(57)【要約】  Ｔ４調質度の２ＸＸＸ、６ＸＸＸ、及び７ＸＸＸアルミニウム合金等の時効硬化性アルミニウム合金を成形するためのプロセス、またはアルミニウム合金シートを含むそのような合金から作製された物品が記載される。本プロセスは、成型ステップ前及び／またはそれと同時にシートまたは物品を加熱することを含む。シートは、約３〜６００℃／秒、例えば、約３〜９０℃／秒の範囲内の指定された加熱速度で約１００〜６００℃の範囲内の指定された温度に加熱される。温度と加熱速度のそのような組み合わせは、シート特性の有利な組み合わせをもたらす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金から作製された物品を成形するプロセスであって、
前記物品を、約３℃／秒〜約９０℃／秒の加熱速度で約１００℃〜約６００℃の温度に加熱することと、
前記物品を成形することと、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記物品は、シートである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記物品は、２ＸＸＸシリーズ合金、６ＸＸＸシリーズ合金、または７ＸＸＸシリーズ合金から作製される、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記物品は、前記加熱ステップ前にＴ４調質度である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
物品は、前記加熱ステップ前及び後にＴ４調質度である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記成形された物品を冷却することをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記冷却ステップ後に第２の成形ステップをさらに含む、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記加熱された物品の工学ひずみは、４０〜９０％である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記物品の伸びは、加熱前の前記物品と比較して最大約３０％増加する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記温度は、約１５０℃〜４５０℃である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記温度は、約２５０℃〜４５０℃である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記温度は、約３５０℃〜５００℃である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記第１の成形ステップ後の前記物品の細線化は、約２２％未満である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記物品の成形は、型打ち、プレス、またはプレス成型を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記加熱は、誘導加熱を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記プロセスは、動力車パネルを生産する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のプロセスにより生産される、成形されたアルミニウム合金物品。
【請求項１８】
前記物品は、動力車パネルである、請求項１７に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
【請求項１９】
少なくとも約１５０ＭＰａの最終引張強度を有する、請求項１８に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
【請求項２０】
約１０〜１５０ＭＰａの最終引張強度を有する、請求項１８に記載の成形されたアルミニウム合金物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金の分野及び関連分野に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、２０１５年１０月８日に出願された米国仮特許出願第６２／２３９，０１４号に対する優先権及びその出願の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウム合金は、低い密度を構造上の強度及び衝突耐性と組み合わせており、これによってアルミニウム合金は、動力車産業における構造部品及び車体部品の生産に魅力的となっている。しかしながら、アルミニウム合金は、同等の品質の鋼と比較して成型性がより低い。いくつかの場合において、アルミニウム合金の比較的低い成型性は、良好な部品デザインを得ることの難しさへとつながり得、破断または皺形成に起因する破砕の問題をもたらし得る。アルミニウム合金は、高い温度で成型性の増加を示すため、動力車産業において、これらの課題を克服するためにアルミニウム合金シートの温間成型が使用される。一般に、温間成型は、高い温度で金属を変形させるプロセスである。温間成型は、金属の展性を最大化し得るが、独自の課題をもたらし得る。いくつかの場合において、加熱は、アルミニウム合金シートの機械的特性に悪影響を与える可能性がある。加熱されたアルミニウム合金シートは、型打ち操作中に強度の減少を示す可能性があり、低下した強度特性は、合金シートの冷却後にも持続し得る。また、アルミニウム合金シートの加熱は、型打ち操作中のアルミニウム合金部品の細線化の増加をもたらし得る。アルミニウム合金シートまたは部品は、その冶金学的状態の望ましくない変化も経験し得る。
【０００４】
熱処理可能な時効硬化性アルミニウム合金、例えば、２ＸＸＸ、６ＸＸＸ、及び７ＸＸＸアルミニウム合金は、多くの場合、動力車におけるパネルの生産に使用されるが、典型的には、製造者が型打ちまたはプレスにより所望の自動車パネルを生産することができるように、延性Ｔ４調質度のアルミニウムシートの形態で製造者に提供される。必要な強度仕様に適合する機能的動力車部品を生産するために、Ｔ４調質度のアルミニウム合金から生産された部品は、典型的には、生産後に熱処理され、その後、時効硬化され、結果として、部品またはシートをＴ６調質度にする。温間成型ステップ中の熱処理可能な時効硬化性アルミニウム合金の温度の上昇により、アルミニウム合金部品またはシートがＴ６調質度に時期尚早に変換される場合があり、その後の成型ステップに悪影響を及ぼし得る成型性の低下をもたらすのみならず、生産後の熱処理及び／または時効中に部品を硬化する製造者の能力にも悪影響を及ぼす。
【０００５】
したがって、アルミニウム合金部品の製造者は、部品を作製するために使用されるアルミニウムを生産するための改善された温間成型プロセスを必要としている。
【発明の概要】
【０００６】
包含される本発明の実施形態は、この概要ではなく、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、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。
【０００７】
時効硬化性アルミニウム合金を成形するためのプロセスが開示される。開示されるプロセスは、合金の適切な強度特性を維持しながら合金の成型性を向上させる条件下で時効硬化性アルミニウム合金の温間成型を可能にする。本明細書に記載のプロセスはまた、型打ち中の合金部品の細線化を制限し、合金部品の冶金学的状態及び硬化能力を保ち得る。これらの新規のプロセスは、強度、伸び、及び時効能力等のＴ４特性を保持しながら、驚くべきことに引張伸びで鋼に匹敵し、それにより、いつくかの用途において鋼部品に取って代わり、車両の重量を減らす能力を提供し得るアルミニウム合金部品を生産する。これらのアルミニウム合金部品は、入力金属として再利用アルミニウムを受け入れ、車両の燃料効率を向上させ得る。
