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KR20200106037A - 휠과 같은 용례를 위한 알루미늄 합금 및 제조 방법 - Google Patents

휠과 같은 용례를 위한 알루미늄 합금 및 제조 방법 Download PDF

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KR20200106037A
KR20200106037A KR1020207019705A KR20207019705A KR20200106037A KR 20200106037 A KR20200106037 A KR 20200106037A KR 1020207019705 A KR1020207019705 A KR 1020207019705A KR 20207019705 A KR20207019705 A KR 20207019705A KR 20200106037 A KR20200106037 A KR 20200106037A
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니콜라스 이. 난닌가
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애큐라이드코포레이션
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Abstract

본원에서 설명된 알루미늄 합금은 규소, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 및 크롬을 포함한다. 다양한 구현예에서, 알루미늄 합금은 또한 아연 및 티타늄 중 하나 이상을 포함한다. 전형적으로, 알루미늄 합금의 철 및 망간의 총량은 0.28 중량% 이상 0.45 중량% 이하이고, 알루미늄 합금 내의 결정립은 6 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다. 알루미늄 합금 빌렛은 선택된 온도에서 휠 생산을 위해 단조될 수 있다.

Description

휠과 같은 용례를 위한 알루미늄 합금 및 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 1월 12일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제 62/617,018에 대한 우선권을 주장하며, 그 개시내용은 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 개시내용은 알루미늄 합금을 위한 재료, 방법 및 제조 기술에 관한 것이다. 예시적인 용례는 알루미늄 휠의 준비 및 제조에 관한 것이다.
알루미늄 휠은 하나 이상의 위치에서 피로를 경험하고 균열을 발생시킬 수 있다. 도 1a는 예시적인 휠(10)의 부분 측단면도이다. 도 1b는 예시적 휠(10)의 부분 전방 평면도이다. 휠(10)은 천이 반경(20) 부근에 연결된 림(12) 및 디스크(16)를 포함한다. 림(12)은 림 드롭 중심(14) 및 폐쇄 측부 플랜지(18)를 포함한다. 디스크(16)는 복수의 핸드 홀(hand hole)(22)을 형성한다. 장착부에서, 디스크(16)는 오목 디스크 면(24)과 볼록 디스크 면(26)을 형성한다. 전형적으로, 피로로부터의 휠 균열은 림 드롭 중심에서, 폐쇄 측부 플랜지 부근에서, 천이 반경 부근에서, 오목 디스크 면에서, 볼록 디스크 면에서, 및 핸드 홀에 인접하여 발생할 수 있다.
차량 휠은 알루미늄 합금 및 스틸과 같은 다양한 재료로 제조된다. 차량 휠에 대한 안전성 및 성능 고려사항은 연장된 기간의 시간 동안 피로에 저항하는 주어진 휠의 능력을 포함한다. 스틸 휠보다 가볍게 설계되는 알루미늄 휠에 의해 이러한 목표를 달성하는 것이 특히 어렵다.
본원에서 개시되고 고려되는 재료, 방법 및 기술은 알루미늄 합금에 관한 것이다. 본원에 개시된 알루미늄 합금으로 및 본원에 개시된 방법 및 기술에 따라 제조되는 알루미늄 휠은 기존의 알루미늄 휠에 비해 개선된 성능을 나타낸다.
일 양태에서, 알루미늄 합금이 개시된다. 알루미늄 합금은 중량 기준으로 0.80% 내지 1.20% 규소; 0.08% 내지 0.37% 철; 0.35% 내지 0.55% 구리; 0.07% 내지 0.37% 망간; 0.70% 내지 1.20% 마그네슘; 0.05% 내지 0.11% 크롬; 0.20% 이하의 아연; 및 0.05% 이하의 티타늄, 및 알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부를 포함한다.
다른 양태에서, 림 및 디스크를 갖는 알루미늄 휠이 개시된다. 알루미늄 휠은 중량 기준으로 0.80% 내지 1.20% 규소; 0.08% 내지 0.37% 철; 0.35% 내지 0.55% 구리; 0.07% 내지 0.37% 망간; 0.70% 내지 1.20% 마그네슘; 0.05% 내지 0.11% 크롬; 0.20% 이하의 아연; 및 0.05% 이하의 티타늄, 및 알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부를 포함하는 알루미늄 합금으로 형성된다.
다른 양태에서, 알루미늄 합금을 제조하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 알루미늄 합금 빌렛(billet)을 수용하는 단계 및 상기 알루미늄 합금 빌렛을 275℃ 이상 460℃ 이하의 온도에서 단조하는 단계를 포함한다. 알루미늄 합금 빌렛은 중량 기준으로 0.80% 내지 1.20% 규소; 0.08% 내지 0.37% 철; 0.35% 내지 0.55% 구리; 0.07% 내지 0.37% 망간; 0.70% 내지 1.20% 마그네슘; 0.05% 내지 0.11% 크롬; 0.20% 이하의 아연; 및 0.05% 이하의 티타늄, 및 알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 상세한 설명 및 첨부된 도면을 고려함으로써 명백해질 것이다. 본 개시내용에 따른 어떤 이점을 얻기 위해서, 재료, 기술 또는 방법이 본원에 특징지어진 상세 모두를 포함한다는 특정 요건은 없다. 따라서, 특징지어진 특정예는 설명된 기술의 예시적인 용례를 의미하는 것이며, 대안이 가능하다.
도 1a는 종래 기술의 알루미늄 휠의 부분 측단면도이다. 도 1b는 도 1a에 도시되는 휠의 부분 정면 평면도이다.
도 2는 현미경사진에서의 결정립 폭 및 결정립 길이의 예시적인 결정이다.
도 3은 에칭 시험 합금으로부터의 실험 결과의 사진을 도시한다.
도 4는 에칭 후의 다양한 시험 휠에 대한 결정립 구조를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시되는 시험 휠 각각의 피로 성능을 도시한다.
도 6은 2개의 상이한 합금에 대해 도 4에 도시되는 시험 휠 E의 피로 성능을 도시한다.
도 7은 ASTM B368 및 이후의 반경방향 휠 피로 시험에 노출되는 도 4에 도시되는 2개의 시험 휠에 대한 피로 성능을 도시한다.
도 8은 상이한 합금으로 구성된 2개의 단조품에 대한 톤수-스트로크 플롯을 도시한다.
도 9는 도 8의 합금에 대한 유동 응력 곡선 플롯을 도시한다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 3개의 상이한 빌렛의 표면의 주사 전자 현미경사진을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 도 10a 내지 도 10c에 도시되는 빌렛의 에칭된 표면의 광학 현미경사진을 도시한다.
