CN104781431B - 铝合金导体、铝合金绞线、被覆电线、线束以及铝合金导体的制造方法 - Google Patents

铝合金导体、铝合金绞线、被覆电线、线束以及铝合金导体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有高电导率、高耐弯曲疲劳特性、进而同时实现适当的屈服强度和高延展性的铝合金导体。本发明的铝合金导体是具有如下组成的铝合金导体，即，包含Mg：0.10～1.00质量％、Si：0.10～1.00质量％、Fe：0.01～2.50质量％、Ti：0.000～0.100质量％、B：0.000～0.030质量％、Cu：0.00～1.00质量％、Ag：0.00～0.50质量％、Au：0.00～0.50质量％、Mn：0.00～1.00质量％、Cr：0.00～1.00质量％、Zr：0.00～0.50质量％、Hf：0.00～0.50质量％、V：0.00～0.50质量％、Sc：0.00～0.50质量％、Co：0.00～0.50质量％、Ni：0.00～0.50质量％、余量：Al以及不可避免的杂质，上述铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为1～35μm。

Description

铝合金导体、铝合金绞线、被覆电线、线束以及铝合金导体的 制造方法
技术领域
本发明涉及用作电气配线体的导体的铝合金导体。特别涉及虽为极细线，但实现了高电导率、高耐弯曲疲劳特性、适当的屈服强度、以及高延展性的铝合金导体。
背景技术
目前，作为汽车、电车、飞机等移动体的电气配线体或产业用机器人的电气配线体，使用在包含铜或铜合金的导体的电线上安装有铜或铜合金(例如黄铜)制端子(连接器)的、所谓线束的部件。最近，汽车的高性能化、高功能化迅速推进，随之有车载的各种电气设备、控制机器等的配设数增加、并且这些机器中使用的电气配线体的配设数也增加的倾向。另一方面，为了适应环境，提高汽车等移动体的燃油效率，迫切希望轻质化。
作为用于实现近些年的移动体轻质化的手段之一，例如研究将电气配线体的导体变更为比一直使用的铜或铜合金更轻的铝或铝合金。铝的比重为铜的比重的大约1/3，铝的电导率为铜的电导率的大约2/3(以纯铜为100％IACS的基准的情况下，纯铝为大约66％IACS)，为了在纯铝的导体线材中流过与纯铜的导体线材相同的电流，必须将纯铝的导体线材的截面积增大为纯铜的导体线材的大约1.5倍，但是即使使用像这样地增大了截面积的铝的导体线材，考虑到铝的导体线材的质量为纯铜的导体线材的质量的一半左右，从轻质化方面考虑，使用铝的导体线材也是有利的。应予说明，上述的％IACS是指以国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard)的电阻率1.7241×10－8Ωm为100％IACS时的电导率。
但是，已知以送电线路用铝合金导体(JIS规格的A1060、A1070)为代表的纯铝一般拉伸耐久性、耐冲击性、弯曲特性等差。因此，无法耐受例如在安装到车体的作业时由作业者、产业机器等意外地施加的荷重、在电线和端子的连接部的压接部的拉伸、施加在门部等弯曲部的反复应力等。另外，添加各种添加元素而合金化的材料虽然能够提高抗拉强度，但是，有时添加元素向铝中的固溶现象导致电导率下降，以及在铝中形成过剩的金属间化合物导致在拉丝加工中发生起因于金属间化合物的断线。因此，必须通过限定或选择添加元素而具有充分的伸展特性，由此不发生断线，还需要确保现有水平的电导率和抗拉强度，并且提高耐冲击性、弯曲特性。
作为移动体的电气配线体中使用的铝导体，代表性的是专利文献1中记载的产品。其为极细线，实现了具有高强度、高电导率，伸展也优异的铝合金导体以及铝合金绞线。另外，专利文献1中记载有因为具有充分的伸展，所以具有优异的弯曲特性的内容。但是，没有公开或暗示例如在将铝合金线用作安装于门部等的线束，因门的开关所导致的反复弯曲应力的作用而容易出现高循环疲劳破坏的使用环境下的耐弯曲疲劳特性。
近些年，在制造汽车中使用的铝合金导体、特别是左右的铝合金导体时，确认出现以下的三个课题。第一课题如上所述在用于汽车的门部这样的反复弯曲部的情况下要求高耐弯曲疲劳特性。铝的弯曲疲劳特性比目前使用的铜差，所以限制了使用位置。第二课题因为屈服强度高，所以在安装线束时需要较大力量，作业效率低。第三课题是因为延展性低，所以不耐受线束安装时以及搭载后的冲击，发生断线、龟裂。为了将上述课题全部解决，需要以高电导率为前提、具有高耐弯曲疲劳特性、并且具有适当的屈服强度、高延展性的铝合金线。
作为兼具高强度和高电导率的铝合金，已知添加了Mg、Si、Cu、Mn等的合金。例如在专利文献2中，通过添加这些元素，实现150MPa以上的抗拉强度和40％以上的电导率。另外，该专利文献2中，通过制作最大结晶粒径为50μm以下的线材，也同时实现5％以上的延展性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-229485公报
