(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金を熱間成形する方法であって、
前記アルミニウム合金を加熱炉内で溶体化温度に加熱することであって、前記アルミニウム合金が７ｘｘｘ合金であり、前記溶体化温度が４００℃〜６００℃の範囲内にあり、前記加熱が５分〜１５分の範囲内で行われることと；
前記アルミニウム合金を、３８０℃から４７０℃の範囲内の所望の成形温度に冷却することと；
前記アルミニウム合金が前記所望の成形温度にある間、前記アルミニウム合金を成形デバイス内で所望の形状に変形させることと；
前記アルミニウム合金の前記変形中に一定温度を維持することであって、前記一定温度は、±１０℃以内に保持される、維持することと；
前記アルミニウム合金をソルバス温度未満の低温に焼き入れすることであって、前記低温は、０℃から２８０℃の範囲内である、焼き入れすることと
を含む方法。
【請求項２】
前記ソルバス温度は、固溶限を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、７０７５合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所望の成形温度は、４００℃から４４０℃の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記溶体化温度は、４８０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金の前記溶体化温度への前記加熱は、５分で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アルミニウム合金は、６５〜８５ミクロンの粒径を有し、前記粒径はアルミニウム合金を溶体化温度に加熱した後に測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム合金を人工的にエージングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金は、インゴットであり；
前記成形デバイスは、圧延機であり；
前記所望の形状は、プレートまたはシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記成形デバイスは、成形プレスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム合金を、最大３０分前記溶体化温度に維持することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
絶縁筐体を通して、前記アルミニウム合金を前記加熱炉から前記成形デバイスに移送することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼き入れは、前記アルミニウム合金が５０℃／秒から５００℃／秒の間の速度で冷却されるように金型を通って内部を流動する水による金型焼き入れを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
アルミニウム合金を熱間成形する方法であって、
前記アルミニウム合金を加熱炉内で４８０℃の溶体化温度に加熱することであって、前記アルミニウム合金が７ｘｘｘ合金であり、前記加熱が５分〜１５分の範囲内で行われることと；
前記アルミニウム合金を、４００℃から４４０℃の範囲内の所望の成形温度に冷却することと；
前記アルミニウム合金が前記所望の成形温度にある間、前記アルミニウム合金を成形デバイス内で所望の形状に変形させることと；
前記アルミニウム合金の前記変形中に一定温度を維持することであって、前記一定温度は、±１０℃以内に保持される、維持することと；
前記アルミニウム合金をソルバス温度未満の低温に焼き入れすることであって、前記低温は、２３℃である、焼き入れすることと
を含む方法。
【請求項１５】
前記アルミニウム合金は、７０７５合金である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルミニウム合金を人工的にエージングすることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルミニウム合金は、インゴットであり；
前記成形デバイスは、圧延機であり；
前記所望の形状は、プレートまたはシートである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記成形デバイスは、成形プレスである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記アルミニウム合金を、最大３０分前記溶体化温度に維持することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
