KR20180004258A - 알루미늄 합금 물품의 충격 열처리 - Google Patents

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Abstract

열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금, 예를 들어, 6xxx, 2xxx 및 7xxx 알루미늄 합금의 강도를 향상시키기 위한 방법이 제공된다. 열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금의 강도를 향상시키기 위한 방법은, "충격 열처리"로 불리는 열처리 단계(이 단계는 상대적으로 짧은 시간 기간 동안(예를 들어, 60초 이하 동안, 또는 5 내지 30초 동안) 빠른 가열 속도(예를 들어, 10 내지 220 ℃/초)로 행해지는 200 내지 350 ℃에서의 열처리를 관여시킨다)를 관여시킨다. 어떤 실시예에서, 충격 열처리는 접촉 가열함으로써, 예를 들어, 상보적인 형상화된 가열된 프레스의 다이 사이에서 알루미늄 합금 물품을 가열함으로써 달성된다. 개시되는 충격 열처리에 의해서 생산되는, 자동차 패널과 같은 알루미늄 합금 물품이 또한 제공된다.

Description

알루미늄 합금 물품의 충격 열처리
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2015년 5월 8일 출원된 미국 특허 가출원 일련 번호 62/158,727의 이익을 주장하며, 이는 참조에 의해서 그 전체가 여기에 포함된다.
본 발명은 재료 과학, 재료 화학, 야금, 알루미늄 합금, 알루미늄 제조, 운수 사업, 모터 비이클 산업, 자동차 산업, 모터 비이클 제조 및 관련 분야에 관한 것이다.
열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금, 예를 들어, 2xxx, 6xxx 및 7xxx 알루미늄 합금이 자동차와 같은 비이클의 패널 제조를 위해서 사용된다. 이 합금은 전형적으로 연성 T4 상태(또는 템퍼)의 알루미늄 시트의 형태로 자동차 제조업체에 제공되어 제조업체가 스탬핑 또는 프레싱에 의해서 자동차 패널을 생산하는 것을 가능하도록 한다. 요구되는 강도 사양을 만족하는 기능성 자동차 패널을 생산하기 위해서, 제조업체는 T4 템퍼의 알루미늄 합금으로부터 생산된 자동차 패널을 열처리하여 이들의 강도를 증가시키고 알루미늄 합금을 T6 템퍼로 전환해야 한다. 자동차 제조 중에, 열처리는 조립된 모터 비이클 바디의 페인트 베이크 방법 동안 외측 자동차 패널에 대해서 종종 달성된다. 내측 자동차 부분에 대해서, 성형후(post forming) 열처리("PFHT")로 불리는 별개의 열처리가 종종 요구된다.
강도를 증가시키도록 프레스된 알루미늄 자동차 패널의 열처리를 위한 모터 비이클 산업에서 사용되는 현재 방법은 눈에 띄는 단점을 갖는다. 조립된 모터 비이클 바디의 페인트 베이크 사이클 동안의 열처리는, 특히 카의 두꺼운 내측 구조적 요소에서 요구되는 온도를 달성하기에 충분한 열 파워를 갖는 페인트 라인을 요구한다. 페인트 베이크 열처리는, 외측 패널이 히트 실드로서 기능하여, 모터 비이클 바디의 상이한 부분의 불균일한 경화로 이어지기 때문에, 내측 자동차 패널에 대해서 특히 어렵다. 예를 들어, 전형적인 페인트 베이크 사이클 동안에, 외측 패널은, 섭씨 170 내지 185도 온도에 약 20분 동안 노출될 수도 있으며, 이는 이들의 "베이크" 경화로 이어진다. 그러나, 유사한 페인트 베이크 사이클 동안, 조립된 자동차 바디에서 바닥 패널은 단지 섭씨 130 내지 160도의 온도에 약 10 내지 15분 동안 노출되며, 이는 상당한 경화로 귀결되지 않는다. 비록 효과적이나, PFHT는 비효율적이다. PFHT를 통해 패널에서 전체 T6 템퍼를 얻기 위해서는, 예를 들어, 대략 30분 동안의 약 섭씨 225도에서의 열처리가 요구될 수 있다. PFHT는 높은 에너지 비용으로 이어지고, 시간 소비적이고 그리고 생산 라인의 비싼 변경을 필요로 한다. 달리 말해, PFHT는 모터 비이클 생산 사이클에 상당한 비용을 추가하고 그리고 모터 비이클 생산 싸이클이 길어지게 한다.
본 발명은, 운송 산업 또는 자동차 패널과 같은 알루미늄 합금 파트의 생산을 위한 다른 산업에 채용될 수 있는, 알루미늄 합금 물품 및 관련 제품 및 방법을 제공한다. 좀 더 일반적으로, 본 발명의 제품 및 방법은 다양한 기계 및 메커니즘에 사용되는 알루미늄 파트의 제조에 채용될 수 있다.
본 발명의 포함되는 실시형태는, 이 요약이 아니라, 청구항에서 정의된다. 이 요약은 본 발명의 다양한 양태의 높은-레벨의 전체적인 개관이고, 그리고 아래 상세한 설명 부분에서 더욱 설명되는 개념의 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 주제의 필수적인 또는 핵심적인 특징부를 식별하도록 의도된 것이 아니고, 또한 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해서 별도로 사용되도록 의도되지 않는다. 주제는 전체 명세서의 적합한 부분, 임의의 또는 전체 도면 및 각각의 청구항에 대한 참조에 의해서 이해되어야 한다.
이 문헌에서 사용되는 용어 "발명", "그 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은 이하 청구항 및 이 특허 출원의 모든 주제를 일반적으로 가리키고자 의도된다. 이 용어를 수용하는 문장은 여기서 설명되는 주제를 한정하지 않거나 또는 이하 특허 청구항의 의미 또는 범위를 한정하지 않는다.
열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금, 예를 들어, 2xxx, 6xxx 및 7xxx 알루미늄 합금으로부터 생산되는 알루미늄 합금 물품을 위한 향상된 열처리 방법이 개시된다. 여기서 개시되는 열처리 방법은, 예를 들어 강도를 향상시킴으로써, 처리되고 있는 알루미늄 합금 물품의 기계적 특성을 향상시킨다. 향상된 열처리 방법은, PFHT와 같은, 알루미늄 패널을 열처리하기 위해 자동차 산업에 현재 채용되는 방법과 비교하여, 상당히 더 짧고 그리고 매우 빠른 가열 속도를 사용한다. 향상된 열처리 방법은 프리에이징되거나 또는 프리에이징되지 않은 합금 상에 실시될 수도 있다.
개시된 열처리 방법은, 자동차 알루미늄 합금 패널과 같은 모터 비이클 부분을 위한 생산 방법 안으로 효율적으로 포함될 수 있고, 그리고 자동차 생산 사이클에서 PFHT를 유리하게 대체할 수 있다. 동시에, 향상된 열처리 방법에 의해서 처리된 알루미늄 합금 물품은 PFHT의 사용에 의해서 달성되는 것과 유사한 강도 특성을 달성할 수 있다. 개시되는 열처리 방법("충격 열처리"라 할 수도 있음)은 프레스된 알루미늄 패널을 제조하기 위해서 사용되는 기존의 자동차 생산 라인 안으로 용이하게 포함될 수 있다. 예를 들어, 충격 열처리 스테이션은 T6 또는 T61 템퍼의 열처리된 알루미늄 자동차 패널을 생산하기 위한 자동차 패널 생산 라인의 프레스 라인 안으로 포함될 수 있다. 용어 "T61 템퍼"는 T4와 T6 사이의 중간 템퍼를 나타내기 위해서 사용되며, T4 템퍼의 재료보다 더 높은 항복 강도 그러나 더 낮은 연신율을 갖고, 그리고 T6 템퍼에서보다 더 낮은 항복 강도 그러나 더 높은 연신율을 갖는다. 용어 "T4 템퍼"는 중간 배치 어닐링(intermediate batch annealing) 및 프리-에이징 없이 생산되는 알루미늄 합금을 가리킨다. 또한, 자동차 패널은 T8 템퍼에 있을 수도 있다. 용어 "T8 템퍼"는 용체화 열처리되고, 냉간 가공되고, 그리고 다음으로 인공적으로 에이징된 합금을 나타내기 위해서 사용된다. 여기서 설명되는 방법에서 사용되는 합금은 프리에이징되거나 또는 프리에이징되지 않을 수도 있다.
향상된 열처리 방법은, 자동차 알루미늄 합금 패널의 생산 동안 이들의 열처리에 매우 적합한 한편, 스탬핑된 또는 프레스된 알루미늄 합금 물품과 같은 다양한 알루미늄 합금 물품의 기계적 특성을 변경하기 위해, 예를 들어 이들의 강도를 증가시키기 위해, 이들의 열처리에 더욱 일반적으로 적용가능하다. 개시된 방법은 충격 열처리를 알루미늄 합금 물품, 예를 들어 스탬핑된 알루미늄 물품의 생산을 위한 기존 방법 및 라인 안으로 포함시킬 수 있어, 방법 및 결과적인 물품을 능률적인 그리고 경제적인 방식으로 향상시킬 수 있다. 어떤 실시예에서, 향상된 열처리 방법은 예비-성형된 알루미늄 물품을 가열하기 위해 적합한 형상의 가열된 툴을 사용하여 접촉 가열함으로써 달성된다. 어떤 실시예에서, 예비-성형된 알루미늄 물품은 복수의 충격 열처리 단계를 받으며, 이 단계는 상이한 온도에서 행해질 수도 있다. 충격 열처리 단계의 이러한 조합은 종래의 열처리 방법보다 더 짧은 시간에서 알루미늄 물품의 소정 기계적 성질(예를 들어, 강도)을 달성한다. 일 실시예에서, 스탬핑 단계에 후속하여, 스탬핑된 알루미늄 합금 물품은 2개의 상이한 온도에서 2개 이상의 상이한 접촉 가열 단계를 받을 수 있다. 다른 실시예에서, 스탬핑 단계에 후속하여, 스탬핑된 알루미늄 합금 물품의 상이한 부분은 알루미늄 합금 물품의 상이한 부분에서 상이한 강도 성질을 얻기 위해 국부적인 접촉 충격 가열 단계를 받을 수 있다. 또한, 향상된 열처리 방법에 의해서 생산되는 알루미늄 합금 물품, 예를 들어 모터 비이클 알루미늄 합금 패널이 개시된다. 모터 비이클 바디의 제작을 위한 결과적인 자동차 알루미늄 합금 패널의 사용이 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다.