【０００８】
いくつかの例において、時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金物品を成形するためのプロセスは、物品を、約３〜約９０℃／秒の加熱速度で約１００〜６００℃の温度に加熱することと、物品を成形することとを含む。アルミニウム合金の加熱は、成型ステップ前及び／またはそれと同時であってもよい。いくつかの場合において、ある温度への物品の加熱は、約１５０〜４５０℃、約２５０〜４５０℃、及び／または約３５０〜５００℃の温度への加熱を含んでもよい。
【０００９】
いくつかの場合において、物品は、シートである。物品は、いくつかの場合において、２ＸＸＸ、６ＸＸＸ、及び７ＸＸＸアルミニウム合金であってもよい。いくつかの場合において、物品は、加熱ステップ前にＴ４調質度であってもよい。いくつかの場合において、物品は、加熱ステップ前及び後にＴ４調質度である。
【００１０】
開示される温間成型プロセスにおいて、アルミニウム合金シート等のアルミニウム合金から作製された物品は、約３℃／秒〜約６００℃／秒、例えば、約３℃／秒〜約２００℃／秒または約３℃／秒〜約９０℃／秒の範囲内の指定された加熱速度で、約１００℃〜約６００℃（例えば、約１５０〜４５０℃、約２５０〜４５０℃、及び／または約３５０〜５００℃）の範囲内の指定された温度に加熱される。温度及び加熱速度のそのような組み合わせは、アルミニウム合金シート特性の有利な組み合わせをもたらし得る。いくつかの場合において、本明細書に記載の加熱パラメータで行われる熱処理は、型打ち中にアルミニウム合金の強度を許容され得る限度内に維持しながら、かつアルミニウム合金部品の細線化を制限しながら、アルミニウム合金の成型性を向上させることができる。いくつかの場合において、伸びは、成型性の指標として機能し得、より高い伸びを有するシート及び物品は、良好な成型性を有し得る。いくつかの場合において、加熱された物品の工学ひずみは、４０〜９０％である。いくつかの場合において、本明細書に記載のプロセスによれば、物品の伸びは、加熱前の物品と比較して最大約３０％増加し得る。いくつかの場合において、加熱された物品は、細線化値により特徴付けられ得、例えば、成形後の物品の細線化は、約２２％未満であり得る。いくつかの場合において、加熱されたアルミニウム合金シートまたは物品の強度特性及び時効能力は、熱処理後も保たれ得る。
【００１１】
いくつかの場合において、物品を成形するためのプロセスは、任意選択で、成形された物品を冷却するステップを含んでもよい。いくつかの場合において、物品を成形するためのプロセスは、任意選択で、冷却ステップ後に追加の成形ステップを含んでもよい。
【００１２】
いくつかの例において、熱処理は、誘導加熱により達成されるが、さらにより詳細に論じられるように、他の加熱プロセスが使用されてもよい。開示されるプロセスは、輸送及び動力車産業、例えば、自動車車体パネル、または列車、飛行機、船舶、ボート及び宇宙船の部品等のアルミニウム部品の製造のための輸送産業において使用される生産ライン及びプロセスに組み込むことができる。開示されるプロセスは、自動車産業、またはより一般的には動力車産業に限定されず、アルミニウム物品の製造を含む他の領域においても有利に使用され得る。
【００１３】
開示されるプロセスに従って生産される成形されたアルミニウム合金物品も本明細書に記載される。いくつかの場合において、成形されたアルミニウム合金は、動力車パネルである。いくつかの場合において、成形されたアルミニウム合金物品は、少なくとも約１５０ＭＰａの最終引張強度を有してもよい。いくつかの場合において、成形されたアルミニウム合金物品は、約１０〜１５０ＭＰａの最終引張強度を有してもよい。
【００１４】
本発明の他の目的及び利点は、以下の発明を実施するための形態から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】引張試験に使用された試料アルミニウム合金試験片の写真である。
【図２】９０℃／秒の速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱されたＡＡ６０１６合金試料の加熱曲線を示す線プロットである。矢印は、引張試験の開始を示す。
【図３】９０℃／秒での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱されたＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線を示す線プロットである。室温でのＡＡ６０１６及び鋼試料の応力−ひずみ曲線（それぞれ、「ＲＴ」及び「鋼冷」）も示されている。鋼試料は、低炭素鋼であるＶｏｅｓｔａｌｐｉｎｅ（Ｌｉｎｚ，Ａｕｓｔｒｉａ）製のＤＸ５６Ｄである。垂直点線は、室温での鋼試料の全伸びを表す。
【図４】９０℃／秒での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱され、水焼き入れされ、室温で１週間時効処理されたＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線を示す線プロットである。室温で維持されたＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線も示されている（「基準Ｔ４」）。
【図５】図４の代表的な応力−ひずみ曲線（下の組の曲線、「Ｔ４」）と、比較のための、９０℃／秒の速度での誘導により様々な温度に加熱され、水焼き入れされ、室温で１週間時効処理され、１８０℃で１０時間熱処理され、その後、室温に冷却されたＡＡ６０１６合金試料の代表的な応力−ひずみ曲線（上の組の曲線、「Ｔ６」）とを示す線プロットである。示される例示的な曲線に表される様々な温間成型温度は、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、及び５００℃を含む。上の組の曲線において、温間成型に供されていないＡＡ６０１６試料の応力−ひずみ曲線は、一番上の点線で示されている。
【図６】ＡＡ６０１６合金試料の比較電気伝導率測定の結果を示す棒グラフである。伝導率測定前に、「Ｔ４」試料（各対の左のヒストグラムバー）を、９０℃／秒の速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水焼き入れし、その後、室温で１週間時効処理した。「Ｔ６」試料（各対の右のヒストグラムバー）を、９０℃／秒の速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水焼き入れし、室温で１週間時効処理し、１８０℃で１０時間熱処理し、その後、室温に冷却した。水平線は、Ｔ４調質度のＡＡ６０１６試料から予測される伝導率レベルを示す。
【図７】９０℃／秒（上の組の曲線）及び３℃／秒（下の組の曲線）の速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱され、水焼き入れされ、室温で１週間時効処理され、１８０℃で１０時間熱処理され、その後、室温に冷却された図４のＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線を示す線プロットである。室温で維持されたＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線も示されている（「ＲＴ」）。