絶縁筐体を通して、前記アルミニウム合金を前記加熱炉から前記成形デバイスに移送することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記焼き入れは、前記アルミニウム合金が５０℃／秒から５００℃／秒の間の速度で冷却されるように金型を通って内部を流動する水による金型焼き入れを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを熱間加工または熱間成形する、及び製造変数を最適化するためのプロセスに関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１０月８日に出願された米国仮特許出願第６２／２３８，９６０号（「‘９６０出願」）、名称ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＨＯＴ  ＷＯＲＫＩＮＧに関連し、その優先権の利益を主張する。‘９６０出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム合金は、熱処理合金及び非熱処理合金の２つのカテゴリーに分類され得る。熱処理合金は、適切な熱処理の間強化及び／または硬化され得るが、一方、非熱処理合金を加熱及び冷却しても、大きな強化は達成され得ない。２ｘｘｘ、６ｘｘｘ、及び７ｘｘｘシリーズの合金（ならびにいくつかの８ｘｘｘ合金）は、熱処理合金である。１ｘｘｘ、３ｘｘｘ、４ｘｘｘ、及び５ｘｘｘシリーズの合金（ならびにいくつかの８ｘｘｘ合金）は、非熱処理合金である。熱間加工は、ひずみ硬化（すなわち冷間加工）が生じないような温度及び速度での金属の塑性変形である。
【０００４】
熱処理アルミニウム合金成分（「成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」）は、溶体熱処理に供され得る。溶体熱処理は、（１）成分の加熱及び浸漬（所与の温度で）の両方を含み得る溶体加熱、（２）焼き入れ、及び（３）エージングの３つの段階を含み得る。加熱及び浸漬ステップは、大型粒子を固溶し、粒子をより小さい析出物または固溶原子（可溶性硬化元素として作用する）として分散させて成分を強化する。焼き入れ、または急冷は、固溶元素を所定位置に効果的に凍結または固定し（すなわちまだ分散している）、ゆるやかな冷却により別様に生じる場合よりも多くの合金化元素が室温で固溶体中に存在する固溶体を生成する。
【０００５】
エージングステップは、合金化元素が固溶体中に固溶し、（室温においても）冷えた金属を通して移動することを可能にするが、高温においてそれらが移動し得るほどは速くない、または遠くには移動しない。したがって、固溶した合金化元素の原子は、ゆっくりと集まって、比較的短い距離で互いに離れた微小析出物を形成し得るが、大型の広く離間した粒子ではない。析出物は主要元素（アルミニウム）の弾性率と比較して異なる弾性率を有し、したがって多くの場合塑性の最大のキャリアとなる転位の移動を阻害するため、微小な転位固定析出物の量及び高い密度は、合金にその強度及び硬度を与える。エージングは、自然または人工的であってもよい。いくつかの合金は、短時間（すなわち数日または数週間）の「自然のエージング」により、事実上最大強度に達する。しかしながら、室温では、いくつかの合金は、数年で認め得るほどに強化される。析出を促進するために、これらの合金は、「人工的エージング」に供されるが、これは、成分を適度に高い温度で限定された時間維持することを含み、これにより固溶した元素の移動度が増加され、室温よりも迅速に析出することが可能となる。
【０００６】
従来、いくつかの合金は、室温において低い成形性（すなわち、損傷を受けることなく塑性変形を生じる能力）を有するため、これらの合金の成分を所望の幾何学形状に形作るために、これらの成分は、溶体加熱後、及び溶体化温度またはその付近の温度での焼き入れ前に熱間加工（または熱間成形）に供され得る。例えば、米国特許出願公開第２０１２／０１５２４１６号（‘４１６公開）を参照されたく、これは、アルミニウムからの熱損失を回避するために、加熱ステーションから成形プレスの間の移送が可能な限り迅速に行われるべきであることを説明している（段落［００３５］及び図１を参照されたい）。熱間加工または熱間成形プロセスは、例えば、延伸、押出、鍛造、高温金属ガス成形、及び／または圧延を含み得る。
【０００７】