어떤 예시적인 실시형태는 다음과 같다. 하나의 비-제한적 실시예는 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금으로부터 생산되는 형상화된 알루미늄 합금 물품의 강도를 증가시키기 위한 방법이며, 이 방법은, 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금으로부터 생산되는 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 적어도 하나의 부분을 10 내지 220　℃/초의 가열 속도에서 250 내지 300　℃의 열처리 온도로 일회 이상 가열하는 단계, 및 60초 이하 동안 상기 열처리 온도를 유지하는 단계를 포함한다. 다른 실시예는 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 알루미늄 합금 시트로부터 형상화된 알루미늄 합금 물품을 생산하기 위한 방법이며, 이 방법은, 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품을 형성하도록 알루미늄 합금 시트를 형상화하는 단계, 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 적어도 하나의 부분을 10 내지 220　℃/초의 가열 속도에서 250 내지 300　℃의 열처리 온도로 일회 이상 가열하는 단계, 및 60초 이하 동안 상기 열처리 온도를 유지하는 단계를 포함한다. 상기 형상화 단계에서, 상기 형상화는 상기 알루미늄 합금 시트의 스탬핑, 프레싱 또는 프레스-성형에 의한 형상화일 수 있다. 위 실시예에서, 상기 열처리 온도는 5 내지 30 또는 10 내지 15 초 동안 유지될 수도 있다. 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금은 2xxx, 6xxx 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금일 수도 있다. 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금은 상기 가열 단계 전에 T4 템퍼에 있을 수도 있고 그리고/또는 상기 가열 단계 후에 T6 또는 T61 템퍼에 있을 수도 있다. 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 항복 강도는 적어도 30 내지 50 MPa 만큼 상기 가열 단계 후에 증가될 수도 있다. 상기 가열은 전도성 가열일 수도 있다. 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 적어도 일 부분은 상보적인 형상의 하나 이상의 가열된 다이의 적용에 의해서 가열될 수도 있다. 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품은 전체로서 또는 부분적으로 가열될 수도 있다. 예를 들어, 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 하나 이상의 부분은 동일한 또는 상이한 온도에서 가열될 수도 있다. 예시적인 방법은 2개의 상이한 온도에서의 그리고/또는 상이한 시간 기간 동안의 적어도 2개의 가열 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 방법은 2개의 상이한 온도에서의 적어도 2개의 가열 단계를 포함할 수도 있다. 제2 가열 단계의 온도는 제1 가열 단계의 온도보다 더 낮을 수도 있다. 위 방법에서, 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품은, 비록 그럴 필요는 없지만, 모터 비이클 패널일 수도 있다. 다른 실시예는, 위에서 논의된 예시적인 방법과 같이, 개시된 방법에 의해서 생산되는 형상화된 알루미늄 합금 형태이다. 상기 형상화된 알루미늄 합금 형태는 모터 비이클 패널, 예를 들어 자동차 패널 또는 임의의 다른 적합한 제품일 수도 있다. 또 다른 비-제한적 실시예는 모터 비이클 바디의 제작을 위한 자동차 패널의 사용이다.
도 1은 알루미늄 시트를 스탬핑하고 열처리하는 방법의 개략적인 도해이다.
도 2는 염욕 침지(실선) 또는 Collin® 열간 프레스(파선)에 의한 열처리를 받는 합금 AA6451의 샘플에 대한 시간 함수로서 온도의 그래프이다.
도 3는 염욕 침지에 의한 그리고 Collin® 프레스에서 열처리를 받는 합금 AA6451의 샘플에 대한 시간 함수로서 Rp0.2의 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 염욕 침지(300 ℃보다 높은 온도)에 의한 또는 Collin® 프레스(300 ℃ 이하의 온도)에서 열처리를 받는 합금 AA6451의 샘플에 대한 시간 함수로서 Rp0.2의 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 온도에서 그리고 다양한 시간 기간 동안 Collin® 프레스에서 열처리를 받는 시험 합금의 샘플에 대한 시간 함수로서 Rp0.2의 그래프이다.
도 6은 합금 AA6451의 샘플 상에 행해지는 도해적인 2-단계 열-처리 방법이며, 이 방법은 Collin® 프레스에서 열처리 및 후속 염욕 침지 열처리를 포함한다.
도 7a 내지 도 7b는 다양한 열처리 방법을 받는 합금 AA6451(패널(A))의 그리고 시험 합금(패널(B))의 샘플에 대한 시간 함수로서 Rp0.2의 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 충격 열처리에 의해 처리된 합금(패널(A 및 B)) 및 T4 템퍼의 합금(패널(C 및 D))의 수평 충격 시험(horizontal crash test) 후 충격 튜브의 도해이다.
도 9a-도 9b는 수평 충격 시험에서 합금에 대한 변위의 함수로서 변형 에너지 및 로드의 그래프이다.
도 10a 내지 도 10d는 충격 열처리에 의해 처리된 합금(패널(A 및 B)) 및 종래의 열처리로 처리된 합금(패널(C 및 D))의 수직 충격 시험 후 충격 튜브의 도해이다.
도 11은 수직 충격 시험에서 합금에 대한 변위의 함수로서 로드 및 에너지의 그래프이다.
도 12는 굽힘 성능 시험의 개략도이다.
도 13은 Collin® 프레스에서 상이한 온도로 그리고 고온 공기에 의한 상이한 온도로 처리되는 합금에 대한 함수로서 Rp0.2의 그래프이다.
도 14a-도 14b는 T4 템퍼 및 2% 예비변형을 갖는 T4의 프리에이징된 그리고 비-프리에이징된 합금에 대한 상이한 온도에서 시간의 함수로서 Rp0 .2의 그래프이다.
도 15는 프레스 라인 스탬핑에서 충격 열처리의 집합을 도해하는 개략도이다.
열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금, 예를 들어, 자동차 패널의 제조를 위해서 종종 사용되는 2xxx, 6xxx 및 7xxx 알루미늄 합금의 강도를 향상시키기 위한 방법이 개시된다. 열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금의 강도를 향상시키기 위한 방법은, "충격 열처리"로 불리는 열처리 단계(이 단계는 짧은 시간 기간 동안(예를 들어, 60초 이하 동안, 5 내지 30초 동안 또는 5 내지 15초 동안) 빠른 가열 속도(예를 들어, 10 내지 220 ℃/초)로 행해지는 섭씨 200 내지 350도에서의 열처리를 관여시킨다)를 관여시킨다. 여기서 개시되는 충격 열처리 방법은, 자동차 산업에서 흔히 채용되는, 종래의 열처리 방법, 예를 들어 PFHT와 비교하여, 더 짧은 가열 시간 및 더 빠른 가열 속도를 채용함으로써, 열-처리가능 알루미늄 합금의 강도를 향상시킨다. 어떤 실시예에서, 충격 열처리는, 더욱 상세히 추가적으로 논의되는 바와 같이, 비록 다른 가열 방법이 채용될 수 있지만, 가열된 프레스의 다이 사이에서 알루미늄 합금 물품을 접촉 가열함으로써 달성된다.
채용되는 짧은 가열 시간 때문에, 어떤 실시예에 따른 충격 열처리는, 자동차 바디 패널과 같은 알루미늄 자동차 부분의 제조를 위한 자동차 산업에 채택되는 생산 라인 및 방법에 유리하게 포함될 수 있다. 개시된 충격 열처리 방법은 자동차 산업, 또는 더욱 일반적으로 모터 비이클 산업에 한정되지 않고, 그리고 알루미늄 물품의 제조를 관여시키는 다른 산업에 채용될 수 있다. 일 실시예에서, 형상화된 알루미늄 합금 물품(또는 이의 부분)이 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금, 예를 들어, 2xxx, 6xxx 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금으로부터 생산되고, 그리고 후속하여 60초 이하 동안 섭씨 250 내지 350도의 온도로 한번 이상 가열된다. 다른 실시예에서, 방법은, 알루미늄 합금 시트를 예를 들어 스탬핑, 프레싱 또는 프레스-성형하고, 후속하여 60초 이하 동안 섭씨 250 내지 350도로 한번 이상 물품을 가열함으로써, 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 알루미늄 합금 시트로부터 물품을 형상화하는 단계를 관여시킨다. 충격 열처리는 이하 더욱 상세히 논의된다.
충격 열처리
실시예에 따른 방법은 알루미늄 합금 물품에 하나 이상의 충격 열처리 단계를 적용하는 단계를 관여시킨다. 여기서 개시되는 실시예에 따른 충격 열처리는, 온도, 지속기간 또는 가열 속도(이는 충격 열처리 단계 또는 단계들을 설명하기 위해서 사용될 수 있다)와 같은 특징적인 파라미터에 따라 행해지는 열처리이다. 특징적 파라미터 중 하나는 알루미늄 합금 물품이 상승된 온도에서 유지되는 시간 길이(예를 들어, 소킹 시간)이며, 이는 2 초 내지 10 분, 60 초 이하, 2 내지 120 초, 2 내지 60 초, 2 내지 30 초, 2 내지 20 초, 2 내지 15 초, 2 내지 10 초, 2 내지 5 초, 5 내지 120 초, 5 내지 60 초, 5 내지 30 초, 5 내지 20 초, 5 내지 30 초, 5 내지 15 초, 5 내지 10 초, 10 내지 120 초, 10 내지 60 초, 10 내지 30 초, 10 내지 20 초 또는 10 내지 15 초일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 몇몇 예시적인 충격 열처리 소킹 시간은 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 초, 1 분 (60 초) 또는 2 분 (120 초)이다. 하나 초과의 충격 열처리 단계가 충격 열처리 방법에서 채용될 수도 있다. 예를 들어, 어떤 케이스에서, 5초의 2 내지 5개의 충격 열처리 단계 각각이 행해져 10 내지 25 초의 누적적인 충격 열처리 시간이 될 수도 있다. 복수의 열처리 단계 각각은 위에서 특정된 지속 시간 중 하나 동안 행해질 수도 있고, 상이한 지속 시간이 상이한 단계를 위해서 채용될 수도 있다. 어떤 실시예에서, 복수의 충격 열처리 단계의 누적적인 또는 결합된 길이는 위에서 특정된 최대 소킹 시간보다 더 길 수도 있다. 상대적으로 짧은 시간 기간, 예를 들어 5 내지 30 초에 걸쳐서 열처리 단계를 행하는 것은, 자동차 패널 제조 라인과 같은 어떤 제조 방법 및 생산 라인에 열처리 단계의 효율적인 포함을 허여하며, 이러한 라인 및 방법의 중대한 방해가 없다. 여기서 개시된 바와 같은 충격 열처리는 알루미늄 합금의 기계적 특징을 향상시킬 수 있으며, 이 기계적 특징은 더 긴 소킹 시간을 채용하는 다른 열처리 방법에 의해서 달성되는 향상에 적어도 비슷하다.
