JP2016108653A - 押出形材用アルミニウム合金及びそれを用いた押出形材 - Google Patents
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Abstract
【課題】断面形状が比較的複雑であっても押出表面の表面再結晶を抑制し、高強度で耐応力腐食割れ性に優れる押出形材が得られるアルミニウム合金の提供及びそれを用いた押出形材の提供を目的とする。【解決手段】以下質量％にて、Ｚｎ：６．０〜１０．０％，Ｍｇ：１．９０〜２．５０％，Ｃｕ：０．５０〜２．５０％，Ｚｒ：０．１０〜０．２５％，Ｔｉ：０．００５〜０．０５％，Ｓｒ：０．０２〜０．２５％及び残部がＡｌと不可避的不純物からなることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、高強度で耐応力腐食割れ性に優れた押出形材を得ることができるアルミニウム合金に関する。
アルミニウム合金は鉄系材料に比較して軽量であることから自動車等の軽量化が要求される分野にて広く検討されている。
従来から引張り強度３００〜４００Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度アルミニウム合金としてＪＩＳ７０００系合金が採用されているが、さらなる軽量化には、より高強度のアルミニウム合金が要求されている。
しかし、高強度が得られるアルミニウム合金程、押出性が悪くなり、押出成形持の加工熱により表面が再結晶しやすく耐応力腐食割れ性が低下する問題がある。
従来から引張り強度３００〜４００Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度アルミニウム合金としてＪＩＳ７０００系合金が採用されているが、さらなる軽量化には、より高強度のアルミニウム合金が要求されている。
しかし、高強度が得られるアルミニウム合金程、押出性が悪くなり、押出成形持の加工熱により表面が再結晶しやすく耐応力腐食割れ性が低下する問題がある。
特許文献１には、Ｚｎ：５．０〜７．５％，Ｍｇ：１．６〜３．３％，Ｃｕ：１．１〜２．５％，Ｃｒ：０．３０％（０％含まず、以下同じ）、Ｍｎ：０．６０％以下，Ｚｒ：０．３％以下のうち一種以上、及びＴｉ：０．０６％以下，Ｂ：０．００５％以下のうち一種以上を含有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金押出材を開示する。
しかし、同公報に開示するアルミニウム合金は実施例１に示す厚さ６ｍｍ，幅１００ｍｍの板状押出材や実施例２に示す外径６５ｍｍ、内厚７．５ｍｍの管材等、単純な形状の押出材しか押出成形できないものである。
また、同公報に製造方法例が記載されているとおり押出後に、圧延又は、引抜加工してはじめて６００Ｎ／ｍｍ２を超える高強度になるものである。
これでは工程が複雑であり実用的ではない。
しかし、同公報に開示するアルミニウム合金は実施例１に示す厚さ６ｍｍ，幅１００ｍｍの板状押出材や実施例２に示す外径６５ｍｍ、内厚７．５ｍｍの管材等、単純な形状の押出材しか押出成形できないものである。
また、同公報に製造方法例が記載されているとおり押出後に、圧延又は、引抜加工してはじめて６００Ｎ／ｍｍ２を超える高強度になるものである。
これでは工程が複雑であり実用的ではない。
特許文献２には、ＺｎとＭｇの組み合せがＺｎ：６．０〜１２．０％，Ｍｇ：１．５〜２．５％で、Ｃｕ：１．０〜２．５％，Ｚｒ：０．０８〜０．２０％の化学組成で引張り強さ６５０ＭＰａ以上の高強度アルミニウム合金を開示するが、実施例によれば直径４４．５ｍｍ等の丸棒しか押出成形できないものである。
いずれにしても文献１，２に開示する合金はＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒの遷移元素の添加により押出材表面の再結晶を抑制しているが、このＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒの遷移元素だけでは断面形状が単純な板や丸棒ではない略Ｌ字状、略コ字状、略Ｈ字状のソリッド材やロ字型、日字型、目字型等の中空断面等、複雑な断面形状の場合に押出材の表面の再結晶を充分に抑制できないことが本発明者らの研究により明確になった。
本発明は、断面形状が比較的複雑であっても押出表面の表面再結晶を抑制し、高強度で耐応力腐食割れ性に優れる押出形材が得られるアルミニウム合金の提供及びそれを用いた押出形材の提供を目的とする。
本発明に係る押出形材用アルミニウム合金は、以下質量％にて、Ｚｎ：６．０〜１０．０％，Ｍｇ：１．９０〜２．５０％，Ｃｕ：０．５０〜２．５０％，Ｚｒ：０．１０〜０．２５％，Ｔｉ：０．００５〜０．０５％，Ｓｒ：０．０２〜０．２５％及び残部がＡｌと不可避的不純物からなることを特徴とする。
