JPH06509387A - 改良アルミニウム合金 - 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】 改良アルミニウム合金 技術分野 本発明は改良されたアルミニウム合金およびその製造物に関するものであり、特 に改良された強度と加工性を有し、マグネシウム、銅およびシリコンを含有する アルミニウム合金に関するものである。本発明は、又、アルミニウム合金のシー トやそれから成る物品だけでなく、このような合金の製造方法、及び、このよう な方法による生産物にも関するものである。

背景技術 アルミニウム合金は自動車の部品として利用が増大しており、アルミニウム合金 シートから作られるボンネット、トランクの蓋、ドア、フェンダ−１および類似 物にスタンピングされ得るシートに圧延される。しかしながら、現在では、企業 によって基準は異なる傾向にあるので、自動車のパネルや部品の製造に用いるの に適している既存のアルミニウム合金は、種々の自動車会社の仕様を満足するよ うには思われない。例えば、ある企業の要求は、合金の強度（例えば、２５ｋｓ ｉまたは１７５７．　５ｋｇ／ｃ層２以上の降伏強度）を強調することにあり、 一方、他の企業は、より柔らかい合金（例えば、出荷状態で１５−１８ｋｓｉま たは１０５４゜５　１２６５、　４ｋｇ／Ｃｓ！の降伏強度）の方が望ましい、 そのほうがより優れた加ると、その強度を改良するための合金の熱処理能力が減 少する。このように、自動車の車体のパネルに容易に加工でき、しかも、合金の パネルが、たとえば塗料焼き付はサイクル時のように熱処理されたときに、合金 の強度が増すような、良好な時効硬化性を持つ合金がめられている。

例えば、車の車体用パネルの製造に適し、そして、良好な時効硬化性を示す組成 を有する改良アルミニウム合金を開発するために、種々の研究と試みが従来なさ れてきた。

例えば、米国特許第４．５８９．９３２号（Ｐａｒｋ）は、Ｓｉ：０．　４％か ら１゜２％、Ｍｇ：０．５％から１．３％、Ｃｕ：０．６％から１．１％、Ｍｎ ：０．　１％から１％の組成を持つ合金に関するものと思われる。特許権者は、 この合金は高温の人工的時硬処理に感応する、と述べている。

米国特許第４．６３７，８４２号（Ｊ　ｅｆｆｒｅｙ等）においては、特許権者 はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金シートと物品を製造する方法を述べている。しかし、特 許権者は、合金の時効硬化性を改良する努力において、相形酸を試みていない。

同様に、米国特許第３，８８１．９６６号（Ｓ　ｔａｌｅｙ等）においては、特 許権者が開発した合金について述べており、それはＣｕおよびＭｇとともに４． ５％から８％のＺｎを含むものであり、熱処理されたときに、極めて高い強度を 有する。

しかしながら、前記の合金は、適切な強度と加工性を共に持たせようとするなら 、自然的および人工的時硬サイクルの間中、極めて緻密な制御を必要とする。

実際に、１４強度（Ｔ　４　ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が比較的低（、自然的時硬速度 は遅く、そのため良好な加工性が長期間に亘って維持され得る、ということは重 要なことである。成形され、塗料を施された製品が高度な最終的強度を達成しつ るためには、引き続いて、その合金は塗料焼き付はサイクルの間、高い析出硬化 反応性を示すことが必要である。

発明の開示 本発明は、重量パーセントで、Ｃｕ・１％から１８％、Ｍｇ：０．　８％から１ ９％、５ｉ１０．２％から０．　６％、Ｆｅ：０．０５％から０．４％、Ｍｎ＋ ０．　０５％から０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミ ニウムからなるアルミニウム合金材料を提供する。上記の合金は、殊に、必要な シートや）くネルを形成したあと、塗料焼き付はサイクルの間の時効硬化の時、 加工性と強度が望まし、い均衡に達していると思われる。

本発明は、又、重量パーセントで、Ｃｕ：１％から１．８％、Ｍｇ：０．　８％ から１．９％、８１０２％から０．６％、Ｆｅ：０．０５％から０４％、Ｍｎ： Ｏ。

０５％から０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物をふくむアルミニウ ムからなるアルミニウム合金の製造工程を含む、改良アルミニウム合金の製造方 法をも提供する。アルミニウム合金は、シートや他の加工部材に成形されつる。

