JPH03107439A - 温間成形用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は温間成形用アルミニウム合金圧延板、すなわ
ち　１５０〜３５０℃の範囲内の温度で成形加工を施し
て使用される用途のアルミニウム合金に関するものであ
る。

従来の技術 近年、４００℃以上の高温において適切な歪速度で引張
りを与えた場合に局部的変形（ネック）の発生を招くこ
となく３００％程度以上の大きな伸びを示す超塑性材料
が種々開発されるようになっており、アルミニウム合金
についても超塑性材料が開発されるようになった。従来
このようなアルミニウム基超塑性材料としては、ＡＡ’
−７８％Ｚｎ合金、Ａｌ−３３％Ｃｕ合金、ＡＩ−６％
Ｃｕ−０，４％Ｚｒ合金（“５ＵＰＲ＾ピ）　、Ａｌ−
Ｚｎ−ＭｇＣｕ系合金（Ａ人規格の７４７５合金、７０
７５合金等）、Ａ　Ｉ−２，，５〜６．０％Ｍｇ−０．
０５〜０．６％Ｚｒ合金等が知られている。これらの材
料はいずれも　４００℃以上の高温で大きな変形を得る
ことができるため、複雑な形状の成形を容易に行なうこ
とができる利点を有する。

発明が解決しようとする課題 前述のようなアルミウニム基超塑性材料は、３００％以
上もの大きな伸びを生じさせるためには、４００℃以上
の高温で適切な歪速度を与える必要があり、一般に最も
大きな伸びを示す歪速度（最適歪速度）は１０−３／秒
から１０−’／秒のオーダーとされている。しかしなが
らこのような歪速度は、船釣な成形加工の場合と比較し
て格段に遅く、このような歪速度を適用した場合、１成
形工程に数分から数十分を要し、工場規模での量産の場
合生産性を著しく阻害する問題がある。また超塑性によ
る変形では、一般に板厚分布のコントロールが難しいと
されている。そのため前述のようなアルミニラム基超塑
性材料を用いて超塑性加工を行なうことは、量産規模で
の実用化はためられれているのが実情である。

ところで、超塑性加工温度域よりは低温ではあるが、　
１５０〜３５０℃の温度域でのいわゆる温開成形の場合
、Ａｌ−Ｍｇ合金は室温での成形と比較して通常の成形
速度で比較的大きな伸びが得られ、またその場合の変形
後の板厚分布も均一であることが知られており、したが
ってＡｌ−Ｍｇ合金を用いて温開成形を行なえば、生産
性を阻害することなく量産規模での複雑な形状の成形も
比較的容易となると考えられる。

しかしながら従来の一般的なＡｌ−Ｍｇ合金の温開成形
では、超塑性加工の場合と比較すれば格段に成形性が劣
る。そこで量産規模での実用化に適した温間成形用の材
料として、従来の一般的なＡｌ−Ｍｇ合金よりもさらに
温間での成形性が優れた材料の開発が強く望まれていた
。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、温
間成形性に優れたＡＩ！−Ｍｇ合金を提供することを目
的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明者等は前述の課題を解決するべく鋭意実験・検討
を重ねた結果、Ａｌ−Ｍｇ合金において不純物として含
有される各種の元素の含有量を特定の微量以下に規制し
て、不純物元素に基づく金属間化合物の径をある大きさ
以下に規制することによって、温間成形性を従来よりも
大幅に向上させ得ることを見出し、この発明をなすに至
った。

具体的には、請求項１に記載の発明の温間成形用アルミ
ニウム合金は、Ｍｇ２．０〜６．０％を含有し、かつ不
純物としてのＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ。

ＺｒがそれぞれＦｅは０．２％以下、Ｓｉは０．２％以
下、Ｍｎは０．０５％以下、Ｃｒは０．０５％以下、Ｚ
ｒは０．０５％以下に規制され、しかもその他の不純物
元素の合計量が０１％以下に規制され、残部が実質的に
ＡＡ’よりなり、金属間化合物粒子の粒径が１０．ｍ以
下であることを特徴とするものである。