【図８】９０℃／秒（各対の右のヒストグラムバー）及び３℃／秒（各対の左のヒストグラムバー）の速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱され、水焼き入れされ、室温で１週間時効処理され、１８０℃で１０時間熱処理され、その後、室温に冷却されたＡＡ６０１６合金試料の比較電気伝導率測定の結果を示す棒グラフである。４００℃、４５０℃、及び５００℃での左の３℃／秒のヒストグラムバー（黒色で示される）は、過時効を示す。
【図９】細線化試験で使用されたＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線を示す線プロットである。試料を、９０℃／秒での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱した。４５％、６５％、及び８５％の予ひずみを示される温度で行った。
【図１０】細線化測定に使用された例示的なアルミニウム合金試験片の側面図の写真である。水平線は、細線化測定の位置を示す。
【図１１】９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱された予ひずみされたＡＡ６１２０合金試料（図７に示される応力−ひずみ曲線）の「細線化マップ」を示す点プロットである。典型的な所望の細線化範囲は、最終適用に依存し、１５％〜２０％で変動する。
【図１２】９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱された予ひずみされたＡＡ６１１１合金試料（図７に示される応力−ひずみ曲線）の「細線化マップ」を示す点プロットである。典型的な所望の細線化範囲は、最終適用に依存し、１５％〜２０％で変動する。
【図１３】９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度（示される通り）に加熱された予ひずみされたＡＡ６１７０合金試料（図７に示される応力−ひずみ曲線）の「細線化マップ」を示す点プロットである。典型的な所望の細線化範囲は、最終適用に依存し、１５％〜２０％で変動する。
【図１４】予熱を受けていない試験に使用された型打ちされたＡＡ６１７０合金の写真である。
【図１５】予熱を受けていない試験に使用された型打ちされたＡＡ６１７０合金の写真である。
【図１６】型打ち前に２００℃に予熱された試験に使用された型打ちされたＡＡ６１７０合金の写真である。
【図１７】型打ち前に３５０℃に予熱された合金である試験に使用された型打ちされたＡＡ６１７０の写真である。
【図１８】実施例５に記載の型打ち実験で使用された（室温、２００℃、３５０℃の予熱温度での）ＡＡ６１７０合金の応力−ひずみ曲線を示す線プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で使用される、「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、本特許出願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。
【００１７】
この説明において、ＡＡ番号及び他の関連記号表示、例えば、「シリーズ」または「７ｘｘｘ」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記号表示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。
【００１８】
本明細書で使用される場合、文脈上異なる定義が明示されていない限り、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、単数形及び複数形の呼称を含む。
【００１９】
以下の例において、アルミニウム合金は、それらの元素組成に関して重量パーセント（重量％）で説明される。各合金において、残りはアルミニウムであり、全ての不純物の合計の最大重量％は０．１５％である。
【００２０】
本明細書で他のものが指定されない限り、室温は、２０℃、２１℃、２２℃、２３℃、２４℃、または２５℃を含む、約２０℃〜約２５℃の温度を指す。
【００２１】
別段に指定されない限り、熱処理は、一般に、合金シートまたは物品を、合金シートまたは物品を温間成型するのに十分な温度に加熱することを指す。温間成型のための熱処理は、加熱されたアルミニウム合金シートまたは物品に対して成型が行われるように、成型ステップ前及び／またはそれと同時に行われてもよい。
【００２２】
アルミニウム合金及び物品
開示されるプロセスは、任意のアルミニウム合金または析出硬化性アルミニウム合金、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び任意選択でＣｕを含有し、時効硬化反応を示し得るアルミニウム合金を用いて実行され得る。開示されるプロセスに供され得るアルミニウム合金は、硬化された熱処理可能な時効硬化性アルミニウム合金（例えば、熱処理及び／または時効により強化され得る合金）、例えば、２ＸＸＸ、６ＸＸＸ、及び７ＸＸＸシリーズ合金を含む。非限定的な冷は、ＡＡ６０１０、ＡＡ６０１３、ＡＡ６０５６、ＡＡ６１１１、ＡＡ６０１６、ＡＡ６０１４、ＡＡ６００８、ＡＡ６００５、ＡＡ６００５Ａ、ＡＡ６１２０、ＡＡ６１７０、ＡＡ７０７５、ＡＡ７０８５、ＡＡ７０１９、ＡＡ７０２２、ＡＡ７０２０、ＡＡ２０１３、ＡＡ２０１４、ＡＡ２００８、ＡＡ２０１４、及びＡＡ２０１７、及びＡＡ２０２４を含む。
【００２３】
例示的なアルミニウム合金は、アルミニウム以外に以下の構成物質を含み得る（全て重量パーセント（重量％）で表される）：Ｓｉ：０．４〜１．５重量％、Ｍｇ：０．３〜１．５重量％、Ｃｕ：０〜１．５重量％、Ｍｎ：０〜０．４０重量％、及びＣｒ：０〜０．３０重量％。別の例において、アルミニウム合金は、アルミニウム以外に以下の構成物質を含み得る：Ｓｉ：０．５〜１．４重量％、Ｍｇ：０．４〜１．４重量％、Ｃｕ：０〜１．４重量％、Ｍｎ：０〜０．３５重量％、及びＣｒ：０〜０．２５重量％。さらに別の例において、アルミニウム合金は、アルミニウム以外に以下の構成物質を含み得る：Ｓｉ：０．６〜１．３重量％、Ｍｇ：０．５〜１．３重量％、Ｃｕ：０〜１．３重量％、Ｍｎ：０〜０．３０重量％、及びＣｒ：０〜０．２重量％。さらに別の例において、アルミニウム合金は、アルミニウム以外に以下の構成物質を含み得る：Ｓｉ：０．７〜１．２重量％、Ｍｇ：０．６〜１．２重量％、Ｃｕ：０〜１．２重量％、Ｍｎ：０〜０．２５重量％、及びＣｒ：０〜０．１５重量％。
【００２４】
アルミニウム合金の組成は、熱処理に対するその反応に影響し得る。例えば、熱処理中または熱処理後の強度は、合金中に存在するＭｇまたはＣｕ−Ｓｉ−Ｍｇ析出物の量によって影響され得る。本明細書に開示される方法における使用に好適なアルミニウム合金は、Ｔ４調質度で提供される。記号表示「Ｔ４」調質度は、アルミニウム合金が溶体熱処理され、その後、実質的に安定な状態まで自然に時効処理された（但し人工的には時効処理されなかった）ことを意味する。他の好適なアルミニウム合金は、Ｆ調質度で提供され、これは、製作されたものを意味する。本明細書に記載のプロセスのうちのいくつかの例において、アルミニウム合金は、温間成型ステップ後に温間成型ステップ前と同じ状態（Ｔ４調質度等）のままである。それと比較して、他の温間成型プロセスは、アルミニウム合金をＴ４からＴ６調質度に変換する場合があり、記号表示「Ｔ６」は、アルミニウム合金が溶体熱処理され、その後、人工的に時効処理されたことを意味する。
【００２５】
開示される温間成型プロセスに供され得るアルミニウム合金物品は、「出発物品」または「出発材料」と呼ぶことができ、また、加熱速度が達成される限り、シート、プレート、管、パイプ、プロファイル、及び他のものを含む。「物品」、「材料」、及び「部品」という用語は、本明細書で同義的に使用され得る。開示されるプロセスにおいて出発材料として使用され得るアルミニウム合金シートは、所望の厚さ（ゲージ）の、例えば動力車部品の生産に好適な厚さのシート形態で生産され得る。アルミニウム合金シートは、アルミニウム合金インゴット、ビレット、スラブ、ストリップまたは同様のものから生産された圧延アルミニウムシートであってもよい。
