JP3248263B2 - 極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材 - Google Patents
極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌやＡｌ合金の新し
い成形加工法として注目されている極低温成形加工法を
適用するに際し、優れた成形加工性を有するＡｌ−Ｍｎ
系合金材に関するものである。
い成形加工法として注目されている極低温成形加工法を
適用するに際し、優れた成形加工性を有するＡｌ−Ｍｎ
系合金材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌやＡｌ合金は、家庭用品を始めとし
て、自動車，航空機，鉄道車両，船舶，建築等の様々な
分野での部品材料として広範囲に使用されている。Ａｌ
やＡｌ合金は、金属材料として優れた性質を有している
ものの、通常のプレス成形を適用するには、その成形性
に限界があり、従ってプレス成形によって複雑な形状に
成形を行うことは困難であるという欠点があった。
て、自動車，航空機，鉄道車両，船舶，建築等の様々な
分野での部品材料として広範囲に使用されている。Ａｌ
やＡｌ合金は、金属材料として優れた性質を有している
ものの、通常のプレス成形を適用するには、その成形性
に限界があり、従ってプレス成形によって複雑な形状に
成形を行うことは困難であるという欠点があった。
【０００３】こうしたことから、プレス成形性の優れた
Ａｌ合金材料の開発と共に、成形加工技術の改良も進め
られている。まず材料開発面では、従来のＡｌ合金材料
が、強度３０kgf/cm2 ，伸び３０％であったのが、最近
では強度３０kgf/cm2 ，伸び３５％強のＡｌ合金材料が
開発されており、成形性の向上が認められている。一
方、成形加工技術に関しても、液圧対向成形や温間成形
等の技術が開発されており、成形能の向上が認められて
いる。
Ａｌ合金材料の開発と共に、成形加工技術の改良も進め
られている。まず材料開発面では、従来のＡｌ合金材料
が、強度３０kgf/cm2 ，伸び３０％であったのが、最近
では強度３０kgf/cm2 ，伸び３５％強のＡｌ合金材料が
開発されており、成形性の向上が認められている。一
方、成形加工技術に関しても、液圧対向成形や温間成形
等の技術が開発されており、成形能の向上が認められて
いる。
【０００４】本出願人は、かねてより成形加工技術の研
究を進めており、その研究の一環として、極低温成形加
工法を開発した。この極低温成形加工方法は、ＡｌやＡ
ｌ合金が極低温において引張強度および伸び等に優れた
機械的性質を示すという、新し知見が得られたことによ
り開発された加工方法であり、その技術的意義が認めら
れたので先に出願している（特願平２−４１６２７９
号）。即ち、上記極低温成形加工法は、ＡｌやＡｌ合金
板にプレス潤滑油を塗布した後、液体窒素中に浸漬し、
極低温においてプレス成形加工を行うものであり、従来
において成形が不可能であった複雑な形状の部品の成形
ができるようになった。これは、−４０℃以下の極低温
に冷却されると潤滑油が劣化して、潤滑性が損なわれる
とされてきたのが、実際には潤滑油が極低温下ではワッ
クス状となり、潤滑性が却って向上することを知見した
ことによるものである。
究を進めており、その研究の一環として、極低温成形加
工法を開発した。この極低温成形加工方法は、ＡｌやＡ
ｌ合金が極低温において引張強度および伸び等に優れた
機械的性質を示すという、新し知見が得られたことによ
り開発された加工方法であり、その技術的意義が認めら
れたので先に出願している（特願平２−４１６２７９
号）。即ち、上記極低温成形加工法は、ＡｌやＡｌ合金
板にプレス潤滑油を塗布した後、液体窒素中に浸漬し、
極低温においてプレス成形加工を行うものであり、従来
において成形が不可能であった複雑な形状の部品の成形
ができるようになった。これは、−４０℃以下の極低温
に冷却されると潤滑油が劣化して、潤滑性が損なわれる
とされてきたのが、実際には潤滑油が極低温下ではワッ
クス状となり、潤滑性が却って向上することを知見した
ことによるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記極
低温加工法に使用するＡｌ合金材料として、従来のもの
をそのまま使用したのでは、複雑な形状への成形ができ
るとはいっても未だ充分とはいえず、極低温成形加工に
適したＡｌ合金材料の開発が望まれていた。本発明はこ
うした状況の下になされたものであって、その目的は、
極低温において優れた成形加工性を示すＡｌ合金材を提
供することにある。
低温加工法に使用するＡｌ合金材料として、従来のもの
をそのまま使用したのでは、複雑な形状への成形ができ
るとはいっても未だ充分とはいえず、極低温成形加工に
適したＡｌ合金材料の開発が望まれていた。本発明はこ
