができる。【選択図】  図１６
2013542320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(ａ)ケイ素０.１−２.０重量％及びマグネシウム０.１−３.０重量％を含むアルミニウム合金体を、溶体化後冷間加工のために調製する工程であって、
(ｉ)アルミニウム合金体を溶体化処理する溶体化工程を含み、
(ｉｉ)ケイ素及びマグネシウムの少なくとも一種は、アルミニウム合金体におけるアルミニウム以外の主要合金元素であり、
(ｉｉｉ)アルミニウム合金体は、歪み硬化反応及び析出硬化反応の少なくとも１つの反応を促進するための溶質を、少なくとも６０ｋｓｉの引張降伏強さを加工に直角方向で達成するのに十分な量を含んでいる、アルミニウム合金体の調製工程、
(ｂ)調製工程(ａ)の後、アルミニウム合金体に少なくとも５０％の冷間加工を施す冷間加工工程、
(ｃ)冷間加工工程(ｂ)の後、アルミニウム合金体に熱処理を施す熱処理工程、とを含んでおり、
冷間加工工程と熱処理工程は、加工に直角方向の引張降伏強さが少なくとも６０ｋｓｉ、加工に直角方向の伸びが少なくとも約６％を達成できるように行われる、方法。
【請求項２】
調製工程(ａ)は、アルミニウム合金体を半連続鋳造工程によって鋳造する半連続鋳造工程を含んでいる請求項１の方法。
【請求項３】
調製工程(ａ)は、
アルミニウム合金体を均質化処理する均質化工程、及び
アルミニウムを熱間加工する熱間加工工程を含んでおり、
溶体化工程(ａ)(ｉ)は、熱間加工工程の後に行われる請求項２の方法。
【請求項４】
冷間加工工程(ｂ)は、第２の冷間加工であり、調製工程(ａ)は、溶体化工程(ａ)(ｉ)の前に、アルミニウム合金体に第１の冷間加工を施す第１冷間加工工程を含んでいる請求項３の方法。
【請求項５】
調製工程(ａ)は、アルミニウム合金体を連続的に鋳造する連続鋳造工程を含んでいる請求項１の方法。
【請求項６】
調製工程(ａ)は、連続鋳造工程に付随して、溶体化工程(ａ)(ｉ)を完了させることを含んでいる請求項５の方法。
【請求項７】
調製工程(ａ)は、連続鋳造工程の後に、溶体化工程(ａ)(ｉ)を完了させることを含んでいる請求項５の方法。
【請求項８】
調製工程(ａ)は、溶体化工程(ａ)(ｉ)の前に、アルミニウム合金体を熱間加工する工程を含んでいる請求項７の方法。
【請求項９】
冷間加工工程(ｂ)は、第２の冷間加工であり、調製工程(ａ)は、溶体化工程(ａ)(ｉ)の前に、アルミニウム合金体に第１の冷間加工を施す第１冷間加工工程を含んでいる請求項７又は８の方法。
【請求項１０】
溶体化工程(ａ)(ｉ)は、アルミニウム合金体を急冷する急冷工程を含んでおり、急冷は、アルミニウム合金体を変形させることなく行われる請求項１の方法。
【請求項１１】
熱処理工程(ｃ)が行われる間に、アルミニウム合金体をある形状に成形する成形工程を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１２】
溶体化工程(ａ)(ｉ)と冷間加工工程(ｂ)との間では、アルミニウム合金体に対して目的のある熱処理は行われない請求項１の方法。
【請求項１３】
溶体化工程(ａ)(ｉ)の完了から冷間加工工程(ｂ)の開始までの経過時間は６０時間を超えない時間である請求項１又は１２の方法。
【請求項１４】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体の温度が２５０°Ｆを超えない温度であるとき、冷間加工を開始することを含んでいる請求項１の方法。
【請求項１５】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体に対して目的ある加熱を行なうことなく行われる請求項１又は１４の方法。
【請求項１６】
冷間加工工程(ｂ)は、冷間圧延である請求項１の方法。
【請求項１７】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体を、その実質的最終の形態にまで減厚することを含んでいる請求項１の方法。
【請求項１８】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体を最終厚さに冷間圧延することを含んでいる請求項１７の方法。
【請求項１９】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体を、５５％〜９０％の範囲で冷間加工することを含んでいる請求項１の方法。
【請求項２０】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体を、６０％〜８５％の範囲で冷間加工することを含んでいる請求項１９の方法。
【請求項２１】
冷間加工工程(ｂ)は、アルミニウム合金体を、７０％〜８０％の範囲で冷間加工することを含んでいる請求項１９の方法。
【請求項２２】
熱処理工程(ｃ)は、アルミニウム合金体をその再結晶温度よりも低い温度に維持することを含んでいる請求項１の方法。
【請求項２３】
熱処理工程(ｃ)は、アルミニウム合金体を１５０〜４２５°Ｆの温度で加熱することを含んでいる請求項２２の方法。
【請求項２４】
冷間加工工程(ｂ)と熱処理工程(ｃ)は、アルミニウム合金体が未再結晶ミクロ組織を主体とする組織を得られるように行われる請求項１又は２２の方法。
【請求項２５】
アルミニウム合金体は、４％を超える伸びを達成する請求項１の方法。
【請求項２６】
アルミニウム合金体は、少なくとも８％の伸びを達成する請求項２５の方法。
【請求項２７】
アルミニウム合金体は、Ｃｕ：０.３５〜２.０重量％、及びＺｎ：０.３５〜２.０重量％の少なくとも一種を含んでいる請求項１の方法。
【請求項２８】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＣｕを含んでいる請求項２７の方法。
【請求項２９】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＺｎを含んでいる請求項２７の方法。
【請求項３０】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＣｕ及び０.５〜１.５重量％のＺｎを含んでいる請求項２７の方法。
【請求項３１】
(ａ)ケイ素０.１−２.０重量％及びマグネシウム０.１−３.０重量％を含むアルミニウム合金体を、溶体化後冷間加工のために調製する工程であって、
(ｉ)アルミニウム合金体を溶体化処理する溶体化工程を含み、
(ｉｉ)ケイ素及びマグネシウムの少なくとも一種は、アルミニウム合金体におけるアルミニウム以外の主要合金元素であり、
(ｉｉｉ)アルミニウム合金体は、(Ａ)少なくとも１.１重量％のＭｇ、(Ｂ)０.３５〜２.０重量％のＣｕ、及び(Ｃ)０.３５〜２.０重量％のＺｎ、の中の少なくとも一種を含んでいる、アルミニウム合金体の調製工程、
(ｂ)調製工程(ａ)の後、アルミニウム合金体に少なくとも５０％の冷間加工を施す冷間加工工程、
(ｃ)冷間加工工程(ｂ)の後、アルミニウム合金体に熱処理を施す熱処理工程、とを含んでおり、
冷間加工工程と熱処理工程は、アルミニウム合金体がＴ６質別の基準合金体と比べて、加工に直角方向の引張降伏強さが増加するように行われる、方法。
【請求項３２】
ケイ素０.１−２.０重量％及びマグネシウム０.１−３.０重量％を含み、ケイ素とマグネシウムの少なくとも一種は、アルミニウム合金体におけるアルミニウム以外の主要合金元素であり、アルミニウム合金体は、(Ａ)少なくとも１.１重量％のＭｇ、(Ｂ)０.３５〜２.０重量％のＣｕ、及び(Ｃ)０.３５〜２.０重量％のＺｎ、の中の少なくとも一種を含んでおり、
アルミニウム合金体は、大部分が再結晶化されておらず、少なくとも３.０の最大正規化Ｒ値を達成する、アルミニウム合金体。
【請求項３３】
アルミニウム合金体は、４％を超える伸びを達成する請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項３４】
アルミニウム合金体は、少なくとも６％の伸びを達成する請求項３３のアルミニウム合金体。
【請求項３５】
アルミニウム合金体は、少なくとも４.０の正規化Ｒ値を達成する請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項３６】
アルミニウム合金体は、少なくとも５.０の正規化Ｒ値を達成する請求項３５のアルミニウム合金体。
【請求項３７】
アルミニウム合金体は、少なくとも７５％が再結晶化されていない請求項３５のアルミニウム合金体。
【請求項３８】
アルミニウム合金体は、Ｃｕ：０.３５〜２.０重量％、及びＺｎ：０.３５〜２.０重量％の少なくとも一種を含んでいる請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項３９】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＣｕを含んでいる請求項３８のアルミニウム合金体。
【請求項４０】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＺｎを含んでいる請求項３８のアルミニウム合金体。
【請求項４１】
アルミニウム合金体は、０.５〜１.５重量％のＣｕ及び０.５〜１.５重量％のＺｎを含んでいる請求項３８のアルミニウム合金体。
【請求項４２】
アルミニウム合金体は、少なくとも１.１重量％のＭｇを含んでいる請求項３８乃至４１の何れかのアルミニウム合金体。
【請求項４３】
アルミニウム合金体は、少なくとも１.１重量％のＭｇを含んでいる請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項４４】
アルミニウム合金体は、０.０１〜０.３４重量％のＣｕ及び０.３５重量％未満のＺｎを含んでいる請求項４３のアルミニウム合金体。
【請求項４５】
アルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて、少なくとも５％高い正反射率を実現する請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項４６】
アルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて、少なくとも１０％高い２度拡散性を実現する請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項４７】
アルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて、少なくとも１５％高い写像性を実現する請求項３２のアルミニウム合金体。
【請求項４８】
(ａ)アルミニウム以外の主要合金元素として、ケイ素０.１−２.０重量％及びマグネシウム０.１−３.０重量％の少なくとも一種を含むアルミニウム合金体を溶体化処理する溶体化工程、
(ｂ)溶体化工程(ａ)の後、アルミニウム合金体を５０％超の冷間加工を施す冷間加工工程、
(ｃ)冷間加工工程(ｂ)の後、アルミニウム合金体に熱処理を施す熱処理工程、とを含んでおり、
冷間加工工程と熱処理工程は、アルミニウム合金体が、冷間加工後状態にあるアルミニウム合金の基準合金体と比べて、加工に直角方向の引張降伏強さが増加するように行われる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本特許出願は、2010年9月8日に出願された米国仮特許出願第61/381,040号、2010年10月8日に出願された米国仮特許出願第61/391,461号、2010年12月20日に出願された米国仮特許出願第61/425,024号、及び2011年1月28日に出願された米国仮特許出願第61/437,515号の各々の優先権を主張するものである。上記特許出願の各々は、引用を以てその全体が本願に組み込まれるものとする。
【０００２】
本特許出願はまた、2011年9月8日に出願された発明の名称「改良された２ＸＸＸアルミニウム合金及びその製造方法」のＰＣＴ特許出願PCT/US2011/050876、2011年9月8日に出願された発明の名称「改良された７ＸＸＸアルミニウム合金及びその製造方法」のＰＣＴ特許出願PCT/US2011/050868、及び2011年9月8日に出願された発明の名称「改良されたアルミニウムリチウム合金及びその製造方法」のＰＣＴ特許出願PCT/US2011/050884の関連出願である。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム合金は、様々な用途において有用である。しかしながら、アルミニウム合金の１つの特性を改良するのに、別の特性を損なうことなく行うことは困難である。例えば、合金の靱性を低下させることなく、合金の強度を高めることは難しい。アルミニウム合金にとって重要な他の特性を２つ挙げると、耐食性と耐疲労クラック進展性(fatigue  crack  growth  rate  resistance)である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
広義において、本特許出願は、展伸(wrought)用の熱処理可能なアルミニウム合金、及びその製造方法の改良に関する。特に、本特許出願は、展伸用の６ＸＸＸアルミニウム合金製品、及びその製造方法の改良に関する。一般的に、６ＸＸＸアルミニウム合金製品は、例えば、溶体化後の冷間加工及び冷間加工後の熱処理により、特性の組合せの改良が得られる。これについては、以下にさらに詳細に説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
６ＸＸＸアルミニウム合金は、アルミニウム以外の主要な合金成分としてケイ素とマグネシウムを含有するアルミニウム合金である。本出願の目的では、６ＸＸＸアルミニウム合金は、０.１−２.０重量％のケイ素及び０.１−３.０重量％のマグネシウムを含むアルミニウム合金であり、ケイ素及びマグネシウムのうちの少なくとも一種はアルミニウム以外の主要な合金元素である。
【０００６】
６ＸＸＸアルミニウム合金の圧延製品を製造する従来法の１つを図１に示す。この従来法では、６ＸＸＸアルミニウム合金体(aluminum  alloy  body)は鋳造され(10)、次に、均質化処理され(11)、そして、中間厚さ(intermediate  gauge)まで熱間圧延される(12)。次に、この６ＸＸＸアルミニウム合金体は最終厚さ(final  gauge)まで冷間圧延され(13)、その後で、溶体化熱処理され、急冷される(quenched)(14)。本明細書において、「溶体化熱処理及び急冷(solution  heat  treating  and  quenching)」という語は、「溶体化(solutionizing)」のことを言うが、これは、アルミニウム合金体を適当な温度(一般的には、ソルバス温度を超える温度)に加熱し、その温度で、可溶元素が固溶体に入り込むことができるように十分長い時間保持し、それらの元素が固溶体中で保持されるように十分急速に冷却することを意味する。高温で形成された固溶体は、溶質原子が粗大な非整合粒子(incoherent  particles)として析出しない十分な速さで冷却することにより過飽和状態に保持されることができる。溶体化処理(14)の後、６ＸＸＸアルミニウム合金体は、所望により、少し延伸されて(例えば、１〜５％)て平坦化され(15)、熱処理され(16)、所望により、最終処理(17)が施される。図１は、Ｔ６質別のアルミニウム合金を製造するためのプロセス径路と同じである(Ｔ６質別については後で定義する)。
【０００７】
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金製品を製造するための新規な方法の一実施態様を図２に示す。この新規な方法では、溶体化後冷間加工のための６ＸＸＸアルミニウム合金体を調製し(100)、該アルミニウム合金体はその後、冷間加工され(200)、次いで、熱処理される(300)。新規な方法は、所望により、最終処理(400)を含むことができ、この処理については後で詳細に説明する。「溶体化後冷間加工(post-solutionizing  cold  work)」等は、溶体化後のアルミニウム合金体の冷間加工を意味する。６ＸＸＸアルミニウム合金体に適用される溶体化後冷間加工の加工度は、一般的には、２５％以上、例えば、５０％を超える冷間加工である。まず溶体化し、次いで、少なくとも２５％冷間加工し、その後、６ＸＸＸアルミニウム合金体を適宜熱処理することにより、６ＸＸＸアルミニウム合金体は、改良された特性を実現することができ、これについては後でさらに詳細に説明する。例えば、従来のＴ６質別アルミニウム合金製品に比べて５〜２５％以上の強度向上を達成できるし、Ｔ６質別の処理をするのに要する時間についても、従来のＴ６質別処理アルミニウム合金製品と比べて、例えば、１０％〜９０％速い。新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体はまた、良好な延性を実現することができる。一般的には、４％を超える伸び(例えば、６〜１２％又はそれを超える伸び)を達成することができる。他の特性(例えば、破壊靱性、耐食性、耐疲労クラック進展性)についても、維持されるか及び／又は向上させることができる。
【０００８】
＜Ａ．溶体化後冷間加工のための調製＞
図２に示すように、新規なプロセスは、溶体化後冷間加工のためにアルミニウム合金体を調製する調製工程(100)を含む。溶体化後冷間加工のためのアルミニウム合金体の調製は、従来の半連続鋳造法(例えば、インゴットのダイレクトチル鋳造)及び連続鋳造法(例えば、双ロール式鋳造)などの様々な方法で行なうことができる(100)。図３に示されるように、調製工程(100)は、一般的に、アルミニウム合金体を、冷間加工に適した形態にする冷間加工適合化工程と(120)とアルミニウム合金体を溶体化する溶体化工程(140)を含む。冷間加工適合化工程(120)と溶体化工程(140)は、順次行なうこともできるし、互いに付随して(concomitant)行なうこともできる。様々な調製工程(100)の限定されない幾つかの例を図４〜８に示しており、これらは以下でさらに詳細に説明する。溶体化後冷間加工のためにアルミニウム合金体を調製(100)する方法は、他にも当業者に公知の方法があり、本明細書には明示していないが、これら他の方法も本発明の調製工程(100)の範囲内である。