【００２６】
温間成型プロセス前にＴ４状態である限り、異なる方法を使用してアルミニウムシートまたはプレートが作製されてもよい。例えば、アルミニウム合金シートは、アルミニウム合金をインゴットに直接チル鋳造することと、インゴットを熱間圧延して、シートを作製することと、シートを最終ゲージまで冷間圧延することとを含むプロセスにより生産されてもよい。直接チル鋳造の代わりに連続鋳造またはスラブ鋳造を使用して、シートに加工される出発材料を作製してもよい。また、アルミニウム合金シート生産プロセスは、焼成または溶体熱処理、つまり、合金を好適な温度に加熱し、１つ以上の構成物質を固溶状態にするのに十分長い時間それをその温度に保持し、次いでこれらの構成物質を溶体として保持するのに十分急速にそれを冷却するプロセスを含んでもよい。いくつかの場合において、アルミニウム合金シート及び／またはプレートは、約０．４ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約０．４ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有してもよい。
【００２７】
アルミニウム合金シートは、開示されるプロセスを実行する前に、展開または平坦化され得る。アルミニウム合金物品は、二次元及び三次元形状アルミニウム合金物品を含む。合金物品の一例は、展開または平坦化されたシートであり、別の例は、さらなる成形なしでシートから切断された平坦な物品である。別の例は、１つ以上の三次元成形ステップ、例えば湾曲、型打ち、プレス、プレス成型または絞り加工を含むプロセスにより生産された非平面アルミニウム合金物品である。そのような非平面アルミニウム合金物品は、「型打ちされた」、「プレスされた」、「プレス成型された」、「絞り加工された」、「三次元成形された」、または他の同様の用語で称され得る。開示される温間成型プロセスに従って成形される前に、アルミニウム合金物品は、別の「温間成型」または「冷間成型」プロセス、ステップまたはステップの組み合わせにより予備成型されてもよい。成形された物品または製品と称され得る、開示されるプロセスを使用して生産されたアルミニウム合金物品は、本発明の範囲内に含まれる。
【００２８】
開示されるプロセスは、これらに限定されないが、自動車製造、トラック製造、船舶及びボートの製造、列車の製造、飛行機、及び宇宙船製造を含む、輸送及び動力車産業において有利に使用され得る。動力車部品のいくつかの非限定的な例は、フロアパネル、リアウォール、ロッカー、モーターフード、フェンダー、屋根、ドアパネル、Ｂ−ピラー、縦通材、車体側部、ロッカーまたは衝突部材を含む。「動力車」という用語及び関連用語は、本明細書で使用される場合、自動車に限定されず、様々な車両クラス、例えば、自動車、車、バス、バイク、海上船舶、オフハイウェイ車、軽トラック、トラック、または貨物自動車を含む。しかしながら、アルミニウム合金物品は、動力車部品に限定されず、本出願に記載されるプロセスに従って製造された他の種類のアルミニウム物品が想定される。例えば、開示されるプロセスは、武器、ツール、電子デバイスの本体等を含む、機械デバイス及び他のデバイスまたは機械類の様々な部品の製造に有利に使用され得る。
【００２９】
アルミニウム合金物品は、複数の部品を含んでもよく、またはそれらから組み立てられてもよい。例えば、動力車部品は、２つ以上の部品から組み立てられてもよい（例えば内側及び外側パネルを有する自動車フード、または内側及び外側パネルを有する自動車ドア、または複数のパネルを有する少なくとも部分的に組み立てられた動力車車体）。さらに、複数の部品を含む、またはそれらから組み立てられるそのようなアルミニウム合金物品は、それらが組み立てられた、または部分的に組み立てられた後に、開示される温間成型プロセスに好適となり得る。また、いくつかの場合において、アルミニウム合金物品は、非アルミニウム部品またはセクション、例えば、他の金属または金属合金（例えば鋼またはチタン合金）を含有する、またはそれらから組み立てられる部品またはセクションを含んでもよい。いくつかの例において、アルミニウム合金物品は、コア層の片側または両側にクラッド層を有する、コア及びクラッドの構造を有してもよい。
【００３０】
加熱
アルミニウムシートまたはそのようなシートから作製された物品を成形する開示されるプロセスは、合金、シート、または物品の加熱を含む。いくつかの例において、合金、シート、または物品の加熱は、指定された加熱速度または指定された範囲内の加熱速度で、指定された温度または指定された範囲内の温度まで行われる。温度、加熱速度もしくはそれらの範囲、またはそれらの組み合わせは、「加熱パラメータ」と称され得る。本明細書に記載のプロセスにおいて、シートまたは物品は、約４５０〜６００℃、４００〜６００℃、３５０〜６００℃、３００〜６００℃、２５０〜６００℃、２００〜６００℃、１５０〜６００℃、１００〜６００℃、４５０〜５５０℃、４００〜５５０℃、３５０〜５５０℃、３００〜５５０℃、２５０〜５５０℃、２００〜５５０℃、１５０〜５５０℃、１００〜５５０℃、４５０〜５００℃、４００〜５００℃、３５０〜５００℃、３００〜５００℃、２５０〜５００℃、２００〜５００℃、１５０〜５００℃、１００〜５００℃、４００〜４５０℃、３５０〜４５０℃、３００〜４５０℃、２５０〜４５０℃、２００〜４５０℃、１５０〜４５０℃、１００〜４５０℃、３５０〜−４００℃、３００〜４００℃、２５０〜４００℃、２００〜４００℃、１５０〜４００℃、１００〜４００℃、３００〜３５０℃、２５０〜３５０℃、２００〜３５０℃、１５０〜３５０℃、１００〜３５０℃、２５０〜３００℃、２００〜３００℃、１５０〜３００℃、または１００〜３００℃、例えば、最大約１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、３７５℃、４００℃、４２５℃、４５０℃、４７５℃、５００℃、５２５℃、５５０℃、５７５℃、または６００℃の温度に加熱される。
【００３１】
３〜９０℃／秒、１０〜９０℃／秒、２０〜９０℃／秒、３０〜９０℃／秒、４０〜９０℃／秒、５０〜９０℃／秒、６０〜９０℃／秒、７０〜９０℃／秒、または８０〜９０℃／秒の加熱速度が使用され得る。いくつかの例において、約９０℃／秒の加熱速度が使用される。他の例において、約３℃／秒〜約１００℃／秒、１１０℃／秒、１２０℃／秒、１５０℃／秒、１６０℃／秒、１７０℃／秒、１８０℃／秒、１９０℃／秒、または２００℃／秒の加熱速度が使用され得る。別の例において、約９０℃／秒〜約１５０℃／秒の加熱速度が使用され得る。他の例において、約２００℃／秒〜約６００℃／秒の加熱速度が使用され得る。例えば、約２００℃／秒〜約２５０℃／秒、３００℃／秒、３５０℃／秒、４００℃／秒、４５０℃／秒、５００℃／秒、５５０℃／秒、または６００℃／秒の加熱速度が使用され得る。当業者であれば、シートまたは物品の所望の特性に応じて、利用可能な機器を用いて加熱速度を調整することができる。
【００３２】
加熱プロセスにおいて、様々な加熱パラメータが使用され得る。一例において、１００〜６００℃の温度まで約９０℃／秒の加熱速度が使用される。別の例において、１００〜４５０℃の温度まで約９０℃／秒の加熱速度が使用される。さらに別の例にいて、２５０〜３５０℃の温度まで約９０℃／秒の加熱速度が使用される。さらなる一例において、２５０〜４５０℃の温度まで約９０℃／秒の加熱速度が使用される。加熱パラメータは、様々な因子、例えばアルミニウム合金またはアルミニウム合金物品の特性の所望の組み合わせに基づいて選択される。
【００３３】