いくつかのアルミニウム合金（特に７ｘｘｘ合金）の熱間加工に関して、成分が不十分な変形能を示す問題が知られている。例えば、Ｎ．  Ｍ．  Ｄｏｒｏｓｈｅｎｋｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｏｆ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  Ｏｆ  Ｉｒｏｎ  Ａｎｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｎｅａｒ−Ｅｄｇｅ  Ｖｏｌｕｍｅｓ  ｉｎ  Ｒｏｌｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｌａｒｇｅ  Ｆｌａｔ  Ｉｎｇｏｔｓ  ｆｒｏｍ  Ａｌｌｏｙ  ７０７５，  Ｍｅｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，  Ｖｏｌ．  ４７，  Ｎｏｓ．  １−２，  ２００５  ａｔ  ３０  （「Ｄｏｒｏｓｈｅｎｋｏ」）を参照されたい。Ｄｏｒｏｓｈｅｎｋｏは、７ｘｘｘの熱間圧延及び生じる亀裂に焦点を置いている。この問題に対処するために、Ｄｏｒｏｓｈｅｎｋｏは、７ｘｘｘ合金の特定の化学組成に対する分析及び提案されるガイドラインを説明している。
【０００８】
合金の化学組成の徹底的な分析及び変更なしに、熱間成形プロセス中のアルミニウム合金（特に７ｘｘｘ合金）の変形能を改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００９】
本特許において使用される、「発明」、「本発明（ｔｈｅ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」及び「本発明（ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許及び以下の特許請求の範囲の主題の全てを幅広く示すことを意図する。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載の主題を限定しないように、または以下の特許請求の意味もしくは範囲を限定しないように理解されるべきである。本特許により包含される本発明の実施形態は、この概要ではなく、以下の特許請求の範囲により定義される。この概要は、本発明の様々な態様の高水準の概説であり、以下の発明を実施するための形態の項でさらに説明される概念のいくつかを紹介する。この概要は、請求される主題の主要または必須の特徴を特定することを意図せず、また請求される主題の範囲を決定するために切り離して使用されることを意図しない。主題は、本特許の明細書全体の適切な部分、いずれかまたは全ての図面及び各請求項を参照することにより理解されるべきである。
【００１０】
本発明のある特定の例によれば、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を加熱炉内で溶体化温度に加熱することと；アルミニウム合金成分を、約３８０℃から約４７０℃の範囲内の所望の成形温度に冷却することと；アルミニウム合金成分が所望の成形温度にある間、アルミニウム合金成分を成形デバイス内で所望の形状に変形させることと；アルミニウム合金成分をソルバス温度未満の低温に焼き入れすることであって、低温は、約０℃から約２８０℃の範囲内である、焼き入れすることとを含む。
【００１１】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分は、７ｘｘｘ合金を含む。ある特定の例において、アルミニウム合金成分は、７０７５合金を含む。
【００１２】
いくつかの場合において、所望の成形温度範囲は、約３９０℃から約４６０℃であってもよく、または約４００℃から約４４０℃の範囲内であってもよい。いくつかの場合において、所望の成形温度は、約４２５℃である。
【００１３】
ある特定の例において、溶体化温度は、約４００℃から約６００℃の範囲内である。いくつかの例において、溶体化温度は、約４２０℃から約５９０℃、または約４６０℃から約５２０℃の範囲内である。いくつかの例において、溶体化温度は、４８０℃の最小値を有し、いくつかの場合において、約４８０℃に等しい。
【００１４】
ある特定の例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を人工的にエージングすることを含む。
【００１５】
アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、いくつかの例において、アルミニウム合金成分の変形中に一定温度を維持することを含み、一定温度は、±１０℃に保持される。
【００１６】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分は、インゴットを含み、成形デバイスは、圧延機を含み、所望の形状は、プレートまたはシートを含む。いくつかの場合において、成形デバイスは、成形プレスである。
【００１７】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を、所定の時間溶体化温度に維持することを含む。
【００１８】
ある特定の例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、絶縁筐体を通して、アルミニウム合金成分を加熱炉から成形デバイスに移送することを含む。