【０００９】
１つの実施形態において、調製工程(100)は半連続鋳造法を含む。一実施態様を図４に示しており、該実施態様において、冷間加工適合化工程(120)は、アルミニウム合金体(例えば、インゴット又はビレットの形態)を鋳造すること(122)、アルミニウム合金体を均質化すること(124)、アルミニウム合金体を熱間加工すること(126)を含み、所望により、アルミニウム合金体を冷間加工すること(128)を含む。冷間加工適合化工程(120)の後、溶体化工程(140)が行われる。なお、鋳造後のアルミニウム合金体がインゴット／ビレットの形態ではないけれども、連続鋳造法を用いて同様の工程を行なうこともできる(120)。
【００１０】
他の実施態様を図５に示しており、該実施態様において、調製工程(100)は、アルミニウム合金体を鋳造すること(122)、アルミニウム合金体を均質化すること(124)及びアルミニウム合金体を熱間加工すること(126)を含む。この実施態様では、熱間加工工程(126)は、可溶元素を固溶体に固溶化させるために行われる。熱間加工後、アルミニウム合金体は急冷され(図示されていない)、結果として溶体化工程(140)となる。これは、冷間加工適合化工程(120)と溶体化工程(140)が互いに付随して行われる例である。この実施態様は、とりわけ、プレスクエンチ製品(例えば、押出成形製品)や熱間圧延後に急冷される熱間圧延製品に適用されることができる。
【００１１】
他の実施形態において、調製工程(100)は、連続鋳造法で行われ、例えば、ベルト式鋳造、ロッド式鋳造、双ロール式鋳造、双ベルト式鋳造(例えば、ハザレー(Hazelett)式鋳造)、ドラッグ式鋳造及びブロック式鋳造などが含まれる。連続鋳造法を採用する調製工程(100)の一実施態様を図６に示す。この実施態様では、アルミニウム合金体は鋳造され、ほぼ同時に(142)、すなわち、互いに付随して行われて溶体化される。鋳造により、アルミニウム合金体は、冷間加工するのに十分な状態となる。鋳造中の凝固速度が十分に速いとき、アルミニウム合金体は溶体化も行われる。この実施態様では、鋳造／溶体化工程(142)に、鋳造後のアルミニウム合金体の急冷を含むことができる(図示せず)。この実施態様は、鋳造法の中でも特に、双ロール式鋳造法に適用されることができる。図６のプロセスを行なうことができる幾つかの双ロール式鋳造法が、米国特許第7,182,825号及び米国特許第6,672,368号に記載されている。
【００１２】
他の実施態様を図７に示しており、調製工程(100)は、アルミニウム合金体を鋳造すること(122)及び、鋳造工程(122)の後に、アルミニウム合金体を溶体化すること(140)を含む。この実施態様において、冷間加工適合化工程(120)は鋳造工程(122)を含む。この実施態様は、鋳造法の中でも特に、双ロール式鋳造法に適用することができる。
【００１３】
他の実施態様を図８に示しており、調製工程(100)は、アルミニウム合金体を鋳造すること(122)、アルミニウム合金体を熱間加工すること(126)を含んでおり、及び所望により、アルミニウム合金体を冷間加工すること(128)を含む。この実施態様では、冷間加工適合化工程(120)は、鋳造工程(122)、熱間加工工程(126)を含み、所望により冷間加工工程(128)を含む。冷間加工適合化工程(120)の後、溶体化工程(140)が行われる。この実施態様は連続鋳造法に適用することができる。
【００１４】
図２〜図８に示す工程の多くは、バッチ式又は連続式で行なうことができる。一例として、冷間加工(200)と熱処理工程(300)は連続して行われる。この例では、溶体化されたアルミニウム合金体は、周囲条件(ambient  conditions)で冷間加工を行なうことができる。本明細書に記載する新規な方法を用いると比較的短い時間で熱処理を行なえるので、冷間加工されたアルミニウム合金体は、冷間加工後直ちに熱処理されることができる(300)(例えば、インライン)。そのような熱処理は、冷間加工装置の出口の近傍で行なうことができるし、また、冷間加工装置に接続された別の加熱装置において行なうこともできる。これは生産性を向上させることができる。
【００１５】
上記したように、調製工程(100)は、一般的に、アルミニウム合金体の溶体化を含む。前述したように、「溶体化(solutionizing)」等は、アルミニウム合金体の急冷(図示せず)を含み、この急冷は、液体(例えば、水又は有機溶液)、気体(例えば、空冷)、あるいは固体(例えば、アルミニウム合金体の１又は複数の面に冷却された固体を接触)を介して行なうことができる。一実施態様において、急冷工程は、アルミニウム合金体を液体又は気体と接触させることを含む。これらの実施態様のいくつかにおいて、急冷は、アルミニウム合金体の熱間加工及び／又は冷間加工を行わずに行われる。例えば、急冷は、他の技術の中でも特に、浸漬、噴霧及び／又はジェット乾燥により、アルミニウム合金体を変形させることなく行なうことができる。
【００１６】
溶体化後冷間加工のためのアルミニウム合金体調製として、他の調製工程(100)(例えば、粉末冶金法)を用いることができるが、そのような他の調製工程は、アルミニウム合金体を冷間加工に適した状態にして(120)、アルミニウム合金体を溶体化する(140)ことができる限りにおいて、本発明の調製工程(100)の範囲に入ることは当業者に認識されることであり、それは、冷間加工適合化工程(120)と溶体化工程(140)が互いに付随して(例えば同時に)行われるか又は順次行われるか否かに関係なく、また、冷間加工適合化工程(120)が溶体化工程(140)の前に行われるか(逆もまた同様)否かにも関係ない。
【００１７】
＜Ｂ．冷間加工＞
図２を再び参照すると、上記したように、新規な方法は、アルミニウム合金体を高度に冷間加工すること(200)を含む。「冷間加工(cold  working)」等は、熱間加工温度より低い温度(例えば、４００°Ｆ以下)でアルミニウム合金体を少なくとも１つの方向に変形することを意味する。冷間加工は、冷間加工法の種類の中でも特に、圧延、押出し、鍛造、引抜き、しごき、スピニング、フローフォーミング及びそれらの組合せのうちの１又は複数のものによって行なうことができる。これらの冷間加工法は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金製品の製造の少なくとも一部分を支援することができる（以下の製品用途を参照）。
【００１８】
ｉ．冷間圧延
一実施態様を図９に示しており、冷間加工工程(200)は、冷間圧延(220)を含む(なお、冷間圧延(220)の場合、所望により、平坦化するための延伸又は真直化(240)を含むこともできる）。この実施態様では、上記したように、冷間圧延工程(220)は溶体化工程(140)の後に行われる。冷間圧延(220)は、アルミニウム合金体の厚さを減少させる加工技術であり、一般的には、をローラによって圧力を加えることによって行われ、アルミニウム合金体は、熱間圧延(124)に用いられる温度より低い温度(例えば、400°Ｆ以下)の圧延設備に装入される。一実施態様において、アルミニウム合金体は周囲条件の圧延設備に装入される。この実施態様では、冷間圧延工程(220)は周囲条件で開始される。
【００１９】
冷間圧延工程(220)により６ＸＸＸアルミニウム合金体の厚さは少なくとも２５％減少される。冷間圧延工程(220)は１又は複数の圧延パス回数で行なうことができる。一実施態様において、冷間圧延工程(220)によりアルミニウム合金体は中間厚さから最終厚さまで圧延される。冷間圧延工程(220)によって、シート製品、プレート製品又はホイル製品が製造される。ホイル製品は、厚さが０.００６インチ未満の圧延製品である。シート製品は、厚さが０.００６インチ〜０.２４９インチの圧延製品である。プレート製品は、厚さが０.２５０インチ以上の圧延製品である。
【００２０】
「ＸＸ％の冷間圧延」等は、ＸＸＣＲ％を意味し、ここで、ＸＸＣＲ％は、アルミニウム合金体が冷間圧延によりＴ１の第１厚さからＴ２の第２厚さまで減少した場合に達成される厚さ減少量である(ここで、Ｔ１は冷間圧延工程(200)前(例えば、溶体化後)の厚さであり、Ｔ２は冷間圧延工程(200)後の厚さである）。換言すれば、ＸＸＣＲ％は以下に等しい：
ＸＸＣＲ％＝（１−Ｔ２／Ｔ１）＊１００％
例えば、アルミニウム合金体を第１厚さ(Ｔ１)１５.０ｍｍから第２厚さ３.０ｍｍ(Ｔ２)まで冷間圧延した場合、ＸＸＣＲ％は８０％である。「８０％冷間圧延する」「８０％冷間圧延された」等の記載は、ＸＸＣＲ％＝８０％という記載と同じである。
【００２１】
一実施態様において、アルミニウム合金体は、少なくとも３０％冷間圧延される(ＸＸＣＲ％≧３０％)(220)、すなわち、厚さが少なくとも３０％減少される。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、少なくとも３５％(ＸＸＣＲ％≧３５％)、又は少なくとも４０％(ＸＸＣＲ％≧４０％)、又は少なくとも４５％(ＸＸＣＲ％≧４５％)、又は少なくとも５０％(ＸＸＣＲ％≧５０％)、又は少なくとも５５％(ＸＸＣＲ％≧５５％)、又は少なくとも６０％(ＸＸＣＲ％≧６０％)、又は少なくとも６５％(ＸＸＣＲ％≧６５％)、又は少なくとも７０％(ＸＸＣＲ％≧７０％)、又は少なくとも７５％(ＸＸＣＲ％≧７５％)、又は少なくとも８０％(ＸＸＣＲ％≧８０％)、又は少なくとも８５％(ＸＸＣＲ％≧８５％)、又は少なくとも９０％(ＸＸＣＲ％≧９０％)、又はそれを超えて冷間圧延される(220)。
【００２２】
いくつかの実施態様において、９０％を超えて冷間圧延する(ＸＸＣＲ％≦９０％)(220)ことは非現実的又は非理想的である。これらの実施態様では、アルミニウム合金体は、８７％以下で冷間圧延される(ＸＸＣＲ％≦８７％)(220)。例えば、８５％以下(ＸＸＣＲ％≦８５％)、又は８３％以下(ＸＸＣＲ％≦８３％)、又は８０％以下(ＸＸＣＲ％≦８０％)で冷間圧延される(220)。
【００２３】
一実施態様において、アルミニウム合金体は、５０％を超え、８５％を超えない範囲で冷間圧延される(５０％＜ＸＸＣＲ％≦８５％)。この冷間圧延量によって、好ましい特性を有するアルミニウム合金体を製造することができる。関連する実施態様において、アルミニウム合金体は、５５％から８５％までの範囲で冷間圧延されることができる(５５％≦ＸＸＣＲ％≦８５％)。さらに他の実施態様において、アルミニウム合金体は、６０％から８５％までの範囲で冷間圧延され得る(６０％≦ＸＸＣＲ％≦８５％)。さらに他の実施態様において、アルミニウム合金体は、６５％から８５％までの範囲で冷間圧延され得る(６５％≦ＸＸＣＲ％≦８５％)。さらに他の実施態様において、アルミニウム合金体は、７０％から８０％までの範囲で冷間圧延されることができる(７０％≦ＸＸＣＲ％≦８０％)。
【００２４】
図９をさらに参照すると、前記プロセスのこの実施態様では、所望により、事前冷間圧延(128)を行うことができる。この事前冷間圧延工程(128)により、(熱間圧延(126)による)アルミニウム合金体の中間厚さを、溶体化(140)前に第２の中間厚さに減少させることができる。例えば、冷間圧延工程(128)を用いることにより、第２の中間厚さにすることができるので、冷間圧延工程(220)における最終冷間圧延厚さの達成が容易になる。
【００２５】
ｉｉ．他の冷間加工技術
再び図２を参照すると、冷間加工は、冷間圧延の他に、冷間加工方の種類の中でも特に、押出し、鍛造、引抜き、しごき、スピニング、フローフォーミング及びそれらの組合せの１又は複数のものによって、単独で又は冷間圧延と組み合わせて行なうことができる。上述したように、アルミニウム合金体は、一般に、溶体化後に少なくとも２５％冷間加工される。一実施態様において、冷間加工によって、アルミニウム合金体はその実質的に最終の形態に加工される(すなわち、最終製品形態にするのに追加の熱間加工工程及び／又は冷間加工工程は必要ではない）。
【００２６】
「ＸＸ％冷間加工する」（「ＸＸＣＷ％」）等は、アルミニウム合金体の冷間加工量について、アルミニウム合金体がＸＸ％冷間圧延された（ＸＸＣＲ％）場合に達成されると考えられる塑性歪み量と少なくとも同程度に大きい等価塑性歪み(equivalent  plastic  strain)(下記参照)を達成するのに十分な量の冷間加工を意味する。例えば、「６８.２％冷間加工する」という記載は、アルミニウム合金体の冷間加工量について、アルミニウム合金体が６８.２％冷間圧延された場合に達成されると考えられる塑性歪み量と少なくとも同程度に大きい等価塑性歪みを達成するのに十分な量の冷間加工を意味する。ＸＸＣＷ％及びＸＸＣＲ％はどちらも、アルミニウム合金体がＸＸ％冷間圧延された(又は実際の冷間圧延の場合、実際にはＸＸ％冷間圧延される)ように、アルミニウム合金体において生じた等価塑性歪み量のことを言うため、これらの用語は本明細書において互換的に用いられ、この等価塑性歪み量のことを言う。
【００２７】
等価塑性歪みは真歪み(true  strain)と関係している。例えば、冷間圧延ＸＸ％、すなわち、ＸＸＣＲ％は、真歪み値により表すことができ、ここで、真歪み(εｔｒｕｅ)は下式により求められる：
【数１】
2013542320.tif 000003
式中、％ＣＲはＸＸＣＲ％であり、真歪み値は等価塑性歪み値に変換することができる。冷間圧延中に二軸歪みが生じる場合には、等価塑性歪みの推定値は真歪み値より１.１５５倍大きくなる(２÷√３＝１.１５５)。二軸歪みは、冷間圧延工程中にもたらされる塑性歪みの種類を表す。次の表１は、冷間圧延ＸＸ％と、真歪み値及び等価塑性歪み値との相関関係を示す。
【表１】
2013542320.tif 000004
これらの等価塑性歪み値は以下を前提条件としている：
Ａ．弾性歪みはない。
Ｂ．真塑性歪みは体積の一定性を維持する。
Ｃ．負荷は比例する。
【００２８】
比例負荷については、上記原理及び／又は他の原理を用いて、様々な冷間加工についての等価塑性歪みを決定することができる。非比例荷重では、冷間加工による等価塑性歪みを、下式を用いて決定することができる：
【数２】
2013542320.tif 000005
式中、ｄｅｐは等価塑性歪み増分であり、ｄεｉν(ｉ＝１，２，３)は主塑性歪み成分の増分を表す)。これについては、Plasticity,  A.  Mendelson,  Krieger  Pub  Co;  2nd  edition  (August  1983),  ISBN-10:  0898745829を参照することができる。
【００２９】
冷間加工工程(200)には、アルミニウム合金体を第１の方法(例えば、圧縮)で変形し、その後、そのアルミニウム合金体を第２の方法(例えば、延伸)で変形することを含めることができること、そして、本明細書に記載する等価塑性歪みとは、冷間加工工程(200)の一部として行われた全ての変形加工による累積歪みを指すことは当業者ならば理解できるであろう。さらに、冷間加工工程(200)によって歪みは生じるが、アルミニウム合金体の最終寸法は必ずしも変化しないということも当業者ならば理解できるであろう。例えば、アルミニウム合金体を第１の方法(例えば、圧縮)で冷間変形させ、その後、それを第２の方法(例えば、延伸)で冷間変形させることができ、その累積結果から、冷間加工工程(200)の様々な冷間変形工程により歪みは増加していても、アルミニウム合金体の最終寸法は、冷間加工工程(200)前のアルミニウム合金体とほぼ同じである。同様に、曲げ工程とその後に逆曲げ工程を行なうことによって高い累積歪みを達成することができる。
【００３０】
累積等価塑性歪み、すなわち、ＸＸＣＲ％は、あらゆる冷間加工工程により、又は一連の冷間加工工程について、それらの冷間加工操作によってもたらされた等価塑性歪みを計算し、次いで、上に示した方法及び当業者に公知の他の方法によってその対応するＸＸＣＲ％値を求めることにより決定することができる。例えば、アルミニウム合金体に冷間引抜きを行うことができ、当業者であれば、アルミニウム合金体にもたらされた等価塑性歪み量を、冷間引抜きの操作パラメータに基づいて計算することができる。冷間引抜きによって、例えば、等価塑性歪み約０.９５５２がもたらされた場合、この冷間引抜き工程はＸＸＣＲ％約５６.３％に相当する(０.９５５２／１.１５５により真歪み値は０.８２７０(εｔｒｕｅ)であり、次に、上の式(１)を用いると、対応するＸＸＣＲ％は５６.３％となる)。従って、この例では、冷間加工が冷間引抜きであり、冷間圧延ではなかったとしても、ＸＸＣＲ％＝５６.３である。さらに、「ＸＸ％冷間加工する」(「ＸＸＣＷ％」)は、単に冷間圧延によってアルミニウム合金体の厚さがＸＸ％減少(「ＸＸＣＲ％」)された場合に達成されるであろう等価塑性歪み量と少なくとも同程度に大きい等価塑性歪みを達成するのに十分な量のアルミニウム合金体を冷間加工することと(上に)定義されており、ＸＸＣＷもまた５６.３％である。一連の冷間加工操作を採用する場合にも同様の計算を行うことができ、そのような状況では、一連の冷間加工操作による累積等価塑性歪みを用いて、ＸＸＣＲ％を決定する。
【００３１】
前記のように、冷間加工(200)は、アルミニウム合金体がＸＸＣＷ％又はＸＸＣＲ％≧２５％、すなわち、≧０.３３２２の等価塑性歪みを実現するように行われる。「ＸＸ％冷間加工する」等は、ＸＸＣＷ％を意味する。「８０％冷間加工する」及び「８０％冷間加工された」の記載は、ＸＸＣＷ％＝８０という記載と同じである。不均一な冷間加工工程の調整については、等価塑性歪み量、従って、ＸＸＣＷ又はＸＸＣＲの量が、冷間加工(200)を受けたアルミニウム合金体の部分において決定される。
【００３２】
