JP3652937B2 - 強度と耐食性に優れるアルミニウム合金 - Google Patents
強度と耐食性に優れるアルミニウム合金 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性および強度に優れるアルミニウム合金押出材に関するものであり、自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造部材用アルミニウム合金押出材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車その他の輸送機器の構造体に要求される性能としては、１）強度、２）耐食性、３）破壊力学特性（耐疲労亀裂伝播、破壊靭性など）が挙げられ、最近の材料の開発動向としては、強度だけでなく、材料の構造から部材の組み立て、運用も含めた総合的な評価が行われている。
高強度アルミニウム合金としては、従来からＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）あるいはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系（７０００系）のアルミニウム合金が知られているが、これらの合金は強度面では優れているものの加工性、耐食性が必ずしも十分でない。
一方、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）のアルミニウム合金は、一般的に強度面では上記高強度アルミニウム合金に劣るが、耐食性や押し出し加工性の面でも優れており、速い速度での押し出し加工が可能で、製造原価も低減でき、ポートホールダイスやスパイラルダイスを用いて中空形状に押し出し加工する事も一般的に行われている。
この事から６０００系合金と同等の押し出し加工性を備えた高強度アルミニウム合金の強度特性を改善して、２０００系、７０００系合金と同等の強度を得ようとする試みが行われており、従来の６０６１合金より高強度が得られる６０６３合金、６０５６合金、６０８２合金などが開発されている。
自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造体は、優れた強度特性を要求されることは勿論であるが、使用中に厳しい腐食環境（湿気、塩分など）にさらされる事があるため耐食性に優れ腐食環境下で疲労破壊などを生じないものでなければならない。従って構造体用材料は、これらの特性をバランス良く具備していることが必要である。
またこれらの特性については、技術の高度化により僅かの差異でも無視できない重要性を持つ場合もあり、いずれかの特性が少しでも劣ると材料として総合的な評価が得られない。このような観点から上記の６０００系アルミニウム合金を見た場合、特に輸送機器用構造体の材料として適応する場合、必ずしも満足すべき性能を備えているとはいえない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、強度特性に優れるとともに、耐食性に優れた、輸送機器用構造体の材料として好適なアルミニウム合金押出材を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記のアルミニウム合金押出材を用いて製造した、強度特性および耐食性に優れた、輸送機器の構造体を提供することにある。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明の上記課題は以下の手段により達成された。
すなわち本発明は、
（１）２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＦｅ、０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＣｕ、０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＭｎ、０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、１．６ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下のＺｎを含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物とからなる強度および耐食性に優れるアルミニウム合金押出材、及び
（２）（１）項記載のアルミニウム合金押出材を用い成形加工してなることを特徴とする輸送機器用構造部材
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に成分範囲の限定理由について述べる。
Ｓｉはアルミニウム合金に固溶または単体Ｓｉ及びＭｇと共存してＭｇ２Ｓｉを析出させ合金の強度を高める効果を有する。Ｓｉが２．０ｗｔ％未満ではこの効果が小さい。Ｓｉが５．０ｗｔ％を越えると材料の変形抵抗が大きくなりすぎて材料製造を困難にしてしまう事と、粒界、粒内に析出するＳｉやＭｇ２Ｓｉにより耐食性を損ねてしまう。従って本発明においてはＳｉ量を２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下のＳｉと規定する。
【０００６】
Ｆｅは、アルミニウム合金に固溶またはＡｌ３ＦｅとＳｉ、ＦｅとＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を析出し材料強度を高める効果を有する。Ｆｅ量が０．３ｗｔ％未満では、材料強度の効果が乏しく、１．５ｗｔ％を越えると析出したＡｌ３Ｆｅにより材料の耐食性が損なわれてしまう。従って本発明において、Ｆｅ量を０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下と規定する。
Ｃｕはマトリックスに固溶する事で強度を高める効果を有する点と、材料成形性を高める効果を有する。Ｃｕ量が０．５ｗｔ％以下では材料強度の効果が不十分であり、２．０ｗｔ％を越えると、粒界にＣｕＡｌ２を析出し粒界腐食を発生し素材の耐食性を損なってしまう。従って本発明において、Ｃｕ量を０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下と規定する。
【０００７】