【００１９】
いくつかの例において、焼き入れは、アルミニウム合金成分が約５０℃／秒の最小速度で冷却されるように金型を通って内部を流動する水による金型焼き入れを含む。冷却速度は、約５０℃／秒から約５００℃／秒の間であってもよく、いくつかの例において、３００℃／秒から約３５０℃／秒の間であってもよい。
【００２０】
ある特定の例によれば、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を加熱炉内で約４８０℃の溶体化温度に加熱することと；アルミニウム合金成分を、約４００℃から約４４０℃の範囲内の所望の成形温度に冷却することと；アルミニウム合金成分が所望の成形温度にある間、アルミニウム合金成分を成形デバイス内で所望の形状に変形させることと；アルミニウム合金成分の変形中に一定温度を維持することであって、一定温度は±１０℃に保持される、維持することと；アルミニウム合金成分をソルバス温度未満の低温に焼き入れすることであって、低温は、約２３℃である、焼き入れすることとを含む。
【００２１】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分は、７ｘｘｘ合金を含む。ある特定の実施形態において、アルミニウム合金成分は、７０７５合金を含む。
【００２２】
ある特定の例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を人工的にエージングすることを含む。
【００２３】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分は、インゴットを含み、成形デバイスは、圧延機を含み、所望の形状は、プレートまたはシートを含む。
【００２４】
ある特定の例において、成形デバイスは、成形プレスを含む。
【００２５】
いくつかの例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、アルミニウム合金成分を、所定の時間溶体化温度に維持することを含む。
【００２６】
ある特定の例において、アルミニウム合金成分を熱間成形する方法は、絶縁筐体を通して、アルミニウム合金成分を加熱炉から成形デバイスに移送することを含む。
【００２７】
いくつかの例において、焼き入れは、アルミニウム合金成分が約５０℃／秒から約５００℃／秒の間の速度で冷却されるように金型を通って内部を流動する水による金型焼き入れを含む。
【００２８】
本明細書に記載の方法は、７ｘｘｘ合金、例えば限定されないが７０７５合金を含むアルミニウム合金の熱間圧延プロセス中のインゴットにおける縁亀裂を防止し得る。さらに、開示されたプロセスは、接合プロセス、及び他の成形プロセス、例えば高温ガス成形、延伸、押出、及び鍛造を最適化するために使用され得る。これらの最適化は、生産効率を増加させ、収率を改善し、エネルギー消費を低減し、スクラップを低減し、全体的生産性を改善し得る。７ｘｘｘ合金の熱間成形に対するこれらの改善は、高い強度対重量比の材料が望ましい数々の産業、例えば輸送及び航空産業、特に自動車及びトラック等の動力車の製造等において、重要な意義を有し得る。
【００２９】
以下において、例示的であるが限定されない本発明の実施形態を、後続の図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】アルミニウム合金成分を熱間成形する例示的方法の概略図である。
【００３１】
【図２】図１の方法の温度プロットである。
【００３２】
【図３】様々な温度において圧縮下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００３３】
【図４】様々な温度におけるアルミニウム合金引張試験試料を示す図である。
【００３４】
【図５】様々な温度において引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００３５】
【図６Ａ】様々な温度において引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００３６】
【図６Ｂ】様々な温度において引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００３７】
【図６Ｃ】様々な温度において引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００３８】
【図７Ａ】アルミニウム合金成分の粒状構造を示す拡大図である。
【００３９】
【図７Ｂ】アルミニウム合金成分の粒状構造を示す拡大図である。
【００４０】
【図７Ｃ】アルミニウム合金成分の粒状構造を示す拡大図である。
【００４１】
【図８Ａ】様々な速度で加熱された後に引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００４２】