うした状況の下になされたものであって、その目的は、
極低温において優れた成形加工性を示すＡｌ合金材を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成し得た本発
明とは、プレス潤滑油を塗布した後に−４０℃以下の極
低温でプレス成形加工されるＡｌ−Ｍｎ系合金材であっ
て、Ｍｎ：０．２〜２重量％を含有し、残部Ａｌおよび
不可避不純物からなり、且つ平均結晶粒径が１５０μｍ
以下である点に要旨を有する極低温成形加工用Ａｌ−Ｍ
ｎ系合金材である。
明とは、プレス潤滑油を塗布した後に−４０℃以下の極
低温でプレス成形加工されるＡｌ−Ｍｎ系合金材であっ
て、Ｍｎ：０．２〜２重量％を含有し、残部Ａｌおよび
不可避不純物からなり、且つ平均結晶粒径が１５０μｍ
以下である点に要旨を有する極低温成形加工用Ａｌ−Ｍ
ｎ系合金材である。
【０００７】
【作用】本発明者らは、極低温成形加工法を適用するに
際し、最適なＡｌ合金板について様々な角度から検討し
てきた。そしてまず極低温において粒界破壊を起こしに
くい材料が、極低温における加工性を著しく向上させる
ことを見出し、Ａｌ合金の含有成分および成分割合並び
に結晶粒を厳密に調整したＡｌ−Ｍｇ系合金圧延板につ
いて提案した（特願平３−９８２９１号）。しかしなが
らこのＡｌ合金圧延材は、耐食性にも優れているという
ものの、Ａｌ−２．５〜８．５重量％Ｍｇ系をベースと
した高Ｍｇ含有Ａｌ合金であり、将来的にＡｌ合金が溶
解用スクラップとしてリサイクルされる場合、Ｍｇが高
いため他の合金に転用しにくく、リサイクル性において
不利になるという課題を有していた。
際し、最適なＡｌ合金板について様々な角度から検討し
てきた。そしてまず極低温において粒界破壊を起こしに
くい材料が、極低温における加工性を著しく向上させる
ことを見出し、Ａｌ合金の含有成分および成分割合並び
に結晶粒を厳密に調整したＡｌ−Ｍｇ系合金圧延板につ
いて提案した（特願平３−９８２９１号）。しかしなが
らこのＡｌ合金圧延材は、耐食性にも優れているという
ものの、Ａｌ−２．５〜８．５重量％Ｍｇ系をベースと
した高Ｍｇ含有Ａｌ合金であり、将来的にＡｌ合金が溶
解用スクラップとしてリサイクルされる場合、Ｍｇが高
いため他の合金に転用しにくく、リサイクル性において
不利になるという課題を有していた。
【０００８】そこで本発明者らは、リサイクル性等をも
考慮し、極低温成形加工法に適したＡｌ合金材について
更に検討を進めてきた。その結果、Ｍｎを所定量含有し
たＡｌ−Ｍｎ系では、純Ａｌと同等の耐食性を有すると
共にリサイクル性も良好であり、且つ該Ａｌ合金材中の
Ｍｎ含有量および結晶粒を厳密に調整することによっ
て、極低温において優れた成形加工性が得られるＡｌ合
金が実現できることを見出し、本発明を完成した。まず
本発明の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ合金材の成分範囲
限定理由は下記の通りである。
考慮し、極低温成形加工法に適したＡｌ合金材について
更に検討を進めてきた。その結果、Ｍｎを所定量含有し
たＡｌ−Ｍｎ系では、純Ａｌと同等の耐食性を有すると
共にリサイクル性も良好であり、且つ該Ａｌ合金材中の
Ｍｎ含有量および結晶粒を厳密に調整することによっ
て、極低温において優れた成形加工性が得られるＡｌ合
金が実現できることを見出し、本発明を完成した。まず
本発明の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ合金材の成分範囲
限定理由は下記の通りである。
【０００９】Ｍｎ：０．２〜２重量％ Ｍｎは、成形性の低下なくして、強度を向上させる効果
を有する。Ｍｎ含有量が０．２重量％未満では上記効果
が得られず、一方含有量が２重量％を超えると、粗大化
合物が生成し、成形性が低下する。本発明のＡｌ合金材
は、Ｍｎを基本成分とし、残部Ａｌおよび不可避不純物
よりなるものであるが、必要によってＭｇ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｒ，Ｚｒ等の元素を所定量含有させても良い。こ
れらの元素を含有させるときの成分範囲限定理由は下記
の通りである。
を有する。Ｍｎ含有量が０．２重量％未満では上記効果
が得られず、一方含有量が２重量％を超えると、粗大化
合物が生成し、成形性が低下する。本発明のＡｌ合金材
は、Ｍｎを基本成分とし、残部Ａｌおよび不可避不純物
よりなるものであるが、必要によってＭｇ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｒ，Ｚｒ等の元素を所定量含有させても良い。こ
れらの元素を含有させるときの成分範囲限定理由は下記
の通りである。
【００１０】Ｍｇ：０．２〜２．５重量％，Ｃｕ：１．
５重量％以下およびＺｎ：２重量％以下よりなる群から
選択される１種以上 これらの元素は、いずれも強度向上に有効である。Ｍｇ