충격 열처리를 위한 더 짧은 소킹 시간은 충격 열처리의 온도를 선택함으로써 달성될 수 있어, 시효 경화성 알루미늄 합금의 기계적 특징의 바람직한 변화는 상대적으로 짧은 시간 기간 내에 변경될 수 있다. 여기서 개시되는 방법에 따른 충격 열처리를 채용함으로써 달성되는 알루미늄 합금의 기계적 특징은 충격 열처리의 온도 또는 시간 또는 둘 다를 변경함으로써 잘 맞춰질 수 있다. 여기서 설명되는 바와 같이 충격 열처리는 200 내지 350 ℃, 200 내지 325　℃, 200 내지 320 ℃, 200 내지 310 ℃, 200 내지 270 ℃, 250 내지 350 ℃, 250 내지 325 ℃, 250 내지 320　℃, 250 내지 310 ℃ 또는 250 내지 270 ℃의 예시적인 온도를 채용한다. 예를 들어, 충격 열처리는 250 ℃, 255 ℃, 260 ℃, 265 ℃, 270 ℃, 275 ℃, 280 ℃, 285 ℃, 290 ℃, 295 ℃, 300 ℃, 305　℃, 310　℃, 315　℃, 320　℃ 또는 325　℃에서 행해질 수도 있다. 충격 열처리의 온도를 변경함으로써, 결과적인 알루미늄 합금 또는 알루미늄 합금 물품의 기계적 특징, 예를 들어, 항복 강도, 및/또는 이 기계적 특징이 달성되는 레이트가 변경될 수 있다. 예를 들어, 충격 열처리의 온도를 적합한 범위 내에서 상승시키는 것은 더 빠른 레이트의 항복 강도 증가에 의해서 특징지워지는, 알루미늄 합금의 더 빠른 경화로 이어질 수도 있다. 따라서, 유리한 효과를 갖는 알루미늄 합금의 항복 강도 증가가 더 짧은 시간 동안에 달성될 수도 있다. 더 높은 소킹 온도는 충격 열처리 동안 항복 강도 증가의 더욱 유리한 속도(kinetics)를 달성하도록 채용될 수 있다. 동시에, 충격 열처리의 증가된 온도는 더 낮은 피크 항복 강도로 이어질 수도 있으며, 이 피크 항복 강도는 충격 열처리 온도를 선택할 때 고려되어야 한다. 아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 상이한 충격 열처리 온도에서 행해지는 2개 이상의 열처리 단계의 조합을 채택하는 것은 알루미늄 합금 또는 알루미늄 합금으로부터 만들어지는 물품의 적합한 기계적 특징을 달성하는 하나의 접근법이다. 하나 이상의 충격 열처리 단계를 위한 온도 또는 온도들의 선택은 충격 열처리 전 알루미늄 합금의 특성, 예를 들어, 이의 조성 및 처리(템퍼에 의해서 특징지워질 수도 있다)에 또한 의존한다.
하나의 실시예에 따른 충격 열처리는 10 내지 200　℃/초, 예를 들어, 10 내지 100 ℃/초, 10 내지 50　℃/초, 10 내지 20 ℃/초의 가열 속도를 채용한다. 가열 속도는 알루미늄 합금 물품을 가열하도록 적합한 가열 방법 또는 시스템을 선택함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 충격 열처리에 채용되는 가열 방법 또는 시스템은 위에서 특정된 가열 속도를 달성하기에 충분한 에너지를 전달해야 한다. 예를 들어, 열 전도 가열을 위한 디바이스 및 방법이 개시된 충격 열처리를 위해 적합한 빠른 가열 속도를 달성하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 방법의 일 실시예는 상보적인 형상의 가열되는 툴에 의한 알루미늄 합금의 접촉 가열이다. 예를 들어, 충격 열처리를 위해서, 알루미늄 합금 물품은, 도 1에 도해되는 바와 같이, 상보적인 형상을 갖는 프레스의 하나 이상의 가열되는 다이를 알루미늄 합금 물품에 적용함으로써 처리될 수 있다. 도 1은 알루미늄 시트를 스탬핑하고 열처리하는 방법의 개략적인 도해이다. 도 1은 2개의 상측 다이(110)와 2개의 하측 다이(120)를 갖는 스탬핑 프레스(100) 및 상측 다이(110)와 하측 다이(120) 사이의 압축에 의해 형성되는 형상화된 물품(130)을 도시한다. 도 1은 가열된 상측 다이(210)와 가열된 하측 다이(220)를 갖는 가열 프레스(200)에 놓인 스탬핑 프레스(100)에 의해서 형성된 형상화된 물품(130)을 더 도시한다. 가열된 상측 다이(210)와 하측 다이(220)는, 다이(210, 220)가 형상화된 물품(130)의 형상을 변경하지 않으면서, 형상화된 물품(130)의 표면과 접촉되도록 형상화된다. 좀 더 일반적으로, 접촉 가열은 가열된 물체, 물질 또는 바디와 임의의 접촉에 의해서 달성될 수 있다. 가열된 툴의 적용은 일 실시예이다. 접촉 가열 방법의 다른 실시예는 침지 가열이며, 이는 알루미늄 합금 물품을 가열된 액체("가열된 배쓰(bath)") 안에 담그는 것을 관여시킬 수도 있다. 충격 열처리는 또한, 예를 들어 복사 가열에 의해서, 비-접촉 가열 방법에 의해서 달성될 수 있다. 채용될 수 있는 가열 방법의 몇몇 비-제한적인 실시예는 고온 공기 가열, 접촉 가열, 유도에 의한 가열, 저항 가열, 적외선 복사 가열, 및 가스 버너에 의한 가열이다. 예를 들어, 적합한 사이즈 및 형상의 접촉 가열 툴 또는 툴들이 물품의 부분 또는 부분들의 국부적인 가열을 달성하기 위해서 알루미늄 합금 물품의 부분 또는 부분들에 적용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 접촉 가열 툴, 예를 들어 가열된 프레스의 다이가 전체 물품에 적용될 수도 있거나, 또는 가열된 배쓰가 전체 물품의 가열을 달성하기 위해서 채용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 충격 열처리는, 플랜지의 굽힘/헤밍(hemming) 능력을 유지하도록, 그러나 플랜지 영역에 한정되지 않으며, 미리 스탬프된 알루미늄 물품의 형성된 부분 상에만 행해질 수도 있다. 따라서, 맞춤형 충격 열처리를 위해서, 가열 시스템 및 프로토콜의 디자인 및 최적화는 열 유동을 관리하기 위해서 그리고/또는 처리된 물품의 바람직한 특징을 달성하기 위해서 사용될 수도 있다.
알루미늄 합금 물품의 충격 열처리는 알루미늄 합금의 기계적 특징의 하나 이상에 영향을 준다. 개시된 충격 열처리에 의해서 향상된 알루미늄 합금의 기계적 특징은 하나 이상의 강도 특성, 예를 들어, 항복 강도, 최대 인장 강도, 및/또는 연신율일 수 있다. 어떤 실시예에서, 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 강도는 하나 이상의 충격 열처리 단계에 의해서 증가된다. 예를 들어 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2)와 같이 측정된 알루미늄 합금 샘플의 항복 강도는 적어도 30 내지 50 MPa 만큼, 예를 들어, 30 내지 150 MPa 만큼 또는 30 내지 85 MPa 만큼 증가될 수도 있다. 알루미늄 합금의 상이한 기계적 특징은 상이한 방식으로 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 특정 조건 하에서 충격 열처리는 더 긴 시간 기간 동안 행해지는 열처리 방법에 의해서 달성되는 것과 비슷한 알루미늄 합금의 Rp0.2에서 향상을 달성할 수도 있으나, 이 조건 하에서 달성되는 최대 인장 강도(Rm) 및/또는 연신율은 더 긴 열처리 방법에 의해서 달성되는 것보다 더 낮을 수도 있다. 다른 실시예에서, 충격 열처리가 스탬핑 후 알루미늄 물품 상에 행해진다면, 스트레인- 및 베이크-경화의 결합된 효과가 달성될 수도 있다. 충격 열처리 조건, 예를 들어, 채용되는 온도 또는 온도들의 선택 및 충격 열처리 단계의 갯수가 선택되어, 이들이 특정 응용을 위해 적합한 알루미늄 합금의 기계적 특징으로 귀결된다. 예를 들어, 자동차 패널 제조에 채용되는 충격 열처리 조건이 선택되어 결과적인 자동차 패널은 적합한 충격 특징을 소유한다.
어떤 실시예에서, 하나 초과의 충격 열처리 단계가 채용된다. 상이한 온도 기간 동안 및/또는 상이한 가열 속도에서 2개 이상의 상이한 온도에서 행해지는 2개 이상의 충격 열처리 단계가 알루미늄 합금의 바람직한 강도 특성을 달성하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 상이한 온도, 상이한 시간 기간 동안 및/또는 상이한 가열 속도에서 행해지는 2개, 3개, 4개 또는 5개의 충격 열처리 단계가 채용될 수도 있다. 충격 열처리 조건, 예를 들어 온도, 가열 속도, 및/또는 지속 시간의 선택은 충격 열처리를 받는 알루미늄 합금의 또는 이러한 합금으로부터 만들어지는 물품의 특성, 예를 들어 항복 강도에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 5초 동안 250 내지 350　℃에서(상이한 충격 열처리 단계는 상이한 온도에서 행해질 수도 있다) 알루미늄 합금 부분 상에 행해지는 2개 내지 5개의 충격 열처리 단계는 알루미늄 합금의 본성에 의존하여, 30 내지 150 MPa의 항복 강도 증가를 달성하고, 10 내지 25 초의 누적된 충격 열처리 시간으로 귀결된다.