本発明において、このように成分範囲を選定した理由は以下のとおりである。
＜Ｚｎ成分＞
Ｚｎ成分は比較的、高濃度でも押出性を低下させずに高強度化が可能であり、目標とする高強度を得るには、以下全て質量にて、６．０％以上が必要であり、１０．０％を超えると耐応力腐食割れ性が低下する。
＜Ｍｇ成分＞
Ｍｇ成分は高強度化に有効であり、目標とする高強度を得るには１．８０％以上必要であり、２．５０％を超えると押出性が低下する。
＜Ｃｕ成分＞
Ｃｕ成分は固溶効果等により高強度化を図るのに有効であり、目標とする高強度を得るには、０．５０％以上必要であり、２．５％を超えると押出性が低下する。
また、Ｃｕ成分は伸びの低下を抑えつつ高強度化を図るのに有効であった。
＜Ｚｒ成分＞
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎは一般的に遷移元素と称され、７０００系のアルミニウム合金押出材の分野にては押出成形時に押出材表面の再結晶を抑える成分として知られている。
しかし、本発明においては後述するＳｒ成分の組み合せにてはＺｒの添加が有効であった。
Ｚｒ成分は０．１０％以上添加することが必要で０．２５％を超えるとアルミ溶湯中に溶解することができなくなる。
＜Ｓｒ成分＞
Ｓｒ成分は本発明において特徴的な成分であり、Ｓｒ成分を０．０２％以上添加すると押出加工時の押出抵抗が大きく形材が高温になっても押出材の表面の再結晶を有効に抑えることができる。
しかし、Ｓｒ成分が０．２５％を超えるとＳｒを核とする粗大な晶出物が晶出する。
そこでＳｒ成分の含有量は０．０２〜０．２５％の範囲が好ましい。
＜Ｔｉ成分＞
Ｔｉ成分はアルミニウム合金の押出用ビレットを鋳造する際の結晶粒の微細化に有効であり、０．００５〜０．０５％の範囲で添加され、この場合に母合金中に含まれるＢが微量含まれることになる。
＜Ｆｅ，Ｓｉ成分＞
Ｆｅ及びＳｉ成分はアルミニウム合金の溶湯の調整及びビレットの鋳造時に不可避的不純物として含まれる。
本発明においてはＦｅ：０．２％以下、Ｓｉ：０．１％以下の範囲で許容される。
＜Ｚｎ成分＞
Ｚｎ成分は比較的、高濃度でも押出性を低下させずに高強度化が可能であり、目標とする高強度を得るには、以下全て質量にて、６．０％以上が必要であり、１０．０％を超えると耐応力腐食割れ性が低下する。
＜Ｍｇ成分＞
Ｍｇ成分は高強度化に有効であり、目標とする高強度を得るには１．８０％以上必要であり、２．５０％を超えると押出性が低下する。
＜Ｃｕ成分＞
Ｃｕ成分は固溶効果等により高強度化を図るのに有効であり、目標とする高強度を得るには、０．５０％以上必要であり、２．５％を超えると押出性が低下する。
また、Ｃｕ成分は伸びの低下を抑えつつ高強度化を図るのに有効であった。
＜Ｚｒ成分＞
Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎは一般的に遷移元素と称され、７０００系のアルミニウム合金押出材の分野にては押出成形時に押出材表面の再結晶を抑える成分として知られている。
しかし、本発明においては後述するＳｒ成分の組み合せにてはＺｒの添加が有効であった。
Ｚｒ成分は０．１０％以上添加することが必要で０．２５％を超えるとアルミ溶湯中に溶解することができなくなる。
＜Ｓｒ成分＞
Ｓｒ成分は本発明において特徴的な成分であり、Ｓｒ成分を０．０２％以上添加すると押出加工時の押出抵抗が大きく形材が高温になっても押出材の表面の再結晶を有効に抑えることができる。
しかし、Ｓｒ成分が０．２５％を超えるとＳｒを核とする粗大な晶出物が晶出する。
そこでＳｒ成分の含有量は０．０２〜０．２５％の範囲が好ましい。
＜Ｔｉ成分＞
Ｔｉ成分はアルミニウム合金の押出用ビレットを鋳造する際の結晶粒の微細化に有効であり、０．００５〜０．０５％の範囲で添加され、この場合に母合金中に含まれるＢが微量含まれることになる。
＜Ｆｅ，Ｓｉ成分＞
Ｆｅ及びＳｉ成分はアルミニウム合金の溶湯の調整及びビレットの鋳造時に不可避的不純物として含まれる。
本発明においてはＦｅ：０．２％以下、Ｓｉ：０．１％以下の範囲で許容される。
本発明に係るアルミニウム合金を用いると、例えば図３〜図５に示すような略コ字型断面形状、略目字型断面形状の押出形材を表面再結晶厚さ５０μｍ以下に抑えつつ押出成形できる。
なお、図３〜図５中の各寸法は実用的に押出可能な寸法範囲を示し、ｔ１，ｔ２，ｔ３が６ｍｍ以下であっても押出可能であり、ｔ１，ｔ２，ｔ３が４ｍｍ以下であっても、やや押出スピードが低下するものの表面再結晶を抑えつつ押出生産が実用的に可能である。
押出形材は押出成形後に所定の熱処理により目標とする引張り強さ６３０Ｎ／ｍｍ２以上，０．２％耐力５５０Ｎ／ｍｍ２以上及び表面再結晶厚さ５０μｍ以下の押出形材が得られる。