도 12는 상이한 온도에서 단조될 때의 도 10a 내지 도 10c의 3개 합금에 대한 결정립 길이를 도시한다.
도 13은 상이한 온도에서 단조된 도 10a 내지 도 10c의 3개의 합금을 사용하여 제조된 휠의 경사면에서의 미세 결정립의 분율을 도시한다.
도 14는 상이한 온도에서 단조된 도 10a 내지 도 10c의 3개의 합금을 사용하여 제조된 휠의 장착 영역에서의 미세 결정립의 분율을 도시한다.
도 15는 상이한 온도에서 단조된 도 10a 내지 도 10c의 3개의 합금을 사용하여 제조된 휠의 디스크 영역에서의 미세 결정립의 분율을 도시한다.
도 16은 도 10a 내지 도 10c에 도시되는 합금 중 하나의 현미경사진이다.
도 17은 상이한 온도에서 단조된 도 10a 내지 도 10c의 3개의 합금을 사용하여 제조된 휠의 사이클 수 대 파괴를 도시한다.
본원에서 설명되고 고려되는 알루미늄 합금은 알루미늄 휠 제조에 사용하기에 특히 적합하다. 예를 들어, 본원에서 설명되고 고려되는 재료, 기술 및 방법을 사용하여 제조된 알루미늄 휠은 개선된 피로 성능을 갖는다. 광범위하게 특징지어지는, 본원에 개시된 알루미늄 휠 내의 유리한 특성은 본원에 개시된 구성요소 및 기술의 선택 및 성능에 기인하는 결정립 구조에 기인할 수 있다.
다음의 섹션에서, 예시적 알루미늄 합금의 다양한 특성을 포함하는 예시적인 알루미늄 합금이 설명된다. 알루미늄 휠을 제조하는 예시적 방법이 또한 설명된다. 마지막으로, 예시적인 알루미늄 합금 및 예시적인 알루미늄 합금으로 제조된 휠에 관련된 실험 시험 결과에 대한 설명이 제공된다.
I. 예시적인 알루미늄 합금
본원에서 설명되고 고려되는 알루미늄 합금은, 예를 들어 구성요소, 결정립 구조 또는 분산질에 의해 특징지어질 수 있다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금 내의 철 및 망간의 총량은 0.28 중량% 이상 0.45 중량% 이하이다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금 내의 결정립은 6 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다.
A. 예시적인 구성요소 및 양
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 조성물은 알루미늄 이외에 다양한 중량 백분율의 다양한 구성요소를 포함한다. 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금에 포함될 수 있는 예시적 구성요소는 규소(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및/또는 티타늄(Ti)을 포함한다. 특별히 이론에 구속되지 않고, Si 및 Cu 양자 모두는 알루미늄 합금의 강도 및 피로 저항성을 증가시키는 것으로 여겨진다.
다양한 구현예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 중량 기준으로 0.80% 내지 1.20% 규소; 0.08% 내지 0.37% 철; 0.35% 내지 0.55% 구리; 0.07% 내지 0.37% 망간; 0.70% 내지 1.20% 마그네슘; 0.05% 내지 0.11% 크롬; 및 알루미늄 및 어떤 경우에는 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부를 포함한다. 다양한 실시예에서, 알루미늄 합금은 0.20% 이하의 아연 또는 0.05% 이하의 티타늄을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 중량 기준으로 0.90% 내지 1.00% 규소; 0.08% 내지 0.37% 철; 0.40% 내지 0.50% 구리; 0.07% 내지 0.37% 망간; 1.00% 내지 1.10% 마그네슘; 0.05% 내지 0.11% 크롬; 및 알루미늄 및 어떤 경우에는 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부를 포함한다. 다양한 실시예에서, 알루미늄 합금은 0.20% 이하의 아연 또는 0.05% 이하의 티타늄을 더 포함할 수 있다.
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 또한 철 및 망간의 총량(즉, 철의 중량% 및 망간의 중량%의 합)에 의해 특징지어질 수 있다. 다양한 실시예에서, 철 및 망간의 총량은 0.28 중량% 이상이다. 다른 실시예에서, 철 및 망간의 총량은 0.45 중량% 이하이다. 또 다른 실시예에서, 철 및 망간의 총량은 0.28 중량% 이상 0.45 중량% 이하이다. 또 다른 실시예에서, 철 및 망간의 총량은 0.30 중량% 이상 0.37 중량% 이하이다.
개시된 합금에서의 부수 원소 및 불순물은 이들에 한정되는 것은 아니지만 니켈, 바나듐, 지르코늄, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, 본원에 개시된 합금에서는 총량으로 1% 이하, 0.9% 이하, 0.8% 이하, 0.7% 이하, 0.6% 이하, 0.5% 이하, 0.4% 이하, 0.3% 이하, 0.2% 이하, 0.1% 이하, 0.05% 이하, 0.01% 이하, 또는 0.001% 이하로 존재할 수 있다.
본원에 기재된 합금은 위에서 언급된 성분만을 포함할 수 있고, 본질적으로 이러한 성분으로 구성될 수 있거나, 또는 다른 실시예에서는 추가 성분을 포함할 수 있다.
B. 결정립 구조
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 조성물은 또한 결정립 구조에 의해 특징지어질 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "결정립"은 일반적으로 5 내지 25의 길이 대 폭의 종횡비를 갖는, 알루미늄 합금에서의 팬케이크 형상의 별개의 결정이다. 결정립 크기 분석은 결정립 길이 및 결정립 폭과 관련하여 논의될 수 있고, 결정립 길이 및 결정립 폭 측정의 양자 모두는 결정립의 평균값이다. 결정립 폭(202) 및 결정립 길이(204)의 예시적인 식별이 도 2에 도시되어 있다. 본 개시내용에 대해서, 결정립 크기는 전형적으로 밀리미터의 스케일로 측정된다.
일반적으로 말하면, 성형 및 열처리 공정 동안, 결정립 크기는 변화한다. 결정립 크기 변화는 사용된 성형 공정의 유형 및 분산질의 양에 관련된다. 분산질은 화학 조성물의 일부이고, 합금 내의 특정 원소(예를 들어, Fe, Mn, Cr)로부터 형성된다. 분산질 밀도는 결과적인 결정립 구조 및 결정립 크기를 제어할 수 있다.
