(57)【要約】本発明は、本質的にＴ４構造状態にあるアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を用意する工程、および前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）の構造状態を変化させるため人工時効により前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）を第１の析出硬化プロセスに曝す工程を含む、アルミニウム加工材を熱処理するための方法であって、加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の一部は、加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）が本質的に第１の析出硬化プロセス中に同じ構造状態のままであるように、第１の析出硬化プロセス中に積極的に冷却される方法に関する。本発明はさらに、アルミニウム加工材を熱処理するための装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）、および特に本発明による方法を用いて製造可能なアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）に関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的にＴ４構造状態にあるアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を用意する工程、および前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）の前記構造状態を変化させるため人工時効により前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）を第１の析出硬化プロセスに曝す工程を含む、アルミニウム加工材を熱処理するための方法であって、
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の一部は、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）が前記第１の析出硬化プロセス中に本質的に同じ構造状態のままであるように、前記第１の析出硬化プロセス中に積極的に冷却されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）および前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の前記構造状態を変化させるため、人工時効により前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を第２の析出硬化プロセスに曝す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の析出硬化プロセスおよび前記第２の析出硬化プロセス後、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は本質的にＴ７構造状態にあり、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は本質的にＴ６構造状態にあることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の析出硬化プロセスは前記第１の析出硬化プロセス後に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の析出硬化プロセスは前記第２の析出硬化プロセス後に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ２ＸＸＸまたはＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸアルミニウム合金、特にＡＡ６０７０、ＡＡ６０８２またはＡＡ６００９から作られることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の析出硬化プロセスは塗料焼き付け工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
熱処理中にアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の少なくとも一部を収容するように構成される処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）、および前記処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）の加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の少なくともその部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）を加熱するように構成された加熱手段（３１６ａ〜ｄ、４１４ａ〜ｂ、５１４ａ〜ｈ、６１４ａ〜ｂ、７１２ａ〜ｄ）を含む、特に請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するためにアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を熱処理するための装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）であって、
前記処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）の冷却ゾーン（３２６、６２０）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の少なくともその部分を積極的に冷却するように構成された冷却手段（３１８ａ〜ｂ、４１６ａ〜ｂ、５１６ａ〜ｈ、６１６ａ〜ｂ、７１４ａ〜ｂ）をさらに含むことを特徴とする装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）。
【請求項９】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）は、前記加熱手段（３１６ａ〜ｄ、４１４ａ〜ｂ、５１４ａ〜ｈ、６１４ａ〜ｂ、７１２ａ〜ｄ）および／または前記冷却手段（３１８ａ〜ｂ、４１６ａ〜ｂ、５１６ａ〜ｈ、６１６ａ〜ｂ、７１４ａ〜ｂ）を制御するための、特に前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の部分内および／または前記冷却ゾーン（３２６、６２０）に位置するアルミニウム加工材の部分内の温度を制御するための制御手段（３２０、４１８、５１８、６１８）をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）は、前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）および／または前記冷却ゾーン（３２６、６２０）の位置および／または大きさを調整するための調整手段を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）はプレス機であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
特に請求項１〜７の一項に記載の方法を用いて製造可能なアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）であって、
前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は本質的にＴ６構造状態にあり、前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は本質的にＴ７構造状態にあることを特徴とするアルミニウム加工材。
【請求項１３】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）は、前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）および前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の間に位置する遷移ゾーンを含み、前記遷移ゾーンの構造状態は前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）の前記構造状態から前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の前記構造状態への遷移を示すことを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム加工材。