이 문헌의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, 더 높은 충격 열처리 온도는 항복 강도의 더 빠른 증가로 이어지나, 또한 충격 열처리를 받는 알루미늄 합금의 더 낮은 최대 항복 강도로 이어질 수도 있다. 따라서, 알루미늄 합금 성질의 바람직한 조합은 충격 열처리 조건을 조작하고 그리고/또는 충격 열처리 단계를 조합함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 온도에서 행해지는 하나 이상의 충격 열처리 단계 및 더 낮은 온도에서 행해지는 하나 이상의 열처리 단계를 결합하는 방법은 하나의 온도에서만 충격 열처리를 채용하는 방법보다 더 짧은 시간에 더 높은 항복 강도를 달성하는 합금으로 이어질 수 있다.
어떤 실시예에서, 제1 충격 열처리 단계는 제2 충격 열처리 단계보다 더 높은 온도에서 행해진다. 예를 들어, 제1 단계는 300 ℃에서 행해지는 한편, 제2 열처리 단계는 250　℃에서 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 스탬핑된 알루미늄 합금 물품의 상이한 부분은, 알루미늄 합금 물품의 상이한 부분에서 상이한 강도 성질을 얻도록, 예를 들어, 상이한 온도의 접촉 가열 툴을 채용하여, 상이한 국부 충격 열처리 조건을 겪을 수 있다. 또한, 아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 하나의 더 긴 충격 열처리 단계보다는 더 짧은 지속기간의 복수의 충격 열처리 단계의 조합이 알루미늄 합금 물품의 생산을 위한 라인 및 방법 안으로 충격 열처리 방법의 더욱 효율적인 통합을 위해서 채용될 수도 있다. 상이한 충격 열처리 단계는, 상이한 또는 동일한 시간의 지속기간 동안, 그리고/또는 동일한 또는 상이한 가열 온도에서, 동일한 또는 상이한 가열 방법에 의해서 행해질 수 있다. 예를 들어, 가열 공구에 의한 접촉 가열 및 가열된 배쓰 처리의 조합이 채용될 수 있다. 2개 이상의 열처리 단계들을 채용하는 경우에, 이 단계들은 동시에(예를 들어, 물품의 상이한 부분의 국부 충격 열처리가 채용될 때), 또는 순차적으로 채용될 수 있고, 또는 시간적으로 오버랩될 수 있다.
알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 물품
여기서 개시되는 충격 열처리는 임의의 석출 경화형 알루미늄 합금(예를 들어, Al, Mg, Si 및, 선택적으로 Cu를 함유하고 그리고 시효 경화 반응을 보일 수 있는 알루미늄 합금)과 실행될 수 있다. 개시된 충격 열처리를 받을 수 있는 알루미늄 합금은 시효 경화성 알루미늄 합금, 예를 들어, 2xxx, 6xxx 및 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함한다. 충격 열처리를 받을 수 있는 예시적인 알루미늄 합금은 알루미늄 외에 다음 구성성분을 포함할 수도 있다: Si: 0.4 내지 1.5 중량%, Mg: 0.3 내지 1.5 중량%, Cu: 0 내지 1.5 중량%, Mn: 0 내지 0.40 중량%, Cr: 0 내지 0.30 중량%, 및 0.15 중량% 이하의 불순물. 합금은, 합금이 석출-경화형 합금이기만 하면, 대안적인 또는 추가적인 구성성분을 포함할 수도 있다.
알루미늄 합금의 조성은 충격 열처리에 대한 반응에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 열처리 후 항복 강도의 증가는 합금에 존재하는 Mg 또는 Cu-Si-Mg 석출물의 양에 의해서 영향을 받을 수도 있다. 여기서 개시되는 충격 열처리를 위한 적합한 알루미늄 합금은 비-열처리 상태(예를 들어, T4 템퍼)에서 제공될 수 있거나, 또는 부분적으로 열처리된 상태(예를 들어, T61 템퍼)에서 제공될 수 있고 그리고 강도를 증가시키기 위해서 개시된 방법에 따라 더욱 열처리될 수 있다. 합금은 프리에이징되거나 또는 프리에이징되지 않을 수도 있다. 어떤 실시예에서, 충격 열처리를 받는 열-처리가능, 시효 경화성 알루미늄 합금은 연성 T4 상태의 알루미늄 시트로서 또는 이러한 시트로부터 형성된 물품으로서 제공된다. T4로 불리는 상태 또는 템퍼는 중간 배치 어닐링 및 프리-에이징 없이 생산된 알루미늄 합금을 가리킨다. 여기서 개시되는 바와 같은 충격 열처리 단계를 겪는 알루미늄 합금은 T4 템퍼로 제공될 필요는 없다. 예를 들어, 만약 알루미늄 합금이 스탬핑 후 인공적으로 에이징된 재료로서 제공된다면, 이것은 T8 템퍼에 있다. 그리고 만약 알루미늄 합금이 스탬핑 전에 인공적으로 에이징된 재료로서 제공된다면, 이것은 T9 템퍼에 있다. 이러한 알루미늄 합금 재료는 여기서 개시되는 방법에 따른 충격 열처리를 받을 수 있다. 충격 열처리 후, 알루미늄 합금 시트 또는 이러한 시트로부터 제조되는 물품은 T6 템퍼 또는 부분 T6 템퍼(T61 템퍼)에 있고 그리고 이러한 템퍼와 관련된 강도 특성의 향상을 보인다. 위에서 주의된 바와 같이, "T6 템퍼" 지정은 알루미늄 합금이 용체화 열-처리(solution heat-treat)되고 그리고 인공적으로 피크 강도로 에이징된 것을 의미한다. 어떤 다른 실시예에서, 충격 열처리를 받는 물품은 부분 열처리 상태(T61 템퍼)로 초기에 제공되고 그리고 충격 열처리 후 T61 또는 T6 템퍼에 있다. 물품이 충격 열처리 전 및 후에 T61 템퍼에 있는 경우와 같이, 알루미늄 합금 물품의 템퍼 지정이 충격 열처리 후 변하지 않는다 하더라도, 충격 열처리는 알루미늄 합금의 성질을 여전히 변경하며, 예를 들어 알루미늄의 항복 강도를 증가시킨다.
여기서 개시되는 방법에 따른 충격 열처리에 적합한 알루미늄 합금 물품은 알루미늄 합금 시트로부터 성형되거나 형상화된 알루미늄 합금 물품을 포함한다. 알루미늄 합금 시트는 알루미늄 합금 잉곳 또는 스트립으로부터 생산되는 압연된 알루미늄 시트일 수 있다. 알루미늄 합금 물품이 생산되는 알루미늄 합금 시트는 적합한 템퍼, 예를 들어 T4 또는 T61 템퍼로 제공된다. 성형된 또는 형상화된 알루미늄 합금 물품은 2- 및 3-차원적으로 형상화된 알루미늄 합금 물품을 포함한다. 성형된 또는 형상화된 알루미늄 합금 물품의 일례는 추가적인 형상화 없이 알루미늄 합금 시트로부터 절단된 편평한 물품이다. 성형된 또는 형상화된 알루미늄 합금 물품의 다른 예는, 하나 이상의 3-차원 형상화 단계, 예를 들어 굽힘, 스탬핑, 프레싱, 프레스-성형 또는 드로잉을 관여시키는 방법에 의해서 생산되는 비-평면 알루미늄 합금 물품이다. 이러한 비-평면 알루미늄 합금 물품은 "스탬핑된", "프레스된", "프레스-성형된", "드로잉된", "3-차원적으로 형상화된" 또는 다른 유사한 용어로 지칭될 수 있다. 알루미늄 합금 물품은, 어떤 추가적인 열이 성형 동안 또는 전에 물품에 가해지지 않음을 의미하는 "냉간 성형" 방법에 의해서, 또는 성형 동안 또는 전에 물품이 가열되거나 또는 성형이 상승된 온도에서 행해지는 것을 의미하는 "온간 성형" 방법에 의해서 성형될 수 있다. 예를 들어, 온간-성형된 알루미늄 합금 물품은 150 내지 250 ℃, 250 내지 350 ℃ 또는 350 내지 500 ℃로 가열되거나 또는 이 온도에서 성형될 수 있다.
여기서 설명되는 방법에 의해서 제공되거나 또는 생산되는 알루미늄 합금 물품은 본 발명의 범위 내에 포함된다. 용어 "알루미늄 합금 물품"은, 페인팅되거나 코팅된 물품을 포함하는 충격 열처리 후 물품뿐만 아니라, 충격 열처리 전에 제공되는 물품을 가리킬 수 있고, 이 물품이 충격 열처리에 의해서 처리되거나 또는 충격 열처리를 받는다. 충격 열처리가, 자동차 제조를 포함하는 모터 비이클 산업에 유리하게 채용될 수 있기 때문에, 알루미늄 합금 물품 및 이의 제조 방법은 자동차 바디 패널과 같은 모터 비이클 파트를 포함한다. 이 개시의 범위 내에 해당되는 모터 비이클 파트의 몇몇 실시예는 바닥 패널, 후방 벽, 로커, 모터 후드, 펜더, 루프, 도어 패널, B-필라, 세로대, 바디 측부, 로커 또는 충돌 멤버(crash member)이다. 용어 "모터 비이클" 및 관련된 용어는 오토모빌에 한정되지 않고, 다양한 비이클 클래스, 예를 들어, 오토모빌, 카, 버스, 모터사이클, 오프 하이웨이 비이클, 라이트 트럭, 및 롤리를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 알루미늄 합금 물품은 모터 비이클 파트에 한정되지 않고; 여기서 설명되는 방법에 따라 제조되는 다른 타입의 알루미늄 물품이 가시화되고 그리고 포함된다. 예를 들어, 충격 열처리 방법은, 비행기, 배 및 다른 수상 비이클, 무기, 툴, 전자 디바이스의 바디 등을 포함하여 다양한 기계 부분 및 다른 장치 또는 기계류의 제조에 유리하게 채용될 수 있다.