专利文献2：日本专利5155464号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献2的铝合金导体除了高电导率和高延展性，无法兼具高耐弯曲疲劳特性和适当的屈服强度，没有能够同时解决上述3个课题。
本发明的目的是提供维持与现有产品同等以上的延展性以及电导率、并且兼具适当的屈服强度和高耐弯曲疲劳特性的铝合金导体、铝合金绞线、被覆电线、线束，以及提供铝合金导体的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明人等发现使铝合金导体弯曲时，在该导体的外周部产生的应力比在中央部产生的应力大，在外周面容易出现龟裂。因此，本发明人等着眼于在铝合金的结晶粒径小的情况下，龟裂冲击晶界的次数增多，行进速度变小，进行了深入研究，结果发现通过使铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为规定范围内的值，能够在确保高导电性的前提下，能够提高耐弯曲疲劳特性，进而能够实现适当的屈服强度、高延展性，完成了本发明。
即，上述课题通过以下发明而实现。
(1)一种铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体具有如下组成，即，包含Mg：0.10～1.00质量％、Si：0.10～1.00质量％、Fe：0.01～2.50质量％、Ti：0.000～0.100质量％、B：0.000～0.030质量％、Cu：0.00～1.00质量％、Ag：0.00～0.50质量％、Au：0.00～0.50质量％、Mn：0.00～1.00质量％、Cr：0.00～1.00质量％、Zr：0.00～0.50质量％、Hf：0.00～0.50质量％、V：0.00～0.50质量％、Sc：0.00～0.50质量％、Co：0.00～0.50质量％、Ni：0.00～0.50质量％、余量：Al以及不可避免的杂质，
上述铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为1～35μm。
(2)上述(1)所述的铝合金导体，其中，上述化学组成含有选自Ti：0.001～0.100质量％以及B：0.001～0.030质量％中的1种或2种。
(3)上述(1)或(2)所述的铝合金导体，其中，上述化学组成含有选自Cu：0.01～1.00质量％、Ag：0.01～0.50质量％、Au：0.01～0.50质量％、Mn：0.01～1.00质量％、Cr：0.01～1.00质量％、Zr：0.01～0.50质量％、Hf：0.01～0.50质量％、V：0.01～0.50质量％、Sc：0.01～0.50质量％、Co：0.01～0.50质量％以及Ni：0.01～0.50质量％中的1种或2种以上。
(4)(1)～(3)中的任一项所述的铝合金导体，其中，Fe、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co、Ni的含量总和为0.01～2.50质量％。
(5)上述(1)～(4)中的任一项所述的铝合金导体，其中，内部的平均结晶粒径为上述外周部的平均结晶粒径的1.1倍以上。
(6)上述(1)～(5)中的任一项所述的铝合金导体，其中，通过弯曲疲劳试验测定的到断裂为止的反复次数为10万次以上，电导率为45～55％IACS。
(7)上述(1)～(6)中的任一项所述的铝合金导体，其中，导线束的直径为0.1～0.5mm。
(8)一种铝合金绞线，是捻合多条上述(7)所述的铝合金导体而得到。
(9)一种被覆电线，在上述(7)所述的铝合金导体或上述(8)所述的铝合金绞线的外周具有被覆层。
(10)一种线束，具备上述(9)所述的被覆电线和安装在该被覆电线的、除去了上述被覆层的端部的端子。
(11)一种(1)～(7)中的任一项所述的铝合金导体的制造方法，是按顺序执行熔化处理、铸造处理、热或者冷加工处理、第一拉丝加工处理、中间热处理、第二拉丝加工处理、固溶热处理以及时效热处理而得到的铝合金导体的制造方法，
在上述第一拉丝加工处理中，使用的模具的模具半角为10～30°，并且每一轮的加工率为10％以下，
在上述第二拉丝加工处理中，使用的模具的模具半角为10～30°，并且每一轮的加工率为10％以下。
(12)上述(11)所述的制造方法，其特征在于，在上述时效热处理前，进行对被加工材的外周部实施低变形加工的变形加工处理。
(13)上述(12)所述的制造方法，其特征在于，在上述固溶热处理中进行上述变形加工处理。
发明效果
根据本发明的铝合金导体，因为具有与现有产品同等以上的电导率，所以作为移动体上搭载的电池揽线、电气配线或者马达用导线是有用的。特别是因为具有高耐弯曲疲劳特性，所以也能够用于门部、后备箱等、要求高耐弯曲疲劳特性的弯曲部。另外，因为具有适当的屈服强度，所以能够以小的外力安装线束，作业效率提高。另外，因为具有与现有产品同等以上的延展性，所以能够耐受线束安装时以及搭载后的冲击，能够减少断线、龟裂的出现。
附图说明
图1是本发明中的第一拉丝加工处理以及第二拉丝加工处理的说明图。
图2是表示本实施方式所涉及的铝合金导体的垂直于拉丝方向的截面的截面图。