【請求項１４】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）は、ＡＡ２ＸＸＸまたはＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸ合金、特にＡＡ６０７０、ＡＡ６０８２またはＡＡ６００９からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載のアルミニウム加工材。
【請求項１５】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６０７０からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも３５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも３７０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１０％の破断伸びを有し、あるいは前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６０８２からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも２５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも２９０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１２％の破断伸びを有し、あるいは前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６００９からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも３００ＭＰａの降伏強度および少なくとも３２０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１４％の破断伸びを有することを特徴とする請求項１４に記載のアルミニウム加工材。
【請求項１６】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）は車の車体の一部として、特にＢピラーとして構成されることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のアルミニウム加工材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的にＴ４構造状態にあるアルミニウム加工材を用意する工程、および加工材の第１の部分の構造状態を変化させるため加工材の第１の部分を人工時効により第１の析出硬化プロセスに曝す工程を含む、アルミニウム加工材を熱処理するための方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、熱処理中にアルミニウム加工材の少なくとも一部を収容するように構成された処理室、および処理室の加熱ゾーンに位置するアルミニウム加工材の少なくともその部分を加熱するように構成された加熱手段を含む、特に上記のような方法を行うことを目的とした、アルミニウム加工材を熱処理するための装置に関する。
【０００３】
本発明はなおさらに、特に上記のような方法を用いて製造可能なアルミニウム加工材に関する。
【背景技術】
【０００４】
アルミニウム加工材は工業建設において、特により重量のある鋼部材に取って代わる構造部材として広く使用されている。しかしながら一部の用途では、取って代わるはずのその鋼構造材と同様の構造特性を示すアルミニウム加工材を見出すことが難しい。特に強度または延性などの材料特性の異なるセクションを含む単部材鋼加工材は、適当なアルミニウム加工材に取って代わることが難しい。
【０００５】
鋼製造では当該技術分野において、たとえば材料特性が異なるセクションを有する単部材加工材の製造を可能にするプレス焼入れのような技術が知られている。こうした技術は、焼入れプロセスの焼入れ速度に対する鋼の微細組織の高感度のほか、その低い熱伝導率を利用する。これらの特性により、鋼加工材の異なる部分を、焼入れ中に非常に異なった温度勾配に曝して、異なる材料特性を有する別の構造状態を得ることができる。
【０００６】
これらの方法は通常、アルミニウム合金がより高い熱伝導率を有し、加工材の異なる部分間の温度差がより速くならされるので、アルミニウム加工材に適用できない。さらに、特定の構造状態を得るため加工材を特定の焼入れ速度に曝すのみでなく、アルミニウム加工材を特定の温度で規定の長い時間維持することも必要であるのが通常である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
場合によっては、異なる材料特性を有する少なくとも２つのアルミニウム加工材からなり、接合された多部材アルミニウム加工材が、単部材鋼加工材に取って代わることが可能であることもある。しかしながら、たとえば溶接またははんだ付けによる加工材の接合は、可能でない場合もあり、さらに加工材に弱い箇所も導入される。したがって、材料特性が異なる部分を有する単部材アルミニウム加工材が一般的に必要である。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、強度または延性などの材料特性が異なる部分を有するアルミニウム加工材を製造することができる、アルミニウム加工材を熱処理するための方法および装置を提供することである。さらにこうしたアルミニウム加工材を提供することも、本発明の目的である。
【０００９】
本目的は、加工材の第２の部分が第１の析出硬化プロセス中に本質的に同じ構造状態のままであるように、第１の析出硬化プロセス中に加工材の一部を積極的に冷却することで、冒頭に記載した方法により解決される。
【００１０】
加工材の一部を積極的に冷却すると、加工材の第１の部分から第２の部分への熱伝達による加工材の第２の部分の直接的加熱および／または間接的加熱が妨げられる。第２の部分の温度を人工焼入れ温度未満に維持する一方、同時に第１の部分の温度は人工焼入れ温度超になる。したがって、第２の部分の構造状態は本質的に変化しないまま、加工材の第１の部分のみが構造状態の変化を起こす。
【００１１】
本出願を通してアルミニウム加工材は、本質的にアルミニウムもしくはアルミニウム合金で作られる金属加工材または金属を主とする加工材を包含するものと理解される。アルミニウム合金は特にＡＡ２ＸＸＸ系あるいはＡＡ６ＸＸＸ系あるいはＡＡ７ＸＸＸ系であってもよい。「加工材」という用語はさらに、シート、被成形加工材および鋳造加工材を包含する。さらに加工材は特に単部材であると理解される、すなわち加工材の第１の部分および第２の部分は、接合された異なる加工材の一部ではない。
【００１２】
人工時効温度は、アルミニウム加工材に人工時効を、すなわち熱の曝露による構造状態の変化を引き起こすのに十分に高い温度である。最低人工時効温度は加工材のアルミニウム合金によって異なるが、一般に少なくとも９０℃である。最低人工時効温度は、特に６ＸＸＸ合金では好ましくは少なくとも１５０℃であってもよい。
【００１３】
積極的に冷却される加工材の部分は、加工材の第２の部分と一致してもよい。しかしながら、第２の部分はさらに、直接冷却されないが、加工材の積極的に冷却される部分で加工材の第１の部分から隔てられている加工材の一部を含んでもよい。
【００１４】
アルミニウム加工材の構造状態とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の微細組織、すなわち粒子および析出物の構造および形状をいう。
【００１５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金のＴ４構造状態は、加工材の溶体化焼鈍、後続の焼入れおよび任意に後続の自然時効により得られる微細組織である。溶体化焼鈍は、本質的に加工材内に固溶体の結晶構造を得るため、所望の元素が固溶体中に保持されるように加工材を高温であるが、溶融温度未満に維持する加熱処理である。典型的な溶体化焼鈍温度は３００〜６００℃である。典型的な溶体化焼鈍時間は１５分から２４時間である。溶体化焼鈍時間は、加工材が厚くなると、より長い溶体化焼鈍時間が必要となるため、加工材の厚さによって異なる。焼入れ中、加工材を、溶体化焼鈍温度から２００℃以下、好ましくは１５０℃以下までの急冷に供す。自然時効中、アルミニウム加工材は周囲温度で数日間、典型的には５〜８日間保管される。