【図８Ｂ】様々な速度で加熱された後に引張下で試験されたアルミニウム合金成分の応力−ひずみプロットである。
【００４３】
【図９Ａ】約１０秒で溶体化温度に加熱されたアルミニウム合金成分の粒状構造を示す拡大図である。
【００４４】
【図９Ｂ】約５分で溶体化温度に加熱されたアルミニウム合金成分の粒状構造を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
この項は、アルミニウム合金を熱間成形するためのプロセスの限定されない例を説明するものであり、請求される主題の範囲を限定しない。請求される主題は、他の様式で具現化されてもよく、異なる要素または他の属性を含んでもよく、また他の既存または将来の技術と併せて使用されてもよい。この説明は、様々な要素の中または間で任意の特定の順番または配置を必要とするものとして解釈されるべきではない。
【００４６】
この説明において、ＡＡ番号及び他の関連した記号表示、例えば「シリーズ」で特定される合金が参照される。アルミニウム及びその合金を命名及び特定する上で最も一般的に使用される数字指定システムを理解するには、共にＴｈｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎにより出版されている、「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ」または「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍ  ｏｆ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｉｎｇｏｔ」を参照されたい。
【００４７】
図１〜９Ｂは、アルミニウム合金成分の熱間加工の例を示す。図１及び２に示されるように、アルミニウム合金成分（例えば成分５０）を熱間成形する方法は、成分５０を合金ブランクの供給物１０４から取り出すことと、成分５０を加熱炉１０３内で溶体化温度Ｙに加熱することと、成分５０を所望の成形温度ＴＦに冷却することと、成分５０が所望の成形温度ＴＦにある間、成分５０を成形デバイス１０２内で所望の形状に変形させることと、成分５０をソルバス温度Ｘ未満の低温に焼き入れすることと、成分５０を人工的にエージングすることとを含んでもよい。
【００４８】
７ｘｘｘアルミニウム合金成分を効果的に熱間成形するには、成分は、延性（すなわち材料が破損することなく変形され得る程度の目安）を増加させ、ひずみ硬化を排除するために、加熱されなければならない。一般に、アルミニウムの延性は、温度の増加と共に増加する。しかしながら、７ｘｘｘ合金に対して引張及び圧縮試験の両方で実験が行われており、これはこの特性に矛盾している。例えば、図４は、７０７５合金の４つの「ドッグボーン」型引張試験片を示す。第１の試験片４０１は、４２５℃で完了した引張試験からのものである。残り３つの試験片は、より高温での試験（２５℃増分）からのものであり、４０２は４５０℃引張試験から、４０３は４７５℃引張試験から、また４０４は５００℃引張試験からのものである。図４に示されるように、それぞれ４７５℃及び５００℃で行われた実験からの試料である４０３及び４０４は、４２５℃試料４０１と比較して著しく低い延性を示す。換言すれば、５００℃試験片４０４は、４２５℃試料４０１より著しく小さい変形（すなわち、長手方向軸の引張による塑性変形）を示した。４２５℃試料４０１及び４５０℃試料４０２は、破砕前に著しくより大きいネッキングを示す。これらの引張試験の結果は、７ｘｘｘアルミニウム（特に７０７５アルミニウム）が、温度の増加と共に連続的に増加する延性を示さないという結論を裏付けている。特に、図４に示されるように、７０７５アルミニウムは、閾値温度を超えた後は、温度の増加と共に延性の減少を示す。閾値温度は、４００℃から４５０℃の間であるようである。さらに、これらの高い温度での延性の減少は、縁亀裂を示す７０７５インゴットの熱間圧延の実験室試験において検証されている。
【００４９】
（図４に示されるもの等の試料の）破断面の詳細な検査では、４２５℃試料４０１において延性破壊に一致する明確なカップアンドコーン（ｃｕｐ−ａｎｄ−ｃｏｎｅ）型の窪んだ破断部が明らかとなったが、４７５℃試料４０３の表面は、脆性破壊に一致する粒界破壊を示した。いくつかの例において、ＳＥＭ顕微鏡写真によるもの等の試料の拡大画像を観察することにより詳細な検査が行われた。
【００５０】