一実施態様において、アルミニウム合金体は、少なくとも０.４１１９(すなわち、ＸＸＣＷ％≧３０％)の等価塑性歪み(「ＥＰＳ」)を達成及び実現するのに十分な冷間加工を受ける(200)。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、ＥＰＳが少なくとも０.４９７４(ＸＸＣＷ％≧３５％)、又は少なくとも０.５８９９(ＸＸＣＷ％≧４０％)、又は少なくとも０.６９０３(ＸＸＣＷ％≧４５％)、又は少なくとも０.８００４、(ＸＸＣＷ％≧５０％)、又は少なくとも０.９２２０(ＸＸＣＷ％≧５５％)、又は少なくとも１.０５８３(ＸＸＣＷ％≧６０％)、又は少なくとも１.２１２０(ＸＸＣＷ％≧６５％)、又は少なくとも１.３９０２(ＸＸＣＷ％≧７０％)、又は少なくとも１.６００８(ＸＸＣＷ％≧７５％)、又は少なくとも１.８５８４(ＸＸＣＷ％≧８０％)、又は少なくとも２.１９０６(ＸＸＣＷ％≧８５％)、又は少なくとも２.６５８８(ＸＸＣＷ％≧９０％)、又はそれを超える値を達成するのに十分な冷間加工を受け(200)、それが実現される。
【００３３】
いくつかの実施態様において、９０％を超えて冷間加工する(ＸＸＣＷ％≦９０％及びＥＰＳ≦２.６５８８)(200)ことは非現実的又は非理想的である。これらの実施態様では、アルミニウム合金体は、８７％以下で冷間加工される(ＸＸＣＷ％≦８７％及びＥＰＳ≦２.３５６４)(200)。例えば、８５％以下(ＸＸＣＷ％≦８５％及びＥＰＳ≦２.１９０６)、又は８３％以下(ＸＸＣＷ％≦８３％及びＥＰＳ≦２.０４６６)、又は８０％以下(ＸＸＣＷ％≦８０％及びＥＰＳ≦１.８５８４)で冷間加工(200)される。
【００３４】
一実施形態では、アルミニウム合金体は、５０％〜８５％の範囲で冷間加工(200)される(５０％≦ＸＸＣＷ％≦８５％)。この冷間加工(200)量は、好ましい特性を有するアルミニウム合金体を製造することができる。関連する実施態様において、アルミニウム合金体は、５５％から８５％までの範囲で冷間加工(200)される(５５％≦ＸＸＣＷ％≦８５％)。さらに別の実施態様では、アルミニウム合金体は、６０％から８５％までの範囲で冷間加工(200)される(６０％≦ＸＸＣＷ％≦８５％)。さらに別の実施態様では、アルミニウム合金体は、６５％から８５％までの範囲で冷間加工(200)される(６５％≦ＸＸＣＷ％≦８５％)。さらに別の実施形態では、アルミニウム合金体は、７０％から８０％までの範囲で冷間加工(200)される(７０％≦ＸＸＣＷ％≦８０％)。
【００３５】
ｉｉｉ.勾配(gradients)
冷間加工工程(200)は、アルミニウム合金体が略均一に変形する(例えば、とりわけ、上術した圧延法、又は従来の押出法など)ように適合させることができる。他の実施態様では、冷間加工工程は、アルミニウム合金体が略不均一に変形するように適合させることができる。従って、いくつかの実施態様において、前記方法により、所望の冷間加工勾配を有するアルミニウム合金体を製造することができる。すなわち、アルミニウム合金体の第１の部分は所望の第１の冷間加工量を受け、アルミニウム合金体の第２の部分は所望の第２の冷間加工量を受ける。なお、この場合、第１の冷間加工量と第２の冷間加工量とは異なる。所望の不均一冷間加工を達成するために、単独で又は組み合わせて行うことができる冷間加工工程(200)の例としては、とりわけ、鍛造、バニッシング、ショットピーニング、フローフォーミング及びスピンフォーミングが挙げられる。そのような冷間加工工程は、とりわけ、冷間圧延及び／又は押出しなどの略均一な冷間加工と組み合わせて利用することもできる。上述のように、所望の不均一冷間加工工程の場合、等価塑性歪み量は、冷間加工(200)を受けるアルミニウム合金体の部分において決定される。
【００３６】
ｉｖ．冷間加工温度
冷間加工工程(200)は、熱間加工温度より低い温度(例えば、４００°Ｆ以下)で開始することができる。一態様において、冷間加工工程(200)は、溶体化(140)後アルミニウム合金体が十分に低い温度に達した時点で開始される。一実施態様において、冷間加工工程(200)は、アルミニウム合金体の温度が２５０°Ｆ以下であるときに開始することができる。他の実施態様において、冷間加工工程(200)は、アルミニウム合金体の温度が２００°Ｆ以下、又は１７５°Ｆ以下、又は１５０°Ｆ以下、又は１２５°Ｆ以下のときに開始することができる。一実施態様において、冷間加工工程(200)は、アルミニウム合金体の温度がおよそ周囲温度であるときに開始することができる。他の実施態様において、冷間加工工程(200)は、より高い温度、例えば、アルミニウム合金体の温度が２５０°Ｆ乃至熱間加工温度未満の範囲(例えば、４００°Ｆ未満)であるときに開始することができる。
【００３７】
一実施態様において、冷間加工工程(200)は、目的とする加熱又は有意な加熱(例えば、アルミニウム合金体のミクロ組織及び／又は特性に重大な変化を生じさせることを目的とする加熱)を一切行わずに開始され、及び／又は終了される。アルミニウム合金体は冷間加工工程(200)による温度上昇を実現することができるが、そのような冷間加工工程(200)は、熱間加工温度と考えられる温度より低い温度で加工が始まるため、冷間加工(200)とみなされることは当業者には理解されるであろう。複数の冷間加工を用いて冷間加工工程(200)を行う場合、これら冷間加工の各々が上記温度のいずれかを採用することができ、その温度は前後に行われる冷間加工で用いられる温度と同じであっても異なっていてもよい。
【００３８】
上述したように、冷間加工(200)は、一般的には、アルミニウム合金体が溶体化(140)後に十分に低い温度に達した時に開始される。一般的に、溶体化工程(140)終了と冷間加工工程(200)開始の間では、アルミニウム合金体に目的とする熱処理又は有意な熱処理は実施されない。すなわち、前記方法では、溶体化工程(140)終了と冷間加工工程(200)開始の間に熱処理を行わなくてよい。場合によっては、冷間加工工程(200)は、例えば、冷間加工を容易にするために、溶体化工程(140)終了直後に開始される。一実施態様において、冷間加工工程(200)は、溶体化工程(140)終了後７２時間以内に開始される。他の実施態様において、冷間加工工程(200)は、溶体化工程(140)の終了後６０時間以内、又は４８時間以内、又は３６時間以内、又は２４時間以内、又は２０時間以内、又は１６時間以内、又は１２時間以内、又はそれより短い時間内に開始される。一実施態様において、冷間加工工程(200)は、溶体化工程(140)終了から、数分以内、又はそれより短い時間内に開始される(例えば、連続鋳造法の場合)。他の実施態様において、冷間加工工程(200)は、溶体化工程(140)終了に付随して開始される(例えば、連続鋳造法の場合)。
【００３９】
他の例において、溶体化工程(140)終了から長時間が経過した後に冷間加工(200)を開始することも十分可能である。これらの例における冷間加工工程(200)は、溶体化工程(140)終了から１週間又は２週間以上又は数ヶ月経過した後に行なうことができる。
【００４０】
＜Ｃ．熱処理＞
図２をさらに参照すると、熱処理工程(300)は冷間加工工程(200)の後に行われる。「熱処理」等は、アルミニウム合金体を高温に到達させることを目的とするアルミニウム合金体の加熱を意味する。熱処理工程(300)は、アルミニウム合金体を、ある状態又は特性(例えば、とりわけ、特定の強度、特定の延性)を達成するのに十分な時間及び温度で加熱することを含むことができる。
【００４１】
溶体化後、６ＸＸＸアルミニウム合金等の多くの熱処理可能合金は、室温で特性の変化を示す。これは、「自然時効(natural  aging)」と呼ばれ、溶体化後直ちに、又はインキュベーション期間後に始まることがある。自然時効中の特性変化の速度は合金によって広範囲にわたって異なるため、安定状態へ近づけるのに、数日を要するだけの場合もあるし、又は数年を要することもある。自然時効は目的とする加熱を行わなくても起こるので、自然時効は熱処理工程(300)ではない。しかしながら、自然時効は、熱処理工程(300)の前に起こることがあるし、及び／又は後に起こることもありる。自然時効は熱処理工程(300)の前の所定の時間(例えば、数分又は数時間から数週間、あるいはそれより長い期間)、起こることもある。自然時効は、溶体化工程(140)、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)のいずれかの工程の間又はその後に起こることがある。
【００４２】
熱処理工程(300)により、アルミニウム合金体は選択された温度範囲内の温度に加熱される。熱処理工程(300)の目的では、この温度は、熱処理工程(300)中のアルミニウム合金体の平均温度のことを言う。熱処理工程(300)は、複数の処理工程(例えば、第１の温度で第１の時間の処理を行ない、第２の温度で第２の時間の処理を行なう)を含むことができる。第１の温度は、第２の温度より高くても低くてもよいし、第１の時間は第２の時間より短くても長くてもよい。
【００４３】
熱処理工程(300)では、以下に記載するように、一般的には、アルミニウム合金体が未再結晶ミクロ組織を主体とする組織が達成／維持される。以下でさらに詳細に記載するように、未再結晶ミクロ組織を主体とする組織は、特性の改良をもたらす。この点について、熱処理工程(300)は、一般的に、アルミニウム合金体を高温に加熱することを含んでいるが、その温度は、アルミニウム合金体の再結晶化温度より低いので、アルミニウム合金体が未再結晶ミクロ組織を主体とする組織を得ることはできない。例えば、熱処理工程(300)は、６ＸＸＸアルミニウム合金体を、１５０°Ｆ〜４２５°Ｆの範囲で(又はそれより高い温度)、アルミニウム合金体の再結晶化温度より低い温度に加熱することを含むことができる。
【００４４】
熱処理工程(300)は、(例えば、所望の／選択された特性又は特性組合せを達成するために)アルミニウム合金体を１以上の選択された温度で１以上の選択された時間維持するのに適当なあらゆる方法で行うことができる。一実施態様において、熱処理工程(300)は時効炉又はその他の炉の中で行われる。別の実施態様において、熱処理工程(300)は塗装焼付サイクル(paint-bake  cycle)の間に行われる。塗装焼付サイクルは、自動車産業や他の産業において、塗布した塗料を、短時間(例えば、５〜３０分)焼き付けることによって硬化させるために用いられる。本方法によって高強度を有するアルミニウム合金体を短時間で製造できることを考えると、以下に記載するように、塗装焼付サイクルなどを利用して、熱処理工程(300)を行うことができ、それによって、熱処理工程と塗装焼付工程を別個に行なう必要性はなくなる。同様に、他の実施態様において、熱処理工程(300)はコーティングの硬化工程中に行なうこともできる。
【００４５】
＜Ｄ．冷間加工と熱処理の組合せ＞
冷間加工工程(200)と熱処理工程(300)を組み合わせることにより、改良された特性を有するアルミニウム合金体を製造することが可能である。冷間加工工程(200)の強加工(high  deformation)を適当な熱処理条件(300)との組合せにより、これまで実現し得なかった強度と延性の組合せ(combination  of  strength  and  ductility)を達成できる独特のミクロ組織(以下のミクロ組織を参照)を作り出せるものと考えられる。冷間加工工程(200)により、ミクロ組織の変形を大きくすることができ、熱処理工程(300)により析出硬化を容易にすることができる。冷間加工(200)が少なくとも２５％、好ましくは、５０％を超え、かつ、適当な熱処理工程(300)が適用される場合に、特性の改良を実現することができる。
【００４６】
一態様において、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)は、アルミニウム合金体が強度(例えば、引張降伏強さ(Ｒ０．２)又は極限引張強さ(Ｒｍ))の増加を達成するように行われる。強度増加は、Ｌ方向、ＬＴ方向又はＳＴ方向の１又は複数の方向に実現することができる。
【００４７】
一実施態様において、「冷間加工後状態」のアルミニウム合金体を基準合金体としたとき、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)を施したアルミニウム合金体は、基準のアルミニウム合金体よりも強度の増加を達成するように行われる。他の実施態様において、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)を施したアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金体を基準としたとき、基準のアルミニウム合金体よりも強度の増加を達成するように行われる。他の実施態様において、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)を施したアルミニウム合金体は、Ｔ４質別のアルミニウム合金体を基準としたとき、基準のアルミニウム合金体よりも高いＲ値を達成できるように行われる。これらの特性及び他の特性については、「特性」の項で説明する。
【００４８】
「冷間加工後状態(as-cold  worked  condition)」(ＡＣＷＣ)は、次のことを意味する：(i)アルミニウム合金体は溶体化後冷間加工のために調製される。(ii)アルミニウム合金体に冷間加工が施される。(iii)溶体化工程(140)終了後、冷間加工工程(200)開始までの時間は４時間以内である。(iv)そのアルミニウム合金体に熱処理は施されない。冷間加工後状態のアルミニウム合金体の機械的特性は、冷間加工工程(200)の終了から４〜１４日以内に測定する必要がある。「冷間加工後状態」のアルミニウム合金体の基準合金体を製造するには、一般的には、溶体化後冷間加工のためにアルミニウム合金体を調製し(100)、次いで、本明細書に記載する手法に従ってそのアルミニウム合金体を冷間加工し(200)、その後、そのアルミニウム合金体の一部を取り出し、上記の条件に基づいて冷間加工後状態の特性を決定する。アルミニウム合金体の他の一部について、本明細書に記載する新規な方法に従って処理を施し、その後、その特性を測定する。そうすることで、冷間加工後状態のアルミニウム合金体の基準合金体の特性と、本明細書に記載する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体の特性との比較を行なうことができる(例えば、強度、延性、破壊靱性の比較)。アルミニウム合金体の基準合金体は、アルミニウム合金体の一部から作製されているため、そのアルミニウム合金体と同じ組成を有する。
【００４９】
「Ｔ６質別(T6  temper)」等は、溶体化後、熱処理されて最大強度状態(ピーク強度から１ｋｓｉ以内)にあるアルミニウム合金体を意味し、溶体化後に冷間加工されていない合金体に適用される。つまり、この質別では平坦化又は真直化における冷間加工の効果は機械的特性限度において認められない。以下にさらに詳細に記載するように、本明細書に記載する新規な方法に従って製造されたアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金体と比べて優れた特性を達成することができる。Ｔ６質別のアルミニウム合金体の基準合金体を製造するには、溶体化後冷間加工のためのアルミニウム合金体を調製し(100)、その後、そのアルミニウム合金体の一部分にＴ６質別処理を施す(すなわち、Ｔ６質別アルミニウム合金体の基準合金体)。アルミニウム合金体の他の部分に、本明細書に記載する新規な方法に従って処理を施す。そうすることで、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体の特性と、本明細書に記載する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体の特性との比較は容易になる(例えば、強度、延性、破壊靱性を比較するため)。アルミニウム合金体の基準合金体は、アルミニウム合金体の一部から作られるため、そのアルミニウム合金体と同じ組成を有する。アルミニウム合金体の基準合金体を、新規なアルミニウム合金体と比較可能な同等の形態にするために(例えば、圧延製品の場合には同じ最終厚さとする)、基準合金体は、溶体化工程(140)の前に(熱間及び／又は冷間)加工が必要である。
【００５０】
「Ｔ４質別(T4  temper)」等は、溶体化された後、自然時効され実質的に安定した状態になったアルミニウム合金体を意味し、溶体化後に冷間加工していない合金体に適用される。つまり、この質別では平坦化又は真直化における冷間加工の効果は機械的特性限度において認められない。Ｔ４質別のアルミニウム合金体の基準合金体を製造するには、溶体化後冷間加工のためにアルミニウム合金体を調製し(100)、その後、そのアルミニウム合金体の一部をＴ４質別に自然時効させる(すなわち、Ｔ４質別の基準アルミニウム合金体)。アルミニウム合金体の他の部分に、本明細書に記載する新規な方法に従って処理を施す。そうすることで、Ｔ４質別のアルミニウム合金の基準合金体の特性と、本明細書に記載する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体の特性との比較は容易になる(例えば、強度、延性、破壊靱性を比較するため)。アルミニウム合金体の基準合金体は、アルミニウム合金体の一部から作られるため、そのアルミニウム合金体と同じ組成を有する。アルミニウム合金体の基準合金体を、新規なアルミニウム合金体と比較可能な同等の形態にするために(例えば、圧延製品の場合には同じ厚さとする)、アルミニウム合金体の基準合金体は、溶体化工程(140)の前に(熱間及び／又は冷間)加工が必要である。
【００５１】
＜Ｅ．ミクロ組織＞
ｉ．再結晶化(recrystallization)
冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)は、アルミニウム合金体が未再結晶ミクロ組織を主体とする組織が達成／維持されるように行われる。未再結晶ミクロ組織を主体とする組織とは、以下に定義するように、アルミニウム合金体に含まれる第１型結晶粒が５０％未満(体積分率による)であることを意味する。
【００５２】
アルミニウム合金体は結晶ミクロ組織を有する。「結晶ミクロ組織」とは、多結晶材料の組織である。結晶ミクロ組織は、本明細書において結晶粒(grains)と称する結晶(crystals)を有する。「結晶粒」は多結晶材料の結晶である。
【００５３】
「第１型結晶粒(first  type  grains)」とは、以下に記載するOIM(Orientation  Imaging  Microscopy)サンプリング法を用いて測定した、以下に定義する「第１結晶粒基準」を満たす結晶ミクロ組織の結晶粒を意味する。アルミニウム合金体は独特のミクロ組織であるため、本出願は、「再結晶粒」又は「未再結晶粒」という従来の用語を用いていない。これらの用語は、状況によっては曖昧であり、論争の対象にもなる。代わりに、「第１型結晶粒」及び「第２型結晶粒」という用語を用いているが、これら型の結晶粒の量は、ＯＩＭサンプリング法に詳細に記載されたコンピュータによる方法を用いることにより精密かつ正確に決定される。それゆえ、「第１型結晶粒」という用語は、当業者がそのような結晶粒を再結晶されていないと考えるか又は再結晶化されていると考えるかに関係なく、第１結晶粒基準を満たすあらゆる結晶粒を含む。
【００５４】
ＯＩＭ解析は、Ｔ／４(４分の１平面)位置からＬ−ＳＴ面の表面まで行われる。解析する試料のサイズは、一般的に、厚さによって異なる。測定に先立ち、ＯＩＭ試料を標準的な金属組織試料調製方法により作製する。例えば、ＯＩＭ試料を、Buehler社製Ｓｉ−Ｃペーパを用いて手作業で３分間ポリッシュした後、平均粒径約３ミクロンのBuehler社製ダイヤモンド液体研磨剤を用いて手作業でポリッシュする。それらの試料をフッ素−ホウ素水溶液中で３０〜４５秒間陽極酸化(anodize)する。次いで、それらの試料を、三酸化クロムを含有するリン酸水溶液を用いて剥離し、次に洗浄して、乾燥させる。
【００５５】
「ＯＩＭサンプリング法」は次のとおりである：
・ソフトウェアは、TexSEM  Lab  OIM  Data  Collectionソフトウェアのバージョン5.31(EDAX  Inc.,  New  Jersey,  U.S.A.)を使用し、FIRE  WIRE(Apple,  Inc.,  California,  U.S.A.)により、DigiView  1612  CCDカメラ(TSL/EDAX,  Utah,  U.S.A.)に接続する。SEMはJEOL  JSM6510(JEOL  Ltd.  Tokyo,  Japan)である。
・ＯＩＭの使用条件は、傾斜７０°、作動距離１８ｍｍであり、ダイナミックフォーカス、スポットサイズ１×１０−７ａｍｐで加速電圧２０ｋＶである。コレクションモードは正方格子である。選択は、方位(orientations)が解析に集められるように行う(すなわち、Houghピーク情報は収集されない)。１走査における領域サイズ(すなわち、フレーム)は、８０Ｘ、３ミクロンステップで、２ｍｍ厚の試料の場合２.０ｍｍ×０.５ｍｍであり、５ｍｍ厚の試料の場合２.０ｍｍ×１.２ｍｍである。厚さに応じて異なるフレームサイズを使用することができる。収集されたデータは＊．ｏｓｃファイルで出力される。このデータを用いて、下に記載するように、第１型結晶粒の体積分率を計算することができる。
・第１型結晶粒の体積分率の計算：第１型結晶粒の体積分率は、＊．ｏｓｃファイルのデータ及びTexSEM  Lab  ＯＩＭ解析ソフトウェアバージョン５.３１を用いて計算される。計算を行なう前に、データのクリーンアップを、許容角度１５°、最小粒度＝３データポイント、クリーンアップ１反復を用いて行うことができる。次に、第１結晶粒基準(下記)を使用し、ソフトウェアにより第１型結晶粒の量が計算される。
・第１型結晶粒基準：粒子方位分布(grain  orientation  spread)(ＧＯＳ)により結晶粒許容角度５°で計算する。最小粒度は３データポイントであり、信頼指数は０である。「計算前に分割を適用」、「端の結晶粒を含める」、「双晶境界限定を無視する」は全てが必要であり、計算は「結晶粒平均方位」を用いて行なわれる。結晶龍がＧＯＳが≦３°であるとき、全てが第１型結晶粒である。複数フレームが使いられる場合、ＧＯＳデータは平均される。
【００５６】
「第１型結晶粒体積」(ＦＧＶ)とは、結晶材料の第１型結晶粒の体積分率を意味する。
【００５７】
「未再結晶率」等は次式によって決定される：
ＵＲＸ％＝(１−ＦＧＶ)＊１００％
前述したように、アルミニウム合金体は、一般的に、未再結晶ミクロ組織を主体とする組織を含んでおり、ＦＧＶ＜０.５０かつＵＲＸ％≧５０％である。一実施態様では、アルミニウム合金体は(体積分率により)０.４５以下の第１型結晶粒を含有する(すなわち、上に示した定義によって、アルミニウム合金体は少なくとも５５％が未再結晶である(ＵＲＸ％≧５５％))。他の実施態様において、アルミニウム合金体は(体積分率により)０.４０以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧６０％)、又は０.３５以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧６５％)、又は０.３０以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧７０％)、又は０.２５以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧７５％)、又は０.２０以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧８０％)、又は０.１５以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧８５％)、又は０.１０以下の第１型結晶粒(ＵＲＸ％≧９０％)、又はそれより少ない第１型結晶粒を含んでいる。
【００５８】
ｉｉ．構造組織(texture)
アルミニウム合金体は独特のミクロ組織を達成することができる。この独特のミクロ組織は、結晶学的構造組織データから得られるアルミニウム合金体のＲ値によって示されることができる。アルミニウム合金体のミクロ組織は、合金体の特性(例えば、とりわけ、強度、延性、靱性、耐食性)に関連性を有している。
【００５９】
本出願において、Ｒ値は、以下に記載するＲ値決定法によって決定される。
Ｒ値決定法：
・機器：使用される機器は、Ｘ線発生装置であり、コンピュータ制御の極点図(pole  figures)用ユニット(例えば、Rigaku  Ultima  III回折計(Rigaku  USA,  The  Woodlands,  TX)及びデータ収集ソフトウェア及び極点図データ加工用ＯＤＦソフトウェア(例えば、Rigaku回折計に付属のRigakuソフトウェア)を具えたものである。反射極点図は、“Elements  of  X-ray  Diffraction”  by  B.D.  Cullity,  2nd  edition  1978  (Addison-Wesley  Series  in  Metallurgy  and  Materials)及びthe  Rigaku  User  Manual  for  the  Ultima  III  Diffractometer  and  Multipurpose  Attachment(又は他の同等の回折装置の他の好適なマニュアル)に基づいて捕捉される。
・試料の調製：極点図はＴ／４位置から表面まで測定される。従って、Ｒ値決定に用いられる試料は、(好ましくは)７／８インチ(ＬＴ)×１−１／４インチ(Ｌ)である。試料サイズは測定機器に基づいて変更することができる。Ｒ値の測定に先立ち、試料は次の要領にて調製される：
１．圧延面を一方の面から、Ｔ／４平面より０.０１インチ厚い面に機械加工する(厚さが保証される場合)。
２．Ｔ／４位置に化学的にエッチングする。
・極点図のＸ線測定：極点図の反射(シュルツの反射法に基づく)
１．試料を、試料の圧延方向を表示して試料リングホルダーに取り付ける。
２．試料ホルダーユニットを極点図用ユニットに挿入する。
３．試料の方向を、極点図用ユニットと同じ水平面と一致させる(β＝０°)。
４．垂直発散スリット(ＤＳ)と、Ｎｉ  Ｋβフィルターを備えた標準極点図受光スリット(ＲＳ)と、標準散乱スリット(ＳＳ)とを使用する(スリットの決定は、使用する放射線、ピークの２θ、及びピークの幅に応じて行うことができる)。Rigaku  Ultima  III回折計では２／３ｄｅｇ  ＤＳ、５ｍｍ  ＲＳ及び６ｍｍ  ＳＳを使用する。
５．出力を推奨動作電圧及び電流に設定する(Ultima  IIIにおいてＮｉフィルタを用いたＣｕ放射の場合、デフォルト値４０ＫＶ  ４４ｍＡ)。
６．Ａｌ(１１１)、Ａｌ(２００)及びＡｌ(２２０)のα＝１５°、β＝０°からα＝９０°、β＝３５５°までバックグラウンド強度を、５°ずつのステップで測定し、ステップ毎に１秒間カウントする(３つの極点図は通常、正確なＯＤＦを得るのに十分である)。
７．Ａｌ(１１１)、Ａｌ(２００)、Ａｌ(２２０)及びＡｌ(３１１)のα＝１５°、β＝０°からα＝９０°、β＝３５５°までピーク強度を、５°ずつのステップで測定し、ステップ毎に１秒間カウントする。
８．サンプリング領域を広げてサンプリング統計を向上させるために、測定中、試料を毎秒２ｃｍ揺動させる。
９．ピーク強度からバックグラウンド強度を差し引く(これは通常、ユーザー固有のソフトウェアによって行われる)。
１０．吸収を補正する(通常、ユーザー固有のソフトウェアによって行われる)。
出力データは通常、ＯＤＦソフトウェアに入力するフォーマットに変換される。ＯＤＦソフトウェアは、データを正規化し、ＯＤＦを計算し、正規化された極点図を再計算する。この情報から、Taylor-Bishop-Hillモデルを用いてＲ値が計算される(Kuroda,  M.  et  al.,  Texture  optimization  of  rolled  aluminum  alloy  sheets  using  a  genetic  algorithm,  Materials  Science  and  Engineering  A  385  (2004)  235-244及びMan,  Chi-Sing,  On  the  r-value  of  textured  sheet  metals,  International  Journal  of  Plasticity  18  (2002)  1683-1706参照)。
【００６０】
本発明の方法に従って製造されたアルミニウム合金体は、従来法で製造された材料と比べて高い正規化Ｒ値を達成することができる。「正規化Ｒ値(normalized  R-value)」等は、圧延方向に対して角度０°でのＲＶ−対照試料のＲ値によって正規化されたＲ値を意味する。例えば、ＲＶ−対照試料が圧延方向に対して角度０°でＲ値０.３００を得るとすると、このＲ値及び他の全てのＲ値は、０.３００で割ることによって正規化される。
【００６１】
「ＲＶ−対照試料(RV-control  sample)」等は、(上で定義した)Ｔ４質別のアルミニウム合金の基準合金体から採取された対照試料を意味する。
【００６２】
「圧延方向(rolling  direction)」等は、圧延製品のＬ方向を意味する(図１３参照)。非圧延製品の場合、Ｒ値との関連において、「圧延方向」等は、伸びの主方向(例えば、押出方向)を意味する。本出願の目的において、圧延方向に対して角度０°から角度９０°まで、５°間隔で、材料の様々なＲ値を計算した。簡潔化のために、「方位角(orientation  angle)」という語が、「圧延方向に対する角度」を意味する語として用いられていることもある。
【００６３】
「最大正規化Ｒ値」等は、圧延方向に対する任意の角度で得られる最大正規化Ｒ値を意味する。
【００６４】
「最大ＲＶ角度」等は、最大正規化Ｒ値が得られる角度を意味する。
【００６５】
限定されない例として、ＲＶ−対照試料と本明細書に記載する新規な方法に従って処理されたアルミニウム合金体のＲ値(非正規化値と正規化値の両方)を含むチャートを次の表２に示す。
【表２】
2013542320.tif 000006
【００６６】
対照と８５％冷間加工試料の正規化Ｒ値を、方位角の関数としてプロットしたものを図１０に示している。図１０にはまた、１１％、３５％及び６０％の冷間加工が施されたアルミニウム合金体の正規化Ｒ値が示されている。
【００６７】
図１０に示されるように、高度に冷間加工されたアルミニウム合金体の実施例では、特に、圧延方向に対して方位角２０°〜７０°の間で、ＲＶ−対照試料よりはるかに高いＲ値が得られる。８５％冷間加工された合金体では、最大ＲＶ角度５０°で最大正規化Ｒ値５.１９６が得られる。ＲＶ−対照試料は、最大ＲＶ角度５°で最大正規化Ｒ値１.０３０が得られる。これらのＲ値は、従来法で製造されたアルミニウム合金体と比較において新規なアルミニウム合金体の構造組織(それゆえ、ミクロ組織)を示している。
【００６８】
１つの実施形態において、本明細書に記載する新規方法に従って処理されたアルミニウム合金体は、少なくとも２.０の最大正規化Ｒ値を得ることができる。一実施態様において、新規アルミニウム合金体は、少なくとも２.５の最大正規化Ｒ値を得ることができる。他の実施態様において、新規アルミニウム合金体は、最大正規化Ｒ値が、少なくとも３.０、又は少なくとも３.５、又は少なくとも４.０、又は少なくとも４.５、又は少なくとも５.０又はそれより高い値を得ることができる。最大正規化Ｒ値は、２０°から７０°までの方位角で達成される。いくつかの実施態様において、最大正規化Ｒ値は、３０°から７０°までの方位角で達成される。他の実施態様において、最大正規化Ｒ値は、３５°から６５°までの方位角で達成される。さらに他の実施態様において、最大正規化Ｒ値は、４０°から６５°までの方位角で達成される。さらに他の実施態様において、最大正規化Ｒ値は、４５°から６０°までの方位角で達成される。他の実施態様において、最大正規化Ｒ値は、４５°から５５°までの方位角で達成される。
【００６９】
他の実施形態において、本明細書に記載する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、該新規アルミニウム合金体の最大ＲＶ角度でＲＶ−対照試料より少なくとも２００％高い最大正規化Ｒ値を達成することができる。この実施形態では、新規なアルミニウム合金体の正規化Ｒ値が、該新規なアルミニウム合金体の最大ＲＶ角度が起こる角度でのＲＶ−対照試料の正規化Ｒ値と比較される。例えば、図１０及び上記表２に示されるように、８５％冷間加工されたアルミニウム合金体は、その最大ＲＶ角度５０°での正規化Ｒ値において、同じ角度５０°でのＲＶ−対照試料の正規化Ｒ値と比べて、７１７％の増加を実現する(５.１９６／０.７２５＊１００％＝７１７％)。一実施態様において、アルミニウム合金体は、新規アルミニウム合金体の最大ＲＶ角度でＲＶ−対照試料より少なくとも２５０％高い最大正規化Ｒ値を達成することができる。他の実施態様において、アルミニウム合金体が達成し得る最大正規化Ｒ値は、該アルミニウム合金体の最大ＲＶ角度でのＲＶ−対照試料よりも、少なくとも３００％高いか、又は少なくとも３５０％高いか、又は少なくとも４００％高いか、又は少なくとも４５０％高いか、又は少なくとも５００％高いか、又は少なくとも５５０％高いか、又は少なくとも６００％高いか、又は少なくとも６５０％高いか、又は少なくとも７００％高いか、又はそれよりも高い。
【００７０】
別の実施形態において、本明細書に記載する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、ＲＶ−対照試料の最大正規化Ｒ値より少なくとも２００％高い最大正規化Ｒ値を達成することができる。この実施形態では、新規アルミニウム合金体の最大正規化Ｒ値は、最大正規化Ｒ値が起こる角度とは関係なく、ＲＶ−対照試料の最大正規化Ｒ値と比較される。例えば、図１０及び上記表２に示されるように、８５％冷間加工されたアルミニウム合金体は、方位角５０°で最大正規化Ｒ値５.１９６を実現する。ＲＶ−対照試料の最大正規化Ｒ値は方位角５°で１.０３０である。従って、８５％冷間加工されたアルミニウム合金体は、ＲＶ−対照試料に対して、最大正規化Ｒ値の５０５％増加を実現する(５.１９６／１.０３０＝５０５％)。一実施態様において、アルミニウム合金体は、ＲＶ−対照試料の最大正規化Ｒ値より少なくとも２５０％高い最大正規化Ｒ値を達成することができる。他の実施形態において、アルミニウム合金体が達成し得る最大正規化Ｒ値は、ＲＶ−対照試料の最大正規化Ｒ値より、少なくとも３００％高いか、又は少なくとも３５０％高いか、又は少なくとも４００％高いか、又は少なくとも４５０％高いか、又は少なくとも５００％高いか、又はそれよりも高い。
【００７１】
ｉｉｉ．顕微鏡写真
本明細書に記載する新規な方法に従って製造されたいくつかの６ＸＸＸアルミニウム合金体の光学顕微鏡写真を図１１ｂ〜１１ｅに示す。図１１ａは、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体のミクロ組織である。図１１ｂ〜１１ｅはそれぞれ、１１％、３５％、６０％及び８５％冷間加工が施された新規なアルミニウム合金体のミクロ組織である。これらの顕微鏡写真は、本明細書に記載する新規な方法を用いて得ることができる独特のミクロ組織のいくつかの態様を示している。図示を参照すると、新規なアルミニウム合金体は、非等軸(細長い)結晶粒が観察される。６０％及び８５％冷間加工された合金体では、繊維状／ロープ状の結晶粒構造が観察され、複数のせん断バンドを有する。これらの独特のミクロ組織は新規なアルミニウム合金体の改良された特性に寄与することができる。