【００１６】
Ｔ４構造状態は、自然時効または人工時効により変化させて加工材の強度を増加させることができる。人工時効中、加工材を、高温、典型的には９０℃〜２００℃に特定の時間、典型的には２０分から９日間、好ましくは中程度の析出硬化温度で１〜２日間曝す。
【００１７】
人工時効を行うと、析出物の形成によりＴ４構造がＴ６構造に変化する。したがって、このプロセスは析出硬化プロセスともいう。Ｔ６構造状態では非常に高い強度の加工材が得られる。最大強度の加工材部分を得るには、その部分を、加工材の合金によって異なる特定の温度で特定の時間維持しなければならない。
【００１８】
曝す時間または温度が最高強度に適した値を超えると、アルミニウム加工材の構造が過時効状態、Ｔ７構造状態に変化する。この構造状態では機械的強度を犠牲にして、加工材の延性および破断伸びがそれぞれ改善される。
【００１９】
Ｔ５状態は、溶体化焼鈍温度以上で成形し、その後Ｔ６状態を作るのに使用したのと性質上同様の人工時効処理を施した加工材を、たとえば空気または水による焼入れにより得られる。Ｔ５状態は、Ｔ６状態の機械的特性と同様の機械的特性を有し、あるいは過時効を施した場合、Ｔ７状態の機械的特性と同様の機械的特性を有する。Ｔ５から始まる場合、Ｔ６またはＴ７に関するさらなる言及についてはすべて、適用可能と見なすべきである。
【００２０】
Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６およびＴ７の構造状態の質別記号は、特にＡＮＳＩ  Ｈ３５．１、ＥＮ５１５およびＩＳＯ  ２１０７の定義に準拠したものである。
【００２１】
本発明による方法の第１の好ましい実施形態では、本方法は、加工材の第１および第２の部分の構造状態を変化させるため、加工材を人工時効により第２の析出硬化プロセスに曝す工程をさらに含む。
【００２２】
第１の析出硬化プロセスと第２の析出硬化プロセスとを組み合わせることにより、Ｔ６構造状態またはＴ７構造状態を有する、したがって強度または延性のような特性が異なる、加工材の異なる部分を得ることが可能になる。
【００２３】
第２の析出硬化プロセスは、加工材の全体的な人工時効、あるいは加工材の第１および第２の部分の人工時効のみを含む部分的な人工時効を含んでもよい。第２の析出硬化における部分的な人工時効では、加熱処理の終了時に加工材の第３の部分がＴ４構造状態になることが可能である。
【００２４】
本方法のさらなる実施形態によれば、第１および第２の析出硬化プロセス後、加工材の第１の部分は本質的にＴ７構造状態にあり、加工材の第２の部分は本質的にＴ６構造状態にある。この実施形態では、非常に高い強度を有する第１の部分（Ｔ６構造状態）および強度はより低いが延性はより高い第２の部分（Ｔ７構造状態）を含むアルミニウム加工材を製造することができる。
【００２５】
本方法のさらなる実施形態によれば、第１の析出硬化プロセス後に第２の析出硬化プロセスを行う。この実施形態では、第１の析出硬化プロセスにより加工材の第１の部分がＴ４構造状態からＴ６構造状態に変化する一方、第２の部分は本質的にＴ４構造状態のままである。次いで第２の析出硬化プロセスにおいて、第１の部分は第２の部分のＴ６構造状態からＴ７構造状態に変化する一方、Ｔ４構造状態はＴ６構造状態に変化し、そこが最も高強度になる。
【００２６】
本方法の別の実施形態では、第２の析出硬化プロセス後に第１の析出硬化プロセスを行う。この実施形態では、加工材の第１および第２の部分の両方が、第２の析出硬化プロセス中にＴ４構造状態から本質的にＴ６構造状態になる。次いでその後行われる第１の析出硬化プロセスにおいて、第１の部分はＴ６構造状態からＴ７構造状態に変化する一方、第２の部分は本質的にＴ６状態のままである。
【００２７】
本方法のさらなる実施形態では、アルミニウム加工材は、ＡＡ２ｘｘｘまたはＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸアルミニウム合金から作られる。ＡＡ（アルミニウム協会（Aluminium Association））２ＸＸＸ合金は、主要合金成分として銅を含むアルミニウム合金である。ＡＡ６ＸＸＸ合金は、主要合金成分としてマグネシウムおよびシリコンを含むアルミニウム合金である。ＡＡ７ＸＸＸ合金は、主要合金成分として亜鉛を含むアルミニウム合金である。これらの合金は、析出硬化中に高強度が得られる。ＡＡ６０７０、すなわちアルミニウム加工材が、高強度を要求される鋼部材に取って代わるのに十分な強度を備え得るように、Ｔ６構造状態の最大強度より高いＡＡ系の合金を使用することが特に好ましい。ＡＡ６０８２およびＡＡ６００９は、好ましい合金の別の例である。
【００２８】
アルミニウム加工材は、製造中に塗装されることが多く、したがって塗料の硬化、乾燥および／または燃焼のため塗料焼き付け工程に供されることも多い。特に、ホワイトボディ（ＢＩＷ）の段階として車の車体製造に使用されるアルミニウム部材は、塗料焼き付けに供される。塗料焼き付けにおいて、アルミニウム加工材は典型的には、１５０〜２００℃、特に約１８０℃の温度に１０〜４０分、特に約２０分間供される。これらの温度および時間の長さは、加工材に析出硬化を起こすのに好適である。この実施形態では２つのプロセス工程が組み合わされ、その結果アルミニウム加工材の製造がより効率的なものになり得る。したがって、本発明による方法に使用されるアルミニウム加工材は好ましくは、ホワイトボディ段階の部材である。
【００２９】
上述の方法の第１および／または第２の析出硬化プロセスは、人工時効温度に加熱される人工時効室で行ってもよい。第１の析出硬化プロセスにおいて、冷却装置、特に熱交換器がアルミニウム加工材と熱的に接触して、第１の析出硬化プロセス中に加工材の一部を積極的に冷却する。特に冷却装置は、加工材の一部に取り付けてもよい。第２の析出硬化プロセスも行う場合、冷却装置は、取り外すおよび／またはオフすることができる。言うまでもなく、同じ人工時効室内で同時に複数のアルミニウム加工材に上記のような方法を行うことも可能である。
【００３０】
上述の方法は好ましくは、以下に記載する特殊な装置を使用して行ってもよい。
【００３１】
本発明の目的はさらに、特に上記のような方法を行うことを目的としてアルミニウム加工材を熱処理するための装置であって、熱処理中にアルミニウム加工材の少なくとも一部を収容するように構成される処理室、および処理室の加熱ゾーンに位置するアルミニウム加工材の少なくともその部分を加熱するように構成された加熱手段を含み、処理室の冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の少なくともその部分を積極的に冷却するように構成された冷却手段をさらに含む装置により解決される。
【００３２】
この特徴は、処理室に収容されたアルミニウム加工材の熱処理中に、処理室の冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分を積極的に冷却できるという効果を有する。これにより、加工材の異なるセクションを熱的に分離することができ、加熱ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分から、冷却ゾーン内の部分または冷却ゾーンの部分により加熱ゾーンの部分から隔てられた加工材の別の部分への、熱の伝達を積極的に防止することで冷却が熱障壁として働く。
【００３３】
冷却手段は好ましくは、冷却ゾーンの加工材の部分を人工時効温度未満、特に１００℃未満に維持するように構成される一方、加熱ゾーンに位置する加工材の部分は人工時効温度以上、特に１００℃超に加熱される。
【００３４】
処理室は、少なくとも一部が壁部材など装置の構造部材により囲まれた装置の部屋を示すものと理解される。処理室は、アルミニウム加工材の少なくとも一部を熱処理用の部屋に配置し得るように、利用することができる。処理室は、加熱処理中に完全に閉鎖可能であっても、あるいは一部が開放されたままであってもよい。好ましくは処理室は、炉チャンバーまたは人工時効室として構成される。処理室は言うまでもなく、装置内で同時に複数のアルミニウム加工材を熱処理できるように、複数のアルミニウム加工材を収容するように構成されてもよい。
【００３５】
加熱手段は好ましくは、加熱ゾーンで人工時効温度以上に、特に１００℃超に加工材の部分を加熱するように構成される。加熱手段は、たとえば接触加熱、輻射加熱および／または誘導加熱を用いたガス加熱手段でも、あるいは電気加熱手段でもよい。たとえば加熱手段は、ヒータコイルとして構成されてもよい。加熱手段は、加熱処理中にアルミニウム加工材に直接接触して、熱の伝達が改善するように構成されてもよい。
【００３６】