符号说明
21……模具
21a……锥形面
22……模具
22a……锥形面
具体实施方式
本发明的铝合金导体是具有如下组成的铝合金导体，即，包含Mg：0.10～1.00质量％、Si：0.10～1.00质量％、Fe：0.01～2.50质量％、Ti：0.000～0.100质量％、B：0.000～0.030质量％、Cu：0.00～1.00质量％、Ag：0.00～0.50质量％、Au：0.00～0.50质量％、Mn：0.00～1.00质量％、Cr：0.00～1.00质量％、Zr：0.00～0.50质量％、Hf：0.00～0.50质量％、V：0.00～0.50质量％、Sc：0.00～0.50质量％、Co：0.00～0.5质量％、Ni：0.00～0.50质量％、余量：Al以及不可避免的杂质，铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为1～35μm。
以下给出本发明的铝合金导体的化学组成等的限定理由。
(1)化学组成
＜Mg：0.10～1.00质量％＞
Mg(镁)是具有在铝母材中固溶而强化的作用、并且具有其一部分与Si化合而形成析出物，使抗拉强度、耐弯曲疲劳特性以及耐热性提高的作用的元素。但是，如果Mg含量低于0.10质量％，则上述作用效果不充分，另外，如果Mg含量超过1.00质量％，则在晶界形成Mg增浓部分的可能性增加，抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性下降，并且Mg元素的固溶量增多，导致电导率也下降。因此，Mg含量设定为0.10～1.00质量％。应予说明，对于Mg含量，在重视高强度的情况下，优选设定为0.50～1.00质量％，另外，在重视电导率的情况下，优选设定为0.10～0.50质量％，从这样的观点考虑，综合性地优选为0.30～0.70质量％。
＜Si：0.10～1.00质量％＞
Si(硅)是具有与Mg化合而形成析出物，使抗拉强度、耐弯曲疲劳特性、以及耐热性提高的作用的元素。如果Si含量低于0.10质量％，则上述作用效果不充分，另外，如果Si含量超过1.00质量％，则在晶界形成Si增浓部分的可能性增加，抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性下降，并且Si元素的固溶量增多，导致电导率也下降。因此，Si含量设定为0.10～1.00质量％。应予说明，对于Si含量，在重视高强度的情况下，优选设定为0.5～1.0质量％，另外，在重视电导率的情况下，优选设定为0.10～0.50质量％，从这样的观点考虑，综合性地优选为0.30～0.70质量％。
＜Fe：0.01～2.50质量％＞
Fe(铁)是主要形成Al-Fe系的金属间化合物而有助于晶粒的微细化、并且使抗拉强度以及耐弯曲疲劳特性提高的元素。Fe在Al中于655℃只能固溶0.05质量％，在室温下更少，所以在Al中无法固溶的剩余Fe作为Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Si-Mg等金属间化合物结晶或析出。该金属间化合物有助于晶粒的微细化，并且使抗拉强度以及耐弯曲疲劳特性提高。另外，Fe具有通过Al中固溶的Fe而使抗拉强度提高的作用。如果Fe含量低于0.01质量％，则上述作用效果不充分，另外，如果Fe含量超过2.50质量％，则结晶物或析出物的粗大化使得拉丝加工性变差，拉丝中容易出现断线，除此之外，无法得到作为目标的耐弯曲疲劳特性，电导率也下降。因此，Fe含量设定为0.01～2.50质量％，优选设定为0.15～0.90质量％，更优选设定为0.15～0.45质量％。应予说明，如果Fe过多，则有结晶物或析出物的粗大化导致拉丝加工性变差，结果，容易发生断线的倾向，但本发明中，每一轮的加工率较小，为10％以下，所以拉丝时的拉伸力被抑制，不易出现断线。因此，能够大量含有Fe，并且能够含有至2.50质量％。
本发明的铝合金导体以Mg、Si以及Fe为必须的含有成分，可以根据需要，进一步含有选自Ti以及B中的1种或2种、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni中的1种或2种以上。
＜Ti：0.001～0.100质量％＞
Ti是具有将熔化铸造时的铸块的组织微细化的作用的元素。如果铸块的组织粗大，则在铸造中发生铸块断裂，在线材加工工序中发生断线，在工业方面并不理想。这是因为有如下倾向：如果Ti含量低于0.001质量％，则无法充分发挥上述作用效果，另外，如果Ti含量超过0.100质量％，则电导率下降。因此，Ti含量设定为0.001～0.100质量％，优选设定为0.005～0.050质量％，更优选设定为0.005～0.030质量％。
＜B：0.001～0.030质量％＞
B与Ti同样，是具有将熔化铸造时的铸块的组织微细化的作用的元素。如果铸块的组织粗大，则在铸造中容易发生铸块断裂，在线材加工工序中容易发生断线，在工业方面并不理想。这是因为有如下倾向：如果B含量低于0.001质量％，则无法充分发挥上述作用效果，另外，如果B含量超过0.030质量％，则电导率下降。因此，B含量设定为0.001～0.030质量％，优选设定为0.001～0.020质量％，更优选设定为0.001～0.010质量％。