上記温度及び温度範囲は、「到達加熱」温度を指すように使用される。開示されるプロセスにおいて、加熱プロセスは、「到達加熱」温度に達するまでシートまたは物品に適用される。換言すれば、「到達加熱」温度は、シートまたは物品が成形ステップ前に加熱される温度である。「到達加熱」温度は、適切な加熱プロセスにより成形ステップ中に維持されてもよく、または、加熱プロセスは、成形ステップ前に停止されてもよく、この場合、成形ステップ中のシートまたは物品の温度は、指定された「到達加熱」温度より低くてもよい。シートまたは物品の温度は、適切な手順及び機器により監視されてもよく、または監視されなくてもよい。例えば、温度が監視されない場合、「到達加熱」温度は、計算された温度及び／または実験的に推測された温度であってもよい。
【００３４】
加熱速度は、適切な熱処理、加熱プロセス、またはアルミニウム合金シートを加熱するためのシステムを選択することにより達成され得る。一般に、使用される加熱プロセスまたはシステムは、上で指定された加熱速度を達成するために十分なエネルギーを送達するべきである。例えば、加熱は、誘導加熱により達成され得る。使用され得る加熱プロセスのいくつかの非限定的な例は、接触加熱、誘導加熱、抵抗加熱、赤外線加熱、ガスバーナーによる加熱、及び直接抵抗加熱である。一般に、熱流量を管理するために、かつ／またはシートもしくは物品の所望の特性を達成するために、加熱システム及びプロトコルの設計及び最適化が行われてもよい。
【００３５】
特性
本明細書に開示される過程におけるシートまたは物品の加熱は、特性の有利な組み合わせをもたらす。例えば、シートまたは物品の成型性及び強度特性の有利な組み合わせが達成される。いくつかの他の場合において、シートはまた、成形中に有利に低い細線化を示し得る。さらに、シートまたは物品は、加熱前及び加熱後で同じ冶金学的状態を維持し、冷却されると、加熱前のシートまたは物品が有する特性と比較して、ある特定の特性及び挙動を保つ。
【００３６】
開示されるプロセスは、シートまたは物品の成型性を向上させる。シートまたは物品の成型性は、破断または過度の細線化前に耐えることができる変形の量の尺度である。伸びは、成型性の指標として機能し得、より高い伸びを有するシート及び物品は、良好な成型性を有する。一般に、伸びは、材料が破損する前に湾曲され得る、伸長し得る、または圧縮され得る程度を指す。成型性、成形プロセスの結果、及び結果として得られる製品の品質に影響する、シートまたは物品の伸び、及び他の特性は、引張試験により決定され得る。
【００３７】
試料の引張試験は、関連した出版物において説明される、材料科学の分野において知られている標準的手順、例えば米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）により提供されているものに従って行われる。「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」という名称のＡＳＴＭ  Ｅ８／ＥＭ８（ＤＯＩ：１０．１５２０／Ｅ０００８  Ｅ０００８Ｍ−１５Ａ）は、金属材料に対する引張試験手順を規定している。簡潔に説明すると、引張試験は、当業者に知られている標準引張試験機で行われる。試料は、典型的には、２つの肩（機械によって容易に把持され得る）及びより小さいコアセクションのゲージ領域を有する標準的形状の平坦試験片である。試験中、試験片は、試験機内に設置され、破断するまで単軸方向に引き延ばされ、一方で、合金試験片のゲージセクションの伸びが、印加された力に対して記録される。伸びは、試験片の永久的な伸長の量であり、試験片のゲージ長さの増加として測定される。試験片のゲージ長さは、伸びの値に影響するため指定される。引張試験中に測定され、アルミニウム合金を特性決定するために使用されるいくつかの特性は、工学応力、工学ひずみ、及び破断時伸びである。伸び測定は、「工学ひずみ」またはゲージの長さの元の長さに対する変化の比率を計算するために使用され得る。工学ひずみは、パーセント（％）で報告され得る。全伸びとしても報告され得る破断時伸びは、試験片の破断時の工学ひずみの量である。工学応力は、試験片に印加された荷重を試験片の元の断面積で除すことにより計算される。工学ひずみ及び工学応力データ点は、応力−ひずみ曲線としてグラフ化され得る。
【００３８】
開示される温間成型プロセスにおいて使用される加熱ステップは、室温での同じシートまたは物品と比較して、シートまたは物品の伸びを改善する。例えば、加熱ステップは、加熱前の状態と比較して、シートまたは物品の伸びを、最大約３０％、最大約２０％、最大約１５％、少なくとも１５％、少なくとも５％、約５〜１５％、約５〜２０％、または約５〜３０％改善し得る。いくつかの場合において、の伸びは、約５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、または３０％改善される。いくつかの場合において、シートまたは物品の加熱は、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、または約３５〜８５％、３５〜８０％、３５〜７５％、３５〜７０％、３５〜６５％、３５〜６０％、４０〜８５％、４０〜８０％、４０〜７５％、４０〜７０％、４０〜６５％、４０〜６０％、４５〜８５％、４５〜８０％、４５〜７５％、４５〜７０％、４５〜６５％、４５〜６０％、５０〜８５％、５０〜８０％、５０〜７５％、５０〜７０％、５０〜６５％、または５０〜６０％の伸び（工学ひずみとして測定される）をもたらす。いくつかの例において、室温で測定された鋼の伸び値（約５３％）に匹敵するアルミニウムシートまたは物品の伸び値が達成される。
【００３９】
開示されるプロセスにおいて使用される加熱ステップは、強度特性（例えば、工学応力として測定される引張強度）を工業的成型プロセスに好適な範囲内に保ちながら、加熱されたシートまたは物品の伸びを改善する。例えば、加熱されたアルミニウムシートまたは物品は、少なくとも約１０ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約３０ＭＰａ、少なくとも約４０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、少なくとも約６０ＭＰａ、少なくとも約７０ＭＰａ、少なくとも約８０ＭＰａ、少なくとも約９０ＭＰａ、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約１１０ＭＰａ、少なくとも約１２０ＭＰａ、少なくとも約１３０ＭＰａ、少なくとも約１４０ＭＰａ、少なくとも約１５０ＭＰａ、約１０〜１５０ＭＰａ、約１０〜１４０ＭＰａ、約１０〜１３０ＭＰａ、約１０〜１２０ＭＰａ、約１０〜１１０ＭＰａ、約１０〜１００ＭＰａ、約１０〜９０ＭＰａ、約１０〜８０ＭＰａ、約１０〜７０ＭＰａ、約１０〜６０ＭＰａ、約１０〜５０ＭＰａ、約２０〜１５０ＭＰａ、約２０〜１４０ＭＰａ、約２０〜１３０ＭＰａ、約２０〜１２０ＭＰａ、約２０〜１１０ＭＰａ、約２０〜１００ＭＰａ、約２０〜９０ＭＰａ、約２０〜８０ＭＰａ、約２０〜７０ＭＰａ、約２０〜６０ＭＰａ、約２０〜５０ＭＰａ、約３０〜１５０ＭＰａ、約３０〜１４０ＭＰａ、約３０〜１３０ＭＰａ、約３０〜１２０ＭＰａ、約３０〜１１０ＭＰａ、約３０〜１００ＭＰａ、約３０〜９０ＭＰａ、約３０〜８０ＭＰａ、約３０〜７０ＭＰａ、約３０〜６０ＭＰａ、約３０〜５０ＭＰａ、約４０〜１５０ＭＰａ、約４０〜１４０ＭＰａ、約４０〜１３０ＭＰａ、約４０〜１２０ＭＰａ、約４０〜１１０ＭＰａ、約４０〜１００ＭＰａ、約４０〜９０ＭＰａ、約４０〜８０ＭＰａ、約４０〜７０ＭＰａ、約３０〜６０ＭＰａ、または約３０〜５０ＭＰａの最終引張強度（引張試験中の工学ひずみとして測定される）を有し得る。
【００４０】