ＭｎはＦｅ、Ｓｉと金属間化合物を形成し強度向上に寄与している事と、材料の変形抵抗を大きくする効果を有する、またＡｌ３Ｆｅの様な金属間化合物の近傍を溶解するような金属間化合物を、粒内の電位と等しいＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物と置き換える事により耐食性を向上させる働きを有する。Ｍｎ量が０．１ｗｔ％未満では強度向上の効果が不十分であり、１．５ｗｔ％を越えると変形抵抗が大きくなり材料にコバ割れを生じ、製造上問題を生じる。従って、本発明ではＭｎ添加量を０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下と規定する。
ＭｇはＳｉと金属間化合物を形成し強度向上に寄与している。Ｍｇ量が０．１ｗｔ％未満では強度向上の効果が小さく、０．５ｗｔ％を越えると、Ｍｇ２Ｓｉが多く析出し強度が向上するが粒界に析出したＭｇ２Ｓｉにより耐食性が損なわれてしまう。従って本発明では、Ｍｇ添加量を０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下と規定する。
【０００８】
Ｚｎは本発明において重要な添加元素である。
本発明においてＺｎを添加する理由について述べる。
本発明に用いられる合金においては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ等は強度向上の為に本発明範囲内の添加量が必要になってくる。一般的に述べられている場合においては、ＳｉはＭｇとともに粒界にＭｇ２Ｓｉを析出する事と粒内、粒界に単体Ｓｉを析出し粒界腐食を発生し耐食性を損ねてしまう事と、それに伴う機械的強度の減少が問題になってくる。
本発明においてＺｎを添加した理由は、Ｚｎは添加される事により粒内の電位を卑にする効果により粒界に析出し、粒内に対して選択的に溶解する金属間化合物の溶解を抑制する効果を有している。
これらの耐食性を改善する効果は、Ｚｎ量１．６ｗｔ％未満では効果がなく、３．０ｗｔ％以上では、添加したＺｎ量が多すぎる為に粒内、粒界の溶解が激しくなり、耐食性を損ねてしまう。
従ってＺｎの添加量を１．６ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下と規定する。
本発明において、Ｃｒ、Ｔｉの量は特に規定していないが、Ｃｒは焼き入れ感受性を阻害しない程度０．１ｗｔ％未満ならば問題ない。また鋳塊の微細化材としてＴｉは０．１ｗｔ％以下、Ｂは０．０２ｗｔ％以下が添加されているが問題はない。
本発明に用いられる合金は、通常の押出材の製造に必要な熱間加工又は冷間加工により、本発明の押出材を得ることができる。
本発明の材料の用途は特に制限はないが、好ましいのは、自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造材であり、好ましくは自動車用である。自動車の中でも、ボディパネル、骨格材、スペースフレームなどに特に好適に用いられる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００１２】
実施例１
表１に示す合金組成のビレットを半連続鋳造方法にて作製し、４９０℃の温度で４時間均質化処理を行い、均質化処理後空冷した。ついで押し出し温度４５０℃で、平板で２ｍｍの形状に熱間押し出し加工を行った。その後１８０℃の温度で２時間の時効析出処理を行い、試験片（押出材）を作製した。
尚、従来例として６０６１合金を用いた。
（１）耐食性試験
この１ｍｍの板を７０×１５０ｍｍの形状に切断し、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準じる塩水噴霧試験を１０００時間行い、試験後の最大孔食深さと腐食重量減少量を測定した。結果を表１に示す。
（２）機械的強度の測定
ＪＩＳ５号試験片を切り出し、引っ張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎで機械的強度を測定した。結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１の結果に示される様に、比較例１、３、５、９、１１はＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ又はＺｎが本発明例の成分範囲を下回る為に、強度および耐食性を満たす事が出来なかった。比較例２、８ではＳｉ又はＭｎの添加量が本発明例を越えるために材料が製造出来なかった。比較例４、６、８、１０、１２はＦｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ又はＺｎが本発明例を越えるために、強度および耐食性を満たす事が出来なかった。従来例６０６１では強度が本発明例と同等であるが、耐食性では本発明例に比べて劣っていた。
これに対し本発明の実施例である本発明例１〜３３は耐食性及び機械的強度のいずれも優れる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明によるアルミニウム合金押出材は、耐食性、機械的強度を満足し、自動車構造部材等の輸送機器用構造部材用などとして好適であるという、工業上に顕著な効果を有する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性および強度に優れるアルミニウム合金押出材に関するものであり、自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造部材用アルミニウム合金押出材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車その他の輸送機器の構造体に要求される性能としては、１）強度、２）耐食性、３）破壊力学特性（耐疲労亀裂伝播、破壊靭性など）が挙げられ、最近の材料の開発動向としては、強度だけでなく、材料の構造から部材の組み立て、運用も含めた総合的な評価が行われている。
高強度アルミニウム合金としては、従来からＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）あるいはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系（７０００系）のアルミニウム合金が知られているが、これらの合金は強度面では優れているものの加工性、耐食性が必ずしも十分でない。
一方、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）のアルミニウム合金は、一般的に強度面では上記高強度アルミニウム合金に劣るが、耐食性や押し出し加工性の面でも優れており、速い速度での押し出し加工が可能で、製造原価も低減でき、ポートホールダイスやスパイラルダイスを用いて中空形状に押し出し加工する事も一般的に行われている。