は含有量の増加と共に、Ａｌ合金の加工硬化能を増加さ
せる為、強度向上と共に延性をも向上させる。この効果
を発揮させる為には、Ｍｇ含有量は０．２重量％以上と
する必要がある。またＣｕはＭｇと同様に強度および延
性を向上させる他、時効によっても微細析出物の生成を
助長して強度を向上させる。一方Ｚｎは時効硬化を促進
させるのにも有効である。しかしながら、Ｍｇの含有量
が２．５重量％を超えると、Ｍｎの固溶度が急激に減少
し、粗大化合物が生成して成形性が低下すると共に、リ
サイクル性も不利になる。またＣｕの含有量が１．５重
量％を超えると、Ｍｎの固溶度が減少し、成形性が低下
する。更に、Ｚｎの含有量が２重量％を超えると、極低
温において粒界破壊を起こし易くなり、成形性が低下す
る。
５重量％以下およびＺｎ：２重量％以下よりなる群から
選択される１種以上 これらの元素は、いずれも強度向上に有効である。Ｍｇ
は含有量の増加と共に、Ａｌ合金の加工硬化能を増加さ
せる為、強度向上と共に延性をも向上させる。この効果
を発揮させる為には、Ｍｇ含有量は０．２重量％以上と
する必要がある。またＣｕはＭｇと同様に強度および延
性を向上させる他、時効によっても微細析出物の生成を
助長して強度を向上させる。一方Ｚｎは時効硬化を促進
させるのにも有効である。しかしながら、Ｍｇの含有量
が２．５重量％を超えると、Ｍｎの固溶度が急激に減少
し、粗大化合物が生成して成形性が低下すると共に、リ
サイクル性も不利になる。またＣｕの含有量が１．５重
量％を超えると、Ｍｎの固溶度が減少し、成形性が低下
する。更に、Ｚｎの含有量が２重量％を超えると、極低
温において粒界破壊を起こし易くなり、成形性が低下す
る。
【００１１】Ｃｒ：０．５重量％以下および／またはＺ
ｒ：０．５重量％以下 これらの元素は結晶粒を微細化して粒界破壊を阻止し、
極低温成形加工性を向上させる元素である。しかしなが
ら含有量が過剰になると、Ａｌ−Ｃｒ系やＡｌ−Ｚｒ系
の化合物が多量に生成し、成形時の破壊の起点となり、
極低温成形加工性を低下させる。よって含有量はいずれ
も０．５重量％以下とする必要がある。尚本発明のＡｌ
合金には、不可避的にＦｅやＳｉ等の不純物元素が含ま
れることがあるが、ＦｅおよびＳｉは合計で１重量％以
下に抑えるのが好ましい。即ち、これらの元素は不溶性
不純物であり、これらの含有量が合計で１重量％を超え
ると、溶解鋳造時に不溶性の化合物が生成し、これが成
形加工時の破壊の起点となって成形加工性を極端に低下
させる。また本発明のＡｌ合金材には、鋳造組織を微細
化という観点から、ＴｉやＢを０．２重量％以下の範囲
で添加することも有効である。
ｒ：０．５重量％以下 これらの元素は結晶粒を微細化して粒界破壊を阻止し、
極低温成形加工性を向上させる元素である。しかしなが
ら含有量が過剰になると、Ａｌ−Ｃｒ系やＡｌ−Ｚｒ系
の化合物が多量に生成し、成形時の破壊の起点となり、
極低温成形加工性を低下させる。よって含有量はいずれ
も０．５重量％以下とする必要がある。尚本発明のＡｌ
合金には、不可避的にＦｅやＳｉ等の不純物元素が含ま
れることがあるが、ＦｅおよびＳｉは合計で１重量％以
下に抑えるのが好ましい。即ち、これらの元素は不溶性
不純物であり、これらの含有量が合計で１重量％を超え
ると、溶解鋳造時に不溶性の化合物が生成し、これが成
形加工時の破壊の起点となって成形加工性を極端に低下
させる。また本発明のＡｌ合金材には、鋳造組織を微細
化という観点から、ＴｉやＢを０．２重量％以下の範囲
で添加することも有効である。
【００１２】一方本発明に係る極低温成形加工用Ａｌ−
Ｍｎ系合金材の平均結晶粒径が１５０μｍを超えると、
粒界破壊が発生し、極低温における成形加工性を極端に
劣化させる。よって本発明のＡｌ−Ｍｎ系合金材の平均
結晶粒径は１５０μｍ以下とする必要がある。
Ｍｎ系合金材の平均結晶粒径が１５０μｍを超えると、
粒界破壊が発生し、極低温における成形加工性を極端に
劣化させる。よって本発明のＡｌ−Ｍｎ系合金材の平均
結晶粒径は１５０μｍ以下とする必要がある。
【００１３】ところで本発明のＡｌ合金材を製造するに
当たっては、通常の鋳造、均質化処理した後、熱間圧延
するだけでも良いが、通常の製造方法では結晶粒が粗大
化する恐れがある。例えば、発明協会公開技報８９−１
５６２３号に開示された、極低温加工用のＪＩＳ１１０
０合金やＪＩＳ５１８２合金では、通常の製造方法によ
り製造されており、このため、１１００合金、５１８２
合金とも平均結晶粒径が１５０μｍを超えている可能性
があり、この場合極低温における成形加工性向上効果を
十分達成できない。従って、本発明のＡｌ合金材を製造
するに際しては、鋳造、均質化処理および熱間圧延の各
段階で、結晶粒を細かくする（粗大化させない）様に注
意する必要がある。また圧延後にＭｇやＣｕの固溶硬化
による強度・延性の向上効果を一層発揮させる為には、