【００７２】
＜Ｆ．選択的に行われる熱処理後処理＞
熱処理工程(300)の後、所望により、６ＸＸＸアルミニウム合金体に様々な最終処理(400)を施すことができる。例えば、熱処理工程(300)に付随して又はその後に、６ＸＸＸアルミニウム合金体に様々な追加加工又は仕上げ加工(例えば、成形の他、延伸等の機械的特性に実質的に影響を及ぼさない平坦化又は真直化、及び／又は他の工程(例えば、機械加工、陽極酸化処理、塗装、ポリッシング、バフ仕上げ等))に付すこともできる。所望により行なわれる最終処理工程(400)では、アルミニウム合金体のミクロ組織に実質的に影響を及ぼすと考えられる熱処理(例えば、あらゆるアニーリング工程)は行わなくてよい。従って、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)を組み合わせることにより達成されたミクロ組織は保持されることができる。
【００７３】
一実施形態において、所望により行なう最終処理(400)は、１又は複数の処理を、熱処理工程(300)に付随して行なうことができる。一実施態様において、所望により行う最終処理工程(400)は成形工程を含んでおり、この成形工程は熱処理工程(300)に付随して(例えば、熱処理工程(300)と同時に)行うことができる。一実施態様において、成形工程と熱処理工程が同時に行われる場合(例えば、熱処理工程中における自動車ドアの外側パネル及び／又は内側パネルの成形)、アルミニウム合金体は、実質的に最終の形態である。
【００７４】
＜Ｇ．組成＞
上述したように、６ＸＸＸアルミニウム合金体は６ＸＸＸアルミニウム合金から作られる。６ＸＸＸアルミニウム合金は、ケイ素とマグネシウムを含有するアルミニウム合金であり、ケイ素とマグネシウムのうちの少なくとも一種は主要な合金成分である。本願の目的において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、０.１−２.０重量％のケイ素及び０.１−３.０重量％のマグネシウムを含むアルミニウム合金であり、ケイ素とマグネシウムのうちの少なくとも一種はアルミニウム合金におけるアルミニウム以外の主要な合金元素である。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、すくなくとも０.２５重量％のＭｇを含んでいる。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、２.０重量％以下のＭｇを含んでいる。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、すくなくとも約０.２５重量％のＳｉを含んでいる。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、約１.５重量％以下のＳｉを含んでいる。６ＸＸＸアルミニウム合金は、以下で定義するように、第２の元素、第３の元素及び／又は他の元素を含有することができる。
【００７５】
６ＸＸＸアルミニウム合金は第２の元素を含むことができる。第２の元素は、銅、亜鉛及びそれらの組合せからなる群から選択される。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、銅を含む。他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、亜鉛を含む。さらに他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、銅と亜鉛の両方を含む。これら第２の元素が、ケイ素及びマグネシウムの主要元素と共に十分な量で存在すると、歪み硬化反応及び／又は析出硬化反応を促進することができる。このように、６ＸＸＸアルミニウム合金が、本明細書に記載する新規なプロセスと共に用いられるとき、例えばＴ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金体と比べて、強度等の特性の改善を実現することができる。
【００７６】
銅が用いられる場合、６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、少なくとも０.３５重量％のＣｕを含む。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、少なくとも０.５重量％のＣｕを含む。６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、２.０重量％以下、例えば１.５重量％以下のＣｕを含む。他の実施態様において、銅は低含有量で存在することもでき、この場合、例えば、０.０１〜０.３４重量％で存在することができる。他の実施態様において、銅は不純物として含まれており、この場合の存在量は、０.０１重量％より少ない。
【００７７】
亜鉛が用いられる場合、６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、少なくとも０.３５重量％のＺｎを含む。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、少なくとも０.５重量％のＺｎを含む。６ＸＸＸ合金に含まれるＺｎは、一般的に、２.５重量％以下である。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、２.０重量％以下のＺｎを含む。他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、１.５重量％以下のＺｎを含む。他の実施態様において、亜鉛は低含有量で存在することもでき、この場合、例えば、０.０５〜０.３４重量％で存在することができる。他の実施態様において、亜鉛は不純物として含まれており、この場合の存在量は、０.０４重量％以下である。
【００７８】
６ＸＸＸアルミニウム合金は、様々な目的のために、第３の元素を含むことができる。この目的として、例えば、機械的特性、物理的特性又は腐食特性(すなわち、強度、靱性、耐疲労性、耐食性)を向上させること、高温での特性を向上させること、鋳造を容易にすること、鋳造又は展伸される結晶粒構造を制御すること、及び／又は機械加工性を向上すること等がある。第３の元素を含む場合、次の一種又は複数種を含むことができる：(ｉ)Ａｇを最大３.０重量％、(ｉｉ)Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｂｉ及びＰｂの一種又は複数種を各々が最大２.０重量％、(ｉｉｉ)Ｆｅ、Ｓｒ、Ｓｂ及びＣｒの一種又は複数種を各々が最大１.０重量％、ならびに(ｉｖ)Ｎｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｃｏ及び希土類元素の一種又は複数種を各々が最大０.５重量％。第３の元素を含む場合、第３の元素は、通常、少なくとも０.０１重量％の量で合金中に含まれる。
【００７９】
６ＸＸＸアルミニウム合金は、第３の元素又は不純物として、鉄を含むことができる。鉄が合金中に第３の元素として含まれない場合、鉄は、６ＸＸＸ合金に中に不純物として含まれることができる。この場合、６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、鉄を０.５０重量％以下含んでいる。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、鉄を０.２５重量％以下含む。他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、鉄を０.１５重量％以下含む。さらに他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、鉄を０.１０重量％以下含む。他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、鉄を０.０５重量％以下含む。
【００８０】
６ＸＸＸアルミニウム合金は、一般的に、少量の「他の元素」(例えば、鋳造助剤及びＦｅでない不純物)を含んでいる。他の元素とは、６ＸＸＸアルミニウム合金中に含まれることができる周期表元素のうち、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、第２の元素(含まれる場合)、第３の元素(含まれる場合)及びＦｅ(含まれる場合)を除く他のあらゆる元素を意味する。第２の元素及び／又は第３の元素のうちの何れかの元素が合金中に単なる不純物として含まれる場合、そのような元素は、鉄を除き、「他の元素」の範囲に含まれる。例えば、６ＸＸＸ合金が銅を合金添加元素としてではなく、不純物(本出願の目的では０.０１重量％より少ないＣｕ)として含む場合には、その銅は「他の元素」の範囲に含まれる。同様に、６ＸＸＸ合金が亜鉛を合金添加元素としてではなく、不純物(本出願の目的では０.０４重量％又はそれより少ないＺｎ)として含む場合には、その亜鉛は「他の元素」の範囲に含まれる。他の例として、Ｍｎ、Ａｇ及びＺｒが６ＸＸＸ合金中に合金添加元素として含まれる場合には、それらの第３の元素は「他の元素」の範囲に含まれないが、それら以外の第３の元素は、合金中に単なる不純物として含まれるため、他の元素の範囲に含まれる。しかしながら、鉄が６ＸＸＸ合金中に不純物として含まれる場合、それらには、上記のように、規定された明確な不純物限度があるため「他の元素」の範囲に含まれない。
【００８１】
一般的に、アルミニウム合金体は、他の元素のうちのどの元素についても各々が０.２５重量％以下を含み、これらの他の元素の合計量は０.５０重量％を超えない。一実施態様において、これらの他の元素はそれぞれ、個々に、６ＸＸＸアルミニウム合金中に０.１０重量％を超えず、これらの他の元素の合計量は６ＸＸＸアルミニウム合金中０.３５重量％を超えない。他の実施態様において、これらの他の元素はそれぞれ、個別に、６ＸＸＸアルミニウム合金中０.０５重量％を超えず、これらの他の元素の合計量は６ＸＸＸアルミニウム合金中０.１５重量％を超えない。他の実施態様において、これらの他の元素はそれぞれ、個々に、６ＸＸＸアルミニウム合金中０.０３重量％を超えず、これらの他の元素の合計量は６ＸＸＸアルミニウム合金中０.１重量％を超えない。
【００８２】
一態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、
Ｓｉ：０.１〜２.０重量％、
Ｍｇ：０.１〜３.０重量％を含み、
Ｓｉ及びＭｇの少なくとも一種は、アルミニウム合金体におけるアルミニウム以外の主要な合金元素であり、
所望により、以下の第２の元素、
Ｃｕ：０.３５〜２.０重量％、
Ｚｎ：０.３５〜２.５重量％、を一種又は二種を含むことができ、
所望により、さらに、以下の第３の元素、
(ｉ)Ａｇを最大３.０重量％、
(ｉｉ)Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｂｉ及びＰｂの一種又は複数種を各々最大２.０重量％、
(ｉｉｉ)Ｆｅ、Ｓｒ、Ｓｂ及びＣｒの一種又は複数種を各々最大１.０重量％、
(ｉｖ)Ｎｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｃｏ及び希土類元素の一種又は複数種を各々最大０.５重量％、を一種又は二種以上含むことができ、
６ＸＸＸアルミニウム合金中に第３の元素として含まれない場合には、
不純物として最大０.５重量％のＦｅ、
を含むことができ、残部アルミニウム及び他の元素である。なお、他の元素は各々が０.２５重量％以下、合計量で０.５重量％以下に制限される。
【００８３】
第１の合金元素、第２の合金元素及び第３の合金元素の合計量は、アルミニウム合金体が適切に溶体化されることができるように選択されるべきである(例えば、構成粒子の量を制限しながら硬化を促進するために)。
【００８４】
一実施形態において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、加工方向に直角方向の引張降伏強さが少なくとも６０ｋｓｉを得られるように、歪み硬化反応と析出硬化反応の少なくとも１つを促進するのに十分な溶質(solute)を含んでいる。これら実施態様のうちの幾つかでは、銅及び／又は亜鉛が、歪み硬化反応及び／又は析出硬化反応を少なくとも部分的に促進させるために用いられ、上記の量が合金の中に含められることができる。
【００８５】
他の実施形態において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、硬化反応を促進するために、十分な量のマグネシウムを含んでいる。この実施形態において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、少なくとも１.１重量％、例えば、少なくとも１.２重量％、又は少なくとも１.３重量％、又は少なくとも１.４重量％又はそれより多い量を含んでいる。これら実施態様のうちの幾つかでは、６ＸＸＸアルミニウム合金はまた、歪み硬化反応及び／又は析出硬化反応を少なくとも部分的に促進させるために、０.３５〜２.０重量％のＣｕ及び／又は０.３５〜２.５重量％の亜鉛を含んでいる。これら実施態様のうちの幾つかでは、６ＸＸＸアルミニウム合金は、上記したように、銅及び／又は亜鉛を、低レベル及び／又は不純物レベルで含んでもよい。これら実施態様のうちの幾つかでは、例えば以下に記載する強度レベルのような高い引張降伏強さを達成する。具体的実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、少なくとも１.１重量％のＭｇ、０.３５重量％未満のＣｕ、０.３５重量％未満のＺｎを含み、少なくとも約３５ｋｓｉの引張降伏強さ、例えば、少なくとも約４５ｋｓｉ、又は少なくとも約５５ｋｓｉもの引張降伏強さを達成する。
【００８６】
一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、米国アルミニウム協会(Aluminum  Association)に規定されている次の展伸用６ＸＸＸアルミニウム合金を示すことができる：６１０１、６１０１Ａ、６１０１Ｂ、６２０１、６２０１Ａ、６４０１、６５０１、６００２、６００３１５、６１０３、６００５、６００５Ａ、６００５Ｂ、６００５Ｃ、６１０５、６２０５、６００６、６１０６、６２０６、６３０６、６００８、６００９、６０１０、６１１０、６１１０Ａ、６０１１、６１１１、６０１２、６０１２Ａ、６０１３、６１１３、６０１４、６０１５、６０１６、６０１６Ａ、６１１６、６０１８、６０１９、６０２０、６０２１、６０２２、６０２３、６０２４、６０２５、６０２６、６０２８、６０３３、６０４０、６０４１、６０４２、６０４３、６１５１、６３５１、６３５１Ａ、６４５１、６９５１、６０５３、６０５６、６１５６、６０６０、６１６０、６２６０、６３６０、６４６０、６５６０、６０６１、６０６１Ａ、６２６１、６１６２、６２６２、６２６２Ａ、６０６３、６０６３Ａ、６４６３、６４６３Ａ、６７６３、６９６３、６０６４、６０６４Ａ、６０６５、６０６６、６０６９、６０７０、６０８１、６１８１、６１８１Ａ、６０８２、６１８２、６０８２Ａ、６０９１、６０９２。  また、前述したように、歪み硬化反応と析出硬化反応の少なくとも１つを促進するのに十分な溶質を含むように改質される。
【００８７】
一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、溶体化後に可溶構成粒子を含まないか又は実質的に含まない６ＸＸＸアルミニウム合金に残る量の合金元素を含む。一実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、溶体化後に少量の(例えば、制限された／最少の)不溶性構成粒子を含むアルミニウム合金に残る量の合金元素を含む。他の実施態様において、６ＸＸＸアルミニウム合金は、制御された量の不溶性構成粒子からから利点がもたらされることもある。
【００８８】
＜Ｈ．特性＞
本明細書に記載する新規な方法によって製造された新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、複数の特性の改良を達成(実現)することができる。
【００８９】
ｉ．強度
上述のように、冷間加工工程(200)及び熱処理工程(300)により、冷間加工後状態及び／又はＴ６質別(上に定義した)のアルミニウム合金の基準合金体と比べて強度の向上を達成することができる。強度特性は、一般的に、ＡＳＴＭ  Ｅ８及びＢ５５７に準拠して測定される。
【００９０】
一態様において、アルミニウム合金体は、強度(ＴＹＳ及び／又はＵＴＳ)について、Ｔ６状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも５％の増加を達成することができる。一実施態様において、アルミニウム合金体は、引張降伏強さについて、Ｔ６状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも６％の増加を達成する。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、引張降伏強さについて、Ｔ６状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも７％の増加、又は少なくとも８％の増加、又は少なくとも９％の増加、又は少なくとも１０％の増加、又は少なくとも１１％の増加、又は少なくとも１２％の増加、又は少なくとも１３％の増加、又は少なくとも１４％の増加、又は少なくとも１５％の増加、又は少なくとも１６％の増加、又は少なくとも１７％の増加、又は少なくとも１８％の増加、又は少なくとも１９％の増加、又は少なくとも２０％の増加、又は少なくとも２１％の増加、又は少なくとも２２％の増加、又は少なくとも２３％の増加、又は少なくとも２４％の増加、又は少なくとも２５％の増加、又は少なくとも２６％の増加、又はそれを超える増加を達成する。これらの増加はＬ方向及び／又はＬＴ方向に実現することができる。