７ｘｘｘ試料を用い、様々な温度においてＧｌｅｅｂｌｅ  ３８００熱機械的シミュレータ（Ｐｏｅｓｔｅｎｋｉｌｌ、Ｎ．Ｙ．のＤｙｎａｍｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．製）を使用して圧縮試験を行った。圧縮試験は、７０７５試料に対して、１０ｓ−１の一定ひずみ速度で０．５のひずみまで行った。図３は、２０℃増分での４００℃から４８０℃の温度における圧縮試験の応力−ひずみ曲線を示す。図３における曲線は、最初の（ほぼ線形の）弾性変形領域３０１、及び塑性変形領域３０２を示す。４６０℃及び４８０℃の試料は、それぞれ圧縮荷重下で破砕し、亀裂を示した。４８０℃試料は、試験中に完全に破砕した（亀裂を生じた）。図３に示されるように、流動応力（すなわち、材料の塑性変形を継続するために必要な応力の瞬時値）は、温度の増加と共に減少する。
【００５１】
圧縮試験に加えて、引張試験の結果を図５に示す。図５は、３９０℃、４００℃、４１０℃、４２０℃、４２５℃、４３０℃、４４０℃、４５０℃、及び４７５℃の温度での引張試験の応力−ひずみ曲線を示す。結果は、温度が増加した際の流動応力の降下を示す（図３における圧縮結果と同様）。結果は、さらに、成形温度の増加に伴う破砕前の真ひずみの減少を示している。約４２５℃またはそれ以下（例えば、約３９０℃、約４００℃、約４１０℃、約４２０℃、及び約４２５℃）の温度で成形された試料は、約０．４４％超の破砕前の真ひずみパーセンテージを示す。約４２５℃超（例えば、約４３０℃、約４４０℃、約４５０℃、及び約４７５℃）の温度で成形された試料は、著しく低減した破砕前の真ひずみを示す。図５に示されるように、合金強度は、成形温度の増加と共に減少する。
【００５２】
上述の実験及びそれに続く結論に基づいて、７ｘｘｘアルミニウム合金成分を熱間加工するための新たな方法が、本明細書において説明される。
【００５３】
図１に示されるように、成分５０は、合金ブランクの供給物１０４から取り出され、加熱炉１０３内に挿入される。図２は、成分５０の温度の変化を示している。加熱炉１０３に進入した後、温度はソルバス温度Ｘ（すなわち固溶限）を超えて増加する（図２中の２０１を参照されたい）。成分５０が標的溶体化温度Ｙに達したら、成分５０は、溶体化温度Ｙに所定時間維持される（２０２）。溶体化温度Ｙは、約４００℃から約６００℃の間である。いくつかの場合において、溶体化温度は、約４２０℃から約５９０℃の範囲内、または約４６０℃から約５２０℃の範囲内である。いくつかの例において、溶体化温度Ｙは、４８０℃の最小値を有し、いくつかの場合において、約４８０℃に等しい。成分５０を溶体化温度Ｙに維持する所定時間は、溶体加熱のための特定の成分５０に依存し３０分までとなり得る。
【００５４】
溶体加熱が完了した後、成分５０は、所望の成形温度ＴＦ（図２中の２０４を参照されたい）に意図的に冷却される（図２中の２０３を参照されたい）。成形前のこの冷却ステップ２０３は、即時の成形を明示的に開示し、熱処理温度に等しくないとしてもそれに近い温度で成形するために、成形前に最小限の熱損失しか必要としない‘４１６公開と矛盾している。
【００５５】
いくつかの例において、冷却ステップ２０３は、加熱炉１０３から成形デバイス１０２への移送中に行われる。図１に示されるように、成分５０は、絶縁筐体１０１を介して移送され得る。加熱炉１０３から成形デバイス１０２の間の移送は、所定時間で行われる。この所定時間は、数分、例えば１分、２分または３分等であってもよい。いくつかの限定されない例において、この所定時間は、６０秒未満であってもよく、特に、約２０秒であってもよい。
【００５６】
成分５０が所望の成形温度ＴＦに達したら、成形プロセス２０４（図２）が成形デバイス１０２（図１）内で行われる。図２に示されるように、成分５０の温度は、成形プロセスの間、所望の成形温度ＴＦでほぼ一定に保持され得る。成形温度ＴＦは、約３８０℃から約４７０℃の範囲内、例えば約３９０℃から約４６０℃の範囲内、または約４００℃から約４４０℃の範囲内の任意の温度であってもよい。成分５０の温度は、例えば、所望の成形温度ＴＦ±１０℃で一定に保持されてもよく、所望の成形温度ＴＦ±５℃で一定に保持されてもよく、または所望の成形温度ＴＦ±１℃で一定に保持されてもよい。いくつかの例において、成分５０が所望の成形温度ＴＦに維持されることを確実とするために、成形デバイス１０２内での成形プロセス中に成分５０に熱が加えられてもよい。
【００５７】
成分５０の溶体化温度Ｙへの加熱速度の効果もまた評価し、延性及び微細構造の両方を特性決定した。以下の近似的期間にわたり、成分５０試料を溶体化温度Ｙ（約４８０℃）に加熱した：１０秒、５分、及び１５分。図８Ａは、溶体化熱処理後に４２５℃に冷却及び維持された場合の成分５０の引張特性を示す。急速に加熱すると（約１０秒）、成分５０は、著しく低減した延性、及びより小さい粒径を示した（図９Ａを参照されたい）。特に、図８Ａに示されるように、１０秒加熱試料の破砕は、他の例示された速度に対する０．５％超での破砕と比較して、０．３５％未満のひずみで生じた。より低い速度（すなわちより長い時間）で成分５０を溶体化温度Ｙに加熱すると、より高い延性及び対応するより大きい粒径が可能となった（図９Ａに示される１０秒加熱試料よりも大きい粒径を有する５分加熱試料の拡大図を示す図９Ｂを参照されたい）。図８Ｂは、溶体化熱処理後に４５０℃に冷却及び維持された場合の成分５０の高温引張特性を示す。成分５０の延性は、４２５℃で試験された試料から著しく低減した。さらに、図８Ｂに示されるように、１０秒加熱試料の破砕は、他の例示された速度に対する約０．３％での破砕と比較して、約０．２％のひずみで生じた。