含有选自＜Cu：0.01～1.00质量％＞、＜Ag：0.01～0.50质量％＞、＜Au：0.01～0.50质量％＞、＜Mn：0.01～1.00质量％＞、＜Cr：0.01～1.00质量％＞、＜Zr：0.01～0.50质量％＞、＜Hf：0.01～0.50质量％＞、＜V：0.01～0.50质量％＞、＜Sc：0.01～0.50质量％＞、＜Co：0.01～0.50质量％＞、＜Ni：0.01～0.50质量％＞中的1种或2种以上
Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni均是具有将晶粒微细化的作用的元素，进而，Cu、Ag以及Au是具有在晶界析出而提高晶界强度的作用的元素，如果含有0.01质量％以上的这些元素中的至少1种，则能够得到上述作用效果，能够提高抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性。另一方面，如果Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni中的任一含量分别超过上述上限值，则电导率有下降的倾向。因此，Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni的含量的范围分别设定为上述范围。
另外，具有以下倾向：Fe、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni含有越多，电导率越下降，拉丝加工性越差。因此，这些元素的含量总和优选设定为2.50质量％以下。本发明的铝合金导体中，因为Fe为必须元素，所以Fe、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni的含量总和设定为0.01～2.50质量％。这些元素的含量更进一步地优选为0.10～2.50质量％。
应予说明，为了保持高电导率、使抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性提高，Fe、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co以及Ni的含量总和特别优选设定为0.10～0.80质量％，进一步优选设定为0.20～0.60质量％。另一方面，虽然电导率略下降，但为了使抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性进一步提高，特别优选为超过0.80且小于等于2.50质量％，进一步优选为1.00～2.50质量％。
＜余量：Al以及不可避免的杂质＞
上述成分之外的余量是Al(铝)以及不可避免的杂质。此处所谓的不可避免的杂质是在制造工序中可以不可避免地包含的含有水平的杂质。不可避免的杂质根据含量可能成为使电导率下降的主要原因，所以优选考虑电导率下降，将不可避免的杂质的含量抑制在一定程度。作为不可避免的杂质列举的成分，例如可以举出Ga、Zn、Bi、Pb等。
(2)铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为1～35μm
本发明中所谓的外周部是指铝合金导体中，包含该铝合金导体的外缘的外缘附近的区域。垂直于拉丝方向的截面是圆形的铝合金导体的情况下，外周部包含该铝合金导体的外缘，从外缘到该铝合金导体的直径的1/10幅度的区域(参照图2)。压缩绞线等截面不是圆形的铝合金导体的情况下，首先由该铝合金导体的截面积求出圆相当直径。然后，以包含该铝合金导体的外缘、从外缘到该铝合金导体的圆相当直径的1/10幅度的区域为外周部。
本发明中，外周部的平均结晶粒径设定为1～35μm。如果平均结晶粒径低于1μm，则屈服强度过剩，并且伸展下降。如果平均结晶粒径大于35μm，则耐弯曲疲劳特性以及屈服强度下降。因此，将外周部的平均结晶粒径设定为1～35μm，优选设定为3～30μm，更优选设定为5～20μm。
另外，铝合金导体的上述外周部以外的部分、即内部的平均结晶粒径为1～90μm。如果内部的平均结晶粒径低于1μm，则屈服强度过剩，并且伸展下降，如果内部的结晶粒径大于90μm，则无法得到充分的伸展、屈服强度。本发明的平均结晶粒径通过光学显微镜观察，使用公差法，进行测定。
(本发明所涉及的铝合金导体的制造方法)
本发明的铝合金导体可以通过[1]熔化处理、[2]铸造处理、[3]热或冷加工、[4]第一拉丝加工处理、[5]中间热处理、[6]第二拉丝加工处理、[7]固溶热处理以及第一变形加工处理、[8]时效热处理以及第二变形加工处理的各工序进行制造。应予说明，可以在固溶热处理以及第一变形加工处理前后、或时效热处理后，设置制成绞线的工序、对电线进行树脂被覆的工序。以下对[1]～[8]的工序进行说明。
[1]熔化处理
熔化是以成为后述的铝合金组成的各实施方式的浓度的分量进行熔炼。
[2]铸造处理、[3]热或冷加工