결정립 크기는 다음의 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 먼저, 샘플이 최종 콜로이드 실리카(0.04 μm) 연마제로 금속조직학적으로 연마된다. 일부 경우에, 샘플은 알루미늄 휠의 디스크 경사면 부분으로부터 얻어진다. 이어서, Keller의 시약(2 ml HF, 3 ml HCL, 5 ml HNO3, 190 ml H2O)에 의한 스왑 에칭(swab etch)이 대략 1분 동안 수행된다. 이어서, 광학 현미경 및 결정립 크기 측정은 수평 (길이) 및 수직 (폭) 방향으로 ASTM E112 라인 방법에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금이 휠의 제조에 이용되는 구현예에서, 결정립 크기가 휠 피로 성능에 영향을 미친다. 실험예에서 아래에 도시되는 바와 같이, 휠 피로 성능은 6.0 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는 합금에 의해 개선된다.
결정립이 미세할수록 전형적으로 피로 균열의 형성에 더 잘 저항하게 된다. 미세 결정립은 주조 동안 형성된 재결정화되지 않은 결정립, 열간 단조 동안 형성된 아결정립(subgrain)을 갖는 재결정화되지 않은 결정립, 및/또는 열간 단조 동안 형성된 동적으로 재결정화된 결정립으로서 형성될 수 있다.
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금으로 형성된 알루미늄 휠은 휠의 디스크 부분에서 면적 분율로 50% 미만의 미세 결정립을 갖는다. 다양한 실시예에서, 알루미늄 휠은 휠의 디스크 부분에서 면적 분율로 45% 미만; 40% 미만; 30% 미만; 25% 미만; 또는 20% 미만의 미세 결정립을 갖는다.
본 개시내용은, 피로 균열로 이어지는 프레팅-피로(fretting-fatigue)가 차량 장착 구성으로 인한 휠의 디스크 면 상에서의 공통 파괴 모드라는 것을 나타낸다. 중간 재결정화 결정립은 휠의 이러한 부분에서 프레팅-피로 및 피로 균열 성장에 대한 휠의 저항을 명백하게 향상시킬 수 있다. 또한, 중간 재결정화 결정립 구조는 휠의 다른 부분에서 피로 균열 개시 및 피로 균열 성장의 양자 모두에 대한 양호한 저항을 제공한다.
본원에서 개시되고 고려되는 기술 및 방법에 따라 단조된 알루미늄 합금은 6.0 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다. 다양한 실시예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 4 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다. 다른 실시예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 0.4 mm 이상 6 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다. 특정 예로서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 5.50 mm 이하; 5.00 mm 이하; 4.75 mm 이하; 4.50 mm 이하; 4.25 mm 이하; 4.00 mm 이하; 3.75 mm 이하; 3.50 mm 이하; 3.25 mm 이하; 3.00 mm 이하; 2.75 mm 이하; 2.50 mm 이하; 2.25 mm 이하; 2.00 mm 이하; 1.75 mm 이하; 1.50 mm 이하; 1.25 mm 이하; 1.00 mm 이하; 0.75 mm 이하; 0.50 mm 이하; 또는 0.40 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는다.
결정립 크기는 또한 평균 결정립 폭에 관하여 결정될 수 있다. 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금은 전형적으로 평균 결정립 길이가 4 mm 초과 내지 6 mm 미만일 때에도 0.40 mm 이하의 결정립 폭을 갖는다. 일부 경우에, 결정립 폭은 0.30 mm 이하이다. 다른 경우에, 결정립 폭은 0.25 mm 이상이다.
결정립 크기 결정은 전형적으로 하나 이상의 샘플 내의 결정립의 평균 결정립 길이 및 폭을 결정하는 것을 포함한다. 샘플은 휠의 2차원 섹션이다. 결정립 크기는 각각의 샘플에서 결정될 수 있고, 결정에 다수의 샘플이 사용되는 경우, 결정립 크기는 평균될 수 있다. 일례로서, 휠 프로파일을 따른 다수의 샘플이 얻어지고, 각각의 샘플은 25 mm의 길이 및 휠 두께와 동일한 폭을 가질 수 있다.
C. 분산질
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 조성물은 분산질에 의해 특징지어질 수도 있다. "분산질"이라는 용어는 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 일반적으로 다양한 합금 구성요소의 단편을 지칭한다. 예를 들어, 분산질은 철, 망간, 크롬, 티타늄, 및/또는 다양한 화학량론의 (Al-Fe-Si, Al-Mn, Al-Cr, Al-Fe(Mn,Cr)-Si, Al-V, Al-Zr, Al-Ti)을 갖는 규소 농후 금속간 화합물일 수 있다.
일반적으로 말하면, 원하는 결정립 구조(예를 들어, 결정립 크기 및 분포)는 알루미늄 합금에서의 분산질의 수, 크기 및 분포에 의해 영향을 받는다. 통상의 상업적으로 이용가능한 알루미늄 합금에 대해, 알루미늄 합금 내의 분산질의 수는 주조된 빌렛의 균질화 온도뿐만 아니라 철, 망간 또는 크롬의 양과 관련될 수 있다.
균질화 방법은 본원에서 개시되고 고려되는 바와 같은 하나 이상의 원하는 특성을 얻도록 구성될 수 있다. 일례로서, 균질화는 빌렛을 2시간 내지 8시간 동안 550℃ 내지 575℃의 온도로 서서히 가열하고, 이어서 공기 중에서 팬 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 균질화는 550℃ 내지 560℃의 온도에서 발생한다. 일부 경우에, 균질화 가열은 약 4시간 동안 발생한다.
다양한 구현예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 내의 분산질은 1μm2 당 0.20 이하의 분포를 갖는다. 다른 구현예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 내의 분산질은 1μm2 당 0.10 이하의 분포를 갖는다. 또 다른 구현예에서, 본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 내의 분산질은 1μm2 당 0.06 내지 1μm2 당 0.10의 분포를 갖는다. 1μm2 당 0.03 미만의 분포는 결정립 구조의 과도한 조대화를 초래할 수 있다.
다양한 구현예에서, 분산질은 230 nm 내지 260 nm의 평균 크기를 갖는다. 다른 구현예에서, 분산질은 230 nm 내지 250 nm의 평균 크기를 갖는다. 또 다른 구현예에서, 분산질은 228 nm 내지 248 nm의 평균 크기를 갖는다.
D. 단조
본원에서 개시되고 고려되는 알루미늄 합금 조성물의 빌렛은 다양한 제품을 생산하기 위해 종래의 폐쇄형 다이 단조 프레스 상에서 단조될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 빌렛은 폐쇄형 다이 단조 프레스를 사용하여 휠의 미리 기계가공된 디스크 부분 내로 단조될 수 있다.