なお、図３〜図５中の各寸法は実用的に押出可能な寸法範囲を示し、ｔ１，ｔ２，ｔ３が６ｍｍ以下であっても押出可能であり、ｔ１，ｔ２，ｔ３が４ｍｍ以下であっても、やや押出スピードが低下するものの表面再結晶を抑えつつ押出生産が実用的に可能である。
押出形材は押出成形後に所定の熱処理により目標とする引張り強さ６３０Ｎ／ｍｍ２以上，０．２％耐力５５０Ｎ／ｍｍ２以上及び表面再結晶厚さ５０μｍ以下の押出形材が得られる。
本発明に係るアルミニウム合金はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金であって、Ｚｒ，Ｓｒの添加により、押出表面の再結晶を抑えた耐応力腐食割れ性に優れる押出形材が得られる。
これにより高強度及び耐応力腐食割れ性が要求されるバンパーリィンフォースメント、ビーム等の自動車部品への適用が可能になり、従来以上に小型化、軽量化を図ることができる。
これにより高強度及び耐応力腐食割れ性が要求されるバンパーリィンフォースメント、ビーム等の自動車部品への適用が可能になり、従来以上に小型化、軽量化を図ることができる。
図１に示すような組成のアルミニウム合金の溶湯を調整し、常法に従いビレットを鋳造した。
次に５００〜５６０℃にて３〜２４時間の均質化処理した。
このようにして得られたビレットを用いて図３に示した断面コ字形状の押出形材を押出成形した。
その後に溶体化処理及び人工時効処理をした。
その条件は次のとおりである。
・溶体化処理：４６０〜５００℃にて１〜３時間保持し、その後に水冷をした。
・人工時効処理：９０〜１２０℃×１〜２４時間＋１３０〜１８０℃×１〜２４時間の二段時効
機械的性質は次のように評価した。
ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、上記押出形材からＪＩＳ−５号試験片を切り出し、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を実施した。
表面再結晶厚さは次のように評価した。
上記押出形材からサンプルを切り出し、押出断面を鏡面研磨し、ケラー試薬にてエッチングした。
これを光学顕微鏡（１００倍）にて、押出表面からの再結晶組織の厚みを測定した。
その結果を図１の表及び図２の写真に示す。
次に５００〜５６０℃にて３〜２４時間の均質化処理した。
このようにして得られたビレットを用いて図３に示した断面コ字形状の押出形材を押出成形した。
その後に溶体化処理及び人工時効処理をした。
その条件は次のとおりである。
・溶体化処理：４６０〜５００℃にて１〜３時間保持し、その後に水冷をした。
・人工時効処理：９０〜１２０℃×１〜２４時間＋１３０〜１８０℃×１〜２４時間の二段時効
機械的性質は次のように評価した。
ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、上記押出形材からＪＩＳ−５号試験片を切り出し、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を実施した。
表面再結晶厚さは次のように評価した。
上記押出形材からサンプルを切り出し、押出断面を鏡面研磨し、ケラー試薬にてエッチングした。
これを光学顕微鏡（１００倍）にて、押出表面からの再結晶組織の厚みを測定した。
その結果を図１の表及び図２の写真に示す。
本発明においては、バンパーリィンフォースメント等の自動車部品に適用することを念頭に目標とする機械的性質は引張り強さ（σＢ）６３０Ｎ／ｍｍ２以上、０．２％耐力（σ０．２）５５０Ｎ／ｍｍ２以上、伸び（δ）１０％以上とした。
また、耐応力腐食割れ性を確保するために押出形材の表面再結晶厚さを５０μｍ以下とした。
実施例１はＺｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｓｒ，Ｔｉがねらいとする成分範囲であり、全ての目標値をクリアした。
特に、図２に実施例１，比較例１，５のミクロ組織写真を示すように、Ｚｎ，ＭｇおよびＣｕ成分量が概ね同じであって、ＺｒとＳｒの組み合せ添加により再結晶厚さが大きく変化し、Ｓｒを０．０２％以上添加すると再結晶を抑えることができた。
実施例１では、Ｓｒ：約０．０３％であったので、Ｓｒはどの程度添加量を増してもよいか検討するために、実施例２〜４に示すような化学組成のビレットを鋳造し評価した。
その結果、Ｓｒ：約０．２１％でも全ての目標をクリアーすることができた。
また、耐応力腐食割れ性を確保するために押出形材の表面再結晶厚さを５０μｍ以下とした。
実施例１はＺｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｓｒ，Ｔｉがねらいとする成分範囲であり、全ての目標値をクリアした。