使用组合铸造轴和带的普罗珀泽式的连续铸造轧制机，利用水冷后的铸型连续地铸造熔融金属，并进行轧制，制成棒材。此时，棒材例如为左右。从防止Fe系结晶物的粗大化和防止Fe的强制固溶导致的电导率下降的观点考虑，此时的铸造时的冷却速度优选为1～20℃/秒，但并不限定于此。铸造以及热轧可以通过钢坯铸造以及挤压法等进行。
[4]第一拉丝加工处理
接下来，实施表面剥皮，制成例如的棒材，使用图1所示的模具21，通过拉模进行拉丝加工。通过该拉丝加工，被加工材的直径被缩径为例如优选模具21的模具半角α为10～30°、每一轮的加工率为10％以下。加工率是拉丝加工前后的截面积之差除以原截面积乘以100而得的值。但是，如果加工率极小，则用于加工成目标线径的拉丝次数增加，生产率下降，所以优选为1％以上，另外，如果加工率大于10％，则拉丝加工在线材内外容易变得均一，所以有外周部和内部不易产生结晶粒径之差，无法使屈服强度适度下降、并且无法使伸展提高的倾向。另外，如果使模具21的锥形面21a具有适当的表面粗糙度，则在本拉丝加工时能够对被加工材的表面实施加工，所以是有利的。应予说明，在本第一拉丝加工处理中最初进行棒材表面的剥皮，但也可以不进行棒材表面的剥皮。
[5]中间热处理
接下来对冷拉丝后的被加工材实施中间热处理。本发明的中间热处理中，中间退火中的加热温度为250～450℃，加热时间为10分钟～6小时。如果加热温度低于250℃，则无法充分软化，变形阻力增大，拉丝时容易发生断线、表面损伤。如果大于450℃，则容易发生晶粒粗大化，伸展、强度(屈服强度、抗拉强度等)下降。
[6]第二拉丝加工处理
进而，使用图1所示的模具22，通过拉模对被加工材实施拉丝加工。通过该拉丝加工，被加工材的外径被缩径至例如优选模具22的模具半角β为10～30°、每一轮的加工率为10％以下。通过使模具半角为上述范围，表面加工率提高，是有利的，能够仅对外周部进行加工。另外，在第一拉丝工序中通过将锥形面粗糙化，增大对表面施加的应力，为了在第二拉丝工序中防止表面损伤、裂纹的出现，优选将锥形面光滑化。因此，从能够不出现表面损伤而仅缩小外周部的粒径方面考虑，锥形面22a的表面粗糙度比锥形面21a的表面粗糙度小是有利的。
[7]固溶热处理(第一热处理)以及第一变形加工处理
接下来，对被加工材实施固溶热处理，并且实施第一变形加工处理。该固溶热处理是为了使被加工材中无规则含有的Mg、Si化合物融入铝合金的母相中等目的而进行的。第一热处理是加热到480～620℃的范围内的规定温度后，以10℃/s以上的平均冷却速度冷却至至少150℃的温度的热处理。如果固溶热处理温度低于480℃，则固溶变得不完全，后续工序的时效热处理时析出的针状Mg2Si析出物变少，屈服强度、抗拉强度、耐弯曲疲劳特性、电导率的提高幅度变小。如果固溶热处理高于620℃，则发生晶粒粗大化的问题，屈服强度、抗拉强度、伸展、耐弯曲疲劳特性可能下降。另外，因为相对于纯铝大量包含铝之外的元素，所以熔点下降，可能导致部分熔化。上述固溶热处理温度优选为500～600℃的范围，更优选为520～580℃的范围。
作为进行第一热处理的方法，例如可以是分批式热处理，也可以是高频加热、通电加热、行进加热等连续热处理，使用高频加热、通电加热这样的利用由线材本身产生的焦耳热实施热处理的连续热处理的情况下，外周部的结晶粒径与内部的结晶粒径相比变小的倾向更大，所以是有利的。
采用高频加热、通电加热的情况下，通常为在线材中连续通过电流的结构，所以，随着时间经过，线材温度上升。因此，如果连续通过电流，则可能导致线材熔融，所以必须在适当的时间范围内进行热处理。进行行进加热的情况下，也因为是短时退火，所以通常设定为行进退火炉的温度比线材温度高。在长时间的热处理中可能导致线材熔融，所以必须在适当的时间范围内进行热处理。另外，必须为在全部热处理中使被加工材中无规则含有的Mg、Si化合物融入铝合金的母相中的规定时间以上。以下对利用各方法的热处理进行说明。
利用高频加热的连续热处理通过使线材连续地通过由高频产生的磁场，利用由感应电流使得线材本身产生的焦耳热进行热处理。包含骤热、骤冷的工序，能够由线材温度和热处理时间进行控制，对线材进行热处理。冷却通过在骤热后，使线材连续通过水中或氮气气氛中而进行。在该热处理时间为0.01～2s、优选为0.05～1s、更优选为0.05～0.5s的条件下进行。
连续通电热处理是利用通过使电流流过连续通过2个电极轮的线材而使线材本身产生的焦耳热来进行热处理。包含骤热、骤冷的工序，能够由线材温度和热处理时间进行控制，对线材进行热处理。冷却是通过在骤热后，使线材连续通过水中、大气中或氮气气氛中而进行。在该热处理时间为0.01～2s、优选为0.05～1s、更优选为0.05～0.5s的条件下进行。
连续行进热处理是使线材连续通过保持高温的热处理炉而进行热处理。包含骤热、骤冷的工序，能够由热处理炉内温度和热处理时间进行控制，对线材进行热处理。冷却通过在骤热后，使线材连续通过水中、大气中或氮气气氛中而进行。在该热处理时间为0.5～120s、优选为0.5～60s、更优选为0.5～20s的条件下进行。