熱処理条件は、シートまたは物品の細線化を制限しながら成型性を改善するために選択される。温間成型プロセスの課題のうちの１つは、高温が、典型的には、ひずみの局在化により成型ステップ中にアルミニウム部品の細線化を増大させる（劇的に増大させることもある）ことである。例えば、１５％（標準試験プロトコルにより測定される）を超える細線化値が製造プロセスでは許容されない場合があるが、温間成型ステップが４０〜５０％の細線化値をもたらし得る。開示されるプロセスで使用される加熱パラメータは、約４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、または１０％以下、例えば、５〜１０％、５〜１５％、５〜２０％、５〜２５％、５〜３０％、５〜３５％、５〜４０％、１０〜１５％、１０〜２０％、１０〜２５％、１０〜３０％、１０〜３５％、１０〜４０％、１５〜２０％、１５〜２５％、１５〜３０％、１５〜３５％、１５〜４０％、２０〜２５％、２０〜３０％、２０〜３５％、または２０〜４０％の観察された細線化値をもたらす。細線化値は、試験中の試験片の指定された予ひずみと組み合わせて観察される。例えば、約５５％の予ひずみでの約１５％の細線化、または約６５％の予ひずみでの約２２％の細線化が観察され得る。細線化特性を特徴付けるために、アルミニウム合金試料は、関連出版物において説明される、材料科学の分野において知られている標準的手順、例えば、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）により提供されるものに従って試験される。「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｂｙ  Ｍａｎｕａｌ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｐｕｌｓｅ−Ｅｃｈｏ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称のＡＳＴＭ  Ｅ７９７は、金属材料に対する関連試験手順を規定している。これらの手順は、以下の「細線化試験」という名称の実施例４に示されている。
【００４１】
開示される温間成型プロセスで使用され得る熱処理条件は、アルミニウムシートまたは物品の冶金学的状態ならびに時効挙動及び特性が保たれるように選択される。加熱中のアルミニウム合金の析出及び溶解プロセスの競合は、合金の硬化構成物質が加熱ステップ中に析出したため、多くの場合、Ｔ４調質度の合金のＴ６等の異なる調質度への移行、過時効をもたらし、結果として強度損失及び時効硬化特性損失を伴う。この状態で、加熱後の硬化を目指すプロセスステップは、所望の効果を有しないであろう。例えば、上記効果が０．１℃／秒等の比較的低い加熱速度が温間成型ステップ中に使用されるときに生じることが知られている。開示されるプロセスは、より高い加熱速度を使用することによりこれらの不利点を回避する。
【００４２】
開示される温間成型プロセス前または温間成型プロセス中に使用される加熱ステップは、冷却に続く任意選択での時効硬化及び／または熱処理後に、シートまたは物品の強度特性（例えば、工学応力として測定される引張強度）を製造実践に好適な範囲内に保つ。例えば、いくつかの例において、シートまたは物品は、水焼き入れによる冷却に続く室温で１週間の時効硬化後、任意選択で、１８０℃で１０時間熱処理後に、少なくとも約１０ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約３０ＭＰａ、少なくとも約４０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、少なくとも約６０ＭＰａ、少なくとも約７０ＭＰａ、少なくとも約８０ＭＰａ、少なくとも約９０ＭＰａ、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約１１０ＭＰａ、少なくとも約１２０ＭＰａ、少なくとも約１３０ＭＰａ、少なくとも約１４０ＭＰａ、約１０〜１５０ＭＰａ、約１０〜１４０ＭＰａ、約１０〜１３０ＭＰａ、約１０〜１２０ＭＰａ、約１０〜１１０ＭＰａ、約１０〜１００ＭＰａ、約１０〜９０ＭＰａ、約１０〜８０ＭＰａ、約１０〜７０ＭＰａ、約１０〜６０ＭＰａ、約１０〜５０ＭＰａ、約２０〜１５０ＭＰａ、約２０〜１４０ＭＰａ、約２０〜１３０ＭＰａ、約２０〜１２０ＭＰａ、約２０〜１１０ＭＰａ、約２０〜１００ＭＰａ、約２０〜９０ＭＰａ、約２０〜８０ＭＰａ、約２０〜７０ＭＰａ、約２０〜６０ＭＰａ、約２０〜５０ＭＰａ、約３０〜１５０ＭＰａ、約３０〜１４０ＭＰａ、約３０〜１３０ＭＰａ、約３０〜１２０ＭＰａ、約３０〜１１０ＭＰａ、約３０〜１００ＭＰａ、約３０〜９０ＭＰａ、約３０〜８０ＭＰａ、約３０〜７０ＭＰａ、約３０〜６０ＭＰａ、約３０〜５０ＭＰａ、約４０〜１５０ＭＰａ、約４０〜１４０ＭＰａ、約４０〜１３０ＭＰａ、約４０〜１２０ＭＰａ、約４０〜１１０ＭＰａ、約４０〜１００ＭＰａ、約４０〜９０ＭＰａ、約４０〜８０ＭＰａ、約４０〜７０ＭＰａ、約３０〜６０ＭＰａ、または約３０〜５０ＭＰａの最終引張強度（引張試験中の工学ひずみとして測定される）を有する。
【００４３】
開示される温間成型プロセスで使用される加熱ステップは、冷却に続く任意選択での時効硬化及び／または熱処理後に、合金の冶金学的状態を製造実践に好適な範囲内に保つ。冶金学的状態は、標準プロトコルに従って測定される電気伝導率により特徴付けられ得る。「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ（Ｅｄｄｙ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称のＡＳＴＭ  Ｅ１００４は、金属材料に対する関連試験手順を規定している。例えば、いくつかの例において、６ＸＸＸアルミニウム合金シートは、水焼き入れによる冷却に続く室温で１週間の時効硬化後、任意選択で、１８０℃で１０時間の熱処理後に、電気伝導率または２６〜２７．５ミリジーメンス毎メートル（ＭＳ／ｍ）を有する。
【００４４】
開示される温間成型プロセスに従って成形された物品は、上述の特性を様々な手法で組み合わせることができる。例えば、シートまたは物品は、３５０℃で５７％の伸び、３５０℃で５１ＭＰａの最終引張強度、３５０℃で熱処理に続く水焼き入れ及び室温で１週間時効に供された後の１９７ＭＰａの最終引張強度、及び３５０℃で熱処理に続く水焼き入れ及び室温で１週間の時効に供された後の２７ＭＳ／ｍの伝導率のうちの１つ以上を有してもよい。他の値または値の範囲、例えば、本節で先に列記されたものが、シートまたは物品により示されてもよい。
【００４５】
成形
開示されるプロセスは、加熱ステップ中または加熱ステップ後に少なくとも１つの成形ステップを含んでもよい。「成形」という用語は、本明細書で使用される場合、切断、型打ち、プレス、プレス成型、絞り加工、または当業者に知られている二次元もしくは三次元形状を形成し得る他のプロセスを含み得る。時効硬化性の熱処理可能アルミニウム合金で作製された物品は、本明細書で先に論じられたように加熱され、加熱された物品が成形される。上記成形ステップは、温間成型プロセスに含まれてもよい。温間成型は、型打ちまたはプレスにより行われてもよい。一般的に説明される型打ちまたはプレスプロセスステップにおいて、物品は、相補的な形状の２つの金型の間でそれをプレスすることにより成形される。温間成型は、等温条件または非等温条件下で行うことができる。等温条件下では、アルミニウム合金ブランク及び全ての工具構成要素、例えば金型は、同じ温度に加熱される。非等温条件下では、工具構成要素は、ブランクとは異なる温度を有してもよい。
【００４６】
上記温間成型ステップ以外に、開示されるプロセスは、追加的な成形ステップを含んでもよい。例えば、温間成型前に、アルミニウム合金物品は、温間成型または冷間成型プロセスまたはステップのうちの１つ以上の組み合わせにより成形されてもよい。例えば、シートは、温間成型に供される前に、例えば、前駆物品、または型打ちのための前駆体を意味する「型打ちブランク」等の「ブランク」と呼ばれる形態に切断することによって分断されてもよい。したがって、アルミニウムシートを、型打ちプレスにおいてさらに成形される「型打ちブランク」に切断するステップが利用されてもよい。シートまたはブランクはまた、温間成型前に型打ちにより成形されてもよい。