前記均質化処理後熱間圧延および／または冷間圧延し、
引き続き焼鈍によってこれらの元素を充分に固溶させる
ことが有効である。焼鈍によるこうした効果を発揮させ
る為には、その温度は３００℃以上とするのが良く、３
００℃未満では前記各元素が充分に固溶されない。
当たっては、通常の鋳造、均質化処理した後、熱間圧延
するだけでも良いが、通常の製造方法では結晶粒が粗大
化する恐れがある。例えば、発明協会公開技報８９−１
５６２３号に開示された、極低温加工用のＪＩＳ１１０
０合金やＪＩＳ５１８２合金では、通常の製造方法によ
り製造されており、このため、１１００合金、５１８２
合金とも平均結晶粒径が１５０μｍを超えている可能性
があり、この場合極低温における成形加工性向上効果を
十分達成できない。従って、本発明のＡｌ合金材を製造
するに際しては、鋳造、均質化処理および熱間圧延の各
段階で、結晶粒を細かくする（粗大化させない）様に注
意する必要がある。また圧延後にＭｇやＣｕの固溶硬化
による強度・延性の向上効果を一層発揮させる為には、
前記均質化処理後熱間圧延および／または冷間圧延し、
引き続き焼鈍によってこれらの元素を充分に固溶させる
ことが有効である。焼鈍によるこうした効果を発揮させ
る為には、その温度は３００℃以上とするのが良く、３
００℃未満では前記各元素が充分に固溶されない。
【００１４】
【実施例】表１に示す化学成分組成のＡｌ−Ｍｎ系合金
を通常の溶製法により溶解した後、造塊、均熱処理、熱
間圧延および冷間圧延を行って、厚さ１ｍｍの板材を製
作した。これらの板材を連続焼鈍炉またはバッチ式炉を
使用して焼鈍を行ない、結晶粒度を調整した。表１にそ
の結果（平均結晶粒径）を併記する。
を通常の溶製法により溶解した後、造塊、均熱処理、熱
間圧延および冷間圧延を行って、厚さ１ｍｍの板材を製
作した。これらの板材を連続焼鈍炉またはバッチ式炉を
使用して焼鈍を行ない、結晶粒度を調整した。表１にそ
の結果（平均結晶粒径）を併記する。
【００１５】
【表１】
【００１６】これらの板材を用い、液体窒素中（−１９
６℃）において、引張試験を行なうと共に、液体窒素中
で冷却したものから、順次−１９６℃および−１００℃
でエリクセン試験を行った。これらの試験結果を表２に
示す。
６℃）において、引張試験を行なうと共に、液体窒素中
で冷却したものから、順次−１９６℃および−１００℃
でエリクセン試験を行った。これらの試験結果を表２に
示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０は、本発明の要件を
満足する実施例であり、いずれも優れた極低温成形加工
性を示していることがわかる。これに対し、Ｎｏ．１１
〜１９のものは、本発明で規定する要件のいずれかを欠
く比較例であり、実施例に比べて劣っている。即ち、比
較例のＮｏ．１１は結晶粒が大きいため成形性が低下
し、比較例のＮｏ．１１〜１７は、添加元素の含有量が
多いことによる不溶性化合物に起因して成形性が低下し
ており、比較例のＮｏ．１８および１９は、不純物の含
有量が多いので、これが不溶性化合物となって成形性が
低下している。
満足する実施例であり、いずれも優れた極低温成形加工
性を示していることがわかる。これに対し、Ｎｏ．１１
〜１９のものは、本発明で規定する要件のいずれかを欠
く比較例であり、実施例に比べて劣っている。即ち、比
較例のＮｏ．１１は結晶粒が大きいため成形性が低下
し、比較例のＮｏ．１１〜１７は、添加元素の含有量が
多いことによる不溶性化合物に起因して成形性が低下し
ており、比較例のＮｏ．１８および１９は、不純物の含
有量が多いので、これが不溶性化合物となって成形性が
低下している。
【００１９】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、極
低温成形加工性に優れたＡｌ−Ｍｎ系合金材が得られ
た。
低温成形加工性に優れたＡｌ−Ｍｎ系合金材が得られ
た。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−224141（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−300032（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−308055（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−339668（ＪＰ，Ａ) 発明協会公開技報公枝89−15623号 柳川ら”ＡＩ−Ｍｇ合金の延性を支配 する因子”神戸製鋼技報，Ｖｏｌ．42, Ｎｏ．１，Ｐ．28−33，（1992) 宮木ら”極低温におけるアルミニウム 合金の諸特性と応用”神戸製鋼技報，Ｖ ｏｌ．34，Ｎｏ．３，Ｐ．67−71, （1984) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 21/00 - 21/18 C22F 1/04 - 1/057