分批式热处理是将线材投入退火炉中，以规定的设定温度、设定时间进行热处理的方法。线材本身只要在规定温度加热几十秒左右即可，但是，因为工业使用时投入大量的线材，所以为了抑制线材的热处理不均，优选进行30分钟以上。热处理时间的上限只要不发生晶粒粗大化，就没有特别限定，在工业使用时，短时间进行的生产率良好，所以在10小时以内、优选6小时以内实施热处理。
另外，在上述固溶热处理前、固溶热处理中或二者中进行的第一变形加工处理使被加工材的外周部产生低变形。所以，外周部处于进入捻合加工的状态，固溶后外周部的结晶粒径变小。该第一变形加工处理是通过一个或多个直径10～50cm的滑轮，使被加工材沿滑轮变形的处理，此时的被加工材的变形量为0.0006～0.0150。变形量是将被加工材的半径除以滑轮半径的2倍和被加工材的半径之和而得的值。
[8]捻合处理
将实施了固溶热处理以及第一变形加工处理的多条线材捆成束并捻合。该工序可以在固溶热处理前后或时效热处理后。本实施方式中实施捻合处理，但也可以不进行该捻合处理，也可以对实施了固溶热处理以及第一变形加工处理的线材的单心线实施以下的时效热处理。
[9]时效热处理(第二热处理)以及第二变形加工处理
对线材的绞线实施时效热处理，并且实施第二变形加工处理。时效热处理是为使针状Mg2Si析出物等目的而进行的。时效热处理中的加热温度为140～250℃。如果上述加热温度低于140℃，则无法充分地析出针状Mg2Si析出物，强度、耐弯曲疲劳特性以及电导率容易不足。另外，如果上述加热温度高于250℃，则Mg2Si析出物的尺寸变大，所以电导率升高，但强度以及耐弯曲疲劳特性容易不足。关于加热时间，温度不同，最佳时间发生改变。低温下长时间、高温下短时间的加热使强度、耐弯曲疲劳特性提高，所以是优选的。如果考虑生产率，则短时间即可，优选为15小时以下，更优选为10小时以下。
另外，在上述时効热处理前进行的第二变形加工处理使线材的外周部发生低变形。因此，通过压溃等变形，使得外周部的结晶粒径变小。如果加工变形过大，则加工过分深入，导致伸展下降。第二变形加工处理是通过1个或多个直径30～60cm的绕线管或者卷线筒，使线材沿着绕线管或者卷线筒变形的处理，此时的线材的变形量为0.0005～0.0050。变形量是线材的半径除以绕线管(卷线筒)半径的2倍和线材的半径之和而得的值。应予说明，此处所谓绕线管或者卷线筒是指具有圆筒状的外缘，使线材沿着其外缘卷绕的部件。
(本发明所涉及的铝合金导体)
本发明的铝合金导体的导线束径没有特别限定，可以根据用途适当设定，细物线的情况下优选为中细物线的情况下优选为本铝合金导体如图2的截面图所示，可以作为包含形成在铝合金导体30上的外周部31和该外周部之外的其余部分、即内部32的线材加以表示。应予说明，外周部31的宽度值并非必须为直径的1/10，可以基于本发明的技术思想使上述值具有一定程度的范围。
通过使外周部31的平均结晶粒径更小、换言之仅缩小外周部31的平均结晶粒径，能够同时实现高电导率、高耐弯曲疲劳特性、适当的屈服强度以及高延展性。进而，若使外周部31的平均结晶粒径为上述范围内的规定值、并使内部32的平均结晶粒径增大等、外周部31的平均结晶粒径比内部32的平均结晶粒径小，则能够在电导率以及到断裂为止的反复次数没那么大变化的情况下，使屈服强度适度下降，并且使伸展提高。具体而言，优选内部32的平均结晶粒径为外周部31的平均结晶粒径的1.1倍以上，由此能够可靠地发挥上述效果。
以上，对上述实施方式所涉及的铝合金导体以及铝合金绞线进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可基于本发明的技术思想进行各种变形以及变更。
例如，可以将上述铝合金导体或铝合金绞线适用于在其外周具有被覆层的被覆电线。另外，也可适用于由多个包含被覆电线和安装在其端部的端子的结构体构成的线束(电线组)。
另外，上述实施方式所涉及的铝合金导体的制造方法不限定于上述实施方式，可基于本发明的技术思想进行各种变形以及变更。
例如，第一拉丝加工处理中的模具半角的范围与第二拉丝加工处理中的模具半角的范围相同，但也可以使第一拉丝加工处理的模具半角比第二拉丝加工处理的模具半角大或者小。另外，第一拉丝加工处理中的加工率的范围与第二拉丝加工处理中的加工率的范围相同，但也可以使第一拉丝加工处理的加工率比第二拉丝加工处理的加工率大或者小。
另外，上述实施方式中，在固溶热处理中进行第一低变形加工处理，但并不限定于此，也可以在固溶热处理前进行。另外，在时效热处理中进行第二低变形加工处理，但并不限定于此，也可以不进行第二低变形加工处理。
实施例
基于以下的实施例对本发明进行详细说明。应予说明，本发明不限定于以下所示的实施例。
(实施例1)