また請求項２に記載の発明の温間成形用アルミニウム合
金は、Ｍｇ２．０〜６．０％を含有するとと−もに、Ｃ
ｕ　０．０５〜２．０％、Ｚｎ０．５〜２．５％のうち
の１種または２種を含有し、かつ不純物としてのＦｅ、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＺｒがそれぞれＦｅは０．２％以下
、Ｓｉは０２％以下、Ｍｎは０．０５９ｆｉ以下、Ｃｒ
は０．０５％以下、Ｚｒは０．０５％以下に規制され、
しかもその他の不純物元素の合計量が０．１％以下に規
制され、残部が実質的にＡＡ’よりなり、金属間化合物
粒子の粒径が１０伽以下であることを特徴とするもので
ある。

作　　　用 先ずこの発明の温間成形用アルミニウム合金の成分限定
理由を説明する。

Ｍｇ： Ｍｇは温間成形加工時に加工軟化もしくは動的再結晶を
促進させることによって温間成形性を向上させる元素で
ある。Ｍｇが２．０％未満では温間成形性が不充分とな
るとともに、各種成形部品としての強度も不足する。一
方Ｍｇが６．０％を越えれば、熱間圧延性、冷間圧延性
が悪くなって圧延板の製造が困難となる。したがってＭ
ｇの含有量は２．０〜６．０％の範囲内とする必要があ
る。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｉおよびその他の不純物： Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｉは、いずれも鋳造時に粗
大な金属間化合物を生成させやすく、旦形成されたこれ
らの金属間化合物は、その後の加工、熱処理で除去する
ことはできない。これらの金属間化合物は、その粒径が
１０伽を越えれば温間成形時の破断の起点となって、温
間成形性を著しく劣化させる。粒径がＩＯ珈を越える金
属間化合物を生成させないためには、不純物としてのＭ
ｎを０．０５％以下、Ｃｒを０．０５％以下、Ｚｒをｏ
、ｏ５ｏｇ５ニ、Ｆｅを０．２％以下、Ｓｉを０２％以
下にそれぞれ規制するとともに、その他の不純物の合計
量を０．１％以下に規制する必要がある。

Ｃｕ、Ｚｎ これらはいずれも強度を向−１ニさせるとともに、積層
欠陥エネルギを増大させて加工時の転位セル構造を強化
し、成形性を向上させる効果を有し、請求項２の発明の
アルミニウム合金圧延板においていずれか１種または２
種が含有される。Ｃｕが００５％未満、Ｚ　ｎが０５％
未満では上記の効果が充分に得られず、一方Ｃｕが２．
０％を越えるかまたはＺｎが２，５％を越えれば耐食性
が低下する。

したがってＣｕは０．０５〜２．０％、Ｚｎは０５〜２
５％の範囲内とした。

以上の各成分の残部は実質的にＡｎとすれば良い。但し
、通常のアルミニウム合金においては鋳塊結晶粒微細化
のためにＴｉ１あるいはＴｉおよびＢを微量添加するこ
とがあり、この発明の場合も微量のＴｉ１あるいはＴｉ
およびＢを含有していても良い。ここで、Ｔｉ含有量が
０．１５％を越えれば初晶ＴｉＡｌ３粒子が晶出して成
形性を害し、またＢ含有量が０．０５％を越えればＴ　
ｉ　Ｂ　２の粗大粒子が生して成形性を害するから、Ｔ
ｉは０．１５％以下、Ｂは０．０５％以下とすることが
好ましい。

なおまた、Ｍｇを多量に含有する場合は溶湯が酸化し易
く、そこで溶湯酸化防止のためにＢｅの添加を行なうこ
とも一般に行なわれているが、この発明のアルミニウム
合金の場合も、溶湯の酸化防１１−のためにＢｅを添加
しても良い。但しＩ’３ｅ添加量がＩＩｌｐｍ未満では
その効果が得られず、一方１１００ｐｐを越えてもその
効果は飽和するから、Ｂｅを添加する場合の添加量は　
１〜１１００ｐｐの範囲内とすることが好ましい。

以上のような成分組成のこの発明のアルミニウム合金は
、　１５０〜３５０°Ｃの範囲内の温度で温間成形加工
を行なうにあたっての成形性（温間成形性）が従来のＡ
Ａ−Ｍｇ合金よりも格段に良好である。