【００４７】
工業プロセス
開示されるプロセスは、アルミニウム合金物品、例えば、型打ちされたアルミニウム物品（例えば、型打ちされた自動車パネル）の生産のための既存のプロセス及びラインに組み込まれ、それにより、合理的及び経済的な様式でプロセス及び結果として得られる物品を改善し得る。本明細書に記載のプロセスを実行し、かつ物品を生産するための装置及びシステムは、本発明の範囲内に含まれる。
【００４８】
動力車パネル等の型打ちされたアルミニウム合金物品を生産するための例示的なプロセスは、一連の型打ちプレス（「プレスライン」）で物品を型打ちするいくつかの（２つ以上、例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の）ステップを含む。プロセスは、型打ちステップのうちの１つ以上の前、またはその間に異なるプロセス点で行われる１つ以上の熱処理ステップを含む。型打ちブランクは、第１の型打ちステップ前に提供される。加熱ステップは、第１の型打ちステップ前に（すなわち、プレスラインの入口で）型打ちブランクに対して行われてもよい。加熱ステップはまた、第１または中間プレスステップのうちの１つ以上の後に含まれてもよい。例えば、プレスラインが５つの型打ちプレス及び対応するステップを含む場合、そのような加熱ステップは、第１、第２、第３、第４、及び第５の中間型打ちステップのうちの１つ以上の前に含まれてもよい。
【００４９】
加熱ステップは、様々な組み合わせで生産プロセスに含まれてもよく、特定の組み合わせ及び生産プロセスにおける加熱ステップの配置を決定する際に、様々な考慮点が考慮され得る。例えば、加熱ステップは、より高い成型性が望ましい１つ以上の型打ちステップ前に行われてもよい。プロセスは、１つ以上の温間成型ステップ及び１つ以上の冷間成型ステップを含んでもよい。例えば、２ステッププロセスにおいて、アルミニウムシートは、温間成型ステップに続く冷間成型ステップにおいて成形されてもよい。あるいは、冷間成型ステップは、温間成型ステップに先行してもよい。
【００５０】
開示されるプロセスを実践するための機器を組み込んだ、アルミニウム合金物品を生産または製造するためのプロセスを行うためのシステムも開示される。１つの例示的なシステムは、ラインの様々な点において温間成型ステーションまたはシステムを組み込んだ、パネル等の型打ちされた物品を生産するためのプレスラインである。
【００５１】
開示されるプロセスは、アルミニウム物品の生産において使用される追加的なステップ、例えば、切断、縁曲げ、接合、成型と同時に、もしくは成型後に行われる他の熱処理ステップ、冷却、時効硬化、または好適な塗料もしくはコーティングによるコーティングもしくは塗装のステップを含んでもよい。プロセスは、「塗料焼付け（ｐａｉｎｔ  ｂａｋｉｎｇ）」、「塗料焼付け（ｐａｉｎｔ  ｂａｋｅ）」、「塗料焼付けサイクル」、または他の関連用語で称され得る塗料焼付けステップを含んでもよい。アルミニウム物品を生産または製造するプロセスに使用されるステップのうちのいくつか、例えば、成型後熱処理ステップ及び塗料焼付けサイクルは、物品が製造されるアルミニウム合金の時効に影響し得、したがってその強度等の機械的特性に影響し得る。結果として得られる物品は、Ｔ４調質度以外の調質度、例えば、Ｔ６調質度であり得る。
【００５２】
アルミニウム物品を生産または製造する例示的なプロセスは、アルミニウム合金ブランクを３〜９０℃／秒の加熱速度で１００〜６００℃の温度に加熱するステップと、ブランクを型打ちツール内に素早く移すステップと、型打ちツール内で型打ちによりブランクを成形するステップと、型打ち後、切断するステップ、縁曲げするステップ、及び接合ステップするステップのうちの１つ以上、その後、熱処理するステップとを含んでもよい。アルミニウム物品を生産または製造する別の例示的なプロセスは、アルミニウム合金ブランクを３〜９０℃／秒の加熱速度で１００〜５００℃の温度に加熱するステップと、ブランクを型打ちツール内に素早く移すステップと、型打ちツール内で型打ちによりブランクを成形するステップと、型打ち後、切断するステップ、縁曲げするステップ、及び接合ステップするステップのうちの１つ以上、その後、熱処理するステップとを含んでもよい。
【００５３】
以下の実施例は、本発明をさらに例示するのに役立つが、但し、同時に、そのいかなる限定も構成しない。逆に、本明細書における説明を読んだ後に、本発明の精神から逸脱せずに当業者が考案し得る様々な実施形態、その修正及び均等物が考慮され得ることが、明確に理解されるべきである。
【００５４】
実施例１
高温引張試験
ＡＡ６０１６合金試料の高温引張試験を行った。試験試料は、図１に示されるように成形されたＡＡ６０１６合金の試験片であった。試験片は、１．２ｍｍの厚さを有した。高温試験のために、試験片を、９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度に加熱した。高温計を使用して、各試験片の温度を測定した。引張試験中、各試験片の指定された試験温度を維持した。図２は、引張試験前及び引張試験中のＡＡ６０１６試料の加熱曲線を示し、矢印は、試験片が目標温度に達したときの引張試験の開始を示す。ＡＡ６０１６試験片及び鋼試験片（Ｖｏｅｓｔａｌｐｉｎｅ（Ｌｉｎｚ，Ａｕｓｔｒｉａ）製のＤＸ５６Ｄ（低炭素鋼））も室温で試験した。室温で試験した鋼試料を図３で「鋼冷」と称し、室温で試験したＡＡ６０１６試験片を図３で「ＲＴ」と称する。
【００５５】
図３は、試験したＡＡ６０１６試料及び鋼試料の応力−ひずみ曲線を示す。垂直点線は、鋼試料の全伸びを表す。引張試験は、２５０℃以上の温度へのＡＡ６０１６試料の加熱が、室温でのＡＡ６０１６試料により示された全伸びと比較して、全伸びの増加をもたらしたことを示した。３００℃へのＡＡ６０１６試料の加熱は、約１５％の全伸びの増加をもたらした。驚くべきことに、３５０℃に加熱したＡＡ６０１６試料は、室温での鋼試料の全伸びとほぼ同じ全伸びを示した。これらの結果は、本発明の方法で処理したアルミニウム試料が、いくつかの用途において鋼に取って代わることができることを示す。３５０℃を超える温度が鋼試料よりも高い伸びをもたらしたが、細線化がこれらのより高い温度のうちのいくつかで増加し得る。試験中に測定した工学応力レベルは、温度が上昇するにつれて、より小さい応力しかＡＡ６０１６合金の温間成型中に加えられる必要がないであろうことを示した。
【００５６】
実施例２
熱処理後引張試験
ＡＡ６０１６合金試料の熱処理後引張試験を行った。試験試料は、図１に示されるように成形されたＡＡ６０１６合金の試験片であった。試験片は、１．２ｍｍの厚さを有した。熱処理後試験のために、試験片を、９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水中で冷却（「水焼き入れ」）し、焼き入れ後に室温で１週間時効処理した。室温で維持したＡＡ６０１６の試験片（「室温試験片」）も比較のために試験した。図４は、熱処理後のＡＡ６０１６試験片の応力−ひずみ曲線を示す。図４に示される熱処理後の応力−ひずみ曲線は、実質的に同様の形状及び規模のものであり、室温試験片（基準Ｔ４）の応力−ひずみ曲線とも類似していた。図４に示される応力−ひずみ曲線は、実験に使用した熱処理がＡＡ６０１６試験片の機械的特性または冶金学的状態を改変しなかったことを実証している。
【００５７】