この事から６０００系合金と同等の押し出し加工性を備えた高強度アルミニウム合金の強度特性を改善して、２０００系、７０００系合金と同等の強度を得ようとする試みが行われており、従来の６０６１合金より高強度が得られる６０６３合金、６０５６合金、６０８２合金などが開発されている。
自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造体は、優れた強度特性を要求されることは勿論であるが、使用中に厳しい腐食環境（湿気、塩分など）にさらされる事があるため耐食性に優れ腐食環境下で疲労破壊などを生じないものでなければならない。従って構造体用材料は、これらの特性をバランス良く具備していることが必要である。
またこれらの特性については、技術の高度化により僅かの差異でも無視できない重要性を持つ場合もあり、いずれかの特性が少しでも劣ると材料として総合的な評価が得られない。このような観点から上記の６０００系アルミニウム合金を見た場合、特に輸送機器用構造体の材料として適応する場合、必ずしも満足すべき性能を備えているとはいえない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、強度特性に優れるとともに、耐食性に優れた、輸送機器用構造体の材料として好適なアルミニウム合金押出材を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記のアルミニウム合金押出材を用いて製造した、強度特性および耐食性に優れた、輸送機器の構造体を提供することにある。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明の上記課題は以下の手段により達成された。
すなわち本発明は、
（１）２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＦｅ、０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＣｕ、０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＭｎ、０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、１．６ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下のＺｎを含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物とからなる強度および耐食性に優れるアルミニウム合金押出材、及び
（２）（１）項記載のアルミニウム合金押出材を用い成形加工してなることを特徴とする輸送機器用構造部材
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に成分範囲の限定理由について述べる。
Ｓｉはアルミニウム合金に固溶または単体Ｓｉ及びＭｇと共存してＭｇ２Ｓｉを析出させ合金の強度を高める効果を有する。Ｓｉが２．０ｗｔ％未満ではこの効果が小さい。Ｓｉが５．０ｗｔ％を越えると材料の変形抵抗が大きくなりすぎて材料製造を困難にしてしまう事と、粒界、粒内に析出するＳｉやＭｇ２Ｓｉにより耐食性を損ねてしまう。従って本発明においてはＳｉ量を２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下のＳｉと規定する。
【０００６】
Ｆｅは、アルミニウム合金に固溶またはＡｌ３ＦｅとＳｉ、ＦｅとＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を析出し材料強度を高める効果を有する。Ｆｅ量が０．３ｗｔ％未満では、材料強度の効果が乏しく、１．５ｗｔ％を越えると析出したＡｌ３Ｆｅにより材料の耐食性が損なわれてしまう。従って本発明において、Ｆｅ量を０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下と規定する。
Ｃｕはマトリックスに固溶する事で強度を高める効果を有する点と、材料成形性を高める効果を有する。Ｃｕ量が０．５ｗｔ％以下では材料強度の効果が不十分であり、２．０ｗｔ％を越えると、粒界にＣｕＡｌ２を析出し粒界腐食を発生し素材の耐食性を損なってしまう。従って本発明において、Ｃｕ量を０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下と規定する。
【０００７】
ＭｎはＦｅ、Ｓｉと金属間化合物を形成し強度向上に寄与している事と、材料の変形抵抗を大きくする効果を有する、またＡｌ３Ｆｅの様な金属間化合物の近傍を溶解するような金属間化合物を、粒内の電位と等しいＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物と置き換える事により耐食性を向上させる働きを有する。Ｍｎ量が０．１ｗｔ％未満では強度向上の効果が不十分であり、１．５ｗｔ％を越えると変形抵抗が大きくなり材料にコバ割れを生じ、製造上問題を生じる。従って、本発明ではＭｎ添加量を０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下と規定する。
ＭｇはＳｉと金属間化合物を形成し強度向上に寄与している。Ｍｇ量が０．１ｗｔ％未満では強度向上の効果が小さく、０．５ｗｔ％を越えると、Ｍｇ２Ｓｉが多く析出し強度が向上するが粒界に析出したＭｇ２Ｓｉにより耐食性が損なわれてしまう。従って本発明では、Ｍｇ添加量を０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下と規定する。
【０００８】
Ｚｎは本発明において重要な添加元素である。
本発明においてＺｎを添加する理由について述べる。
本発明に用いられる合金においては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ等は強度向上の為に本発明範囲内の添加量が必要になってくる。一般的に述べられている場合においては、ＳｉはＭｇとともに粒界にＭｇ２Ｓｉを析出する事と粒内、粒界に単体Ｓｉを析出し粒界腐食を発生し耐食性を損ねてしまう事と、それに伴う機械的強度の減少が問題になってくる。