将Mg、Si、Fe以及Al和选择性地添加的Cu、Zr、Ti以及B按表1所示的含量(质量％)，使用普罗珀泽式的连续铸造轧制机，边利用水冷的铸型连续地铸造熔融金属，边进行轧制，制成大约的棒材。此时的铸造冷却速度为1～20℃/秒。接下来，按得到表2所示的加工率的方式进行第一拉丝加工。然后，对实施了该第一拉丝加工的加工材进行中间热处理，之后，以与第一拉丝加工同样的加工率，进行第二拉丝加工至的线径。然后，在表2所示的条件下实施固溶热处理(第一热处理)。应予说明，在固溶热处理中，利用分批式热处理时，在线材上卷缠热电偶，测定线材温度。连续通电热处理中，设备方面难以对线材温度最高的部分进行测定，所以由光纤型放射温度计(JAPAN SENSOR公司制)在比线材温度最高的部分更靠近测定者的位置对温度进行测定，并在考虑焦耳热和放热的情况下，算出最高到达温度。高频加热以及连续行进热处理中，对热处理区间出口附近的线材温度进行测定。在固溶热处理后，在表2所示的条件下实施时效热处理(第二热处理)，制造铝合金线。
(实施例2)
将Mg、Si、Fe以及Al和选择性地添加的Cu、Mn、Cr、Zr、Au、Ag、Hf、V、Ni、Sc、Co、Ti以及B按表3所示的含量(质量％)进行配合，除此之外，通过与实施例1相同的方法进行铸造、轧制，制成大约的棒材。接下来，按得到表4所示的加工率的方式进行第一拉丝加工。然后，对实施了该第一拉丝加工的加工材进行中间热处理，之后，以与第一拉丝加工同样的加工率，进行第二拉丝加工至的线径。然后，在表4所示的条件下实施固溶热处理(第一热处理)。在固溶热处理后，在表4所示的条件下实施时效热处理(第二热处理)，制造铝合金线。
对于制作的各发明例以及比较例的铝合金线，通过以下所示的方法测定各特性。其结果示于表2、表4。
(a)平均结晶粒径
将在拉丝方向切出的供试材的纵截面用树脂包埋，进行机械研磨后，进行电解研磨。用200～400倍的光学显微镜对该组织进行拍摄，基于JISH0501、H0502，由公差法进行粒径测定。具体而言，在拍摄的照片中引出与拉丝方向平行的直线，测定与该直线交叉的晶界数。该测定以在铝合金导体的外周部以及内部分别与50个左右的晶界交叉的方式进行测定，作为外周部以及内部的平均结晶粒径。直线长度越长越优选，从作业性的观点考虑，按能够测定50个左右的结晶粒径的方式进行，另外如果直线长，则超过光学显微镜的拍摄范围，所以使用多条直线等，调节直线的长度和条数进行测定。
(b)到断裂为止的反复次数
作为耐弯曲疲劳特性的基准，常温时的变形振幅设定为±0.17％。耐弯曲疲劳特性根据变形振幅而改变。变形振幅大的情况下，疲劳寿命变短，变形振幅小的情况下，疲劳寿命变长。因为变形振幅可以由线材的线径和弯曲夹具的曲率半径决定，所以线材的线径和弯曲夹具的曲率半径可以任意设定而实施弯曲疲劳试验。使用藤井精机株式会社(现在的株式会社藤井)制的交替弯曲疲劳试验机，使用施加了0.17％的弯曲变形的夹具，反复实施弯曲，由此测定到断裂为止的反复次数。本实施例中，到断裂为止的反复次数在10万次以上为合格。
(c)屈服强度(0.2％屈服强度)以及柔软性(拉伸断裂伸展)的测定
基于JIS Z2241，分别对3根供试材(铝合金线)进行拉伸试验，通过永久变形应力测定法使用0.2％的规定永久伸展，算出0.2％屈服强度，求出其平均值。为了能够耐受安装到车体的作业时的意外施加的荷重，并且不使线束安装时的作业效率下降，屈服强度以50MPa以上320MPa以下为合格。伸展以拉伸断裂伸展在5％以上为合格。
(d)电导率(EC)
将长度300mm的试验片在保持20℃(±0.5℃)的恒温槽中，使用四端子方法，分别对3根供试材(铝合金线)测定比电阻，算出其平均电导率。端子间距离为200mm。电导率没有特别限定，以35％以上为合格。应予说明，电导率特别优选为45％IACS以上。
表1
表2
表3
表4
由表2的结果可知以下情况。
发明例1～31的铝合金线均可同时实现高导电性、高耐弯曲疲劳特性、适当的屈服强度以及高延展性。
相对于此，比较例1中，每一轮的加工率以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，在该条件下，到断裂为止的反复次数不足。比较例2中，模具半角以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数不足。比较例3中，每一轮的加工率、模具半角以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数不足。比较例4中，模具半角以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数以及屈服强度不足。
另外，由表4的结果可知以下情况。
发明例32～54的铝合金线均可同时实现高导电性、高耐弯曲疲劳特性、适当的屈服强度以及高延展性。
相对于此，比较例5(纯铝)中，Mg、Si含量、每一轮的加工率以及模具半角在本发明的范围外，在该条件下，到断裂为止的反复次数不足。另外，比较例6中，每一轮的加工率、模具半角以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数不足。比较例7中，Mg、Si含量在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数以及伸展不足，屈服强度过剩。