알루미늄 합금 빌렛 단조는 대기압 조건을 가정하여 다양한 온도에서 발생할 수 있다. 대기압 조건은 본 개시내용의 공정이 동작되는 위치에서의 외부 환경의 압력을 의미한다. 예로서, 알루미늄 합금 빌렛은 275℃ 이상 460℃ 이하의 온도에서 단조될 수 있다. 다른 구현예에서, 알루미늄 합금 빌렛은 350℃ 이상 400℃ 이하의 온도에서 단조된다. 또 다른 구현예에서, 알루미늄 합금 빌렛은 370℃ 이상 427℃ 또는 450℃ 이하의 온도에서 단조된다. 또 다른 구현예에서, 알루미늄 합금 빌렛은 275℃ 이상 427℃ 이하의 온도에서 단조된다. 특정 예로서, 주조된 알루미늄 합금 빌렛은 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃, 310℃, 320℃, 330℃, 340℃, 350℃, 360℃, 370℃, 380℃, 390℃, 400℃, 410℃, 420℃, 427℃, 430℃, 440℃, 450℃, 또는 460℃의 온도에서 단조된다.
일반적으로, 더 높은 단조 온도는 더 양호한 다이 수명 장기화를 제공한다. 본원에서 개시되고 고려되는 합금 및 휠은 더 높은 단조 온도에서 전술한 결정립 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본원에서 개시되는 합금 및 휠의 관련 이익은 개선된 다이 수명 장기화일 수 있다.
II. 알루미늄 휠을 제조하는 예시적인 방법
알루미늄 휠을 제조하기 위한 예시적인 방법은 먼저 주조된 및 균질화된 알루미늄 합금 빌렛을 수용하는 단계를 포함하고, 알루미늄 합금 빌렛은 상술된 하나 이상의 특성 및 구성요소를 포함한다. 이후 주조 알루미늄 합금 빌렛은 260℃ 내지 460℃의 온도로 가열된다.
빌렛을 가열한 후에, 휠 프로파일은 0.0254 내지 2.54 cm/cm/sec의 변형률로 빌렛에 대해 하나의 연속적인 타격을 갖는 종래의 폐쇄형 다이 단조 프레스를 사용하여 단조된다. 이러한 동작 동안, 단조 프레스 내의 재료는 동적 재결정화를 겪는다.
휠 프로파일의 단조 후에, 림 윤곽이 21℃ 내지 316℃의 온도에서 성형된다. 이어서, 510℃ 내지 566℃의 온도에서 용액 열처리가 수행된다. 용액 열처리 동안, 디스크 내의 재료는 원하는 결정립 크기를 얻기 위해 정적 재결정화, 결정립 성장, 또는 양자 모두를 경험한다. 일부 경우에, 디스크 내의 재료는 열처리 동안 대략 538℃이다.
다단식 단조 공정과 같은 다른 단조 공정이 가능하다. 예를 들어, 예시적인 방법은 팬케이크, 이어서 보울 형상을 단조하는 단계, 및 이어서 림을 단조하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 예시적인 방법은 팬케이크, 이어서 보울을 단조하는 단계, 및 이어서 림을 스핀 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
이후, 단조물이 켄칭된다. 켄칭 후에, 단조물은 148℃ 내지 233℃의 온도에서 에이징된다. 마지막으로, 휠은 단조물의 중앙부로부터 기계가공된다.
III. 실험예
위에서 개시된 알루미늄 합금들의 실험예가 만들어지고 시험되었다. 일부 경우에, 실험예는 휠로 성형되었고 기존의 상업적인 휠과 비교되었다. 특히, 합금 및 휠에 대한 실험은 피로 성능 결정, 실험적 제조 방법, 및 결정립 및 분산질 분석과 같은 성능 시험을 포함하였다.
A. 실험적 결정립 크기 개발
다양한 알루미늄 휠에 대한 결정립 크기를 평가하기 위해 예시적인 합금으로 실험을 수행하였다. 특히, 실험의 하나의 목적은 바람직하게는 427℃ 이하인 단조 온도를 사용하면서 개선된 휠 피로 성능을 위해 결정립 크기를 최적화하는 것이었다. 2개의 상이한 합금이 시험되었고, 각각의 합금은 371℃, 399℃, 427℃ 및 454℃의 온도에서 단조되었다. 2개의 합금은 하기 표 1에 열거되어 있다.
전통적인 폐쇄형 단조 작업에서 시험된 예시적인 합금.
시험 합금 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
1 1.09 0.21 0.45 0.21 0.95 0.18 0.01 0.017
2 0.92 0.28 0.46 0.17 1.06 0.19 0.02 0.025
실험에서, 결정립 크기 분석은 디스크 경사면에 대해서만 수행되었다. 결정립 크기는 결정립의 평균 길이이다. 실험은 디스크 내의 재결정화된 및 재결정화되지 않은 결정립의 소정 분율에 대한 데이터를 수집하는 것을 포함하지 않았다. 피로 시험은 또한 각각의 합금에 대해 수행되었고, 여기서 피로 수명은 Accuride Test Standard CE-006(SAE J267에 따름)에 기초한 추정이다. 각각의 시험 합금에 대한 결정립 크기 분석 데이터는 아래의 표 2에 도시된다.
표 1의 시험 합금에 대한 실험 결과. 파괴는 이들이 일어나는 위치, 즉: CC = 오목부; HH = 핸드 홀; TR = 비드 시트 아래의 디스크 내지 림 천이부에 의해 표 2에 표시된다.
시험 합금 단조 온도 (℃) 결정립 크기(mm) 추정된 피로 수명(사이클) 파괴 모드
1 454 25.4 516,667 CC-HH-TR
427 5.33 683,333 CC-HH-TR
371 2.03 933,333 CC-HH-TR
2 454 19.3 333,333 CC-HH-TR
427 4.83 633,333 CC-HH-TR
399 3.81 966,667 CC-HH-TR
371 1.27 1,100,000 CC-HH-TR
상기 표 2에 도시되는 바와 같이, 일반적으로, 단조 온도가 증가함에 따라, 결정립 크기도 증가한다. 추가로, 결정립 크기가 감소함에 따라, 추정된 피로 수명이 개선된다. 특정 이론에 구속되지 않고, 더 높은 온도에서의 양 시험 합금에 대한 성능의 천이는 결정립 조대화 및 미세 결정립의 안정화의 조합과 연관되는 것으로 여겨진다.