図５は、図４に関連する応力−ひずみ曲線（下の組の曲線、基準Ｔ４、室温で成型した試料ＲＴ、及び例示的な試料Ｔ４の代表的な応力−ひずみ曲線）と、比較のための、９０℃／秒の加熱速度での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水焼き入れし、室温で１週間自然に時効処理し、１８０℃で１０時間熱処理し、その後、室温に冷却したＡＡ６０１６合金試料の応力−ひずみ曲線（上の組の曲線、温間成型に供されていない合金ＡＡ６０１６（一番上の点線）及び例示的な試料Ｔ６の代表的な応力−ひずみ曲線）とを示す。図６は、図５を生成するために使用した引張試験実験と同じ様式で処理したＡＡ６０１６合金試料の比較電気伝導率測定の結果を示す棒グラフである。水平線は、Ｔ４調質度のＡＡ６ｘｘｘ合金により実証された最小伝導率値を示す。ＡＡ６０１６合金試料を９０℃／秒での誘導加熱により様々な温度に加熱し、水焼き入れし、室温で１週間自然に時効処理し、Ｔ４調質度を得た。Ｔ４試料の伝導率を測定し、各組の左のヒストグラムとして示す。次に、試料を１８０℃で１０時間熱処理し、その後、室温に冷却し、Ｔ６調質度を得た。冷却時、Ｔ６になった試料の伝導率を測定し、各組の右のヒストグラムとして示す。伝導率データに基づいて、全てのＡＡ６０１６試料は、室温で１週間維持した場合、熱処理後にＴ４調質度のままであった。それと比較して、その後に１８０℃で１０時間熱処理したＡＡ６０１６試料は、時効関連硬化及びＴ６調質度への移行を示した。上のデータは、温間成型後にある期間にわたってＴ４調質度を維持し、ＡＡ６０１６アルミニウム合金の時効硬化を回避することが可能であることを示した。この現象は、温間成型されたアルミニウム合金シートの持続的な成型性を指摘し、これにより、温間成型後に追加の型打ちステップの実施が可能になり得る。上のデータは、熱処理したＡＡ６０１６合金試料がそれらの時効硬化可能性を保ち、それ故に、温間成型後に時効硬化し得る（例えば、塗料焼付け中の熱処理または成型後熱処理による）ことも示した。
【００５８】
実施例３
異なる加熱速度で加熱した試料の熱処理後引張試験
異なる加熱速度で加熱したＡＡ６０１６合金試料の熱処理後引張試験を行った。試験試料は、図１に示されるＡＡ６０１６合金の試験片であった。試験片は、１．２ｍｍの厚さを有した。熱処理後試験のために、試験片を、９０℃／秒の加熱速度（図７の上の組の曲線及び図８の各組の左のヒストグラム）または３℃／秒の加熱速度（図７の下の組の曲線及び図８の各組の右のヒストグラム）での誘導加熱により様々な温度加熱し（図７〜８で「ＨＴ」と称する）、水中で冷却し（すなわち、水焼き入れを指す「ＷＱ」）、室温で１週間自然に時効処理し、１８０℃で１０時間熱処理し、その後、室温に冷却した。室温で維持したＡＡ６０１６も比較のために試験し、図７〜８で「ＲＴ」と称する。図７は、試験したＡＡ６０１６試験片の応力−ひずみ曲線を示す。図８は、図７を生成するために使用した実験における試料と同じ様式で処理したＡＡ６０１６合金試料の比較電気伝導率測定の結果を示す棒グラフである。
【００５９】
図７及び８に示される実験データは、合金を３℃／秒の加熱速度で４００℃以上の温度に加熱したときに、ＡＡ６０１６の過時効が生じ、強度の損失も伴ったことを実証した（図７の下の曲線群、ならびに図８の４００℃、４５０℃、及び５００℃でのヒストグラムバー対の左のヒストグラムバーを参照のこと）。伝導率測定は、３０ＭＳ／ｍを超える伝導率値により示されるように、上記条件下で熱処理したときに、ＡＡ６０１６が過時効したことを裏付けた。上記データは、平均化を避けるために加熱パラメータ及び温間成型パラメータを選択する際には細心の注意を払う必要があることも示した。より高い加熱速度（９０℃／秒）により、より広い範囲の加熱温度がもたらされ、それらの温度では過時効は生じなかった。
【００６０】
実施例４
細線化試験
ＡＡ６０１６合金試料の引張予ひずみ及びそれらの細線化測定を行った。試験試料は、図１に示されるように成形されたＡＡ６０１６合金の試験片であった。試験片は、１．２ｍｍの厚さを有した。試験片を、９０℃／秒での誘導加熱によって各々の指示された温度で、４５％、６５％、及び８５％に予ひずみした。ＡＡ６０１６試験片も室温で試験した（図９で「ＲＴ」と称する）。各試料の細線化を、細線化測定に使用した例示的なアルミニウム合金試験片の長手方向側面図の写真である図１０に示される場所における室温での予ひずみ後に測定した。水平線は、細線化測定が行われた位置を示し、最も小さい厚さ測定値を使用して、細線化値を計算した。細線化測定のために、試験片を、各温度で温間成型し、４５％、６５％、または８５％に予ひずみしたか、または各温度で温間成型し、予ひずみしなかった（図９に「ＷＦ」として示される）。図９は、破砕までの温度での引張試験中のＡＡ６０１６試験片の応力−ひずみ曲線を示し、応力−ひずみ曲線を提示された温度で予ひずみステップ中に測定した。垂直点線は、先に測定した鋼試料の全伸びを表す。試験は、試料が予ひずみにより破砕からどれくらいにあるかを示した。
【００６１】
図１１、１２、及び１３は、様々な予ひずみ及び温度値での試験片の「細線化マップ」を示す。図１１、１２、及び１３で使用したデータは、温度範囲が、１５０℃〜４５０℃、例えば、２５０〜３５０℃で存在することを実証し、その温度範囲で、試験した合金が、最大３０％、例えば、５〜１５％の全伸びの増加、及び制限された細線化（例えば、約２０％以下）を同時に示した。異なる合金（ＡＡ６１２０（図１１）、ＡＡ６１１１（図１２）、及びＡＡ６１７０（図１３）の細線化マップの比較は、合金組成を調整することにより細線化現象を調節することができることも実証した。
【００６２】
実施例５
実験室規模の型打ち
アルミニウム合金ＡＡ６１７０シート（厚さ１ｍｍ）を２７０ｃｍ×２７０ｃｍのブランクに切断し、型打ちを行った。この正方形片を、任意選択で本明細書に記載の方法に従って加熱した。４つの試料を型打ち実験に使用した。試料１及び２を加熱せず、室温（約２５℃）で型打ちした。試料３を２００℃の型打ち温度に加熱した。試料４を３５０℃の型打ち温度に加熱した。試験パラメータ及び結果を表１に示す。
【表１】
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【００６３】
試料１を４０ｍｍの深さに絞り加工し、図１４に示されるように、材料破砕を示す亀裂を示さなかった。試料２を４３ｍｍの深さに絞り加工し、図１５に示されるように、亀裂は明らかである。これらの結果は、シート片を室温で型打ちした場合、４０ｍｍが達成可能な最大絞り深さであることを示唆する。
【００６４】
２００℃に予熱したときに、図１６に示されるように、試料３が亀裂し、４０ｍｍの絞り深さでの破砕を示した。３５０℃に予熱したときに、図１７に示されるように、試料４は、７０ｍｍの絞り深さで亀裂を示さず、７５ｍｍの絞り深さでの型打ちが３５０℃に予熱した場合に破砕なしで達成可能であることを示唆する。
【００６５】
実施例５に記載され、かつ図１４〜１７に示される型打ち結果は、図１８に示される引張曲線から測定された伸びと一致している。例えば、試料４（３５０℃）の引張曲線は、より低い工学ひずみ値を有する試料１及び試料２（室温、図１８で「ＲＴ」と称する）の引張曲線ならびに試料３（２００℃）の引張曲線の両方と比較して、より高い工学ひずみ値（ｘ軸）を示す。室温での引張曲線及び２００℃での引張曲線の両方の工学ひずみ値は類似しており、これは、４３ｍｍの深さで試料２における亀裂及び４０ｍｍの深さで試料３における亀裂を観察する実験結果と一致している。シートの成型性は、型打ちされた部品の亀裂なしでの達成可能な絞り深さによって特徴付けられ得る。より大きい絞り深さが、より高い成型性を示し得る。
【００６６】
上で引用された全ての特許、特許出願、出版物、及び要約は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本発明の様々な例が、本発明の様々な目的を遂行するものとして説明された。これらの例は、本発明の原理の単なる例示である。以下の特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多数の修正及びその適応が当業者には容易に明らかになるであろう。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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