【００９１】
関連する実施態様において、アルミニウム合金体は、極限引張強さについて、Ｔ６状態のアルミニウム合金体と比べて、少なくとも６％の増加を達成することができる。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、極限引張強さについて、Ｔ６状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも７％の増加、又は少なくとも８％の増加、又は少なくとも９％の増加、又は少なくとも１０％の増加、又は少なくとも１１％の増加、又は少なくとも１２％の増加、又は少なくとも１３％の増加、又は少なくとも１４％の増加、又は少なくとも１５％の増加、又は少なくとも１６％の増加、又は少なくとも１７％の増加、又は少なくとも１８％の増加、又は少なくとも１９％の増加、又は少なくとも２０％の増加、又は少なくとも２１％の増加、又は少なくとも２２％の増加、又は少なくとも２３％の増加、又は少なくとも２４％の増加、又は少なくとも２５％の増加、又はそれを超える増加を達成することができる。これらの増加はＬ方向及び／又はＬＴ方向に実現することができる。
【００９２】
１つの実施形態において、アルミニウム合金体は、冷間加工後状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも同等の引張降伏強さを達成する。一実施態様において、アルミニウム合金体は、引張降伏強さについて、冷間加工後状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも２％の増加を達成する。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、引張降伏強さについて、冷間加工後状態のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも４％の増加、又は少なくとも６％の増加、又は少なくとも８％の増加、又は少なくとも１０％の増加、又は少なくとも１２％の増加、又は少なくとも１４％の増加、又は少なくとも１６％の増加、又はそれを超える増加を達成する。極限引張強さに関しても同様の結果を得ることができる。これらの増加はＬ方向又はＬＴ方向に実現することができる。
【００９３】
一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、ＬＴ方向の典型的な引張降伏強さについて少なくとも３５ｋｓｉを実現する。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、ＬＴ方向の典型的引張降伏強さについて、少なくとも４０ｋｓｉ、又は少なくとも４５ｋｓｉ、又は少なくとも５０ｋｓｉ、又は少なくとも５１ｋｓｉ、又は少なくとも５２ｋｓｉ、又は少なくとも５３ｋｓｉ、又は少なくとも５４ｋｓｉ、又は少なくとも５５ｋｓｉ、又は少なくとも５６ｋｓｉ、又は少なくとも５７ｋｓｉ、又は少なくとも５８ｋｓｉ、又は少なくとも５９ｋｓｉ、又は少なくとも６０ｋｓｉ、又は少なくとも６１ｋｓｉ、又は少なくとも６２ｋｓｉ、又は少なくとも６３ｋｓｉ、又は少なくとも６４ｋｓｉ、又は少なくとも６５ｋｓｉ、又は少なくとも６６ｋｓｉ、又は少なくとも６７ｋｓｉ、又は少なくとも６８ｋｓｉ、又は少なくとも６９ｋｓｉ、又は少なくとも７０ｋｓｉ、又は少なくとも７１ｋｓｉ、又は少なくとも７２ｋｓｉ、又は少なくとも７３ｋｓｉ、又は少なくとも７４ｋｓｉ、又は少なくとも７５ｋｓｉ、又はそれを超える値を実現する。圧延方向(Ｌ)においても同様の結果を達成することができる。
【００９４】
関連する実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、ＬＴ方向の典型的極限引張強さについて、少なくとも４０ｋｓｉを実現する。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、ＬＴ方向の典型的極限引張強さについて、少なくとも４５ｋｓｉ、又は少なくとも５０ｋｓｉ、又は少なくとも５１ｋｓｉ、又は少なくとも５２ｋｓｉ、又は少なくとも５３ｋｓｉ、又は少なくとも５４ｋｓｉ、又は少なくとも５５ｋｓｉ、又は少なくとも５６ｋｓｉ、又は少なくとも５７ｋｓｉ、又は少なくとも５８ｋｓｉ、又は少なくとも５９ｋｓｉ、又は少なくとも６０ｋｓｉ、又は少なくとも６１ｋｓｉ、又は少なくとも６２ｋｓｉ、又は少なくとも６３ｋｓｉ、又は少なくとも６４ｋｓｉ、又は少なくとも６５ｋｓｉ、又は少なくとも６６ｋｓｉ、又は少なくとも６７ｋｓｉ、又は少なくとも６８ｋｓｉ、又は少なくとも６９ｋｓｉ、又は少なくとも７０ｋｓｉ、又は少なくとも７１ｋｓｉ、又は少なくとも７２ｋｓｉ、又は少なくとも７３ｋｓｉ、又は少なくとも７４ｋｓｉ、又は少なくとも７５ｋｓｉ、又はそれを超える値を実現する。加工方向(Ｌ)においても同様の結果を達成することができる。
【００９５】
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金の基準合金体と比べて、短時間で高強度を達成することができる。一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも１０％速いピーク強度を実現する。１０％速い処理の例として、例えば、Ｔ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金体が３５時間の処理でピーク強度を実現する場合、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体では３１.５時間以下でピーク強度を実現することができる。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、ピーク強度について、Ｔ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも２０％速く、又は少なくとも２５％速く、又は少なくとも３０％速く、又は少なくとも３５％速く、又は少なくとも４０％速く、又は少なくとも４５％速く、又は少なくとも５０％速く、又は少なくとも５５％速く、又は少なくとも６０％速く、又は少なくとも６５％速く、又は少なくとも７０％速く、又は少なくとも７５％速く、又は少なくとも８０％速く、又は少なくとも８５％速く、又は少なくとも９０％速く、又はそれより速くピーク強度を実現する。
【００９６】
一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、１０時間未満の熱処理時間でピーク強度を実現する。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体がそのピーク強度を実現する熱処理時間は、９時間未満、又は８時間未満、又は７時間未満、又は６時間未満、又は５時間未満、又は４時間未満、又は３時間未満、又は２時間未満、又は１時間未満、又は５０分未満、又は４０分未満、又は３０分未満、又は２０分未満、又は１５分未満、又は１０分未満の熱処理時間、又はそれより短い時間である。熱処理時間が短いため、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体を熱処理するのに、塗装焼付サイクル又は塗布硬化を用いることが可能である。
【００９７】
ｉｉ．延性
アルミニウム合金体は、上記強度と組み合わせて、良好な延性を実現することができる。一態様において、アルミニウム合金体は、４％を超える伸び(Ｌ及び／又はＬＴ)を達成する。一実施態様において、アルミニウム合金体は、少なくとも５％の伸び(Ｌ及び／又はＬＴ)を達成する。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１１％、又は少なくとも１２％、又は少なくとも１３％、又は少なくとも１４％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも１６％、又はそれを超える伸び(Ｌ及び／又はＬＴ)を達成することができる。
【００９８】
ｉｉｉ．破壊靱性
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、良好な破壊靱性特性を実現することができる。靱性特性は、一般的に、平面歪み破壊靱性(例えば、ＫＩＣ及びＫＱ)についてはＡＳＴＭ  Ｅ３９９及びＡＳＴＭ  Ｂ６４５に準拠して測定され、平面応力破壊靱性(例えば、Ｋａｐｐ及びＫＲ２５)についてはＡＳＴＭ  Ｅ５６１及びＢ６４６に準拠して測定される。
【００９９】
一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて１０％以下の靱性低下を実現する。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金の基準合金体と比べて、９％以下、又は８％以下、又は７％以下、又は６％以下、又は５％以下、又は４％以下、又は３％以下、又は２％以下、又は１％以下の靱性低下を実現する。一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の６ＸＸＸアルミニウム合金の基準合金体と少なくとも同等の靱性を実現する。
【０１００】
ｉｖ．応力腐食割れ
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、良好な応力腐食割れ抵抗を実現することができる。応力腐食割れ(ＳＣＣ)抵抗は、一般的に、ＡＳＴＭ  Ｇ４７に準拠して測定される。例えば、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、良好な強度及び／又は靱性を達成することができ、同時に良好なＳＣＣ耐食性を達成することができる。一実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、レベル１の耐食性を実現する。他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、レベル２の耐食性を実現する。さらに他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、レベル３の耐食性を実現する。さらに他の実施態様において、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は、レベル４の耐食性を実現する。
【表２Ａ】
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【０１０１】
ｖ．耐剥離性(exfoliation  resistance)
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体は耐剥離性を有することができる。耐剥離性は、一般的に、ＡＳＴＭ  Ｇ３４に準拠して測定される。一実施態様において、アルミニウム合金体は、ＥＸＣＯ評価がＥＢ又はそれより優れた評価を実現する。他の実施態様において、アルミニウム合金体は、ＥＸＣＯ評価がＥＡ又はそれより優れた評価を実現する。さらに他の実施態様において、アルミニウム合金体は、ＥＸＣＯ評価がＰ、又はそれより優れた評価を実現する。
【０１０２】
ｖｉ．外観
本明細書に開示する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、改良された外観を実現することができる。下記外観基準は、HunterLab  Dorigon  II(Hunter  Associates  Laboratory  INC,  Reston,  VA)、又は同等の機器を使用して測定することができる。
【０１０３】
本明細書に開示する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて少なくとも５％高い正反射率を実現することができる。一実施態様において、新規なアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて少なくとも６％高い正反射率を実現する。他の実施態様において、新規なアルミニウム合金体は、正反射率について、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも７％高いか、又は少なくとも８％高いか、又は少なくとも９％高いか、又は少なくとも１０％高いか、又は少なくとも１１％高いか、又は少なくとも１２％高いか、又は少なくとも１３％高いか、又はそれを超える正反射率を実現する。
【０１０４】
本明細書に開示する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて少なくとも１０％高い２°拡散を実現することができる。一実施態様において、新規なアルミニウム合金体は、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて少なくとも１２％高い２°拡散を実現する。他の実施態様において、新規アなルミニウム合金体は、２°拡散について、Ｔ６質別のアルミニウム合金の基準合金体と比べて、少なくとも１４％高いか、又は少なくとも１６％高いか、又は少なくとも１８％高いか、又は少なくとも２０％高いか、又は少なくとも２２％高いか、又はそれより高い２°拡散を実現する。
【０１０５】
本明細書に開示する新規な方法に従って処理が施されたアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて少なくとも１５％高い２写像性を実現することができる。一実施態様において、新規なアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて、少なくとも１８％高い２写像性を実現する。他の実施態様において、新規なアルミニウム合金体は、Ｔ６質別の基準アルミニウム合金体と比べて、少なくとも２１％高いか、又は少なくとも２４％高いか、又は少なくとも２７％高いか、又は少なくとも３０％高いか、又はそれより高い２写像性を実現する。
【０１０６】
＜Ｉ．製品用途＞
本明細書に記載する新規方法は、様々な製品用途に適用可能である。一実施態様において、本明細書に記載する新規方法によって製造された製品は、航空宇宙用として、例えば、ウイングスキン(上面及び下面)又はストリンガ／スティフナ、胴体スキン又はストリンガ、リブ、フレーム、スパー、シートトラック、隔壁、円周フレーム、尾翼(例えば、水平安定板及び垂直安定板等)、フロアビーム、シートトラック、ドア及び操縦翼面構成要素(例えば、方向舵、補助翼)などに使用される。そのような部品における潜在的利点の多くは、例えば、高強度、優れた耐食性、疲労亀裂の発生及び進展に対する抵抗性の向上、靱性の向上を有する製品を使用することによって実現されることができる。そのような特性の組合せを改良することにより、軽量化及び／又は検査間隔の低減をもたらすことができる。
【０１０７】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、軍需品／弾道学／軍事用途として、例えば、弾薬筒や装甲などに使用される。弾薬筒には、小型武器及びカノン砲で使用されるもの又は大砲もしくは戦車一斉射撃に使用されるものが含まれる。弾薬部品は、その他に、送弾筒やフィンも含まれる。起爆部品についても、精密誘導爆弾及びミサイルのフィン及び制御面と同様に可能性として考えられる他の用途である。装甲部品には、軍用車両の装甲板又は構造用部品が含まれる。そのような用途において、本発明の製品は、軽量化又は信頼性もしくは精度の向上をもたらすことができる。
【０１０８】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、ファスナー用途として、例えば、ボルト、リベット、ねじ、スタッド、インサート、ナット及び締付けボルトなど、産業工学及び／又は航空宇宙産業において用いられることができる。これらの用途では、本発明の製品は、チタン合金又はスチールのような他の重い材料の代替として、軽量化するために用いられることができる。製品は、また、優れた耐久性を提供することができる。
【０１０９】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規方法によって製造された製品は、自動車用途として、例えば、クロージャーパネル(例えば、ボンネット、フェンダー、ドア、屋根及びトランクの蓋)、車輪、及び大きな強度が要求される用途(例えば、ピラー、補強材等のホワイトボディ)などに使用される。これらの用途のいくつかにおいて、本発明の製品は、部品の小型化及び軽量化を可能にする。
【０１１０】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、海洋用途として、例えば、船舶及びボート(例えば、船体、甲板、帆柱及び上部構造)などに使用される。これらの用途のいくつかにおいて、製品は、小型化及び軽量化のために用いられることができる。本発明の製品の他の用途として、耐食性に劣る製品に代えて使用することにより、信頼性及び寿命を向上させることができる。
【０１１１】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、鉄道用途として、例えば、ホッパータンク及び有蓋車などに使用される。ホッパー車又はタンク車の場合、製品は、ホッパー及びタンク自体に又は支持構造に使用することができる。これらの場合、本発明の製品は、軽量化(小型化による)又は輸送される製品との適合性の向上をもたらすことができる。
【０１１２】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、陸上輸送用途として、例えば、トラックトラクター、ボックストレーラー、平床トレーラー、バス、パッケージバン、レクリエーション用車両(ＲＶ)、全地形用車両(ＡＴＶ)などに使用される。トラックトラクター、バス、パッケージバン及びＲＶでは、製品は、クロージャーパネル又はフレーム、バンパー又は燃料タンクに使用することができ、小型化及び軽量化を可能にする。同様に、該合金体をホィールに使用することもでき、耐久性の向上又は軽量化又は外観の向上をもたらすことができる。