Claims (4)
- 【請求項１】 プレス潤滑油を塗布した後に−４０℃以
下の極低温でプレス成形加工されるＡｌ−Ｍｎ系合金材
であって、Ｍｎ：０．２〜２重量％を含有し、残部Ａｌ
および不可避不純物からなり、且つ平均結晶粒径が１５
０μｍ以下であることを特徴とする極低温成形加工用Ａ
ｌ−Ｍｎ系合金材。 - 【請求項２】 更に、Ｍｇ：０．２〜２．５重量％，Ｃ
ｕ：１．５重量％以下およびＺｎ：２重量％以下よりな
る群から選択される１種以上を含有するものである請求
項１に記載の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材。 - 【請求項３】 更に、Ｃｒ：０．５重量％以下および／
またはＺｒ：０．５重量％以下を含有するものである請
求項１または２に記載の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系
合金材。 - 【請求項４】 不可避不純物中に含まれるＦｅおよびＳ
ｉを、合計で１重量％以下に抑えてなる請求項１〜３の
いずれかに記載の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26189592A JP3248263B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26189592A JP3248263B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06108191A JPH06108191A (ja) | 1994-04-19 |
| JP3248263B2 true JP3248263B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=17368255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26189592A Expired - Fee Related JP3248263B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｎ系合金材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248263B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6458224B1 (en) * | 1999-12-23 | 2002-10-01 | Reynolds Metals Company | Aluminum alloys with optimum combinations of formability, corrosion resistance, and hot workability, and methods of use |
| JP4539913B2 (ja) * | 2004-12-15 | 2010-09-08 | 三菱アルミニウム株式会社 | 二次電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| KR101909152B1 (ko) * | 2012-12-06 | 2018-10-17 | 내셔널 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 “미시스” | 열 저항 알루미늄 기본 합금 및 제조 방법 |
| CN105316533B (zh) * | 2014-08-27 | 2017-09-08 | 深圳市欣茂鑫精密五金制品有限公司 | 一种铝合金 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP26189592A patent/JP3248263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 宮木ら"極低温におけるアルミニウム合金の諸特性と応用"神戸製鋼技報，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．３，Ｐ．６７−７１，（１９８４） |
| 柳川ら"ＡＩ−Ｍｇ合金の延性を支配する因子"神戸製鋼技報，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１，Ｐ．２８−３３，（１９９２） |
| 発明協会公開技報公枝８９−１５６２３号 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06108191A (ja) | 1994-04-19 |
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