여기서 개시되는 알루미늄 합금 물품은 복수의 부분으로 구성되거나 또는 복수의 부분으로부터 조립될 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 부분으로부터 조립되는 모터 비이클 파트(예를 들어, 내측 및 외측 패널을 포함하는 오토모빌 후드, 내측 및 외측 패널을 포함하는 오토모빌 도어, 또는 복수의 패널을 포함하는 적어도 부분적으로 조립된 모터 비이클 바디)이 포함된다. 또한, 복수의 부분으로 구성되거나 또는 복수의 부분으로부터 조립되는 이러한 알루미늄 합금 물품은 이들이 조립되거나 부분적으로 조립된 후 여기서 개시되는 방법에 따른 충격 열처리에 적합할 수도 있다. 또한, 어떤 경우에, 알루미늄 합금 물품은 비-알루미늄 부분 또는 섹션, 예를 들어 다른 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 스틸 또는 티타늄 합금)을 포함하는 또는 이로부터 제조되는 부분 또는 섹션을 포함할 수도 있다.
방법 및 시스템
알루미늄 합금 물품을 생산하는 방법은 이 문헌에서 논의되는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 물품은 알루미늄 합금 시트로부터 생산된다. 어떤 경우에, 알루미늄 합금 시트는, 예를 들어 시트를, 스탬핑을 위한 전구체를 의미하는 "스탬핑 블랭크"와 같은 "블랭크(blank)"로 명명된 전구체 알루미늄 합금 물품 또는 형태로 절단함으로써, 섹션화될 수도 있다. 따라서, 개시된 방법은 알루미늄 합금 물품의 블랭크 또는 전구체를 생산하는 단계 또는 단계들을 포함할 수도 있다. 블랭크는 다음으로 적합한 방법에 의해서 바람직한 형상의 알루미늄 물품으로 형상화된다. 알루미늄 합금 물품을 생산하기 위한 형상화 방법의 비-제한적인 실시예는 절단, 스탬핑, 프레싱, 프레스-성형, 드로잉, 또는 2- 또는 3-차원 형상을 생성할 수 있는 다른 방법을 포함한다. 예를 들어, 방법은 스탬핑 프레스에서 더욱 형상화되도록 "스탬핑 블랭크"로 알루미늄 시트를 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 스탬핑함으로써 알루미늄 합금 시트 또는 블랭크를 형상화하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로 설명되는 스탬핑 또는 프레싱 방법 단계에서, 블랭크는 상보적인 형상의 2개의 다이 사이에 이것을 가압함으로써 형상화된다.
여기서 개시되는 방법은 충격 열처리의 하나 이상의 단계를 포함한다. 방법은 독립형 단계로서 또는 다른 단계와 조합하여 충격 열처리를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 방법은 알루미늄 합금 물품을 형상화하는 단계 및 형상화된 알루미늄 합금 물품을 충격 열처리의 특성 파라미터(온도, 가열 시간 및/또는 가열 속도)에 따라 열처리하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 방법은 충격 열처리를 알루미늄 합금 물품, 예를 들어 스탬핑된 알루미늄 물품(예를 들어, 스탬핑된 알루미늄 합금 자동차 패널)의 생산을 위한 기존 방법 및 라인 안으로 포함시킬 수 있어, 방법 및 결과적인 물품을 능률적인 그리고 경제적인 방식으로 향상시킬 수 있다. 이 문헌에서 설명되는 물품을 생산하고 방법을 행하기 위한 장치 및 시스템은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
실시예는 모터 비이클 패널과 같은 스탬핑된 알루미늄 합금 물품을 생산하기 위한 방법이며, 이는 스탬핑 프레스 시퀀스("프레스 라인") 상에서 물품을 스탬핑하는 몇 개(2개 이상, 예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6 또는 그 초과)의 단계를 포함한다. 스탬핑 단계는, 물품의 추가적인 가열이 행해지지 않는 점을 의미하는 소위 "냉간 성형" 단계이다. 스탬핑 블랭크는 제1 스탬핑 단계 전에 제공된다. 이 방법은 하나 이상의 스탬핑 단계에 대해서 상이한 방법 지점에서 행해지는 하나 이상의 충격 열처리 단계를 포함한다. 적어도 하나의 충격 열처리 단계는 제1 스탬핑 단계 전(즉, 프레스 라인의 입구에서) 스탬핑 블랭크 상에 행해질 수도 있다. 이 경우에, T4 템퍼로 제공될 수도 있는 블랭크는 위 충격 열처리 단계 후 그리고 제1 프레싱 단계 전에 T6 또는 T61 템퍼로 변환될 수도 있다. 적어도 하나의 충격 열처리 단계는 마지막 스탬핑 단계 후(즉, 프레스 라인의 종단에서) 행해질 수도 있다. 이 경우에, 스탬핑된 물품은 라인의 종단에서 충격 열처리 단계에 의해서 완전 T6 템퍼로 변환될 수도 있다. 하나 이상의 제1 또는 중간 프레싱 단계 후에 충격 열처리 단계는 또한 포함될 수도 있다. 예를 들어, 만약 프레싱 라인이 5개의 스탬핑 프레스 및 대응하는 스탬핑 단계를 포함한다면, 이러한 중간 충격 열처리 단계는 하나 이상의 제1, 제2, 제3 및 제4 중간 스탬핑 단계 후에 포함될 수도 있다. 중간 충격 열처리 단계가 포함되는 경우에, 물품은 중간 충격 열처리 단계 전에 T4 또는 T61 템퍼일 수도 있고 그리고 중간 충격 열처리 단계 후에 T61 또는 T6 템퍼에 있을 수도 있다. 충격 열처리 단계는 다양한 조합으로 생산 방법에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 중간 충격 열처리 단계가 채용될 때, 충격 열처리 단계는 또한 위에서 논의된 바와 같이 프레스 라인의 시작부와 종단에 포함될 수도 있다. 생산 방법에서 충격 열처리 단계의 특정 조합 및 배치에 대한 결정 시에 다양한 고려가 취해질 수도 있다. 예를 들어, 만약 충격 열처리 단계 또는 단계들이 스탬핑 단계 또는 단계들 전에 도입된다면, 스탬핑에 의한 성형은 좀 더 어렵게 되나, 생산 라인의 다른 구성과 비교하여, 결과적인 물품이 더 높은 강도 특성을 유지하는 것이 가능하다.
충격 열처리 단계의 지속시간 및 다른 파라미터에 대한, 충격 열처리 단계 및 제조 방법 또는 시스템 안으로 포함되는 대응하는 스테이션의 개수 및 통합 지점에 대한 결정은 다양한 고려에 기초하여 만들어진다. 예를 들어, 앞에서 논의된 바와 같이, 알루미늄 합금 성질의 바람직한 조합은 충격 열처리 조건을 조작함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 충격 열처리 단계의 개수 및 이들 파라미터에 대한 결정은 알루미늄 합금 물품의 소정 성질에 적어도 부분적으로 기초될 수 있다. 예를 들어, 더 긴 충격 열처리 시간은, 모터 비이클 패널을 위해서 바람직할 수도 있는 더 양호한 충돌 성질을 획득하기 위해서 더욱 적합할 수도 있다. 다른 의사 결정 고려는 제조, 제작 또는 생산 방법 안으로의 충격 열처리 단계의 효율적인 통합이다. 예를 들어, 상대적으로 짧은 지속기간, 예를 들어 5 내지 20 초 또는 10 내지 20 초의 충격 열처리 단계는 프레싱 단계 사이에 행해지는 중간 단계로서 프레스 라인의 주요한 중단 없이 통합될 수도 있다. 다른 한편으로, 더 긴(예를 들어, 30 내지 60초 또는 더 긴) 충격 열처리 단계는 프레스 라인의 종단에 추가적인 단계로서 더욱 효율적으로 통합될 수도 있다. 생산 사이클의 요구에 근거하여, 몇몇 경우에, 중간 단계로서 더 짧은 지속시간의 복수의 충격 열처리 단계를 통합하도록 이에 우호적으로 결정될 수 있다. 먼저 논의된 바와 같이, 방법에 통합되는 충격 가열 단계는 상이한 지속 시간 동안 동일한 또는 상이한 온도에서 행해질 수도 있다. 예를 들어, 2개 또는 3개의 충격 열처리 단계 또는 상이한 온도에서 열처리를 위한 스테이션은 모터 비이클 패널을 위한 생산 라인 안으로 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 5초 동안 각각 275 ℃ 및 300 ℃에서 충격 열처리를 행하는 2개의 열처리 스테이션 각각이 모터 비이클 패널을 위한 생산 라인 안으로 포함된다.
충격 열처리는 별개의, 지정된 장비(시스템, 스테이션, 기계 또는 장치)에서 행해질 수도 있다. 충격 열처리를 위한 장비를 포함하는, 알루미늄 합금 물품을 제작하거나 생산하기 위한 시스템이 또한 개시된다. 하나의 예시적인 시스템은 스탬핑된 알루미늄 합금 물품, 예를 들어 알루미늄 합금 패널을 생산하기 위한 프레스 라인이며, 이 프레스 라인은 라인 내 다양한 지점에, 예를 들어 위에서 논의된 다양한 예에서 충격 열처리 스테이션 또는 시스템을 포함한다.