次にこの発明の温間成形用アルミニウム合金の製造方法
について説明する。

先ず前述のような成分組成のアルミニウム合金溶湯を常
法にしたがって溶製し、ＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）に
よって鋳塊とするか、または薄板連続鋳造法（連続鋳造
圧延法）によって直接薄板とする。

ＤＣ鋳造法で鋳塊を作製した場合、その鋳塊に対して熱
間圧延を施す前に鋳塊加熱を行ない、引続いて熱間圧延
を行ない、その後必要に応じて冷間圧延を行なって製品
板厚とする。また熱間圧延と冷間圧延との間、あるいは
冷間圧延の中途において、必要に応じて中間焼鈍を行な
っても良い。

これらの各工程は、次のような条件で実施することか望
ましい。

すなわち、熱間圧延前の鋳塊加熱は４５０〜５８０℃の
範囲内温度で０５〜４８時間行なうことか望ましい。鋳
塊加熱温度か４５０℃未満ては熱間圧延性が劣化し、一
方５８０℃を越えれば金属間化合物が粗大化するおそれ
があるとともに、共晶融解が生じるおそれがある。また
鋳塊加熱時間が０５時間未満ては鋳塊の加熱が均一にな
されないおそれかあり、一方４８時間を越えれば金属間
化合物の粗大化のおそれがある。熱間圧延は常法に従っ
て行なえば良く、また中間焼鈍も通常の条件で行なえば
良い。冷間圧延の圧下率は、中間焼鈍を行なう場合は中
間焼鈍後の冷間圧延の圧延率にして、１５９６以」二が
好ましい。冷間圧延率が１５％未満では、後の最終焼鈍
により得られる再結晶組織もしくは温開成形のための予
熱時に得られる再結晶組織の再結晶粒が粗大化するおそ
れがある。

上述のようにして製品板厚きした後には、一般には最終
焼鈍を施して再結晶組織を生成させる。

この最終焼鈍は、バッチ焼鈍、連続焼鈍のいずれでも良
く、また最終焼鈍条件は、要は再結晶組織が得られるよ
うな温度、時間であれば良いが、バッチ焼鈍の場合は２
５Ｇ〜４００℃の範囲内の温度で０．５時間以上の保持
が一般的であり、一方連続焼鈍の場合は３５０〜５５０
℃の範囲内の温度で保持なしかまたは１８０秒以下の保
持が一般的である。なお製品の圧延板に対する温開成形
は１５０〜３５０°Ｃで行なわれるが、その場合圧延板
は加熱された金型内にセットされて材料温度が所定の温
度となるまで保持されてから成形が施されるか、または
別の予熱炉で加熱され、その後金型にセットされて成形
が施される。この場合、保持もしくは予熱の温度、時間
が再結晶が生じるような条件であれば、最終焼鈍により
再結晶組織を得ておく必要はなく、したがってその場合
は最終焼鈍を省くことができる。

またＤＣ鋳造に代えて薄板連続鋳造法を適用する場合は
、前述の各工程のうち、熱間圧延までを省略することが
できる。但し、この場合は圧延性を向上させるため、鋳
造コイルに対して均質化処理を施してから冷間圧延を行
なうことが好ましい。

この場合の均質化処理条件は、前述のＤＣ鋳造を適用し
た場合の熱間圧延前の鋳塊加熱条件と同様であれば良い
。

実　　施　　例 第１表の合金番号１〜７に示す成分組成のアルミニウム
合金、すなわち本発明成分範囲内の合金１〜４および本
発明成分範囲を外れた比較例の合金５〜７について、常
法に従ってＤＣ鋳造し、得られた鋳塊に５３０℃×１０
時間の均質化処理を施した後、常法に従って板厚４ｍｍ
まで熱間圧延し、さらに冷間圧延を施して板厚１ｍｍと
した。その後３２０℃×　２時間の最終焼鈍を施した。

上述のようにして最終焼鈍を施した後の各圧延板につい
て、圧延面に平行に研磨し、圧延面に平行な面における
金属間化合物粒子の最大径を、画像解析装置を用いて測
定した。その結果を第２表１ に示す。