加熱ゾーンは、単一セクションを含んでも、あるいは相互に離間している複数セクションを含んでもよい。複数セクションでは、アルミニウム加工材の異なるセクションを個々に加熱して、場所依存性の構造状態の変化を引き起こすことができる。
【００３７】
冷却手段は好ましくは、特に水のような冷却液を用いた熱交換器として構成される。あるいは、冷却手段は、アルミニウム加工材を水、油または蒸気のような冷却液に直接曝すための手段として構成されてもよい。冷却液は、たとえば加工材表面に噴霧してもよい。熱電冷却要素も考えられる。
【００３８】
アルミニウム加工材は、高い熱伝導率、特に同等の鋼加工材より高い熱伝導率を有する。したがってアルミニウム加工材から冷却手段への高い熱伝達は、アルミニウム加工材の第１の部分から第２の部分への熱放散の防止に有利である。したがって冷却手段は、加熱処理中にアルミニウム加工材に直接接触して、熱の伝達が改善するように構成されてもよい。冷却手段はさらに、アルミニウム加工材内の熱伝達と少なくとも同程度に高い、アルミニウム加工材から冷却手段への熱伝達を確立するように構成されてもよい。特にアルミニウム加工材と直接接触する冷却手段の一部は、アルミニウムと少なくとも同じ、好ましくはより高い熱伝達係数を有する銅などの材料を含んでもよい。こうして熱は、アルミニウムにとどまるよりむしろ冷却手段に拡散する。
【００３９】
前述の代わりにあるいは前述に加えて、冷却手段は、冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分の温度より少なくとも１０℃、好ましくは少なくとも２５℃、特に少なくとも４０℃低い温度を維持するように構成されてもよい。冷却手段は、第１の析出硬化プロセスを通じてこの温度差を維持するように制御することができる。
【００４０】
冷却ゾーンは、単一セクションを含んでも、あるいは相互に離間している複数セクションを含んでもよい。複数セクションでは、アルミニウム加工材の異なるセクションを個々に冷却して、加熱処理中の構造状態の変化を場所依存性に防ぐことができる。
【００４１】
本発明による装置の第１の好ましい実施形態によれば、装置は、特に加熱ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分内および／または冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分内の温度を制御するため、加熱手段および／または冷却手段を制御するための制御手段をさらに含む。
【００４２】
この特徴により、熱処理中の加熱手段および／または冷却手段の制御が可能になり、その結果加工材の個々の場所依存性の加熱処理が容易に達成できる。制御手段は好ましくは、加熱時間および／または加熱温度を制御するように構成される。制御手段はさらに好ましくは、冷却時間および／または冷却温度を制御するように構成される。制御手段は、たとえば、加熱手段および／もしくは冷却手段をオンまたはオフする、あるいは加熱手段および／もしくは冷却手段にそれぞれより大きなまたはより小さな加熱力または冷却力を与える電子的、電気的および／または機械的制御手段として構成されてもよい。
【００４３】
制御手段、加熱手段および／または冷却手段はさらに好ましくは、少なくとも１０分間、好ましくは少なくとも１時間、一層好ましくは少なくとも７時間の熱処理中、加熱ゾーン内で少なくとも１００℃、特に１１０℃〜２００℃の温度を維持し、冷却ゾーン内で１００℃未満、特に９０℃未満の温度を維持するように構成される。
【００４４】
ＡＡ６ＸＸＸ系合金の最も強いＴ６状態は典型的には、１６０℃で１６時間後に得られる。したがって、制御手段、加熱手段および／または冷却手段は好ましくは、加熱ゾーン内で少なくとも１６時間、少なくとも１６０℃の温度を維持し、冷却ゾーン内で１００℃未満の温度を維持するように構成される。
【００４５】
ＡＡ７ＸＸＸ系合金の最も強いＴ６状態は典型的には、１２０℃で３６時間後に得られる。したがって、制御手段、加熱手段および／または冷却手段は好ましくは、少なくとも３６時間、加熱ゾーン内で少なくとも１２０℃の温度を維持し、冷却ゾーン内で１００℃未満の温度を維持するように構成される。
【００４６】
アルミニウム加工材の典型的な処理時間は同等の鋼加工材の場合より長いので、冷却手段として熱交換器を使用する場合、熱交換器の冷却媒体、たとえば水を熱交換器に戻る前に冷却すると特に有利である。
【００４７】
さらに好ましい実施形態では、装置は、加熱ゾーン内および／または冷却ゾーン内の温度を正確に制御できるように、特に１つまたは複数の温度センサおよびフィードバックループを含むフィードバック手段をさらに含む。
【００４８】
本装置のさらなる実施形態では、装置は、加熱ゾーンおよび／または冷却ゾーンの位置および／または大きさを調整するための調整手段を含む。
【００４９】
調整手段により、加熱ゾーンおよび／または冷却ゾーンを特定の加工材の要求に適合するように装置を構成または再構成することが可能になる。こうして加熱ゾーンおよび／または冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の部分の位置および大きさは、要求に応じて選択することができる。
【００５０】
調整手段は好ましくは、電子的手段、電気的手段および／または機械的手段として構成される。たとえば、調整手段は、加熱手段および／もしくは冷却手段の一部をオンまたはオフする、あるいは加熱手段および／または冷却手段の少なくとも一部を処理室の異なる位置に移動することが可能であるように構成されてもよい。こうして装置は、構造状態の変化を受ける加工材の各部分の様々な位置および大きさに関与する様々な熱処理用に構成することができる。
【００５１】
装置のさらに好ましい実施形態では、装置はプレス機として構成される。プレス機は、アルミニウム加工材を特定の形状に成形するのに使用される。この実施形態では、アルミニウム加工材を成形する工程、およびアルミニウム加工材の特定の部分内に構造変化を起こすため加工材を場所依存性の熱処理に供する工程が組み合わされる。この２つの工程の組み合わせにより、加工材の製造プロセスはより効率的になる。さらに、こうしたアルミニウム加工材の製造に必要な装置の数も減少し、その結果スペースおよび費用が節約される。好ましい実施形態では、この目的のため通常のプレス機はヒータおよび／またはクーラを備える。
【００５２】
上記から派生する目的も、特に上記のような方法を用いて製造可能なアルミニウム加工材であって、アルミニウム加工材の第１の部分が本質的にＴ６構造状態にあり、アルミニウム加工材の第２の部分が本質的にＴ７構造状態にあるアルミニウム加工材により解決される。
【００５３】
強度および延性などの異なる特性を有する構造状態の異なる部分を有するアルミニウム加工材は、たとえば場所依存性の材料特性が必要とされる用途の鋼部材に取って代わるのに好適である。
【００５４】
好ましい実施形態では、加工材は、アルミニウム加工材の第１の部分と第２の部分との間に位置する遷移ゾーンを含み、遷移ゾーンの構造状態は、第１の部分の構造状態から第２の部分の構造状態への遷移、好ましくは連続遷移を示す。規定された遷移ゾーンは、加工材の弱い箇所を生じさせ得る材料特性の急激な変化を加工材が示さないという利点を有する。遷移ゾーンの大きさは好ましくは２５ｃｍ未満、一層好ましくは１５ｃｍ未満、特に９ｃｍ未満である。
【００５５】
アルミニウム加工材は好ましくは、ＡＡ２ＸＸＸ合金またはＡＡ６ＸＸＸ合金またはＡＡ７ＸＸＸ合金、好ましくはＡＡ６０７０、ＡＡ６０８２またはＡＡ６００９からなる。これらの合金は、非常に高い強度を有するＴ６構造状態、および優れた延性を有するＴ７構造状態を有するためである。したがって、こうした加工材は、析出硬化後の強度および延性の点で優れた特性を備え得る。
【００５６】
優れた材料特性は、たとえば加工材がＡＡ６０７０からなり、第１の部分は少なくとも３５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも３７０ＭＰａの引張強さを有し、第２の部分が少なくとも１０％の破断伸びを有することで、あるいは加工材がＡＡ６０８２からなり、第１の部分は少なくとも２５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも２９０ＭＰａの引張強さを有し、第２の部分が少なくとも１２％の破断伸びを有することで、あるいは加工材がＡＡ６００９からなり、第１の部分は少なくとも３００ＭＰａの降伏強度および少なくとも３２０ＭＰａの引張強さを有し、第２の部分は少なくとも１４％の破断伸びを有することで達成することができる。
【００５７】