도 3은 371℃, 399℃, 427℃, 및 454℃에서 2개의 시험 합금 1 및 2를 에칭하는 것으로부터 실험 결과의 사진을 도시한다. 에칭은 (1) 120 그릿(grit) SiC에 의한 균일한 연삭 및 (2) 실온에서의 300 mL H2O, 75 g FeCl3, 450 mL HNO3 및 150 mL HCl의 용액 내에서의 5분에 의해 수행된다. 454℃에서의 합금 1 및 합금 2의 도 3의 사진에 도시되는 바와 같이, 미세 결정립의 결정립 조대화 및 안정화가 존재한다. 400℃ 미만의 온도에서 단조된 합금에 대해, 디스크 부분의 결정립은 4.0 mm 길이 미만이었고, 중간 재결정화 결정립 구조를 나타냈다. 또한, 시험 합금 2에 대해, 399℃ 이하의 온도에서 단조될 때 4.0 mm 이하 결정립 길이의 원하는 결정립 구조가 달성될 수 있다.
B. 입수가능한 휠에 비교되는 실험적 성능
실험은 상업적으로 입수가능한 휠에 의해 본원에서 개시되고 고려되는 합금을 비교하기 위해 예시적인 합금을 갖는 휠에 대해 수행되었다. 구체적으로, 결정립 구조 및 피로 성능에 대해 5개의 휠을 분석하였다. 각각의 휠은 산업 표준 22.5 인치 × 8.25 인치(57.15 cm × 20.955 cm) 허브 파일럿된 휠이었다. 5개의 휠의 각각에 대한 조성 및 휠 중량이 아래의 표 3에 제공된다.
시험된 휠에 대한 조성 밀 휠 중량.
시험 휠 표준 중량 (kg) 조성(중량%)
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
A AA6361 18.1 0.6 내지 0.9 0.40 0.20 내지 0.50 0.10 내지 0.20 1.0 내지 1.4 0.10 내지 0.30 0.25 0.15
B AA6061 26.3 0.40 내지 0.8 0.7 0.15 내지 0.40 0.15 0.8 내지 1.2 0.04 내지 0.35 0.25 0.15
C AA6061 21.3 0.40 내지 0.8 0.7 0.15 내지 0.40 0.15 0.8 내지 1.2 0.04 내지 0.35 0.25 0.15
D AA6061 20.4 0.40 내지 0.8 0.7 0.15 내지 0.40 0.15 0.8 내지 1.2 0.04 내지 0.35 0.25 0.15
E AA6099 18.1 0.8 내지 1.2 0.7 0.10 내지 0.7 0.10 내지 0.40 0.7 내지 1.2 0.04 내지 0.35 0.25 0.10
도 4는 에칭 후의 각각의 시험 휠에 대한 결정립 구조를 도시하고, F = 미세 결정립(0.4 mm 미만의 것), M = 중간 결정립(0.4 mm 내지 4 mm의 것), 및 C = 조대한 결정립(4 mm 초과의 것)이다. 에칭은 (1) 120 그릿 SiC에 의한 균일한 연삭 및 (2) 실온에서의 300 mL H2O, 75 g FeCl3, 450 mL HNO3 및 150 mL HCl의 용액 내에서의 5분에 의해 수행된다. 도 4는 시험 휠 E가 중간 결정립 크기 구조를 갖는 유일한 시험 휠인 것을 나타낸다. 또한, 시험 휠 E는 휠의 디스크 부분 전체에 걸쳐 중간 결정립 크기 구조를 나타낸다.
도 5는 표 3에 열거된 시험 휠 각각의 피로 성능을 도시하며, 피로 성능은 적어도 2개의 휠의 평균이다. 휠 중량(kg)이 각각의 막대 그래프 위에 열거된다. 피로 성능은 Accuride CE-006(SAE J267에 따름)을 사용하여 얻어졌다. 시험 휠 E는 5개의 시험 휠 중 최상의 피로 성능을 갖고, 동일한 휠 중량인 시험 휠 A보다 상당히 더 양호한 성능을 갖는다.
그러나, 도 6은 2개의 상이한 합금(AA6061 및 AA6099)으로 제조된 시험 휠 E에 대한 피로 성능을 나타낸다. 이들 휠은 유사한 온도에서 단조되었고, 양자 모두 4 mm 미만의 중간 재결정화 결정립 크기를 나타냈다. 피로 성능은 Accuride CE-006(SAE J267에 따름)을 사용하여 얻어졌다. 도 6에 도시된 값은 12개 이상의 휠에 대한 평균이다. AA6061에 의한 휠 E에 비해 개선된 AA6099에 의한 휠 E의 성능은, 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, Cu, Si, 및 Mg로부터의 고강도; 더 많은 Mn을 갖는 더 양호한 결정립 구조 제어; 및/또는 더 많은 Mg에 의한 피로 균열 전파에 대한 개선된 저항에 기인할 수 있다.
도 7은, 구체적으로 부식 거동과 관련된, ASTM B368(12 시간 구리 아세트산 염 분무(CASS) 시험) 및 그 후의 Accuride CE-006에 의한 반경방향 휠 피로 시험을 받았을 때의 시험 휠 E 및 시험 휠 A에 대한 피로 성능을 나타낸다. 도 5의 시험 휠 A의 결과를 도 7에 도시된 결과와 비교하면, 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 시험 휠 A의 파괴 모드는 휠이 CASS 피로에 노출되었을 때 강화되었음이 나타난다. 또한 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 불량한 결정립 구조 제어는 부식된 및 부식되지 않은 휠 모두에 대해서 휠 피로 성능에 영향을 미쳤음이 나타난다.
C. AA6061 및 AA6099에 대한 폐쇄형 다이 단조 공정의 실험예
실험예는 단조 작업 동안 휠 프로파일을 성형하는데 필요한 요구 힘을 평가하였다. 특히, 휠 프로파일은 AA6061로서 알려진 합금 및 AA6099로서 알려진 합금을 사용하여 형성되었다. 합금 AA6061은 중량%로, 0.4% 내지 0.8% 규소, 0.15% 내지 0.4% 구리, 0.15% 망간, 0.8% 내지 1.2% 마그네슘, 0.04% 내지 0.35% 크롬, 0.7% 철, 0.25% 아연, 0.15% 티타늄, 및 잔부 알루미늄을 포함하였다. 합금 AA6099는 중량%, 0.8% 내지 1.2% 규소, 0.1% 내지 0.7% 구리, 0.1% 내지 0.4% 망간, 0.7% 내지 1.2% 마그네슘, 0.04% 내지 0.35% 크롬, 0.7% 철, 0.25% 아연, 0.1% 티타늄, 및 잔부 알루미늄을 포함하였다.