충격 열처리는 조립된 또는 부분적으로 조립된 물품 또는 부분 상에서 행해질 수도 있다. 예를 들어, 충격 열처리는, 후드 또는 도어와 같은 모터 비이클 파트 상에서, 이들이 조립된 후에 행해질 수도 있다. 다른 실시예에서, 국부적인 또는 부분적인 충격 열처리는, 예를 들어 바디의 부분 또는 부분들에 대한 접촉 가열 툴의 적용에 의해서, 완전히 또는 부분적으로 조립된 모터 비이클 바디 상에 행해질 수도 있다. 도해하기 위해서, 페인트 베이크 사이클 동안 충분하게 높은 온도를 달성하지 않는 조립된 또는 부분적으로 조립된 모터 비이클 바디의 부분은 이들의 강도를 향상시키도록 페인트 베이크 사이클 후 또는 전에 국부적인 충격 열처리를 받을 수도 있다. 이러한 상황에서, 충격 열처리 단계 및 대응하는 스테이션은 모터 비이클 파트 또는 바디의 조립 후 또는 조립 동안 몇몇 지점에서 생산 라인 안으로 통합될 수도 있다. 충격 열처리를 통합시키기 위한 조립 라인 상의 지점의 선택은 다양한 고려에 의해서 지배될 수 있다. 예를 들어, 충격 열처리는 조립 동안 바디 부분의 최선 리벳 능력을 유지하도록 모터 비이클 바디의 조립 후 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 충격 열처리 단계는 충격 열처리 전 바디 부분의 리벳팅 또는 결합 능력을 유지하는 것과 같은 비-제한적인 고려에 의해서 지배되는 지점에서를 포함하여, 모터 비이클 바디의 조립의 임의의 단계 사이에서 포함될 수 있다.
여기서 개시되는 알루미늄 물품을 생산하거나 제조하는 방법은 적합한 페인트 또는 코팅으로 알루미늄 합금 물품을 코팅하거나 페인팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로, 형상화된 그리고 충격 열처리된 알루미늄 합금 물품은 나중에 페인팅된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 물품이 자동차 또는 다른 모터 비이클 패널로서 사용될 때, 조립 후 모터 비이클의 바디는 부식 방지 및 미를 위해 전형적으로 코팅되고 그리고/또는 페인팅된다. 페인트 및/또는 코팅은 스프레이 또는 침지에 의해서 도포될 수도 있다. 도포 후에, 페인트 및/또는 코팅은 일반적으로 "베이킹"으로 용어지어진 방법에서 전형적으로 처리된다. 여기서 개시되는 방법은 페인트 베이킹 단계를 포함할 수도 있으며, 이 단계는 "페인트 베이킹", "페인트 베이크", "페인트 베이크 사이클" 또는 다른 관련된 용어로 지칭될 수 있다. 페인트 베이크는 전형적으로 1시간 이하의 기간 동안, 예를 들어, 20 내지 30분 동안 160 내지 200　℃에서의 열처리를 관여시킨다. 알루미늄 합금 물품은 페인팅되거나 코팅됨 없이도 페인트 베이크 사이클 또는 유사한 열처리 사이클을 겪을 수 있다. 예를 들어, 미페인팅된 그리고/또는 미코팅된 자동차 패널은 조립된 모터 비이클 바디의 부분으로서 페인트 베이크 사이클을 받을 수도 있다. 이 문헌의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, 페인트 베이크 사이클은 물품이 제조되는 알루미늄 합금의 에이징에 영향을 줄 수도 있고 그리고 따라서 기계적 성질, 예를 들어 강도에 영향을 줄 수도 있다. 따라서, 페인트 베이크 사이클 또는 유사한 열처리 단계는 추가적인 열처리 단계로서 여기서 설명되는 방법에서 채용될 수도 있으며, 방법이 페인트 베이크 또는 유사한 열처리 단계를 충격 열처리 단계에 부가하여 포함할 수도 있다는 점을 의미한다.
장점
여기서 설명되는 방법은 다른 것들 중에서, 모터 비이클 알루미늄 합금 패널의 제작을 위해 적합하고, 그리고 모터 비이클 생산 사이클에서 PFHT를 대체할 수 있다. 충격 열처리는 PFHT보다 상당히 더 짧고 그리고 기존 모터 비이클 생산 방법 및 생산 라인에 용이하게 통합될 수 있다. 충격 열처리는, 강도를 증가시키기 위해서, 스탬핑된 또는 프레스된 알루미늄 합금 물품과 같은 다양한 알루미늄 합금 물품의 열처리에 일반적으로 적용가능하다. 충격 열처리는 알루미늄 합금 물품의 강도를 증가시키기 위해서 이들의 생산 동안에 채용되는 종래의 열처리 단계를 유리하게 대체할 수 있거나, 또는 종래의 열처리 단계에 부가하여 사용될 수 있다. 종래의 열처리 단계, 예를 들어 PFHT를 여기서 개시되는 바와 같은 충격 열처리 방법으로 대체하는 장점은 다음의 하나 이상일 수 있다: 더 짧은 열처리 시간으로 인한 에너지 효율적; 더 적은 시간 소비; 및/또는 기존 생산 방법 안으로 용이하게 포함됨, 예를 들어, 프레스 라인의 생산 레이트로 기존 프레스 라인 안에 통합됨. 이러한 통합의 장점은 프레스 라인이 다음으로 T6 또는 T61 템퍼의 스탬핑된 또는 가압된 알루미늄 합금 물품, 예를 들어 모터 비이클 패널을 생산할 수 있으며, 이 물품은 프레스 라인 후의 다음 방법 단계에 들어갈 수 있다. 여기서 개시되는 충격 열처리의 방법은 또한 크게 맞춤가능하여, 생산 방법의 향상된 유연성으로 귀결된다. 예를 들어, 충격 열처리 단계는 모터 비이클 생산 사이클에 용이하게 그리고 효율적으로 통합되어 필요에 따라, 생산되는 물품의 바람직한 특성을 산출할 수 있다.
여기서 설명되는 방법은 충격 열처리를 받는 알루미늄 합금 물품의 강도를 증가시킨다. 다음으로, 증가된 강도는 알루미늄 물품, 예를 들어, 자동차 패널의 두께를 감소시기는 것(다운 게이징(down gauging))을 허여하여, 물품의 무게 및 물품 가격을 감소시킬 수도 있다. 또한, 개시된 충격 열처리에 의해서 달성되는 알루미늄 합금의 향상된 강도 특성은 다양한 산업, 예를 들어 모터 비이클 산업, 특히 자동차 산업에서 알루미늄 합금의 사용을 확대시킬 수 있다.
다음의 예시는 본 발명을 더욱 설명하는 역할을 할 것이나, 동시에 발명의 어떠한 한정을 구성하지 않는다. 반면, 여기의 설명을 읽은 후, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 기술 분야의 당업자에게 시사될 수도 있는 본 발명의 다양한 실시형태, 변경물 및 균등물에 대해 지지할 수도 있다.
실시예
다음 실시예에서, 알루미늄 합금 AA6451의 시트 및 실험적 합금 조성의 시트(이 문헌에서, "합금 A"라 함)를, 포스트-스탬핑 조건을 모방하기 위해 T4 템퍼로 그리고 2% 예비-변형을 갖는 T4 템퍼로 생산하였다. 합금 A는 0.95 내지 1.05 중량% Si, 0.14 내지 0.25 중량% Fe, 0.046 내지 0.1 중량% Mn, 0.95 내지 1.05 중량% Mg, 0.130 내지 0.170 중량% Cr, 0 내지 0.034 중량% Ni, 0 내지 0.1 중량% Zn 및 0.012 내지 0.028 Ti, 잔부의 Al 및 불순물의 조성을 가졌다. 샘플은 염욕 절차 및/또는 열간 프레스, 또는 플래튼 프레스(platen press), 절차에 의해서 열처리되었다. 염욕 절차 동안에, 샘플은 안정된 온도에서 알칼리 질산염의 용융된 염 혼합물을 함유하는 염욕 오븐 안으로의 침지에 의해서 가열되었다. 다음 실시예에서, 열간 프레스 절차 동안 Collin® 프레스가 사용되었다. 이 프레스는 안정된 온도로 가열되었고, 샘플은 프레스의 2개의 플레이트 사이에 놓였고, 그리고 압력이 적용되었다. 압력은 샘플의 매우 빠른 가열을 보장하였다.
실시예 1
열처리 방법의 비교
다음 실시예의 몇몇에서 사용된 염욕과 열간 프레스 가열 방법을 비교하기 위해서, AA6451의 샘플은 염욕 절차에 의해서 그리고 열간 프레스 절차에 의해서 가열되었다. 데이타는 200 ℃, 250 ℃, 및 300 ℃에서 각각 염욕과 열간 프레스로 수집되었다. 양 열처리 절차는 도 2에 도시되는 바와 같이 샘플의 빠른 가열을 보장하였다. 도 2에서 실선은 염욕 절차에 의해서 가열된 샘픔의 온도를 보여 주고, 그리고 파선은 열간 프레스 절차에 의해 가열된 샘플의 온도를 보여 준다. 목표 열처리 온도를 달성하기 위해서 요구되는 시간은 도 2에 도시되는 바와 같이, 염욕 절차에 대해서 대략 15초 그리고 스탬핑 절차에 대해서 대략 5초였다.
염욕 및 열간 프레스 절차는 합금 샘플의 비슷한 경화성을 제공하였다. 샘플의 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2)는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 각각의 열처리 방법 동안 250　℃, 275　℃ 및 300　℃의 온도에서 경화 방법을 모니터링하여 측정되었다. x-축선은 합금이 특정된 온도에 유지되는 시간을 나타낸다. 특정 온도로의 가열 시간은 포함되지 않으나, 열간 프레스 동안 5초 그리고 염욕 침지 동안 15초로 도 2에 표시된 데이타로부터 유추될 수 있다. 도 3은 염욕 및 열간 프레스 절차를 사용하여 거의 동일한 합금 경화성이 예상되는 점을 보인다. 따라서, 다음 실시예에서, 단지 하나의 절차가 각각의 온도에서 사용되는 한편, 결과는 사용된 가열 방법과 무관하게 일반적으로 이 온도에서 가열의 예시이다.