アルミニウム加工材の別の好ましい実施形態では、加工材は車の車体の一部として、特にＢピラーとして構成される。Ｂピラーなどの車の車体の部品は、多くの場合、強度または延性の点で異なる特性を有する部分を必要とする。したがって、車の車体部品は、上記のようなアルミニウム加工材の自然な用途分野である。このアルミニウム加工材は鋼より軽いうえ、従来の方法を用いて製造されるアルミニウム加工材より製造しやすい。
【００５８】
Ｂピラーは、材料特性の異なる部分を必要とする加工材の一例である。Ｂピラーは好ましくは、十分な転倒時保護を確保するため高強度の上方部分を、すなわち本質的にＴ６構造状態を有する。Ｂピラーの下方部分は好ましくは、衝撃エネルギー吸収能を向上させるため、より高い延性または伸びを、すなわち本質的にＴ７構造状態を有する。
【００５９】
本発明のさらなる実施形態は、熱処理中のアルミニウム加工材の少なくとも一部を収容するように構成された処理室、および処理室の加熱ゾーンに位置するアルミニウム加工材の少なくともその部分を加熱するように構成されたヒータを含むアルミニウム加工材を熱処理するための装置であって、処理室の冷却ゾーンに位置するアルミニウム加工材の少なくともその部分を積極的に冷却するように構成されたクーラをさらに含む装置である。装置は好ましくは、ヒータおよび／またはクーラを制御するためのコントローラをさらに含む。装置は好ましくは、加熱ゾーンおよび／または冷却ゾーンの位置および／または大きさを調整するための調整機を含む。装置は好ましくはプレス機である。
【００６０】
したがって本方法に記載された特徴は、本発明による装置および／または加工材と組み合わせてもよく、その逆も同様であることは、いうまでもない。特に、本発明による方法の好ましい実施形態では、第１の析出硬化は、一層好ましくは第２の析出硬化も本発明による装置を用いて行われる。
【００６１】
図面を参照しながら例示的な実施形態により、本装置、方法およびアルミニウム加工材のさらなる特徴および利点を以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による方法の第１の例示的実施形態を示す。
【図２】本発明による方法の第２の例示的実施形態を示す。
【図３】本発明による装置および加工材の第１の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図４ａ】本発明による装置および加工材の第２の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図４ｂ】本発明による装置および加工材の第２の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図５】本発明による装置および加工材の第３の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図６】本発明による装置および加工材の第４の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図７】本発明による装置および加工材の第５の例示的実施形態と本発明による方法の別の例示的実施形態とを示す。
【図８】本発明によるアルミニウム加工材の別の例示的実施形態を示す。
【図９】本発明による方法および装置の操作性を試験するための試験の構成を示す。
【図１０】図９に示すような試験の構成を用いて行われた第１の試験の結果を示す。
【図１１】図９に示すような試験の構成を用いて行われた第２の試験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、本発明による方法の第１の例示的実施形態を示す。方法１０２では第１の工程１０４でアルミニウム加工材を用意する。加工材は、本質的にＴ４構造状態にある。
【００６４】
後続の工程１０６では、加工材の第１の部分を人工時効により第１の析出硬化プロセスに曝す。同時に、加工材の第２の部分の温度が人工時効温度未満に維持されるように、加工材の一部を積極的に冷却する。析出硬化プロセスが第１の部分においてＴ４からＴ６への構造状態の変化を引き起こしている間、第２の部分は本質的にＴ４構造状態のままである。
【００６５】
さらに後続の工程１０８では加工材を第２の析出硬化プロセスに曝し、加工材の第１および第２の部分の両方が構造状態の変化を受ける。工程１０８の終了時、加工材の第１の部分はＴ７構造状態にあるのに対し、第２の部分はＴ６構造状態にある。その結果、加工材は材料特性が異なる部分を有する、すなわち第２の部分は強度がより高く、第１の部分は強度がより低いが、延性はより高い。
【００６６】
図２は、本発明による方法の第２の例示的実施形態を示す。方法２０２では工程２０４で本質的にＴ４構造状態にあるアルミニウム加工材を用意する。工程２０４は、アルミニウム加工材を５００℃で５時間溶体化焼鈍に供す第１のサブ工程２０６を含む。第２のサブ工程２０８ではアルミニウム加工材を水で２００℃の温度に急冷する。第３のサブ工程２１０ではアルミニウム加工材を任意に周囲温度で５日間自然時効に供す。工程２０４後、アルミニウム加工材は本質的にＴ４構造状態にある。図１に示す例示的実施形態の工程１０４は、類似の工程２０６、２０８および２１０を含んでもよい。
【００６７】
後続の工程２１２ではアルミニウム加工材を最初に第２の析出硬化プロセスに供し、加工材の第１および第２の部分はＴ４からＴ６への構造状態の変化を受ける。
【００６８】
さらに後続の工程２１４では、加工材の第２の部分がそれ以上の析出硬化を受けないように加工材の一部を積極的に冷却しながら、加工材の第１の部分を第１の析出硬化プロセスに曝す。工程２１４では第１の部分の構造状態がＴ６からＴ７に変化する一方、第２の部分の構造状態はＴ６状態のままである。その結果、加工材は材料特性が異なる部分を有する、すなわち第２の部分は強度がより高く、第１の部分は強度がより低いが、延性はより高い。
【００６９】
図３は、本発明による装置、加工材および方法の例示的実施形態を示す。図３は３つのパートに分けられており、上部Ｉは、アルミニウム加工材３０４を含む装置３０２を示し、中間部ＩＩは、アルミニウム加工材３０４内の考えられる第１の温度分布３０６を示し、下部ＩＩＩは、アルミニウム加工材３０４内で考えられる第２の温度分布３０８を示す。各パートＩ、ＩＩおよびＩＩＩは水平に並んでいるため、アルミニウム加工材３０４の特定の水平位置の温度は、温度分布３０６、３０８の同じ水平位置から読み取ることができる。
【００７０】
装置３０２は、処理室３１４を部分的に囲む上方部３１０および下方部３１２を含む。処理室３１４は、熱処理中のアルミニウム加工材３０４を収容するように構成される。上方部および下方部３１０、３１２は、たとえば電気加熱要素として構成されてもよい加熱手段３１６ａ〜ｄを含む。上方部および下方部３１０、３１２は、たとえば熱交換器として構成されてもよい冷却手段３１８ａ〜ｂをさらに含む。加熱手段３１６ａ〜ｄおよび冷却手段３１８ａ〜ｂは、これらの別々の加熱手段および冷却手段を個別にオンまたはオフできる制御手段３２０により制御される。
【００７１】
加熱手段３１６ａおよび３１６ｃをオンすることによって、加熱ゾーン３２２（パートＩＩに示す）において、この加熱ゾーン３２２に位置するアルミニウム加工材３０４の第１の部分３２８が、たとえば１２０℃という人工時効温度３２４超に加熱されるため、部分３２８で人工時効が行われることが決定される。さらに冷却手段３１８ａ〜ｂをオンすることで、冷却ゾーン３２６（パートＩＩに示す）において、加工材３０４の一部が積極的に冷却されることが決定される。この積極的な冷却により、第１の部分３２８内の熱がアルミニウム加工材の残部に遷移しないため、冷却ゾーンの領域内とオフされた加熱手段３１６ｂおよび３１６ｄの領域の温度とは、人工時効温度３２４未満のままである。この設定によりアルミニウム加工材３０４は、第１の部分３２８の析出硬化プロセスに曝される一方、第２の部分３３０の構造状態は変化しない。
【００７２】
装置３０２により、アルミニウム加工材３０４を第２の析出硬化プロセスに供し、第１および第２の部分３２８、３３０に析出硬化を行うこともできる。このため、制御手段３２０は４つの加熱手段３１６ａ〜ｄをオンし、冷却手段３１８ａ〜ｂをオフする。この設定では、加工材３０４内に温度分布３０８が達成されるため、本質的に加工材３０４全体の温度が人工時効温度３２４超に上昇する。したがって、加工材３０４の第１および第２の部分３２８、３３０の両方で析出硬化が起こる。
【００７３】
図４ａは、本発明による装置、加工材および方法の別の例示的実施形態を示す。図４は３つのパートに分かれ、上部Ｉは装置４０２およびアルミニウム加工材４０４を示し、中間部ＩＩは加工材４０４内での第１の考えられる温度分布４０６を示し、下部ＩＩＩは考えられる第２の温度分布４０７を示す。パートＩ、ＩＩおよびＩＩＩは、図３と同様に水平に並んでいる。
