JP5166702B2 - 塗装焼付け硬化性に優れた6000系アルミニウム押出材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)押出成形後直ちに90±50℃で1〜24hr保持する。
(2)押出材製造工程でビレット温度を500℃以上、押出直後より4minの冷却速度を70℃/min以上に設定する。
(1)押出成形後直ちに90±50℃で1〜24hr保持する。
(2)押出材製造工程でビレット温度を500℃以上、押出直後より4minの冷却速度を70℃/min以上に設定する。
マグネシウムとシリコンは押出後冷却することによりアルミニウムの過飽和固溶体を形成し、その後の時効処理においてMg2Si析出物を形成し、合金強度を向上する。マグネシウムは塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材として必要な耐力を確保するため、マグネシウムは0.3%以上含有することが好ましい。しかしながら、マグネシウムは多く含有すると押出成形時の変形抵抗が大きく増大するため、マグネシウムは0.7%以下であることが好ましい。従って、マグネシウムは0.3〜0.7%とする。より望ましくは0.4%〜0.6%とする。
銅は強度及び伸びを確保のためには含有されていることが好ましいが、過剰であると耐食性が低下する。また、押出時における変形抵抗が増加し、生産性を阻害する傾向がある。これを考慮し、銅は0.35%以下とする。
鉄は鋳造時に金属間化合物を多く晶出し、合金強度が低下する。この金属間化合物は粗大であり、その後の時効処理で耐力を向上させるMg2Si析出物を構成しているシリコンを取りこむために析出物の密度は小さくなる。また、過剰であると耐食性が低下する。これを考慮し、鉄は0.35%以下とする。
マンガン、クロム、ジルコニウムは押出時の再結晶を抑制し、繊維状組織を安定化する効果がある。しかしながら、クロム、ジルコニウムは焼入れ感受性を大きく阻害し、自動車等の構造材を形成するアルミニウム押出形材によっては押出後のファン空冷で過飽和固溶体を形成しづらくなり、その後の時効処理で耐力を向上させるMg2Si析出物の密度が小さくなる。また、ジルコニウムは鋳造時にチタンと金属間化合物を形成し、チタンの結晶微細化する効果を減少させるとともに、鋳造時に割れが発生する原因となる。
チタンは鋳造時に結晶を微細化させるが、過剰に添加しても添加効果が飽和する。これを考慮し、チタンは0.005〜0.10%とすることができる。より望ましくは0.005〜0.05%とすることができ、さらに望ましくは0.005〜0.03%とする。
不可避不純物はアルミニウム合金を鋳造する際の地金、添加元素の中間合金など様々な経路で混入する。混入する元素は様々であるが、単体で0.05%以下、総量で0.15%以下であれば合金特性にほとんど影響を及ぼさない。これを考慮し、不可避不純物は単体で0.05%以下、総量で0.15%以下とする。
塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材は、製造工程において押出成形→90±50℃×1〜24hr保持後に塗装及び塗装焼付けに相当した熱履歴を受けたアルミニウム押出形材である。押出成形後の90±50℃×1〜24hr保持により、その後の塗装焼付けに相当する熱履歴で形成するMg2Si析出物の核(いわゆるGPzone)を生成する。このGPzoneは低温に保持することでより多く生成することができるが、50℃より低い温度で保持すると、生成するのに24hr以上の保持時間が必要であり、生産効率が悪くなるため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材として50℃以上に保持することが望ましい。また、120℃より高い温度で保持すると、Mg2Si析出物が成長してしまい、耐力が上昇するために、その後2次加工する場合には、加工性を阻害する傾向にあり、120℃以下に保持することが望ましい。これを考慮し、押出成形後に90±50℃×1〜24hrとし、さらに望ましくは70±10℃×1〜12hrとすることができる。この90±50℃×1〜24hr保持工程は、押出成形後に空冷し、雰囲気炉内にて保持しても良いし、ウォータバスやオイルバスで保持しても良い、また、押出成形後の放冷を制御し、断熱して保持しても良い。
塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材は、製造工程においてビレット温度を500℃以上に設定し、押出直後より4minの冷却速度を70℃/min以上に設定する。更に、押出成形後直ちに90±50℃×1〜24hr保持後に塗装及び塗装焼付けに相当した熱履歴を受けたアルミニウム押出形材である。通常の押出工程においては、ビレット温度が600℃以上に保持されることは考えられないため、上限は規定しない。ビレット加熱温度を500℃以上に設定し、押出直後より4minの冷却速度を70℃/min以上に設定することによリ、その後の90±50℃×1〜24hr保持で生成されるMg2−Si析出物の核(いわゆるGPzone)を生成するために必要な過飽和固溶体を得ることができる。