도 8은 작업에서 이 단계 동안 휠 부품을 성형하는데 필요한 요구 힘을 나타내는 톤수-스트로크 플롯을 도시한다. 이들 데이터는 부품의 성형 동안 단조 프레스로부터 얻어졌고, 단조된 부품을 성형하는데 요구되는 힘은 AA6099 및 AA6061을 비교할 때 크게 다르지 않음을 보여주며, 따라서 2개의 합금에 대해 성형성은 유사함을 나타낸다. 이는 또한 특정 재료의 성형성을 특징짓기 위해 사용될 수 있는 도 9에 도시되는 바와 같은 유동 응력 곡선에 의해 지지된다. 톤수 곡선은 다이 온도, 단조 윤활제 및 다이 기하구조 같은 다른 변수를 포함하는 반면, 유동 응력 데이터는 전형적으로 이들 변수를 포함하지 않고 유동 응력 데이터는 주조 빌렛 스톡으로부터 작은 압축 샘플을 취하고, 이들을 성형 온도로 가열하며, 이들을 실험실 스케일 프레스에서 시험함으로써 획득되었다. 이들 데이터는 합금 AA6099 및 AA6061에 대한 성형성 및 유동 응력이 유사한 고온 변형 파라미터 하에서 유사하다는 결론을 추가로 지원한다.
D. 다양한 수준의 Cr 및 Mn에 대한 실험적 결정립 구조 분석
다양한 수준의 Cr 및 Mn을 갖는 3개의 상이한 합금 조성물이 시험되었다. 통상의 제조 가변성 때문에 다른 구성요소의 중량 백분율은 약간 상이하다는 것을 알 수 있을 것이다. 낮은 Cr 및 Mn, 중간 Cr 및 Mn, 및 높은 Cr 및 Mn을 갖는 3개의 조성물이 비교적으로 아래 표 4에 제공되어 있다. 중간 합금은 AA6099의 조성을 갖는다.
시험된 "낮은 Cr 및 Mn", "중간 Cr 및 Mn", 및 "높은 Cr 및 Mn" 합금의 조성.
합금 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
낮음 0.9 0.26 0.43 0.07 0.98 0.05 0.01 0.05
중간 0.95 0.26 0.45 0.17 1.02 0.18 0.02 0.03
높음 0.87 0.25 0.43 0.32 0.98 0.20 0.01 0.03
낮음, 중간, 및 높음 합금 각각은 종래의 폐쇄형 다이 단조 프레스에서 371℃ 내지 482℃의 5개의 상이한 단조 온도에서 단조되었다. 구체적으로, 합금은 371℃, 399℃, 427℃, 454℃ 및 482℃에서 단조되었다. 시험 데이터는 유동 응력 및 프레스 톤수가 Cr 및 Mn 농도가 증가함에 따라 증가한다는 것을 암시한다. 스핀, 열처리 및 기계가공 공정은 낮음, 중간 및 높음 합금 각각에 대해 동일하였다. 다음의 분석이 수행된다: 각각의 합금/온도 조합에 대한 휠에 대한 3개의 반경방향 피로 시험; 거시구조; 인장 특성; 및 디스크 장착면, 디스크 경사면 및 림 드롭 중심에서의 미세구조.
아래의 표 5는 각각의 합금에 대한 빌렛의 다양한 특성 데이터를 제공한다.
표 4의 합금에 대한 빌렛 특성 데이터.
합금 결정립 크기
(μm) 		다공율 함유물 Al-Fe-Si Mg 2 Si 표면 ISZ 깊이
(μm) 		쉘 구역
(μm)
크기
(μm) 		체적 분율 (%) 크기
(μm) 		체적 분율 (%)
L W L W
낮음 52 < 1% 100 mm Al-Fe-Si 3.0 1.7 1.5 3.1 1.9 0.3 122 381
중간 54 < 1% 없음 3.2 1.7 1.4 4.0 2.3 0.7 208 353
높음 54 < 1% (1) 75 × 25 μm 3.4 1.9 2.2 2.3 1.3 0.4 108 321
표 5로부터의 Al-Fe-Si 제2 상 성분 입자를 포함하는 요소의 화학 조성.
%에서
Al Fe Cu Si Cr Mn Fe+ Cr + Mn
낮음 71.4 13.8 0.9 12.6 0.5 0.7 15.1
중간 79.4 9.4 1.2 6.2 1.2 2.6 13.3
높음 76.9 4.9 0.5 9.6 2.5 5.6 13.0
망간 및 크롬이 합금에서 증가함에 따라, 이들 원소의 분율은 Al-Fe-Si, 제2 상 성분 입자 및 이들 입자 형태 중 더 많은 것(표 5에서 더 높은 체적 분율)에서 불균질하게 증가한다. 이는 Mg-Si 및 Al-Mg-Si-Cu 입자로 구성되는 강화 상의 형성을 위한 이용가능한 Si의 감소를 유발한다는 이론이 세워진다. 또한, 합금 내의 망간 및 크롬의 양이 낮을 때, Al-Fe-Si의 체적 분율이 낮지만, 상의 Si의 농도는 더 높다는 이론이 세워진다. 이는 강화 침전물을 형성하는 데 필요한 자유 규소를 제한할 것이라는 이론이 세워진다.
또한, 각각의 빌렛의 분산질을 측정하였다. 분산질은 결정립의 중심에서 측정되었다. 표 7은 실험 결과를 나타낸다. 간격은 1/분포로서 계산된다. 분석된 "높음" 빌렛 분산질은 289 nm의 길이 및 138 nm의 폭을 가지는 디스크-형상이었다.
표 5의 빌렛에 대한 분산질 데이터.
빌렛 분산질 크기(nm) 분포(#/μm 2 ) 간격(μm)
낮음 248 0.06 16.7
중간 226 0.29 3.4
높음 214 0.50 2.0
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 낮음, 중간 및 높음 빌렛의 표면의 현미경사진을 나타낸다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 20.0 kV의 특별 고인장(EHT) 전압, 5.0 mm의 작업 거리(WD), 배율 20,000 X로 설정된 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 얻어졌다. 분산질(402, 404, 406)은 도 10a, 도 10b, 및 도 10c에 표시되어 있다. 모든 분산질이 표시되지는 않는다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c로부터, Cr 및 Mn이 증가함에 따라, 분산질의 양도 증가한다는 것을 알 수 있다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 낮음, 중간 및 높음 빌렛의 에칭된 표면의 광학 현미경사진을 도시한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c는 다음의 방법을 사용하여 얻어졌다. 먼저, 샘플이 최종 콜로이드 실리카 (0.04 μm) 연마제에 의해 금속조직학적으로 연마되었다. 이어서, Keller의 시약(2 ml HF, 3 ml HCL, 5 ml HNO3,190 ml H2O)을 사용한 스왑 에칭을 대략 1분 동안 수행되었다. 이어서, 광학 현미경 및 결정립 크기 측정이 ASTM E112 라인 방법에 의해 수평 (길이) 및 수직 (폭) 방향으로 수행되었다.