それらは、それから、合金の内部に靭２ｓｉと＾１１ｃｕＭｇの析出物の準安定 前駆体を形成するのに効果的なように、所定の温度で所定の時間、熱処理され、 時効硬化する。

これらの析出物は合金を強化する。

発明は更に、前記の工程によって作り出され、それによって得られた機械的性質 の優れた組み合わせを有するアルミニウム合金シート、物品、車体部品をも含む 。

本発明のさらなる特性と有用性は以下の詳細な説明と、それに付随する図面によ り明らかになる。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、強度を犠牲にしないで改良された加工性を有するアルミニウム合金材 料に関するものである。殊に、この発明による改良合金は、塗料焼き付はサイク ルの間の熱処理と時効硬化の後、良好な強度性を示す。この発明の合金は重量パ ーセントで、Ｃｕ：１％から１．８％、Ｍｇ：０．　８％から１．９％、５ｉ１ ０゜２％から０．６％、Ｆｅ：０．０５％から０．４％、Ｍｎ＋０．０５％から ０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミニウムからなる。

この合金において室温での析出速度は遅いが、しかし、より高温では、多様な準 安定相の析出のために、時効硬化速度は速い。

本発明は、更に、重量パーセントで、Ｃｕ・１．３％から１６％、Ｍｇ＋１０％ から１４％、Ｓｉ：０．　２５％から０４％、Ｆｅ：０．　１％から０．３％、 Ｍｎ：０．０５％から０，２％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアル ミニウムからなるアルミニウム合金材料も提示する。

このアルミニウム合金材料は熱処理と時効硬化サイクルによって、好ましく有効 に強化される。たとえば、塗料、エナメルあるいはラッカーで処理したあと塗料 焼き付はサイクルにおいて熱処理される場合もある。溶体化熱処理と焼き入れの 後、望ましくは、この合金を約１週間のあいだ室温で安定化するのがよい。

それに続く、最終成型のあとの塗料焼き付けの間の時効硬化が起こり、準安定相 が析出する。

本発明は又、重量パーセントで、Ｃｕ：１％から１．８％、Ｍｇ・０．８％から １９％、Ｓｉ：０．　２％から０．６％、Ｆｅ：０．０５％から０４％、Ｍｎ： ０゜０５％から０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミニ ウムからなるアルミニウム合金の形成の段階を含む改良アルミニウム合金の製造 方法も提示している。ＤＣインゴットは５００−５８０℃の範囲て２−８時間、 約り０℃／時間の加熱速度で処理すると、均質化される。インゴットはそれから 最終的なシート・ゲージに圧延され、４８０−５７５℃で溶体化熱処理されてか ら、適切な焼き入れ法を用いて急激に室温まで冷却される。シートはそれから約 １週間室温で安定化されるのが望ましく、そのあと最終形状に成形される。

有利なことに、もし、アルミニウム合金シートが、最初に好ましい形態にスタン ピングされ、片面もしくは両面に塗料が塗られた後なら、焼き付はサイクルは、 最終的な形状に望ましい強度を与えて、同時に塗料を硬化させ、合金を硬くする ことができる。

本発明のアルミニウム合金材料に対する組成の限界は、以下のようにして設定さ れた。銅は本アルミニウム合金の強度を増すのに寄与する。望ましくは、金銅含 有量は重量で約１％から約１８％の範囲がよく、現時点では１．３％から１．６ ％がもっとも望ましい。銅は熱処理後、アルミニウム、マグネシウムと結合し、 Ａ１□ＣｕＭｇ析出物のＳ°相（Ｓ’　ｐｈａｓｅ）を形成するものである。

シリコンは、ある種のアルミニウム合金での不純物として存在するけれども、本 発明では合金の強度を増加させる元素である。ノリコンの含有量は、約０．２％ から０６％の範囲に保たれ、約０２５％から０４％が望まし四合金の組成として はＣｕが１８％以下、Ｓｉが０６％以下とし、機械的性質を低下する不溶性のＱ 相が形成しないことが望ましい。