ビレット温度が500℃未満であると、GPzone生成に必要な空孔をアルミニウム内に取り込めず、また、冷却速度が70℃/min未満であると、冷却途中に空孔が放出されたり、固溶した溶質原子が析出物となって析出してしまい、その後の90±50℃×1〜24hrでGPzoneが生成できなくなる。そのため、ビレット加熱温度を500℃以上にし、押出直後より4minの冷却速度を70℃/min以上に設定することで、90±50℃×1〜24hr保持で生成するMg2Si析出物の核(いわゆるGPzone)を生成することができる。さらに、このGPzoneは、低温に保持することでより多く生成することができるが、50℃より低い温度で保持すると、生成するのに24hr以上の保持時間が必要であり、生産効率が悪<なるため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材として50℃以上に保持することが望ましい。また、120℃より高い温度で保持すると、Mg2Si析出物が成長してしまい、耐力が上昇するために、その後2次加工する場合には、加工性を阻害する傾向にあリ、120℃以下に保持することが望ましい。これを考慮し、押出成形後に90±50℃×1〜24hrとし、さらに、望ましくは70±10℃×1〜12hrとすることができる。この90±50℃×1〜24hr保持工程は、押出成形後に空冷し、雰囲気炉内にて保持しても良いし、ウォータバスやオイルバスで保持しても良い。また、押出成形後の放冷を制御し、断熱して保持しても良い。
[製造方法:(1)押出成形後直ちに90±50℃で1〜24hr保持する]
まず、表1の試験例No.1、2に示す6000系のアルミニウム合金の組成になるように成分調整した原料を溶解し、押出サイズに適した円筒状の鋳塊(直径204mm×長さ700mm)を溶製した。尚、表1に示す合金成分は分析値で「0.00%」は有効数字を考慮している。その後、鋳塊を560℃×4hrで均質化処理を行った。
試験例No.1は、Siを1.10%、Cuを0.20%、Mgを0.59%、Mnを0.08%含有するアルミニウム押出形材である。実施例に相当する試験例No.1−1〜試験例No.1−3と、比較例に相当する試験例No1−4は押出成形後12〜168hr室温で放置した後、70℃×12hr保持し、B.H.処理前後の耐力について比較した。また、実施例に相当する試験例No.1−5〜No.1−8は、押出成形後12hr放置した後に70℃×12hr処理し、12〜168hr室温で放置し、B.H.処理前後の耐力について比較した。
まず、表4(試験例No.1〜4)に示す6000系のアルミニウム合金の組成になるように成分調整した原料を溶解し、押出サイズに適した円筒状の鋳塊(直径204mm×長さ700mm)を溶製した。尚、表4に示す合金成分は分析値で『0.00%』は有効数字を考慮している。その後、鋳塊を560℃×4hrで均質化処理を行った。
Claims (2)
- 塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が60MPa以上上昇し、その後の耐力が180MPa以上に設定されていることを特徴とする6000系アルミニウム押出材であって、
質量%でマグネシウムを0.3〜0.7%、シリコンを0.7%〜1.5%、銅を0.35%以下、鉄を0.35%以下、チタンを0.005〜0.1%含有し、さらに、マンガンを0.05〜0.30%、クロムを0.10%以下、ジルコニウムを0.10%以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の1種以上を合計で0.05〜0.40%含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物であるアルミニウム合金の鋳塊を500℃以上のビレット温度で押出成形し、押出直後より押出形材を70℃/min以上の冷却速度で少なくとも4min冷却して、前記押出成形後から計測して72hr以内の期間、室温に放置し、その後90±50℃で1〜24hr保持することによって得られる前記押出材。 - 塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が60MPa以上上昇し、その後の耐力が180MPa以上に設定されている6000系アルミニウム押出材の製造方法であって、
質量%でマグネシウムが0.3〜0.7%、シリコンが0.7%〜1.5%、銅が0.35%以下、鉄が0.35%以下、チタンが0.005〜0.1%含有し、さらに、マンガンを0.05〜0.30%、クロムを0.10%以下、ジルコニウムを0.10%以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の1種以上を合計で0.05〜0.40%含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を500℃以上のビレット温度で押出成形を行う押出工程、
前記押出工程直後に押出形材を70℃/min以上の冷却速度で少なくとも4min冷却する冷却工程、
前記冷却工程後の押出形材を、前記押出工程後から計測して72hr以内の期間、室温に放置する室温放置工程、及び
前記室温放置工程後に押出形材を90±50℃で1〜24hr保持する低温保持工程
を含むことを特徴とする前記6000系アルミニウム押出材の製造方法。
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