【００７４】
装置４０２は、アルミニウム加工材４０４の一部が収容される処理室４１２を部分的に囲む上方部４０８および下方部４１０を有する。図３とは異なり、加工材４０４の一部のみが処理室４１２内に配置されるが、別の部分は外側のままである。装置４０２は、加熱手段４１４ａ〜ｂと冷却手段４１６ａ〜ｂと加熱手段および冷却手段を制御する制御手段４１８とを含む。加熱手段４１４ａ〜ｂおよび冷却手段４１６ａ〜ｂがすべてがオンになると、アルミニウム加工材４０４は温度分布４０６を示す。
【００７５】
加熱手段４１４ａ〜ｂは加工材４０４の第１の部分４２２を人工時効温度４２０を超える温度に加熱する一方、冷却手段４１６ａ〜ｂは、加工材４０４の一部を積極的に冷却することにより加工材の第２の部分４２４の温度を人工時効温度４２０未満に維持する。したがって最初に全体がＴ４構造状態のアルミニウム加工材４０４は、第２の部分４２４のＴ４を本質的に維持しながら、第１の部分４２２がＴ６に変化する。
【００７６】
制御手段４１８で加熱手段４１４ａ〜ｂの加熱力および／または冷却手段４１６ａ〜ｂの冷却力を制御することにより、第１の部分４２２と第２の部分４２４との間の温度勾配を変更することができる。たとえば温度勾配は、より小さくして温度分布４０６に示すように加工材のより広い領域にわたり温度勾配が広がるよう、制御することができる。次いで加工材４０４は、第１および第２の部分４２２、４２４の特性の間で材料特性が徐々に変化するより広い遷移領域を有する。
【００７７】
装置４０２の加熱処理の前または後に、アルミニウム加工材４０４は、加工材４０４の第１および第２の部分４２２および４２４の両方に第２の析出硬化プロセスを行うため、図４ｂに示すような従来の熱処理装置４３０で加熱処理してもよい。熱処理装置４３０は、人工時効温度４２０を超える温度に加工材全体を加熱するための加熱手段４３２ａ〜ｂを有する炉として構成される。装置４３０を用いると、加工材４０４において図３のパートＩＩＩに示すような熱分布が、達成可能である。
【００７８】
図５は、本発明による装置、加工材および方法の別の例示的実施形態を示す。図５は３つのパートに分けられており、上部Ｉはアルミニウム加工材５０４を含む装置５０２を示し、中間部ＩＩは加工材５０４内の考えられる第１の温度分布５０６を示し、下部ＩＩＩは考えられる第２の温度分布５０７を示す。パートＩ、ＩＩおよびＩＩＩは図３と同様に水平に並んでいる。
【００７９】
装置５０２は、加工材５０４が収容される処理室５１２を囲む上方部５０８および下方部５１０を含む。処理室５１２は、本例では加熱処理のため本質的に完全に閉鎖可能である。装置５０２は、加熱手段５１４ａ〜ｈのほか、冷却手段５１６ａ〜ｈをさらに含む。加熱手段および冷却手段は、制御手段５１８により個別に制御することができる。制御手段５１８は、加熱手段および冷却手段を各々独立にオンおよびオフすることができるため、加工材５０４内に異なる温度分布を達成することができる。
【００８０】
加熱手段５１４ａ〜ｂおよび５１４ｅ〜ｆと冷却手段５１６ｃおよび５１６ｇと任意にさらに５１６ｂおよび５１６ｈをオンすると、温度分布５０６が達成できるため、アルミニウム加工材は第１の部分５２２が、この部分の構造状態の変化を引き起こすように人工時効温度５２０以上に加熱される一方、第２の部分５２４の温度は人工時効温度５２０未満のままであるため、構造状態はこの場合、本質的に未変化のままである。
【００８１】
代わりに加熱手段５１４ａ、５１４ｃ、５１４ｅおよび５１４ｇと冷却手段５１６ｂ、５１６ｄ、５１６ｆおよび５１６ｈとを時間をオンすると、温度分布５０７が達成できるため、加工材５０４は、温度が人工時効温度５２０を超える、加工材５０４の第１の部分の２つのセクションで構造状態の変化を受ける。
【００８２】
すべての加熱手段をオンし、すべての冷却手段をオフすることにより、図３のパートＩＩＩに示すような温度分布も達成できるため、装置５０２は、加工材全体の第２の析出硬化プロセスにも使用することができる。
【００８３】
図６は、本発明による装置、加工材および方法の別の例示的実施形態を示す。図６は３つのパートに分けられており、上部Ｉはアルミニウム加工材６０４を含む装置６０２を示し、中間部ＩＩはアルミニウム加工材６０４内の考えられる第１の温度分布６０６を示し、下部ＩＩＩは考えられる第２の温度分布６０７を示す。
【００８４】
装置６０２は、加工材６０４が中に置かれている処理室６１２を囲む上方部６０８および下方部６１０を含む。装置は、加熱手段６１４ａ〜ｂおよび冷却手段６１６ａ〜ｂのほか、加熱手段および冷却手段を制御する制御手段６１８をさらに含む。冷却手段６１６ａ〜ｂは、処理室６１２の水平方向に沿って移動可能である。図６のパートＩは、冷却手段６１６ａ〜ｂの第１の位置（実線）および第２の位置（一点鎖線）を例示的に示す。
【００８５】
第１の位置の冷却手段６１６ａ〜ｂで、加熱手段６１４ａ〜ｂと冷却手段６１６ａ〜ｂをオンすると、加工材において温度分布６０６が達成できる。この形態では、装置６０２は、加工材６０４の２セクションの第１の部分６２６が人工時効温度６２２以上に加熱される２セクションの加熱ゾーン６１９ａ〜ｂを有する。装置６０２はさらに、加工材６０４の第２の部分６２８が人工時効温度６２２未満に維持される１セクションの冷却ゾーン６２０を有する。加熱処理中、２セクションの第１の部分６２６は、構造状態の変化を受ける一方、第２の部分６２８の構造状態は本質的に変化していない。
【００８６】
冷却手段６１６ａ〜ｂを冷却ゾーン６２０の位置に、したがって加工材６０４の第２の部分６２８の位置に移動することにより、個々に設定することができる。冷却手段６１６ａ〜ｂが第２の位置（一点鎖線）にあるとき、加工材内で温度分布６０７が達成できる。
【００８７】
さらに冷却手段６１６ａ〜ｂをオフすることにより、図３のパートＩＩＩに示すような温度分布を達成し、それにより装置６０２内で加工材６０４の第１および第２の部分６２６、６２８の両方の第２の析出硬化を行うことも可能である。
【００８８】
図７ａおよび７ｂは、本発明による装置および方法の別の例示的実施形態を示す。
【００８９】
装置７０２はプレス機として構成され、ラムとして構成された上方部７０４およびプレスフレームとして構成された下方部７０６を含む。上方部および下方部７０４、７０６は、アルミニウム加工材７１０を収容できる処理室７０８を部分的に囲む。装置７０２は、加熱手段７１２ａ〜ｄおよび冷却手段７１４ａ〜ｂのほか、プレス機および／または加熱手段および／または冷却手段を制御する制御手段（図示せず）をさらに含む。
【００９０】
加工材７１０は、図７ｂに示すようにプレス機を閉鎖することにより特定の形状に成形することができる。このプレスプロセス中またはその後、加熱手段７１２ａ〜ｄおよび冷却手段７１４ａ〜ｂは、アルミニウム加工材７１０が２セクションの第１の部分７２０では析出硬化が起こる一方、第２の部分７２２ではその構造状態が本質的に変化しないように作動する。最終加工材７１０を図７ｃに示す。
【００９１】
装置７０２により、単一の装置内の単一工程で加工材７１０を成形し、加熱処理することができる。このため、アルミニウム加工材をより効率的かつ経済的に製造することができる。
【００９２】
図８は、本発明によるアルミニウム加工材の例示的実施形態を示す。アルミニウム加工材８０２は、本発明による装置を用いて本発明による方法により製造された。
【００９３】
アルミニウム加工材８０２は、上方部８１０、中間部８１２および下方部８１４を有する車の車体のＢピラーとして構成される。上方部８１０は、加工材８０２の第１の部分を形成し、本質的に非常に高い強度を有するＴ６構造の状態にある。下方部８１４は、加工材８０２の第２の部分を形成し、本質的に上方部８１０より強度は低いが延性が増加したＴ７構造状態にある。中間部８１２は、構造状態が、したがって強度および延性が上方部から下方部への遷移を示す遷移部である。
【００９４】
これらの場所依存性の材料特性を有する加工材８０２は、車の車体のそれぞれの鋼部材に取って代わるのに好適である。高強度の上方部により十分な転倒時保護効果が確保される一方、下方部８１４の延性が高くなるため衝撃エネルギー吸収能が改善される。加工材８０２は好ましくは、ＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸアルミニウム合金、特にＡＡ６０７０合金またはより強い合金で作られる。
【００９５】