【０１１３】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、石油ガス用途として、例えば、ライザー、補助ライン、ドリルパイプ、チョーク／キルライン、プロダクションパイプ及び縦樋(fall  pipe)などに使用される。これらの用途において、製品は、薄肉化及び軽量化を可能にする。他の使用例として、腐食性能を向上させるための代替材料として、また、掘削流体又は産出流体との適合性を向上させるための代替材料として用いられることができる。本発明の製品は、とりわけ、居住モジュール及びヘリポートのような探査に使用される補助装備にも使用することができる。
【０１１４】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規方法によって製造された製品は、包装用途として、例えば、蓋及びタブ、食品用缶、ビン、トレー及びキャップなどに使用される。これらの用途における利点として、小型化及び包装材料重量又はコスト削減が含まれる。その他に、本発明の製品は、包装品内容物との適合性の向上又は耐食性の向上をもたらす。
【０１１５】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、レフレクター(reflector)として、例えば、照明、鏡及び集光型太陽熱発電などに使用される。これらの用途において、製品は、所定の強度レベルにおいて、コーティングした状態、陽極酸化処理した状態又は何もしない状態(bare  condition)でより良好な反射品質をもたらすことができる。
【０１１６】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、建築用途として、例えば、建物パネル／ファサード、エントランス、フレーミングシステム及びカーテンウォールシステムなどに使用される。そのような用途において、本発明の製品は、優れた外観もしくは耐久性又は小型化による軽量化をもたらすことができる。
【０１１７】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規方法によって製造された製品は、電気的用途として用いられ、例えば、コネクター、端子、ケーブル、ブスバー及び電線などに使用される。幾つかの用途において、製品は、所定の通電容量に対する低下傾向を軽減することができる。本発明の製品から製造されたコネクターは、長期間に亘り、接続の完全性を維持する性能を向上させることができる。他の電線やケーブルについても、所定レベルの通電容量での耐疲労性の向上をもたらすことができる。
【０１１８】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、繊維金属積層品用として用いられる。とりわけ、積層品に使用される高強度シート製品の製造などに使用され、小型化及び軽量化をもたらすことができる。
【０１１９】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、産業工学用途に用いられ、例えば、踏板、工具箱、ボルト締付デッキ、ブリッジデッキ、ランプなどに使用され、特性の向上による小型化及び重量又は材料使用量の低減が可能となる。
【０１２０】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、流体容器(タンク)に用いられ、例えば、リング、ドーム、バレルなどに使用される。タンクは静置貯蔵用に使用することができる。タンクはまた、打上げロケット又は航空機の部品に使用されることもできる。これらの用途における利点として、小型化又は収容される製品との適合性の向上が挙げられる。
【０１２１】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、消費者製品用途として、例えば、ノート型パソコン、携帯電話、カメラ、携帯型音楽プレーヤー、携帯端末、コンピュータ、テレビ、電子レンジ、調理器具、洗濯機／乾燥機、冷蔵庫、スポーツ用品、又は耐久性もしくは望ましい外観が求められる他のあらゆる消費者電子製品などに使用される。他の実施態様において、本明細書に記載する新規な方法によって製造された製品は、とりわけ、医療装置、セキュリティーシステム及び事務用品に用いられる。
【０１２２】
他の実施態様において、新規な方法は、冷間穴拡大プロセスに適用されることができ、例えば、耐疲労性向上のための穴処理に適用され、上記のように、冷間加工勾配等の所望特性がもたらされる。この冷間穴拡大プロセスは、とりわけ、鍛造ホィール、航空機構造体に適用されることができる。
【０１２３】
他の実施態様において、新規な方法は、冷間間接押出プロセスに適用されることができ、例えば、缶、ボトル、エアゾール缶及びガスボンベ等の製造に適用される。これらの例では、製品に高強度がもたらされることで、材料使用量を低減することができる。その他の例では、内容物との適合性向上により、保存寿命を延ばすことができる。
【０１２４】
他の実施態様において、本明細書に記載する新規方法によって製造された製品は、熱交換器用として使用されることができ、例えば、管材料及びフィンなどに使用され、強度の向上により材料使用量の低減を達成することができる。耐久性の向上及び寿命の延長をも実現することができる。
【０１２５】
他の実施態様において、新規な方法は、適合プロセス(conforming  processes)にも適用されることができる。例えば、熱交換器部品(例えば、管材料)の製造などに適用され、強度の向上により材料使用量の低減を達成することができる。耐久性の向上及び寿命の延長をも実現することができる。
【０１２６】
新規な６ＸＸＸアルミニウム合金製品は、複層構造に用いることもできる。例えば、６ＸＸＸアルミニウム合金体を第１の層として使用し、ｌＸＸＸ−８ＸＸＸ合金のいずれかを第２の層として使用することにより、複層製品を形成することができる。図１２は、複層製品の製造方法の一実施態様を例示している。例示の実施態様では、図９に関して説明したとおり、複層製品を作製(107)した後、均質化され(122)、熱間圧延され(126)、溶体化され(140)、次に、冷間圧延される(220)。複層製品は、とりわけ、多元合金鋳造(multi-alloy  casting)、圧延接合及び治金的接合によって作られることができる。多元合金鋳造技術としては、Kilmer  et  al.の米国特許出願公開第20030079856号、Anderson  et  al.の米国特許出願公開第20050011630号、Chu  et  al.の米国特許出願公開第20080182122号、及びNovelisのWO2007/098583(いわゆるFUSION(登録商標)鋳造法)に記載されているものが挙げられる。
【０１２７】
この新規技術に関するこれらの態様及び他の態様、利点及び新規な特徴は、以下の説明において一部が記載されるが、当業者であれば、それらは、その記載及び図面を参照することにより明らかになるであろう。また本願によって提供される技術の１又は複数の実施態様を実施することによってそれらを習得することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、従来のプロセスによってアルミニウム合金製品を製造するフローチャートである。
【０１２９】
【図２】図２は、新規な方法によってアルミニウム合金製品を製造するフローチャートである。
【０１３０】
【図３】図３は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【図４】図４は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【図５】図５は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【図６】図６は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【図７】図７は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【図８】図８は、アルミニウム合金体を溶体化後冷間加工のために調製する実施態様のフローチャートである。
【０１３１】
【図９】図９は、圧延アルミニウム合金体を製造する方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【０１３２】
【図１０】図１０は、様々なアルミニウム合金体についてＲ値を方位角の関数として示すグラフである。
【０１３３】
【図１１ａ】図１１ａは、アルミニウム合金体のミクロ組織であって、試料を陽極酸化処理し、それらを偏光で観察することにより得た光学顕微鏡写真である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、アルミニウム合金体のミクロ組織であって、試料を陽極酸化処理し、それらを偏光で観察することにより得た光学顕微鏡写真である。
【図１１ｃ】図１１ｃは、アルミニウム合金体のミクロ組織であって、試料を陽極酸化処理し、それらを偏光で観察することにより得た光学顕微鏡写真である。
【図１１ｄ】図１１ｄは、アルミニウム合金体のミクロ組織であって、試料を陽極酸化処理し、それらを偏光で観察することにより得た光学顕微鏡写真である。
【図１１ｅ】図１１ｅは、アルミニウム合金体のミクロ組織であって、試料を陽極酸化処理し、それらを偏光で観察することにより得た光学顕微鏡写真である。
【０１３４】
【図１２】図１２は、複層アルミニウム合金製品の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【０１３５】
【図１３】図１３は、圧延製品のＬ方向、ＬＴ方向及びＳＴ方向を示す概略図である。
【０１３６】
【図１４】図１４は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図１５】図１５は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図１６】図１６は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図１７】図１７は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図１８】図１８は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図１９】図１９は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図２０】図２０は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図２１】図２１は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【図２２】図２２は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の熱処理反応を示すグラフである。
【０１３７】
【図２３】図２３は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の延性を３５０°Ｆで熱処理したときの時間の関数として示すグラフである。
【０１３８】
【図２４】図２４は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の疲労反応を示すグラフである。
【０１３９】
【図２５】図２５は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体の疲労反応について、図２４のデータに基づいて作成したトレンドラインを示すグラフである。
【０１４０】
【図２６】図２６は、様々な６ＸＸＸアルミニウム合金体について、強度及び疲労靱性特性を示すグラフである。
【０１４１】
【図２７】図２７は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図２８】図２８は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図２９】図２９は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３０】図３０は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３１】図３１は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３２】図３２は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３３】図３３は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３４】図３４は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図３５】図３５は、様々な６０１３合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【０１４２】
【図３６】図３６は、様々な６０６１合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【０１４３】
【図３７】図３７は、様々な６０２２合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【０１４４】
【図３８】図３８は、様々な６０２２合金体及び６０６１合金体について、方向角度の関数としてのＲ値を示すグラフである。
【図３９】図３９は、様々な６０２２合金体及び６０６１合金体について、方向角度の関数としてのＲ値を示すグラフである。
【０１４５】
【図４０】図４０は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４１】図４１は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４２】図４２は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４３】図４３は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４４】図４４は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４５】図４５は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４６】図４６は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４７】図４７は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４８】図４８は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図４９】図４９は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図５０】図５０は、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【図５１】図５１、高マグネシウム６ＸＸＸアルミニウム合金体について、従来のプロセスで処理された合金体と新規なプロセスによって処理された合金体の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０１４６】
＜銅と亜鉛を含む６ＸＸＸアルミニウム合金の試験＞
銅と亜鉛を両方含む６ＸＸＸアルミニウム合金(６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金)は、インゴットしてダイレクトチル鋳造した。この合金は、米国特許第6537392号に記載された合金と同様である。６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金の組成を次の表３に示す。
【表３】
2013542320.tif 000008
鋳造後、インゴットを鋳造し、均質化処理し、中間厚さ２.０インチの合金体に熱間圧延する。この合金体を５つの部分に分割して、合金体Ａ−Ｅを作製した。
【０１４７】
合金体Ａを従来プロセスによりシートに加工した。従来プロセスは、２.０インチのプレートを０.５５インチの第２の中間厚さに熱間圧延し、０.１９４インチの最終厚さに冷間圧延した後、溶体化処理するもので(シートＡ)、平坦化のために約１％の延伸加工を行なった。
【０１４８】
合金体Ｂ−Ｅを新規プロセスによりシートに加工した。新規プロセスは、１.２７０インチ(合金体Ｅ)、０手４９９インチ(合金体Ｄ)、０.３１５インチ(合金体Ｃ)及び０.２２５インチ(合金体Ｂ)の第２の中間厚さに熱間圧延し、次に溶体化処理した後、これら合金体を約０.２００インチの最終シート厚さに冷間加工した。シートＢは、約１１％のＣＷ(冷間加工)、シートＣは約３５％のＣＷ，シートＤは約６０％のＣＷ、シートＥは約８５％のＣＷが施されている。
【０１４９】
｛試験１試料｝
【０１５０】
シートＡの試料は３５０°Ｆで熱処理した。シートＡは溶体化処理され、次に熱処理されているので、溶体化工程と熱処理工程との間に冷間加工は行われない。シートＡは、Ｔ６質別の処理が施されているものとする。シートＡから採取した試料の機械的特性を、様々な時間間隔での時間の関数として測定した。
【０１５１】
シートＢ−Ｅから採取した様々な試料を熱処理した。第１グループは３００°Ｆで熱処理し、第２グループは３２５°Ｆで熱処理し、第３グループは３５０°Ｆで熱処理し、第４グループは３７５°Ｆで熱処理し、第５グループは４００°Ｆで熱処理した。シートＢ−Ｅから採取した試料の各々について、機械的特性は、様々な時間間隔での時間の関数として測定した。