又、０８％から約１９％のマグネシウム（Ｍｇ）が本発明の合金に加えれる。１ ０％から１４％のｍｇが望ましいと思われる。マグネシウムの濃度（Ｍｇ）は、 準安定なベータＭｇ２Ｓｉ析出物と、Ａ　１２　ＣｕＭｇ析出物であるＳ゛相の 両方に対する前駆体を形成する為に、マグネシウムの濃度が充分であるように調 整されるべきである。実際に好ましいマグネシウムの濃度は、銅とシリコンの濃 度により数式的に表され得る： ５Ｍｇ　±　０．２％＝％Ｃｕ／２．２＋１．７３　Ｘ　％Ｓｉこの関係は、合 金中で達成されれば、Ｍｇ／Ｓｉ比（重量）が１．７３である合金中ＣＭｇ２Ｓ ｉ相が存在することになるであろう。Ｍｇの濃度は、Ａ　１２　ＣｕＭｇ相を形 成するために追加すべき充分な量のＭｇを与える。

本発明の合金の鉄（Ｆｅ）の含有量はＦｅ：約０．０５から約０．４％の範囲で あり、Ｆｅ：０．　１％から０．３％が望ましい。これらの濃度はもつとも汎用 のアルミニウムに含まれる鉄の不純度に対応する。より高い濃度は合金の質を落 とす可能性があり、望ましくない。

合金はまたマンガン（Ｍｎ）を含む。合金中のその濃度は、０６０５％から０゜ ４％に保たれるのが望ましい。もっとも好ましいのは０．０５％から０．２％の 範囲のようである。

本発明は、かくして、上記合金から製造された加工部材の時効硬化の間に形成さ れる、２つ以上の強化用析出物の前駆体を提供する。同時に、合金は熱処理と時 効硬化に先駆けて、加工部材に容易に加工され得る。上述したように、熱処理と 時効硬化の工程の間に２つの析出相が形成される。もつとも望ましいのは準安定 のベータ相のＭｇ２ＳｉとＳ°相のＡ１□ＣｕＭｇである。これらの２つの析出 層の形成の動力学は異なっており、かくして、１つの合金の組成に対して、種々 の条件下での熱処理によって強度付与を行うことを可能にする。

以前は、自動車のパネル、ボンネットのようなもの、トランク、ドア、フェンダ −１および類似物の製造に用いられる各合金は別個のユニークな時効硬化を必要 としており、それが原因で、熱処理の仕様が変更されたときは、いつも異なる合 金が必要とされていた。一方、本発明の組成は、より幅広い種々の応用と仕様の 変化に用いることができる。それは、たとえば、自動車のドアのノくネル、ボン ネットの蓋およびトランクの蓋のスタンピングを容易にする高い加工性をもたら す。一旦加工されたら、種々の技術によって、パネルは熱処理され時効硬化させ るが、しかし、この調賀工程は塗料焼き付はサイクルと結合されるのが好ましい 。即ち、必要な下塗りと塗料の層は、既に、所望の形態になっているパネルに用 いられる。そのパネルは、塗料を硬化し、最終製品の強度を増すために炉を通過 させる。

次の実施例は発明の実施形態を例示するものであり、制限として解釈されるべき ではない。

実施例１ ４種の合金は７５Ｘ２３０Ｘ５００＋ｍｍのＤＣインゴットで鋳造された。その 化学組成は表１に示される。

合金は平坦にされ、（３℃／ｈの加熱速度で）５３０℃で６時間、−４，０關ま で熱間圧延され、最終ゲージ１．０１まで常温圧延され、均質化された。それら は、５３０℃で３０秒間、流動砂床で溶体化熱処理され、水で焼き入れし、約１ 週間室温で時効硬化させた（Ｔ４テンパー）。合金はＴ４テンパーで問題の機械 的性質を決定するために光学的に試験された。