실시예 2
다양한 온도에서 얻어진 항복 강도
피크 항복 강도는 AA6451 샘플 및 합금 A 샘플을 200 내지 350 ℃의 열처리 온도 범위 내의 다양한 온도에서의 열처리를 받게하고 그리고 2% 오프셋 항복 강도(Rp2.0)를 측정함으로써 다양한 온도에서 결정되었다. 도 4 및 도 5는, 양 AA6451 및 합금 A에 대하여, 피크 Rp0 .2가 더 높은 온도에서 더 빠르게 도달되는 한편 200 ℃로부터 350 ℃로의 열처리 온도의 증가는 AA6451 및 합금 A에 대하여 피크 Rp0 .2의 감소를 유발한다는 점을 보인다. 합금 샘플은 300 ℃ 초과의 온도에 대해서 염욕 침지에 의한 그리고 300 ℃ 및 아래의 온도에 대해서 Collin® 프레스에서 열처리를 받았다. 상이한 온도에서 가열 절차의 차이는 이용가능한 장치의 제한의 결과이었고, 그리고 유사한 경화가 2개의 가열 방법에 의해서 달성되는 점을 실시예 1이 나타내었던 바와 같이, 결과에 영향을 주지 않아야 한다. 도 4 및 도 5에서, x-축선은 가열 시간을 포함하지 않으면서, 합금이 특정 온도에서 유지되는 시간을 나타낸다.
도 4a는 다양한 온도에서 열처리를 받는 T4 템퍼의 합금 AA6451에 대한 실험 결과를 도해한다. 패널(A)에서 수평 파선은 10시간 동안 180 ℃에서 열처리 후 T6 템퍼인 동일한 합금 샘플에 대해서 달성된 Rp0.2를 나타내는 기준 선이다.
도 4b는 다양한 온도에서 열처리를 받는 2% 예비-변형을 갖는 T4 템퍼의 합금 AA6451에 대한 실험 결과를 도해한다. 패널(B)에서 수평 파선은 T8X 템퍼에 합금을 놓도록 20 분 동안 185 ℃의 열처리 후에, 동일한 예비-변형된 T4 합금 샘플에 대해서 달성된 Rp0.2를 나타내는 기준 선이다. 도 4b에 도시되는 바와 같이, 2% 예비-변형을 갖는 T4 템퍼의 AA6451 샘플에 대해서, 약 1분(프레스 전체 시간) 동안 275 ℃에서의 열처리는 약 240 MPa의 Rp0 .2로 이어지며, 이는 동일한 합금에 대해서 (185 ℃에서 20분 동안 가열하는) 모의 베이크 경화 방법 동안 전형적으로 달성되는 Rp0 .2에 근접한다. 따라서, 충격 T6 방법을 사용하여, 표준 페인트 베이크를 보지 않을 이 합금으로부터 형성되는 부분, 예를 들어 페인트 베이크 동안 외측 부분에 의해서 실드되는 내측 부분은 이 합금으로부터 페인트 베이크된 부분과 동일한 강도에 도달될 수 있다.
도 5a는 다양한 온도에서 열처리를 받는 T4 템퍼의 합금 A에 대한 실험 결과를 도해한다. 패널(A)에서 수평 파선은 10시간 동안 180 ℃에서 열처리 후 T6 템퍼인 동일한 합금 샘플에 대해서 달성된 Rp0.2를 나타내는 기준 선이다.
도 5b는 다양한 온도에서 열처리를 받는 2% 예비-변형을 갖는 T4 템퍼의 합금 A에 대한 실험 결과를 도해한다. 패널(B)에서 수평 파선은 T8X 템퍼에 합금을 놓도록 20 분 동안 185 ℃의 열처리 후에, 동일한 예비-변형된 T4 합금 샘플에 대해서 달성된 Rp0 .2를 나타내는 기준 선이다. 도 5b에 도시되는 바와 같이, 2% 예비-변형을 갖는 T4 템퍼의 합금 A 샘플에 대해서, 10 내지 15초(프레스 전체 시간) 동안 300 ℃에서의 열처리는 약 300 Mpa의 Rp0.2로 이어지며, 이는 동일한 합금에 대해서 (185 ℃에서 20분 동안 가열하는) 모의 베이크 경화 방법 동안 전형적으로 달성되는 Rp0 .2에 대응한다. 따라서, 충격 T6 방법을 사용하여, 표준 페인트 베이크를 보지 않을 이 합금으로부터 형성되는 부분, 예를 들어 페인트 베이크 동안 외측 부분에 의해서 실드되는 내측 부분은 이 합금으로부터 페인트 베이크된 부분과 동일한 강도에 도달될 수 있다.
열처리 조건의 테스트 동안 달성되는 Rp0.2 증가의 일부가 표 1에 도시된다.
표 1 열처리 조건의 테스트 동안 달성된 Rp0.2 증가
합금 조건 Rp0.2 증가
AA6451, 예비-변형 없음 250　°C, 30 초 30 MPa
275　°C, 30 초 59 MPa
300　°C, 10 초 41 MPa
AA6451, 2% 예비-변형 있음 250　°C 30 초 38 MPa
275　°C, 10 초 30 MPa
300　°C, 10 초 31 MPa
합금 A, 예비-변형 없음 250　°C, 30 초 44 MPa
275　°C, 5 초 35 MPa
275　°C, 10 초 54 MPa
300　°C, 5 초 67 MPa
합금 A, 2% 예비-변형 있음 250　°C 30 초 44 MPa
275　°C, 5 초 35 MPa
300　°C, 5 초 53 MPa
실시예 3
알루미늄 합금 샘플의 조합 열처리
AA6451 및 합금 A의 시트의 샘플은 2-단계 열처리 방법을 받았으며, 이 방법은 Collin® 프레스 열처리 절차(300　℃에서 10 또는 30초) 및 염욕 절차(250 ℃의 다양한 시간)를 포함한다. 예시적인 2-단계 처리 방법은 도 6에 도해되며, 이 도는 30초 동안 300 ℃의 Collin® 프레스에 의한 열처리, 염욕으로 이송, 및 20초 동안 250 ℃에서 염욕에 의한 열처리를 포함하는 AA6451의 샘플의 가열의 방법 동안 시간의 함수로서 합금 시트 온도의 그래프이다.
AA6451의 샘플 및 합금 A의 샘플은 다양한 1-단계 또는 2-단계 열처리를 받았다. 합금의 샘플은 250℃에서의 염욕의 1-단계 열처리; 250 ℃에서의 염욕 처리가 후속되는 10초 동안의 300 ℃에서의 Collin® 프레스 처리를 포함하는 2-단계 열처리; 250 ℃에서의 염욕 처리가 후속되는 10초 또는 30초 동안의 300℃에서의 Collin® 프레스 처리를 포함하는 2-단계 열처리; 또는 300 °C에서의 Collin® 프레스에서의 1-단계 열처리에서 가열되었다. x-축선은, 가열 시간을 포함하지 않으면서, 합금 샘플이 각각의 온도에서 유지되는 시간을 나타낸다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 양 AA6451 및 합금 A에 대해서, 더 높은 Rp0.2 값은 300 ℃에서 1-단계 방법에 의해서보다 2-단계 방법의 양자에 의해서 달성되었다. Rp0.2는 205 ℃에서의 1-단계 방법 동안의 동일한 시간 시간 동안보다 300 ℃ 에서의 1-단계 방법 동안 그리고 2 단계 방법의 (300 ℃에서의) 초기 가열 단계 동안에 더욱 더 신속하게 증가되었다. 그러나, Rp0.2는 300 °C에서 1-단계 절차 동안 동일한 시간 기간에 걸쳐서 증가되었던 것보다 250 °C에서의 제2 가열 단계로 전환된 후 2-단계 방법의 양자 동안에 더욱 신속하게 증가되었다.
실시예 4
충격 열처리된 합금에 대한 충돌 테스트
여기서 개시되는 방법에 의해 처리된 합금 샘플의 충돌성(crashability)이 동일한 합금의 비-열처리된 (즉, T4 템퍼) 샘플에 비교되었다. 이 합금 샘플은 Si 1.0, Fe 0.2, Cu 1.0, Mg 1.0, Mn 0.08, Cr 0.14 (모두 중량%), 0.15 중량% 이하의 불순물의 조성을 가졌고, 알루미늄 잔부를 갖고, 그리고 여기서 "합금 B"로 일컬어진다.
합금 B의 시트(2mm 두께)는 90초 동안(시트를 500 ℃로 올리는 시간을 포함하지 않음) 500 ℃의 오븐 안에서 가열되어 시트를 "충격 T6" 템퍼로 하였다. 시트는 다음으로 접히고 볼팅되어 충돌 튜브를 형성하였다. 제2 충돌 튜브는 T4 템퍼의 합금 B의 시트(2 mm 두께)로부터 형성되었다. 튜브는 준정적(quasistatic) 3-지점 벤드 셋업(수평 충돌 테스트)에서 테스트되었다.
도 8은 수평 충돌 테스트 후 충돌 테스트 튜브의 도해를 도시한다. 도 8a 및 도 8b는 충격 T6 합금 B을 도시한다. 도 8c 및 도 8d는 T4 합금 B를 도시한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 양 튜브는 테스트를 통과했다. 도 9는 적용된 펀치력(kN) 및 변형 에너지(kJ)를 수평 충돌 테스트를 위한 펀치 변위(mm)의 함수로서 도해한다. 도 9a는 충격 T6 템퍼의 합금 B에 대한 변위의 함수로서 힘 및 변형 에너지의 그래프이고, 도 9b는 T4 템퍼의 합금 B에 대한 변위의 함수로서 힘 및 변형 에너지의 그래프이다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 충격 T6 템퍼 합금은 T4 템퍼 합금보다 26% 더 많은 에너지를 흡수하였다(1.9 kJ에 비교하여 2.4 kJ).
이 테스트는 여기서 개시되는 방법에 의해 처리되는 재료가 양호한 충돌성을 갖는다는 점을 나타낸다. 여기서 개시되는 방법에 의해 처리되는 재료는 T4 재료에 비교하여 충돌 동안 더 많은 에너지를 흡수하나, 표준 T6 재료만큼 꽤 많지 않다.
여기서 개시되는 방법에 의해 처리되는 알루미늄 합금 샘플 및 표준 열처리에 의해서 처리되는 동일한 합금 샘플의 충돌성이 또한 비교되었다. 합금은 0.91 Si, 0.21 Fe, 0.08 Cu, 0.14 Mn, 0.68 Mg, 0.04 Cr, 및 0.030 Ti (모두 중량%), 0.15 중량% 이하 불순물의 조성을 가졌고, 알루미늄 잔부를 갖고, 그리고 여기서 "합금 C"로 일컬어진다.