第２表から明らかなようにこの発明の成分組成範囲内−
の合金番号１〜４の合金の圧延板は、いずれも金属間化
合物粒子の径が１０伽以下となっている。

また最終焼鈍後の各圧延板について、３００℃において
５０％の伸びを与える温間引張り加工を行なった後、Ｊ
ＩＳ　　５号引張り試験片を切出して温間引張り加工後
の常温強度（引張り強さおよび耐力）を調べた結果を第
３表に示す。

第３表から、この発明の実施例のアルミニウム合金は、
温間成形後も自動車部品や各種筐体等として実用上支障
ない捏度の強度を有していることが判る。

さらに、最終焼鈍後の各圧延板から引張り試験片を切出
し、各試験片について２５０℃の温間引張り試験を行な
い、伸びを調べた結果を第４表に示す。なおこのときの
温間引張り試験は、２５０℃の温度に３０分保持してか
ら引張りを開始し、また引張り歪速度は２．２２Ｘ　１
０−２／秒、標点間距離は１０　ｍｍ２ とした。

第４表から、この発明の実施例のアルミニウム合金圧延
板は、温開成形によって１６０％以上の大きな伸びを示
し、温間成形性が著しく良好であることが判る。

さらに、実際の温開成形における変形性を調べるため、
各圧延板について５枚連続してダイス・ポンチにより温
開成形を施し、破断時の平均成形高さを調べた。温開成
形の条件は、成形温度２５０℃、ブランク径２５０＋ａ
＋ａ、ポンチ径５０ｍｍ、ダイス径５３Ｍ、Ｌわ抑え圧
１０００ｋｇとし、潤滑剤として二硫化モリデブンを用
いた。その結果を第５表に示す。

第５表から、この発明の実施例のアルミニウム合金は、
実際に温間成形加工時における成形性が極めて優れてい
ることが判る。

第１表・供試材の成分組成 （単位 ｗ１９６） 化合物最大サイズ ５ 第３表：温間引張り後の常温強度 第４表： ２５０℃の温間引張り試験での伸び １．６ 第５表：温開成形による成形高さ 発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、この発明のアルミ
ニウム合金は、温間成形性が著しく良好であり、したが
ってこの発明のアルミニウム合金を用いることによって
、１５０〜３５０℃の温度域での温開成形を高い生産性
で実用化することができる。したがってこの発明のアル
ミニウム合金は、複雑形状の器物の他、電気制御器筐体
、計測器筐体、ＶＴＲその他の弱電機器のシャーシ等、
さらには自動車車体、 ガソリンタンク、 オイルパン等 小部品の用途に好適である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ２．０〜６．０％（重量％、以下同じ）を含
   有し、かつ不純物としてのＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚ
   ｒがそれぞれＦｅは０．２％以下、Ｓｉは０．２％以下
   、Ｍｎは０．０５％以下、Ｃｒは０．０５％以下、Ｚｒ
   は０．０５％以下に規制され、しかもその他の不純物元
   素の合計量が０．１％以下に規制され、残部が実質的に
   Ａｌよりなり、金属間化合物粒子の粒径が１０μｍ以下
   であることを特徴とする、１５０〜３５０℃の範囲内の
   温度での成形のための温間成形用アルミニウム合金。
2. （２）Ｍｇ２．０〜６．０％を含有するとともに、Ｃｕ
   ０．０５〜２．０％、Ｚｎ０．５〜２．５％のうちの１
   種または２種を含有し、かつ不純物としてのＦｅ、Ｓｉ
   、Ｍｎ、Ｃｒ、ＺｒがそれぞれＦｅは０．２％以下、Ｓ
   ｉは０．２％以下、Ｍｎは０．０５％以下、Ｃｒは０．
   ０５％以下、Ｚｒは０．０５％以下に規制され、しかも
   その他の不純物元素の合計量が０．１％以下に規制され
   、残部が実質的にＡｌよりなり、金属間化合物粒子の粒
   径が１０μｍ以下であることを特徴とする、１５０〜３
   ５０℃の範囲内の温度での成形のための温間成形用アル
   ミニウム合金。