図９は、本発明による方法および装置の操作性を試験するための試験の構成を示す。試験の構成９０２は、第１および第２の加熱手段としての第１および第２の電気加熱板９０４、９０６および冷却手段としての熱交換器９０８を含む。アルミニウムシート９１０は、第１および第２の加熱板９０４、９０６の上面および支持体９１２上に置かれる。熱交換器９０８および２つの重り９１４、９１６は、アルミニウムシート９１０が試験中に加熱板９０４、９０６および熱交換器９０８と熱的に接触したままであるように、アルミニウムシート９１０の上面に置かれる。５つの温度センサ９１８ａ〜ｅは、試験中に異なる位置のアルミニウムシート９１０の温度をモニターするため、アルミニウムシート９１０の上部表面に結合している。
【００９６】
熱交換器９０８は、水入口（矢印９２０）および水出口（矢印９２２）を有する水浴として構成される。試験中、水は熱交換器９０８により連続的にポンプで送水してアルミニウムシート９１０を十分に冷却させることができる。
【００９７】
図１０ａ〜ｂは、図９に示すような試験の構成で行われた第１の試験の結果を示す。第１の試験中、加熱板９０４、９０６はどちらも、アルミニウムシート９１０をそれぞれ事前に設定した約１４０℃および約２１０℃の温度に局部的に加熱するように作動させた。さらに水を熱交換器９０８により連続的にポンプで送水して十分な冷却を行った。
【００９８】
図１０ａは、５つの温度センサ９１８ａ〜ｅの経時的な温度測定の結果を示す。測定された曲線ＴＥ１はセンサ９１８ａに対応し、測定された曲線ＴＥ２はセンサ９１８ｂに対応し、以下同様である。曲線ＴＥ１〜ＴＥ５はすべて、加熱板９０４、９０６をオンしてから最初の数分間温度上昇を示す。約５分後、曲線ＴＥ１〜ＴＥ５はすべて、異なる温度値で飽和を示す。これらの温度値の前後の曲線のオシレーションは、加熱板９０４、９０６の温度制御回路による。
【００９９】
測定された曲線ＴＥ１およびＴＥ５は、シートが加熱板９０４、９０６と直接接触している領域のアルミニウムシート９１０の温度を示し；曲線ＴＥ３は、シートが熱交換器９０８と直接接触しているアルミニウムシート９１０の温度を示し；曲線ＴＥ２およびＴＥ４は、加熱板９０４、９０６と熱交換器９０８との間の領域のアルミニウムシート９１０の温度を示す。
【０１００】
図１０ｂは、飽和温度分布に達した後に、すなわち試験開始から約５分後にセンサ９１８ａ〜ｄで測定された平均温度を示す。横軸はセンサの相対横位置を示し、最も左の点はセンサ９１８ａに対応し、最も右の点はセンサ９１８ｄに対応する。二重矢印は、熱交換器の横幅、すなわち積極的な冷却ゾーンを示す。
【０１０１】
図１０ａおよび１０ｂは、アルミニウムシート９１０の第１のセクションで、すなわちそれぞれ加熱板９０４および９０６に最も近い部分で人工時効温度に達する一方、同時に熱交換器９０８に近いアルミニウムシート９１０の第２の部分では、人工時効温度未満の温度、特に約１００℃未満を維持することができたことを示す。これらのそれぞれの温度はさらに、約３０分を超える期間維持することもできた。
【０１０２】
図１１は、図９に示すような試験の構成で行われた第２の試験の結果を示す。結果は、図１０ａと同じように示す。第２の試験においては、アルミニウムシート９１０を事前に設定した約２００℃の温度に局部的に加熱するように、加熱板９０６のみを作動させた。さらに水を熱交換器９０８により連続的にポンプで送水して十分な冷却を行った。
【０１０３】
図１１の曲線Ｔ５は、加熱板９０６をオンした約１２分後から、約４０分後に加熱板９０６をオフするまで約２００℃の人工時効温度に達していたことを示す。同時に曲線Ｔ１〜Ｔ３は、熱交換器９０８およびオフであった加熱板９０４でアルミニウム加工材９１０の部分が室温レベルのままであったことを示す。
【０１０４】
要約すると、２つの試験はそれぞれ、本発明による方法および装置を用いて、加工材の第１の部分に人工時効を施す一方、加工材の第２の部分ではその構造が本質的に変化しないアルミニウム加工材内の温度分布を達成できることを示す。
【０１０５】
本発明による方法および装置を用いれば、本質的にＴ６構造状態の第１の部分および本質的にＴ７構造状態の第２の部分を有する加工材を製造することができる。こうした加工材の例を以下の表に示す。
【０１０６】
【表１】
2016500751.tif 000003
【０１０７】
表の第２欄に示した異なるＡｌ合金から作られた３種のＴ４  Ａｌ合金シートを、第１および第２の析出硬化プロセスに曝す。第１の析出硬化プロセスにおいて、各加工材の第１の部分を析出硬化温度で規定の一定期間、たとえばＡＡ６００９の場合、約２０５℃で１時間維持する一方、加工材の第２の部分は加工材の一部の積極的な冷却により１００℃未満に維持する。第２の析出硬化プロセスにおいては、各加工材の第１および第２の部分の両方を析出硬化温度で規定の一定期間維持する。第２の析出硬化プロセス後、各加工材の第１の部分（第３欄の「１」）はＴ６構造状態を、第２の部分（第３欄の「２」）はＴ７構造状態を有する。
【０１０８】
加工材のそれぞれの部分の降伏強度Ｒｐ０．２、引張強さＲｍおよび破断伸びＡ５０を第５〜７欄に示す。Ｒｐ０．２、ＲｍおよびＡ５０は、ＤＩＮ  ＥＮ  １０００２に準拠して判定する。Ａ５０は、５０ｍｍの試験片の初回測定の長さで判定する。
【０１０９】
上記の例は、本発明による方法を用いて、たとえば以下の特性を有し得る加工材が製造可能であることを示す。
【０１１０】
【表２】
2016500751.tif 000004
【０１１１】
括弧内のパラメーターは任意であり、したがって本発明による方法を用いて製造可能なそれぞれの加工材はまた、上記表のそれぞれの値から逸脱してもよい。
【図１】
2016500751.tif 000005
【図２】
2016500751.tif 000006
【図３】
2016500751.tif 000007
【図４ａ】
2016500751.tif 000008
【図４ｂ】
2016500751.tif 000009
【図５】
2016500751.tif 000010
【図６】
2016500751.tif 000011
【図７】
2016500751.tif 000012
【図８】
2016500751.tif 000013
【図９】
2016500751.tif 000014
【図１０】
2016500751.tif 000015
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月20日(2015.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ４構造状態にあるアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を用意する工程、および前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）の前記構造状態を変化させるため人工時効により前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）を第１の析出硬化プロセスに曝す工程を含む、アルミニウム加工材を熱処理するための方法であって、
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の一部は、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）が前記第１の析出硬化プロセス中に同じ構造状態のままであるように、前記第１の析出硬化プロセス中に積極的に冷却され、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は、直接冷却されないが、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記積極的に冷却される部分で前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）から隔てられている前記加工材の（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）一部を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）および前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の前記構造状態を変化させるため、人工時効により前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を第２の析出硬化プロセスに曝す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の析出硬化プロセスおよび前記第２の析出硬化プロセス後、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）はＴ７構造状態にあり、前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）はＴ６構造状態にあることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の析出硬化プロセスは前記第１の析出硬化プロセス後に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の析出硬化プロセスは前記第２の析出硬化プロセス後に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ２ＸＸＸまたはＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸアルミニウム合金、特にＡＡ６０７０、ＡＡ６０８２またはＡＡ６００９から作られることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の析出硬化プロセスは塗料焼き付け工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