T4 템퍼의 합금 C의 시트(2.5mm 두께)는 1분 동안(시트를 275 ℃로 올리는 25초를 포함하지 않음) 275 ℃의 염욕에서 충격 열처리에 의해서 가열되어 시트를 "충격 T6" 템퍼로 하였다. 시트는 다음으로 접히고 볼팅되어 충돌 튜브를 형성하였다. 제2 충돌 튜브는 T4 템퍼의 합금 C의 시트(2.5 mm 두께)로부터 형성되었다. 형성된 후, 튜브는 180 ℃에서 25 분 동안 가열되어 ISO2107에 의해서 정의되는 바와 같은 T62 템퍼의 튜브로 되었다. 추가적인 가열 조건은 T62 튜브에 충격 T6 튜브와 동일한 Rp0.2, 즉 약 200 MPa을 주도록 선택되었다. 튜브는 일정한 준정적 속도로 프레스에서 수직 압축으로 테스트되었다(수직 충돌 테스트).
도 10은 수직 충돌 테스트 후 충돌 테스트 튜브의 도해를 도시한다. 도 10a 및 도 10c는 테스트 후 충돌 튜브의 측면도를 도시하고, 그리고 도 10b 및 도 10d는 테스트 후 충돌 튜브의 저면도를 도시한다. 도 10a 및 도 10b는 테스트 후 합금 C 충격 T6 튜브를 도시한다. 도 10c 및 도 10d는 테스트 후 합금 C T62 튜브를 도시한다. 충격 T6의 충돌 튜브는 수직 충돌 테스트에서 찢어짐 또는 크랙 없이 파쇄시 성공적으로 접혔으나, 기준 충돌 튜브는 도 10c 상에 식별되는 영역(410)에서 약간의 표면 크랙을 보였다. 로드 및 에너지는 합금 재료의 변위의 함수로서 측정되었다. 도 11은 충격 T6 및 T62 재료에 대한 변위의 함수로서 로드 및 에너지의 그래프이며 충돌 테스트 동안 충격 T6 튜브가 더 적은 에너지를 흡수한 점을 도해한다.
종래의 열처리와 비교하여, 충격 열처리는, ISO 6892-1에 의해서 측정될 때 더 낮은 극한 인장 강도를 가지나, 동일한 Rp0 .2에 대해서 ISO 7438(일반 굽힘 표준) 및 VDA 238-100에 의해서 측정될 때 약간 더 양호한 굽힘 성능을 갖는 합금으로 귀결된다. 도 12는 VDA 238-100에 따라 행해진 굽힘 성능 테스트의 개략도이다. 표 4는 테스트의 결과를 요약한다.
충격 T6 T62
Rp/Rm [MPa] 200/204 198/281
DC (알파) [o] 115 107
충돌 랭킹(crash ranking) 완전함 양호
충돌 에너지[kJ] 10.4 11.7
실시예 5
고온 공기를 사용하는 충격 열처리
고온 공기에 의한 충격 열처리는 열간 프레스에 의한 충격 열처리와 유사한 경화를 제공할 수 있다. 합금 A의 샘플은 250　℃, 275 ℃, 또는 300 ℃로 가열된 Collin® 프레스를 사용하여 또는 350 ℃, 400 ℃, 또는 500 ℃의 고온 공기를 사용하여 가열되었다.
도 13은 상이한 가열 방법을 사용하여 가열되는 샘플에 대한 시간의 함수로서 Rp0.2의 증가를 도시하는 그래프이다. Rp0.2는 열간 프레스 방법으로 더욱 신속하게 증가되나, 유사한 최대 Rp0.2는 약 120 초 만큼 작은 시간 후에 고온 공기 방법을 사용하여 도달되었다.
실시예 6
프리에이징된 재료 대 비-프리에이징된 재료에 대한 충격 열처리
T4 템퍼인 AA6451의 프리에이징된 샘플 및 비-프리에이징된 재료는 250 ℃ 및 275 ℃에서 Collin® 프레스에서 충격 열처리되었다. 2% 예비변형을 갖는 T4 템퍼인 AA6451의 프리에이징된 샘플 및 비-프리에이징된 재료는 250 ℃ 및 275 ℃에서 Collin® 프레스에서 또한 가열되었다. 도 14는 샘플의 시효 곡선을 도시한다. 도 14a는 T4 재료에 대한 시간의 함수로서 Rp0.2 (MPa)를 도시하며, "PX"는 프리에이징을 나타내며, 그리고 도 14b는 T4 + 2% 예비변형 재료에 대한 시간의 함수로서 Rp0.2을 도시하며, 다시 "PX"는 프리에이징을 나타낸다. 충격 열처리 후, 250 ℃ 및 275 ℃ 모두에서 처리된 프리에이징된 T4 AA6451는 유사한 비-프리에이징된 샘플보다 더 높은 강도를 제공하였다. 유사하게, 충격 열처리 후, 250 ℃ 및 275 ℃ 모두에서 처리된 2% 예비변형을 갖는 프리에이징된 T4 AA6451는 유사한 비-프리에이징된 샘플보다 더 높은 강도를 제공하였다.
실시예 7
자동차 생산 방법에서 충격 열처리의 통합
충격 열처리 단계는 프레스된 자동차 패널의 제작을 위한 생산 라인에 통합될 수도 있다. 충격 열처리 단계는, 이러한 처리가 유리할 수도 있는 임의의 지점에서 통합될 수도 있다. 예를 들어, 충격 열처리 단계는 프레싱 스테이션 다음에, 프레싱 스테이션 시리즈의 프레스들 사이의 하나 이상의 위치에서, 그리고/또는 이 시리즈의 마지막 프레스 다음에 통합될 수도 있다. 생산 라인의 일 실시예가 도 15에 개략적으로 도해된다. 프레스의 시퀀스는 5개의 프레싱 스테이션으로서 배열된다. 도 15에 도해되는 생산 라인은 패널의 마지막 형상을 달성하기 위해서 필요한 5개 이하의 프레싱 스테이션(프레스)를 포함한다. 예시적인 방법 동안, 프레싱 스테이션으로 패널을 이송할 필요 때문에, 프레싱 스테이션 전 또는 사이에 대기 기간이 있다. 하나 이상의 충격 열처리 단계는, 도 15에서 화살표에 의해서 도시되는 바와 같이, 이 대기 기간 동안 실행될 수도 있다. 시간 길이는 스탬핑 속도에 적합하다. 일 예시에서, 충격 열처리 단계는 마지막 프레싱 스테이션 다음에 접촉 가열 스테이션을 추가함으로써 생산 사이클 안으로 통합된다. 다른 예시에서, 충격 열처리 단계는 프레싱 스테이션 4와 5 사이에 접촉 가열 스테이션을 추가함으로써 생산 사이클 안으로 통합된다. 또 하나의 예시에서, 몇 개의 충격 열처리 단계는 프레싱 스테이션 사이에 또는 프레싱 스테이션 각각의 다음에, 접촉 가열 스테이션을 추가함으로써 생산 사이클 안으로 통합된다. 충격 열처리는 프레싱 스테이션 사이에 통합된 접촉 스테이션에서 5 내지 30초 동안 행해진다. 충격 열처리 단계가 만약 30초보다 더 많은 시간, 예를 들어, 30 내지 60초를 요구한다면, 이러한 단계는 마지막 프레싱 스테이션 다음에 통합되는 접촉 가열 스테이션에서 추가된다. 생산 라인 안으로 충격 열처리의 통합은 생산 비용을 감소시킨다.
위에서 언급된 모든 특허, 특허 출원, 공개 및 요약은 참조에 의해 그들 전체로서 여기에 포함된다. 본 발명의 다양한 실시형태는 본 발명의 다양한 목적을 충족하도록 설명되었다. 이 실시형태는 본 발명의 원리를 단지 도해하는 것이다. 본 발명의 많은 변경물 및 수정물은 다음의 청구항에서 정의되는 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 합금 물품을 제조하기 위한 방법이며,
    10 내지 220　℃/초의 가열 속도로 250 내지 300　℃의 열처리 온도로 하나 이상의 부분을 갖는 형상화된 알루미늄 합금 물품의 적어도 하나의 부분을 일회 이상 가열하는 단계; 및,
    60초 이하의 시간 기간 동안 상기 열처리 온도를 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 상기 적어도 하나의 부분은 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금을 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 상기 적어도 하나의 부분을 가열하기 전에, 하나 이상의 부분을 갖는 형상화된 알루미늄 합금 물품을 형성하도록 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 알루미늄 합금 시트를 형상화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 형상화하는 단계는 상기 알루미늄 합금 시트를 스탬핑, 프레싱 및/또는 프레스-성형하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 온도는 5 내지 30 초 동안 유지되는, 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금은 2xxx, 6xxx 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금인, 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금은 상기 가열 단계 전에 T4 템퍼에 있는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금은 상기 가열 단계 후에 T6 또는 T61 템퍼에 있는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시효 경화성, 열-처리가능 알루미늄 합금의 항복 강도는 적어도 30 내지 50 MPa 만큼 상기 가열 단계 후에 증가되는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 단계는 전도성 가열인, 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 단계는 상보적인 형상의 하나 이상의 가열된 다이의 적용에 의하는 것인, 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부분은 전체 형상화된 알루미늄 합금 물품인, 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부분은 적어도 2개의 부분이고, 그리고 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품의 상기 적어도 2개의 부분은 동일한 또는 상이한 온도에서 가열되는, 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 제2 시간 기간 동안 제2 열처리 온도에서의 제2 가열 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제2 시간 기간은 상기 제1 시간 기간과 상이한, 방법.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 제1 열처리 온도 및 상기 제2 열처리 온도는 2개의 상이한 온도인, 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 제2 열처리 온도는 상기 제1 열처리 온도보다 더 낮은, 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형상화된 알루미늄 합금 물품은 모터 비이클 패널(motor vehicle panel)인, 방법.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항의 방법에 의해서 생산되는 열-처리된, 형상화된 알루미늄 합금 물품.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 열-처리된, 형상화된 알루미늄 합금 물품은 모터 비이클 패널인, 열-처리된, 형상화된 알루미늄 합금 물품.
  20. 청구항 19의 모터 비이클 패널을 포함하는 모터 비이클 바디.
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