特に、図２に実施例１，比較例１，５のミクロ組織写真を示すように、Ｚｎ，ＭｇおよびＣｕ成分量が概ね同じであって、ＺｒとＳｒの組み合せ添加により再結晶厚さが大きく変化し、Ｓｒを０．０２％以上添加すると再結晶を抑えることができた。
実施例１では、Ｓｒ：約０．０３％であったので、Ｓｒはどの程度添加量を増してもよいか検討するために、実施例２〜４に示すような化学組成のビレットを鋳造し評価した。
その結果、Ｓｒ：約０．２１％でも全ての目標をクリアーすることができた。
Claims (2)
- 以下質量％にて、Ｚｎ：６．０〜１０．０％，Ｍｇ：１．９０〜２．５０％，Ｃｕ：０．５０〜２．５０％，Ｚｒ：０．１０〜０．２５％，Ｔｉ：０．００５〜０．０５％，Ｓｒ：０．０２〜０．２５％及び残部がＡｌと不可避的不純物からなることを特徴とする押出形材用アルミニウム合金。
- 請求項１記載のアルミニウム合金を用いて押出成形して得られた押出形材であって、引張り強さ６３０Ｎ／ｍｍ２以上，０．２％耐力５５０Ｎ／ｍｍ２以上であり、耐応力腐食割れ性に優れることを特徴とするアルミニウム合金押出形材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014244148 | 2014-12-02 | ||
| JP2014244148 | 2014-12-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016108653A true JP2016108653A (ja) | 2016-06-20 |
Family
ID=56122023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015188845A Pending JP2016108653A (ja) | 2014-12-02 | 2015-09-25 | 押出形材用アルミニウム合金及びそれを用いた押出形材 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2016108653A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110592443A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-20 | 江苏大学 | 一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法 |
| CN111101032A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-05 | 山东南山铝业股份有限公司 | 一种高强度、高塑性挤压铝合金及其制备方法 |
| JP2022532347A (ja) * | 2019-06-03 | 2022-07-14 | ノベリス・インコーポレイテッド | 超高強度アルミニウム合金製品及びその作製方法 |
-
2015
- 2015-09-25 JP JP2015188845A patent/JP2016108653A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022532347A (ja) * | 2019-06-03 | 2022-07-14 | ノベリス・インコーポレイテッド | 超高強度アルミニウム合金製品及びその作製方法 |
| US11746400B2 (en) | 2019-06-03 | 2023-09-05 | Novelis Inc. | Ultra-high strength aluminum alloy products and methods of making the same |
| CN110592443A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-20 | 江苏大学 | 一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法 |
| CN110592443B (zh) * | 2019-08-27 | 2021-03-23 | 江苏大学 | 一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法 |
| CN111101032A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-05 | 山东南山铝业股份有限公司 | 一种高强度、高塑性挤压铝合金及其制备方法 |
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