에칭 동안, 분산질은 사라지고 피팅(pitting)을 생성한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c로부터, Cr 및 Mn이 증가함에 따라 피팅의 양이 증가함을 알 수 있다.
도 12의 그래프에 도시되는 5개의 상이한 단조 온도에서 3개의 합금 각각에 대해 결정립 크기가 결정되었다. 일반적으로, 결정립 길이는 3개의 합금 각각에 대해 예열 온도가 높아질수록 증가하였다. 핸드 홀드 및 너트의 에지(edge of nut)(EON) 위치에서의 허용가능한 반경방향 피로가 0 mm 초과 4 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는 합금에 대해 관찰되었다.
3개의 합금 각각에 대한 미세 결정립의 퍼센트가 3개의 휠 위치에서 또한 결정되었다. 도 13은 휠의 경사면에서의 미세 결정립의 분율을 나타낸다. 도 14는 휠의 장착 영역에서의 미세 결정립의 분율을 나타낸다. 특정 이론에 구속되지 않고, 장착 영역에서 높은 백분율의 미세 결정립을 갖는 것은 불량한 피로 성능을 야기함이 나타난다. 예를 들어, 장착 영역에서의 허용가능한 반경방향 피로는 장착 영역에서의 미세 결정립의 분율이 50% 이하일 때 관찰되었다. 도 15는 휠의 디스크 부분에서의 미세 결정립의 분율을 나타낸다. 도 16은 합금 중 하나의 현미경사진이고, 결정립(902)은 중간 결정립의 예이며 결정립(904)은 미세 결정립의 예이다.
반경방향 피로 사이클-대-파괴 실험을 또한 5개의 상이한 온도에서 단조된 3개의 합금에 대해 휠에서 수행하였다. 도 17은 5개의 상이한 온도에서 단조된 3개의 합금 조성물로 제조된 휠에 대한 사이클 수-대-파괴를 나타내는 로그 도표이다.
영역 1002는 가능하게는 조대 결정립으로 인해 폐쇄 측부 플랜지 균열이 관찰된 단조 온도 및 조성 범위를 나타낸다. 영역 1004는 가능하게는 결정립이 너무 미세하기 때문에 장착면 균열이 관찰된 단조 온도 및 조성 범위를 나타낸다. 영역 1006은 가능하게는 결정립이 너무 조대화되었기 때문에, 핸드 홀 균열이 관찰된 단조 온도 및 조성 범위를 나타낸다.
일례로서, 폐쇄 측부 플랜지 균열이 371℃에서 단조된 "중간" 합금 휠에서 관찰되었다. 371℃에서 단조된 "낮음" 합금 휠에서 중간 재결정화 결정립이 관찰되었고, 371℃의 "중간" 합금이 균열되게 하는 동일한 수의 사이클 후에 폐쇄 측부 플랜지 균열이 없었다. 너트의 에지 균열이 427℃에서 단조된 "높음" 합금에서 관찰되었다. 454℃에서 단조된 "낮음" 합금 및 371℃에서 단조된 "중간" 합금 모두에서 핸드 홀 균열이 관찰되었다. 이들 실험 데이터에 기초하여, 특정 이론에 구속되지 않고, 371℃ 이상 427℃ 미만의 온도에서 "낮음" 합금을 단조하는 것은 가장 우수한 피로 성능을 제공한다는 것이 나타난다.
E. 다양한 수준의 Fe 및 Mn에 대한 실험적 결정립 구조 분석
실험적인 예시적 조성물 합금이 제조되었고, 다양한 수준의 Fe 및 Mn을 분석하고 결과적인 결정립 구조를 평가하기 위해 시험되었다. 더 구체적으로는, 5개의 다양한 시험 조성물이 427℃의 온도에서 제조되고 단조되었다. 결정립 크기 분석은 각각의 시험 조성물에 대해 수행되었으며, 이는 평균 결정립 길이 및 평균 결정립 폭을 양자 모두 밀리미터(mm)에서 결정하는 것을 포함하였다. 5개의 시험 조성물 및 결정된 평균 결정립 크기는 아래의 표 8에 제공된다.
다양한 양의 Fe + Mn에 대한 결정립 크기 분석.
시험 조성(중량%) 결정립 크기(mm)
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Fe+Mn 길이 폭
1 0.90 0.26 0.43 0.07 0.98 0.05 0.01 0.05 0.33 3.31 0.31
2 0.89 0.19 0.43 0.06 1.02 0.07 0.02 0.02 0.25 4.24 0.40
3 0.88 0.18 0.41 0.06 1.02 0.06 0.02 0.02 0.24 4.64 0.42
4 0.88 0.16 0.36 0.06 0.96 0.07 0.01 0.03 0.22 5.10 0.42
5 0.86 0.16 0.36 0.06 0.96 0.07 0.01 0.03 0.22 4.71 0.39
도 18은 중량 백분율(중량%)의 Fe+Mn 함량의 함수로서의 결정립 길이(mm)를 도시하는 도표이다. 특정 이론에 구속되지 않고, 4.0 mm 이하의 평균 결정립 길이를 갖는 합금을 얻기 위해 Fe+Mn 중량%는 0.28 wt% 이상이어야 한다는 것이 나타난다. 실험 결과는 또한 Fe+Mn 함량이 0.45 wt% 초과일 때 바람직하지 않은 미세 결정립이 안정화된다는 것을 나타낸다.
F. 더 높은 온도에 대한 실험적 결정립 구조 분석
실험적인 예시적인 휠이 결정립 크기 및 피로 성능에 대해 제조되고 시험되었다. 표 9의 조성물을 갖는 휠은 399℃, 427℃, 및 454℃에서 단조되었다. 합금 중의 Fe 및 Mn의 총량은 0.28 wt% 였다.
다양한 단조 온도에서 시험된 예시적인 합금.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
구성요소(중량%) 0.91 0.18 0.39 0.10 1.02 0.06 0.01 0.02
실험에서, 결정립 크기 분석은 디스크 경사면에 대해서만 수행되었다. 결정립 크기는 평균 결정립 길이 및 평균 결정립 폭이다. 피로 시험은 또한 각각의 합금에 대해 수행되었고, 여기서 피로 수명은 Accuride Test Standard CE-006(SAE J267에 따름)에 기초한 추정이다. 각각의 휠 합금에 대한 결정립 크기 및 피로 수명 데이터는 아래의 표 10에 도시된다.