本発明においてＺｎを添加した理由は、Ｚｎは添加される事により粒内の電位を卑にする効果により粒界に析出し、粒内に対して選択的に溶解する金属間化合物の溶解を抑制する効果を有している。
これらの耐食性を改善する効果は、Ｚｎ量１．６ｗｔ％未満では効果がなく、３．０ｗｔ％以上では、添加したＺｎ量が多すぎる為に粒内、粒界の溶解が激しくなり、耐食性を損ねてしまう。
従ってＺｎの添加量を１．６ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下と規定する。
本発明において、Ｃｒ、Ｔｉの量は特に規定していないが、Ｃｒは焼き入れ感受性を阻害しない程度０．１ｗｔ％未満ならば問題ない。また鋳塊の微細化材としてＴｉは０．１ｗｔ％以下、Ｂは０．０２ｗｔ％以下が添加されているが問題はない。
本発明に用いられる合金は、通常の押出材の製造に必要な熱間加工又は冷間加工により、本発明の押出材を得ることができる。
本発明の材料の用途は特に制限はないが、好ましいのは、自動車、車両、航空機などの輸送機器の構造材であり、好ましくは自動車用である。自動車の中でも、ボディパネル、骨格材、スペースフレームなどに特に好適に用いられる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００１２】
実施例１
表１に示す合金組成のビレットを半連続鋳造方法にて作製し、４９０℃の温度で４時間均質化処理を行い、均質化処理後空冷した。ついで押し出し温度４５０℃で、平板で２ｍｍの形状に熱間押し出し加工を行った。その後１８０℃の温度で２時間の時効析出処理を行い、試験片（押出材）を作製した。
尚、従来例として６０６１合金を用いた。
（１）耐食性試験
この１ｍｍの板を７０×１５０ｍｍの形状に切断し、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準じる塩水噴霧試験を１０００時間行い、試験後の最大孔食深さと腐食重量減少量を測定した。結果を表１に示す。
（２）機械的強度の測定
ＪＩＳ５号試験片を切り出し、引っ張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎで機械的強度を測定した。結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
表１の結果に示される様に、比較例１、３、５、９、１１はＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ又はＺｎが本発明例の成分範囲を下回る為に、強度および耐食性を満たす事が出来なかった。比較例２、８ではＳｉ又はＭｎの添加量が本発明例を越えるために材料が製造出来なかった。比較例４、６、８、１０、１２はＦｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ又はＺｎが本発明例を越えるために、強度および耐食性を満たす事が出来なかった。従来例６０６１では強度が本発明例と同等であるが、耐食性では本発明例に比べて劣っていた。
これに対し本発明の実施例である本発明例１〜３３は耐食性及び機械的強度のいずれも優れる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明によるアルミニウム合金押出材は、耐食性、機械的強度を満足し、自動車構造部材等の輸送機器用構造部材用などとして好適であるという、工業上に顕著な効果を有する。
Claims (2)
- ２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下のＳｉ、０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＦｅ、０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＣｕ、０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下のＭｎ、０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＭｇ、１．６ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下のＺｎを含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物とからなる強度および耐食性に優れるアルミニウム合金押出材。
- 請求項１記載のアルミニウム合金押出材を用い成形加工してなることを特徴とする輸送機器用構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29442899A JP3652937B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 強度と耐食性に優れるアルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29442899A JP3652937B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 強度と耐食性に優れるアルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001115225A JP2001115225A (ja) | 2001-04-24 |
| JP3652937B2 true JP3652937B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=17807646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29442899A Expired - Fee Related JP3652937B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 強度と耐食性に優れるアルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3652937B2 (ja) |
-
1999
- 1999-10-15 JP JP29442899A patent/JP3652937B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2001115225A (ja) | 2001-04-24 |
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