比较例8中，所含的Ni含量在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数以及伸展不足，屈服强度过剩。比较例9中，Mn含量在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数以及导电率不足，屈服强度过剩。比较例10中，Zr含量在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数以及伸展不足，屈服强度过剩。
另外，在比较例11中，Mg、Cr含量在本发明的范围外，在该条件下拉丝中发生断线。比较例12中，每一轮的加工率、模具半角以及外周部的平均结晶粒径在本发明的范围外，到断裂为止的反复次数不足，屈服强度过剩。应予说明，比较例12模仿专利文献2中的试样No.18的实施例。
产业上的可利用性
本发明的铝合金导体在Al-Mg-Si系合金、例如6000系铝合金中，使外周部中的平均结晶粒径为规定范围的值，由此，特别是即使在作为直径为以下的极细线使用的情况下，也显示高导电性、高耐弯曲疲劳特性、适当的屈服强度以及高延展性，能够用作电气配线体的线材。另外，能够用于铝合金绞线、被覆电线、线束等，作为移动体上搭载的电池揽线、电气配线或者马达用导线、产业用机器人的配线体是有用的。进而，能够适用于要求高耐弯曲疲劳特性的门、后备箱、机罩等。

Claims (12)

1.一种铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体具有如下组成，即，包含Mg：超过0.30且1.00质量％以下、Si：超过0.30且1.00质量％以下、Fe：0.01～2.50质量％、Ti：0.000～0.100质量％、B：0.000～0.030质量％、Cu：0.00～1.00质量％、Ag：0.00～0.50质量％、Au：0.00～0.50质量％、Mn：0.00～1.00质量％、Cr：0.00～1.00质量％、Zr：0.00～0.50质量％、Hf：0.00～0.50质量％、V：0.00～0.50质量％、Sc：0.00～0.50质量％、Co：0.00～0.50质量％、Ni：0.00～0.50质量％、余量：Al以及不可避免的杂质，
在所述铝合金导体的拉丝方向切出的纵截面上的所述铝合金导体的外周部的平均结晶粒径为3～30μm，
在所述铝合金导体的拉丝方向切出的纵截面上的所述铝合金导体的内部的平均结晶粒径为6～90μm，
所述内部的平均结晶粒径比所述外周部的平均结晶粒径大，且为所述外周部的平均结晶粒径的1.1倍以上，
从所述铝合金导体的外缘到所述铝合金导体的圆相当直径的1/10幅度的区域为外周部。
2.根据权利要求1所述的铝合金导体，其中，所述组成含有选自Ti：0.001～0.100质量％以及B：0.001～0.030质量％中的1种或2种。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金导体，其中，所述组成含有选自Cu：0.01～1.00质量％、Ag：0.01～0.50质量％、Au：0.01～0.50质量％、Mn：0.01～1.00质量％、Cr：0.01～1.00质量％、Zr：0.01～0.50质量％、Hf：0.01～0.50质量％、V：0.01～0.50质量％、Sc：0.01～0.50质量％、Co：0.01～0.50质量％以及Ni：0.01～0.50质量％中的1种或2种以上。
4.根据权利要求1所述的铝合金导体，其中，Fe、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Zr、Hf、V、Sc、Co、Ni的含量总和为0.01～2.50质量％。
5.根据权利要求1所述的铝合金导体，其中，到断裂为止的反复次数为10万次以上，电导率为45～55％IACS。
6.根据权利要求1所述的铝合金导体，其中，导线束的直径为0.1～0.5mm。
7.一种铝合金绞线，是捻合多条权利要求6所述的铝合金导体而得到。
8.一种被覆电线，在权利要求6所述的铝合金导体或权利要求7所述的铝合金绞线的外周具有被覆层。
9.一种线束，具备权利要求8所述的被覆电线和安装在该被覆电线的、除去了所述被覆层的端部的端子。
10.一种权利要求1～6中的任一项所述的铝合金导体的制造方法，是按顺序执行熔化处理、铸造处理、热或者冷加工处理、第一拉丝加工处理、中间热处理、第二拉丝加工处理、固溶热处理以及时效热处理而得到的铝合金导体的制造方法，其特征在于，
在所述第一拉丝加工处理中，使用的模具的模具半角为10～30°，并且每一轮的加工率为10％以下，
在所述第二拉丝加工处理中，使用的模具的模具半角为10～30°，并且每一轮的加工率为小于10％。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在所述时效热处理前，进行对被加工材的外周部实施低变形的加工的变形加工处理。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述固溶热处理中进行所述变形加工处理。
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