【０１５２】
図１４−２３は、シートＡ−Ｅの熱処理反応を示している。新規なプロセスによって作製されたシート(シートＢ−Ｅ)は、従来のシート製品(シートＡ)よりも短時間で高強度を達成した。表４は、３５０°Ｆの熱処理条件での引張特性結果の幾つかを示しており、値は全てｋｓｉでＬＴ(圧延と直角方向)方向である。
【表４】
2013542320.tif 000009
【０１５３】
表４及び図１４に示されるように、新規な方法によって製造されたシートＣ〜Ｅは少なくとも２５％の冷間加工が施されており、シートＡに比べて強度の向上が達成される。実際、８５％ＣＷされ３５０°Ｆで熱処理されたシートＥは、たった約２時間の熱処理で７０.９ｋｓｉの強度が達成された(なお、高強度に達した時間が短いので、そのピーク強度はさらに高いかもしれない)。従来のＴ６質別処理されたシート(シートＡ)は、約１６時間の熱処理で最も高い強度が測定されたが、それでも約５５.３ｋｓｉにすぎない。すなわち、新規な方法によるシートＥは、従来法によるシート材料と比べて、たった２時間(すなわち、８７.５％速い；(１−２／１６)＊１００％＝８７.５％)の熱処理で引張降伏強さが２８％増加している。つまり、新規シートＥは、従来シートＡがそのピーク強度５５.３ｋｓｉに達するのに必要な時間の約１／１０の時間で、約２８％の強度増加を達成したことになる。
【０１５４】
冷間加工が２５％を超えるシートＣ、Ｄ及びＥは、６０ｋｓｉを超える引張降伏強さを実現する。冷間加工が６０％のシートＤ及び８５％のシートＥが６５ｋｓｉを超える引張降伏強さを実現していることに鑑みると３５％を超える冷間加工、例えば５０％を超える冷間加工を行なうと、この特定の合金の場合、６０ｋｓｉを超える引張降伏強さが実現されることがわかる。
【０１５５】
図１９−２１は、シートＢ−Ｅについて、様々な熱処理温度における引張降伏強さを示している。図示されるように、熱処理温度が高くなるほど、所定の降伏強さを得るのに要する時間は短くなる。熱処理時間が短いため、新規な６ＸＸＸアルミニウム合金体を熱処理するのに、塗装焼付サイクル又は塗布硬化を用いることが可能であり、新規な方法は、自動車用及び硬質容器パッケージング用として特に有用である。
【０１５６】
これらの顕著な強度増加を考慮すると、シートＢ−Ｅは延性低下が顕著であることが予想される。しかしながら、次の表５及び図２３に示されるように、６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体で測定された伸び値は良好な値であった。伸び値は全て、％である。３００°Ｆ、３２５°Ｆ、３７５°Ｆ及び４００°Ｆで熱処理された試料についても同様の伸び値が測定された。
【表５】
2013542320.tif 000010
【０１５７】
｛試験２試料：機械的特性｝
【０１５８】
シートＡ−Ｅから採取した試料を熱処理し、その状態を次の表６に示している(試験２試料)。機械的性質を測定し、その平均についても表６に示している。新規な工程によるシートで冷間加工が２５％を超えるシートＢ−Ｅは、全ての方向において、従来法によるシートＡ製品よりも高い強度を達成した。なお、冷間加工が２５％より少ないシートＢは、シートＡと同様な特性であった。
【表６】
2013542320.tif 000011
【０１５９】
｛試験２試料：疲労｝
【０１６０】
試料Ａ−Ｅから採取した試験２試料について、ＡＳＴＭ  Ｅ６０６に準拠して歪み疲労試験を行ない、その結果を図２４−２５に示している。図示のように、新規なプロセスで作製され、冷間加工が２５％を超えるシートは、従来のプロセスで処理された材料、すなわちＴ６質別のシートＡと比べて高いサイクル疲労性能を達成する。低サイクル(高ひずみ)の条件では、これらシートは、シートＡと同等か又はシートＡよりも優れている。
【０１６１】
｛試験２試料：破壊靱性｝
【０１６２】
シートＡ−Ｅから採取した試験２試料について、破壊靱性試験をＡＳＴＭ  Ｅ５６１及びＡＳＴＭ  Ｂ６４６に準拠して行なった。破壊靱性は、中間亀裂破壊試験片(Ｍ(Ｔ))を用いて測定した。試験片は幅約６.３インチ、厚さ約０.２インチ、初期亀裂長さ(２ａ０)約１.５−約１.６インチであった。破壊靱性試験で得たＫａｐｐの測定値を次の表７に示している。なお、便宜上、表７にも上記の強度値を記している。
【表７】
2013542320.tif 000012
【０１６３】
シートＤ−Ｅは、シートＡと比べて、強度ははるかに大きいが、破壊靱性については若干劣っている。結果は全て、約５７〜６３ｋｓｉ√インチの比較的狭い範囲内にある。Ｒ曲線データ(図示せず)は、材料の強度に範囲があるにも拘わらず、シートＡ−Ｅは同様なＲ曲線を有することを示している。図２６は、図７のＫａｐｐ値と表６のＬＴ強度値を用いて強度と破壊靱性値を示したものである。一般的に、新規のプロセスによって作製され、冷間加工が２５％を超える新規な合金体は、従来のＴ６製品と比べて、強度と破壊靱性の組合せについて、同等以上の性能を実現する。例えば、８５％ＣＷで新規プロセスのシートＥは、Ｔ６質別のシートＡと比べて破壊靱性の低下は約１.６％程度で、強度が３７％向上している。
【０１６４】
｛試験２試料：耐食性｝
【０１６５】
シートＡ−Ｅから採取した試験２の試料を、ＡＳＴＭ  Ｇ１１０に準拠して耐食性を試験した。試験結果を次の表８に示している。試料Ａ−Ｅの各々について、腐食攻撃の平均深さと最大深さ(１０測定値から)を記載している。
【表８】
2013542320.tif 000013
【０１６６】
試験結果を総合的にみて、新規な処理方法は、合金の耐食性能に対して有意な影響を及ぼしていない。実際には、冷間加工の加工度が大きくなると、腐食攻撃の平均深さと最大深さは少なくなることを示している。
【０１６７】
６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体の結晶粒組織を、上記のＯＩＭ法に基づいて調べた。それらの結果を次の表９に示す。
【表９】
2013542320.tif 000014
【０１６８】
冷間加工が２５％を超える新規な６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体は未再結晶ミクロ組織を主体とする組織であり、体積分率は、どの試料も第１型結晶粒が０.１２以下(すなわち、未再結晶が８８％)であった。これに対し、対照合金体はほぼ完全に再結晶化されており、第１型結晶粒の体積分率は、０.９８(すなわち、未再結晶が２％)であった。
【０１６９】
６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体のＲ値を、上記のＲ値決定法に基づいて調べた。それらの結果は、図１０及び表２に示している。冷間加工が６０％及び８５％で新規な６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体は、両方とも３.０を超える高い正規化Ｒ値を示し、５０°の方位角で最大の正規化Ｒ値を達成した。これらの高いＲ値は、本明細書に記載する新規な６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体が独特の構造組織、すなわちミクロ組織からなることを示している。新規な６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金体は、対照合金体(Ｒ値測定では、対照はＴ４質別品であり、Ｔ６質別品ではない)のＲ値と比べて、６０％及び８５％の冷間加工のもので約３６９％〜７１７％高い最大Ｒ値を実現する。
【実施例２】
【０１７０】
＜複層製品の缶ストック形態での試験＞
クラッディングとしてＡＡ３１０４、コアとしてＡＡ６０１３を含む幾つかの複層製品を図１２と同様な方法でＨ質別品を作製した。作製した複層製品は、２層(３０１４−６０１３)と３層(３１０４−６０１３−３１０４)の両方である。複層製品の機械的特性は、Ｈ１ｘ質別とコーティング硬化後の両方を調べた。結果を次の表１０に示している。
【表１０】
2013542320.tif 000015
【０１７１】
全ての複層製品は、標準の３１０４合金製品と比べて、強度と延性の組合せの向上を達成し、ＴＹＳ(硬化後)は約１７ｋｓｉ〜３０ｋｓｉ増加し、延性については同等以上である。３１０４のクラッド層は、缶製造中のしごきダイ上にアルミニウム及び酸化物が付着する(pick-up)のを制限するために用いられることができる。６０１３のコア層は、コーティング硬化中に熱処理されることで強度を増加させることができる。
【実施例３】
【０１７２】
＜６０１３合金の試験＞
アルミニウム協会の６０１３合金を実施例１と同じ要領で作製し、その機械的性質を測定した。６０１３合金は、亜鉛を含まず、銅を含有する６ＸＸＸ合金である。試験した６０１３合金の組成は次の表１１に示されている。機械的性質は図２７−３５に示されている。
【表１１】
2013542320.tif 000016
【０１７３】
６０１３合金は、冷間加工７５％で約６４−６５ｋｓｉ、冷間加工５５％で６０−６１ｋｓｉのピークＬＴ引張降伏強さを達成した。これは、対照合金(Ｔ６)のピーク強度よりも８−１３ｋｓｉ高い。冷間加工７５％及び５５％の合金の強度達成時間は、対照(Ｔ６)合金よりも速い。
【０１７４】
対照、５５％冷間加工及び７５％冷間加工の６０１３シートの光学特性を、Hunterlab  Dorigon  II（Hunter  Associate  Laboratory  INC,  Reston,  VA)を用いて評価した。シートは、機械的ポリッシングにより鏡面仕上げし、清浄化し、化学ポリッシングし、陽極酸化により厚さ０.３ｍｉｌの酸化物を得て、シールした。陽極酸化された表面を定量化するために、正反射率(specular  reflectance)、写像性(image  clarity)及び２度拡散性(2  degree  diffuseness)を測定した。正反射率及び写像性の値が大きいほど、明るくてより一様な外観を有することを示し、２度拡散性の値が小さいほど、反射像中のヘイズが低レベルであることを示す。製品が、リフレクター(例えば照明用)や明るくて一様な表面が好ましいとされる消費者用電子用として用いられる場合、高い正反射率及び写像性と低い２度拡散性を有することが重要とされる。アルミニウム合金製品が明るい表面及び高い強度を有することは、これら(及び他の)用途において有利である。
【０１７５】
これら６０１３シートの光学特性の測定結果を表１５に示している。表に示されるように、５５％冷間加工及び７５％冷間加工した６０１３シートの光学特性は対照と比べて向上している。５５％冷間加工及び７５％冷間加工した６０１３シートはまた、上記したように、強度が向上している。
【表１５】
2013542320.tif 000017
【実施例４】
【０１７６】
＜６０２２合金及び６０６１合金の試験＞
アルミニウム協会の６０２２合金及び６０６１合金を実施例１と同じ要領で作製し、それらの機械的性質を測定した。６０２２合金は銅の含有量が少なく亜鉛を含まない合金であり、Ｃｕは０.０５重量％Ｃｕである。６０６１合金は銅の含有量が少なく亜鉛を含まない別の合金であり、Ｃｕは０.２５重量％Ｃｕである。試験した６０２２合金及び６０６１合金の組成は、夫々、表１２及び表１３に示している。機械的性質は図３６−３７に示している。
【表１２】
2013542320.tif 000018
【表１３】
2013542320.tif 000019
【０１７７】
６０２２合金及び６０１３合金のどちらも、６０ｋｓｉを超えるＬＴ引張降伏強さを達成することができない。実施例１−４の結果は、この明細書に記載した新規なプロセスに関する合金の強度は、用いられる合金元素の種類及び量に依存することを示している。歪み硬化及び／又は析出硬化を促進する合金元素は特性の向上をもたらすと考えられる。また、特性の向上を達成するのに、合金は十分な溶質を必要とすると考えられる。６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金及び６０１３合金が６０ｋｓｉを超える強度を達成できるのは、高度に硬化反応(歪み及び／又は析出)を生じさせることができるように、十分な溶質(例えば、追加の銅及び／又は亜鉛)を含んでいるためと考えられる。６０６１合金及び６０２２合金が６０ｋｓｉレベルの強度を達成できないのは、高度な冷間加工及び適当な熱処理が施されたとき、高度な硬化反応を達成するのに十分な溶質を有していないためと考えられる。
【０１７８】
６０６１合金及び６０２２合金について、上記のＲ値決定法に基づいてＲ値を調べた。その結果を図３８−３９に示しており、これらの合金は、高溶質の６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金及び６０１３合金とは異なるミクロ組織を有している。６０２２合金(図３８)は、６ＸＸＸ＋Ｃｕ＋Ｚｎ合金のように、２０°〜７０°の方向角度範囲で最大Ｒ値を有していない。Ｒ曲線の形状は、対照試料とよく似ており、９０°の方向角度で最大Ｒ値を実現している。図３９に示されるように、６０６１合金は４５°の方向角度で最大Ｒ値を達成しているが、最大Ｒ値は３.０よりも小さい。
【０１７９】
高マグネシウム含有６ＸＸＸ合金(高Ｍｇ６ＸＸＸ合金)を、実施例１と同じ要領にてシート及びプレート形態に作製した。シートの最終厚さは０.０８インチ、プレートの最終厚さは０.３７５インチである。高Ｍｇ６ＸＸＸ合金の組成を次の表１４に示している。高Ｍｇ６ＸＸＸ合金は、銅含有量が少なく、０.１４重量％Ｃｕであり、亜鉛は含まない(亜鉛は不純物としてのみ含まれる)。高Ｍｇ６ＸＸＸ合金の機械的性質を図４０−５１に示している。
【表１４】
2013542320.tif 000020
【０１８０】
シート形態の高Ｍｇ６ＸＸＸ合金は、冷間加工されると６０ｋｓｉを超えるＬＴ引張降伏強さを達成し、伸びも良好である。実施例４及び５の結果より、銅含有量が少なくＺｎを含有しない(亜鉛は不純物としてのみ含まれる)高Ｍｇ６ＸＸＸ合金は、少なくとも６０ｋｓｉのＬＴ引張降伏強さを達成することを示している。高マグネシウムは、歪み硬化反応及び／又は析出硬化反応を促進する。他の高マグネシウム合金体の強度レベルが６０ｋｓｉよりも低いが、様々な製品用途によっては実用性を見い出すことができる。
【０１８１】
本開示の様々な実施形態を詳細に記載したが、当業者であれば、それらの実施形態の変更及び改変をなし得ることは明らかである。しかしながら、そのような変更及び改変は本開示の精神及び範囲内にあること理解されるべきである。
【図１】
2013542320.tif 000021
【図２】
2013542320.tif 000022
【図３】
2013542320.tif 000023
【図４】
2013542320.tif 000024
【図５】
2013542320.tif 000025
【図６】
2013542320.tif 000026
【図７】
2013542320.tif 000027
【図８】
2013542320.tif 000028
【図９】
2013542320.tif 000029
【図１０】
2013542320.tif 000030
【図１１ａ】
2013542320.tif 000031
【図１１ｂ】
2013542320.tif 000032
【図１１ｃ】
2013542320.tif 000033
【図１１ｄ】
2013542320.tif 000034
【図１１ｅ】
2013542320.tif 000035
【図１２】
2013542320.tif 000036
【図１３】
2013542320.tif 000037
【図１４】
2013542320.tif 000038
【図１５】
2013542320.tif 000039
【図１６】
2013542320.tif 000040
【図１７】
2013542320.tif 000041
【図１８】
2013542320.tif 000042
【図１９】
2013542320.tif 000043
【図２０】
2013542320.tif 000044
【図２１】
2013542320.tif 000045
【図２２】
2013542320.tif 000046
【図２３】
2013542320.tif 000047
【図２４】
2013542320.tif 000048
【図２５】
2013542320.tif 000049
【図２６】
2013542320.tif 000050
【図２７】
2013542320.tif 000051
【図２８】
2013542320.tif 000052
【図２９】
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【図３０】
2013542320.tif 000054
【図３１】
2013542320.tif 000055
【図３２】
2013542320.tif 000056
【図３３】
2013542320.tif 000057
【図３４】
2013542320.tif 000058
【図３５】
2013542320.tif 000059
【図３６】
2013542320.tif 000060
【図３７】
2013542320.tif 000061
【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
2013542320.tif 000067
【図４４】
2013542320.tif 000068
【図４５】
2013542320.tif 000069
【図４６】
2013542320.tif 000070
【図４７】
2013542320.tif 000071
【図４８】
2013542320.tif 000072
【図４９】
2013542320.tif 000073
【図５０】
2013542320.tif 000074
【図５１】
2013542320.tif 000075
【国際調査報告】
2013542320.tif 000076
2013542320.tif 000077