표 9의 시험 합금으로 제조된 휠에 대한 실험적 반경방향 피로 수명 결과.
단조 온도(℃) 디스크 경사면 결정립 크기(mm)
반경방향 피로 수명(사이클)
길이 폭 종횡비
454 5.97 0.38 16 1,283,333
427 5.46 0.30 18 1,483,333
399 4.45 0.29 15 1,766,666
표 10에 도시되는 바와 같이, 디스크 경사면 내에서 4.00 mm를 초과하지만 6.00 mm 미만인 평균 결정립 길이를 갖는 휠은 개선된 반경방향 피로 수명을 나타낸다. 더 얇은 결정립은 427℃ 이상의 온도에서 단조된 휠에 양호한 피로 성능을 제공하는 것으로 보인다.
본원에서의 수치 범위의 언급에 대해서, 동일한 정확도의 정도를 갖는 이들 사이의 각각의 개재 숫자가 고려된다. 예를 들어, 6 내지 9의 범위에 대해, 6 및 9 외에 숫자 7 및 8이 고려되며, 범위 6.0 내지 7.0에 대해, 숫자 6.0, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9 및 7.0이 고려된다. 다른 예에 대해, 압력 범위가 주위 압력과 다른 압력 사이에 있는 것으로 설명될 때, 주위 압력인 압력이 명백하게 고려된다.
전술한 상세한 설명 및 첨부된 예는 단지 예시적인 것이고 개시내용의 범위에 대한 제한으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 이해된다. 개시된 실시예에 대한 다양한 변화 및 변형이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 화학적 구조, 치환체, 유도체, 중간체, 합성, 조성물, 제제 또는 사용 방법과 관련된 것을 제한 없이 포함하는 이러한 변화 및 변형은 개시내용의 사상 및 범위 내에서 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 합금이며, 중량 기준으로,
    0.80% 내지 1.20% 규소;
    0.08% 내지 0.37% 철;
    0.35% 내지 0.55% 구리;
    0.07% 내지 0.37% 망간;
    0.70% 내지 1.20% 마그네슘;
    0.05% 내지 0.11% 크롬;
    0.20% 이하의 아연; 및
    0.05% 이하의 티타늄과,
    알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부
    를 포함하는 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서, 철 및 망간의 총량이 0.28 중량% 이상인 알루미늄 합금.
  3. 제1항에 있어서, 철 및 망간의 총량이 0.45 중량% 이하인 알루미늄 합금.
  4. 제3항에 있어서, 철 및 망간의 총량이 0.30 중량% 이상 0.37 중량% 이하인 알루미늄 합금.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 알루미늄 합금 결정립을 더 포함하고, 복수의 알루미늄 합금 결정립은 6 밀리미터(mm) 이하인 평균 결정립 길이를 갖는 알루미늄 합금.
  6. 제5항에 있어서, 복수의 알루미늄 합금 결정립은 0.4 mm 이하인 평균 결정립 폭을 갖는 알루미늄 합금.
  7. 제6항에 있어서, 평균 결정립 길이는 4 mm 이하이며, 평균 결정립 폭은 0.3 mm 이하인 알루미늄 합금.
  8. 제1항에 있어서, 분산질을 더 포함하고, 알루미늄 합금 내의 분산질 분포는 1 μm2 당 0.2 이하인 알루미늄 합금.
  9. 림 및 디스크를 갖는 알루미늄 휠이며, 알루미늄 휠은 중량 기준으로,
    0.80% 내지 1.20% 규소;
    0.08% 내지 0.37% 철;
    0.35% 내지 0.55% 구리;
    0.08% 내지 0.37% 망간;
    0.70% 내지 1.20% 마그네슘;
    0.05% 내지 0.11% 크롬;
    0.20% 이하의 아연; 및
    0.05% 이하의 티타늄과,
    알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부
    를 포함하는 알루미늄 합금으로 형성되는 알루미늄 휠.
  10. 제9항에 있어서, 알루미늄 합금은 0.45 중량% 이하인 철 및 망간의 총량을 갖는 알루미늄 휠.
  11. 제10항에 있어서, 철 및 망간의 총량은 0.28 중량% 이상인 알루미늄 휠.
  12. 제11항에 있어서, 철 및 망간의 총량은 0.30 중량% 이상 0.37 중량% 이하인 알루미늄 휠.
  13. 제9항에 있어서, 디스크는 복수의 알루미늄 합금 결정립을 더 포함하고, 복수의 알루미늄 합금 결정립은 6 밀리미터(mm) 이하인 평균 결정립 길이를 갖는 알루미늄 휠.
  14. 제13항에 있어서, 알루미늄 합금 결정립은 0.40 mm 이하인 평균 결정립 폭을 갖는 알루미늄 휠.
  15. 제13항에 있어서, 디스크는 디스크 영역을 갖고, 디스크 영역은 면적 분율로 50% 미만의 미세 결정립을 포함하는 알루미늄 휠.
  16. 알루미늄 합금을 제조하는 방법이며, 상기 방법은,
    중량 기준으로,
    0.80% 내지 1.20% 규소;
    0.08% 내지 0.37% 철;
    0.35% 내지 0.55% 구리;
    0.08% 내지 0.37% 망간;
    0.70% 내지 1.20% 마그네슘;
    0.05% 내지 0.11% 크롬;
    0.20% 이하의 아연; 및
    0.05% 이하의 티타늄과,
    알루미늄과 부수 원소 및 불순물을 포함하는 중량%의 잔부
    를 포함하는 알루미늄 합금 빌렛을 수용하는 단계; 및
    275℃ 이상 460℃ 이하의 온도에서 상기 알루미늄 합금 빌렛을 단조하는 단계
    를 포함하는 알루미늄 합금을 제조하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 알루미늄 합금 빌렛을 단조하는 단계는 휠의 사전가공된 디스크 부분을 형성하기 위해서 폐쇄된 다이 단조 프레스를 사용하는 단계를 포함하는 알루미늄 합금을 제조하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 온도는 370℃ 이상인 알루미늄 합금을 제조하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 온도는 425℃ 이하인 알루미늄 합금을 제조하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 철 및 망간의 총량이 0.28 중량% 이상 0.45 중량% 이하인 알루미늄 합금을 제조하는 방법.
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