【００５８】
約４２０℃超の温度での延性の低減を、成分５０の微細構造に従って評価した。図６Ａは、約４２５℃での試料と比較した、約４５０℃（引張条件）で試験された試料の延性の約６０％の減少を示している。この合金の微細構造を図７Ａに示すが、近似的粒径（または近似的直径）は、約１０ミクロンである。図６Ｂは、約４２５℃での試料と比較した、約４５０℃（引張条件）で試験された試料の延性の約５０％の減少を示している。この合金の微細構造を図７Ｂに示すが、近似的粒径（または近似的直径）は、約２５ミクロンである。いくつかの実施形態において、粒径は、約１５〜３５ミクロンである。図６Ｃは、約４２５℃での試料と比較した、約４５０℃（引張条件）で試験された試料の延性の約７％の減少を示している。この合金の微細構造を図７Ｃに示すが、近似的粒径（または近似的直径）は、約７５ミクロンである。いくつかの実施形態において、粒径は、約６５〜８５ミクロンである。７ｘｘｘアルミニウム合金の高温成形性は、これらの実験に基づき、粒径に依存すると思われる。例えば、図６Ａ及び６Ｃに示されるように、７５ミクロン及び１０ミクロンの近似的粒径を比較すると、より大きな粒径は、４２５℃においてより大きな延性をもたらす（約０．５％のひずみと比較して約０．５５％のひずみでの破砕）。さらに、図６Ａ及び６Ｃに示されるように、７５ミクロン及び１０ミクロンの近似的粒径を比較すると、より大きな粒径は、４５０℃において著しくより大きな延性をもたらす（約０．２％のひずみと比較して約０．５％のひずみでの破砕）。
【００５９】
上述の実験に基づき、所望の成形温度ＴＦは、約３８０℃から約４７０℃の範囲内、例えば約３９０℃から約４６０℃の範囲内、または約４００℃から約４４０℃の範囲内である。いくつかの場合において、所望の成形温度ＴＦは、約４２５℃である。成分５０は、十分な成形性を確保するために十分高温でなければならないが、図４に示されるように、高い温度では、７０７５アルミニウム合金成分は、温度の増加と共に延性がより低くなり、次第に脆性となる（特に４５０℃〜４７５℃及びそれ以上の温度において）。
【００６０】
成形プロセス２０４は、成形プレス（すなわち金型を含む）、圧延機、または任意の他の好適な成形デバイスであってもよい成形デバイス１０２内で行われる。いくつかの例において、成形プロセス２０４は、数秒（例えば１０秒未満）継続する。
【００６１】
成形プロセスが完了した後、成分５０は、図２中の２０５において、低温に焼き入れされる。低温は、約０℃から約２８０℃であってもよく、または約５℃から約４０℃であってもよく、またはある特定の実施形態において約２３℃であってもよい。いくつかの場合において、焼き入れは、冷却水が金型内の内部通路を通って流動するような内部の水冷を有する閉じた金型内で行われる。成分５０は、約５０℃／秒の最小速度で冷却されてもよい。冷却または焼き入れ速度は、約５０℃／秒から約５００℃／秒の間であってもよく、または３００℃／秒から約３５０℃／秒の間であってもよい。いくつかの例において、３００℃／秒超等のより高い焼き入れ速度において、より有利な材料特性が観察される。
【００６２】
図２に示されるように、焼き入れプロセス２０５が完了した後、成分５０は、人工的エージング処理２０６に供されてもよい。特に、人工的エージング処理２０６は、約１００℃から１５０℃（いくつかの場合において約１２５℃）で約２４時間の熱処理を含み得る。いくつかの場合において、成分５０は、約１００℃から１５０℃（いくつかの場合において約１２５℃）の温度で１〜２４時間の熱処理に続く、約１８０℃で約２０〜３０分間の熱処理を含む、二重エージング処理に供されてもよい。
【００６３】
図面に描かれた、または上で説明された対象、ならびに示されていない、または説明されていない特徴及びステップの異なる配置が可能である。同様に、いくつかの特徴及び部分的組み合わせが有用であり、他の特徴及び部分的組み合わせとは関連せずに使用され得る。本発明の実施形態は、例示を目的として説明されており、制限を目的とせず、本発明の読者には、代替の実施形態が明らかとなる。したがって、本発明は、上で説明された、または図面において描かれた実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲から逸脱せずに、様々な実施形態及び修正が実現されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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