熱処理中にアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の少なくとも一部を収容するように構成される処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）、および前記処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）の加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の少なくともその部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）を加熱するように構成された加熱手段（３１６ａ〜ｄ、４１４ａ〜ｂ、５１４ａ〜ｈ、６１４ａ〜ｂ、７１２ａ〜ｄ）を含む、特に請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するためにアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）を熱処理するための装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）であって、
前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置する前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記部分から、冷却ゾーン（３２６、６２０）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）のその部分により前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置する前記部分から隔てられた前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の部分への、熱の遷移を防止するよう、前記処理室（３１４、４１２、５１２、６１２、７０８）の前記冷却ゾーン（３２６、６２０）に位置する前記部分を積極的に冷却するように構成された冷却手段（３１８ａ〜ｂ、４１６ａ〜ｂ、５１６ａ〜ｈ、６１６ａ〜ｂ、７１４ａ〜ｂ）をさらに含むことを特徴とする装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）。
【請求項９】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）は、前記加熱手段（３１６ａ〜ｄ、４１４ａ〜ｂ、５１４ａ〜ｈ、６１４ａ〜ｂ、７１２ａ〜ｄ）および／または前記冷却手段（３１８ａ〜ｂ、４１６ａ〜ｂ、５１６ａ〜ｈ、６１６ａ〜ｂ、７１４ａ〜ｂ）を制御するための、特に前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）に位置するアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の部分内および／または前記冷却ゾーン（３２６、６２０）に位置するアルミニウム加工材の部分内の温度を制御するための制御手段（３２０、４１８、５１８、６１８）をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）は、前記加熱ゾーン（３２２、６１９ａ〜ｂ）および／または前記冷却ゾーン（３２６、６２０）の位置および／または大きさを調整するための調整手段を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置（３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）はプレス機であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
特に請求項１〜７の一項に記載の方法を用いて製造可能なアルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）であり、前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）はＴ６構造状態にあり、前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）はＴ７構造状態にあるアルミニウム加工材であって、
前記アルミニウム加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）の前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）および前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の間に位置する遷移ゾーンを含み、前記遷移ゾーンの大きさは２５ｃｍ未満であり、前記遷移ゾーンの構造状態は前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）の前記構造状態から前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）の前記構造状態への遷移を示すことを特徴とするアルミニウム加工材。
【請求項１３】
前記遷移ゾーンの前記大きさは１５ｃｍ未満、好ましくは９ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム加工材。
【請求項１４】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）は、ＡＡ２ＸＸＸまたはＡＡ６ＸＸＸまたはＡＡ７ＸＸＸ合金、特にＡＡ６０７０、ＡＡ６０８２またはＡＡ６００９からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載のアルミニウム加工材。
【請求項１５】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６０７０からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも３５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも３７０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１０％の破断伸びを有し、あるいは前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６０８２からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも２５０ＭＰａの降伏強度および少なくとも２９０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１２％の破断伸びを有し、あるいは前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）はＡＡ６００９からなり、前記第１の部分（３２８、４２２、５２２、６２６、７２０）は少なくとも３００ＭＰａの降伏強度および少なくとも３２０ＭＰａの引張強さを有し、前記第２の部分（３３０、４２４、５２４、６２８、７２２）は少なくとも１４％の破断伸びを有することを
【請求項１６】
前記加工材（３０４、４０４、５０４、６０４、７１０、８０２）は車の車体の一部として、特にＢピラーとして構成されることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のアルミニウム加工材。
【国際調査報告】
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