次の標準テストは、この合金と市販されている合金のサンプルについて行われた 。

Ｔ４での降伏強度（ｋｓｊまたはｋｓｉｃＩＩりはＴ４テンパーでの降伏強度の 測定であり、Ａ　Ｓ　７Ｍ法　Ｅ　８Ｍ−８９、バラグラフ　７．　３．　１の ′オフセット法（Ｏｆｆｓｅｔ　Ｍｅｔｈｏｄ）−により決定された。降伏強度 は、１平方インチあたりの１０００ボンド単位（ｋｓｉ）もしくはｋｇ／ｃｍ２ で表わされ、材料が特別な用途に使われ得るかどうかを決定する基準である。

伸びは、破損の前の伸びのパーセント（％）により表わされ、加工性のもうひと つの尺度であり、ＡＳＴＭ法　Ｅ　８Ｍ−８９、パラグラフ　７．６により決定 された。

曲げやすさくｂｅｎｄａｂｉｌｉｔｙ）は、ｒ／ｌで表現されるが、ここで、ｒ は曲げの半径、ｔは破損の前のシートの厚さを示し、合金の加工性のもうひとつ の尺度であり、ＡＳＴＭ法　Ｅ　２９０−８７で決定された。

エリクセン・カップ（Ｅｒｉｃｈｓｅｎ　Ｃｕｐ）またはボール・パンチ変形試 験（ＢａｌＩ　Ｐｕｎｃｈ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅ５ｔ）は加工性に関 するもうひとつのテストであり、シートが破壊するまでシートに球を押し付ける ことにより出来あがった半球状のものの高さをインチまたはミリメートルで表す 。これはＡＳＴＭ法　Ｅ６４３−８４で行なわれた。

粒子の大きさは、金属構造の粒子の大きさの、光学的顕微鏡での測定による。

シートが欠陥なしに容易に変形されるには、粒子の大きさは、７０μ票以下であ るべきである。

引張試験は又、Ｔ８Ｘテンパー（２％の伸び　＋１７７℃　１／２時間）でなさ れた。これは米国自動車工業で用いられている加工と焼き付は操作をなぞるよう に考案されたテストである。Ｔ８Ｘテストは以下の段階を含む。

−上で概要を述べたようにＴ４テンパーに対する標本を用意する。

−標本に対し２％の変形を加え、１７７℃で１／２時間の時効硬化を施す。

−ＡＳＴＭ法　Ｅ８−８９に従ってｋｓｉで降伏強度を測定する。

ＫＳＥｌＫＳＦＳＫＳＧおよびＫＳＨ合金の平均的な引張り特性は以下の表２１ ；まとめられている。表２は、又、エリクセン・カップの高さ、最小折り曲げ半 径、粒子の大きさの測定の結果も含む。Ｔ４条件での引張特性は、１７．９から ２４ｋｓｉ（１２５８，４から１６８７．　２ｋｇ／ｃｍすｙ、ｓ、の範囲で、 ３８．３から４７、　１ｋｓｉ（２６９２，５から３３１１．１ｋｇ／ｃｍすＵ 、　Ｔ、Ｓ、の範囲で、伸びが２８から２８．２％の範囲であることがわかる。

ＫＳＥ合金は引張特性は最低で、ＫＳＨ合金は最高を示す。Ｔ８Ｘテンパーで、 ＫＳＥ、ＫＳＦ、ＫＳＧおよびＫＳＨ合金は、伸びがわずかに減少（２７から２ ６％）すると共に、２５，９から３３．４ｋｓｉ（１８２０，８から２３４８ｋ ｇ／ｃｍ”）Ｙ、Ｓ、の範囲、４０．４から４７．　１ｋｓｉ（２０４８から３ ３１１　ｋｓｉｃｍすＵ、　Ｔ、Ｓ、の範囲で引張特性が極めて増す。

表２　試験室で製造された合金の機械的性質合金の曲げ易さは０．２１から０． ６８の範囲であり、ＫＳＥ合金は最良で１２であり、ＫＳＨは最悪で０．６であ る。全合金はエリクセン・カップの高さが近接している（０．３４から０．３２ ウェーバ−または８．６から８．１ｍ■）。

上で述べた結果によれば、本発明の合金は、現在自動車の車体のパネルの製造に 用いられているシート合金と比較して、優れていることが判る。表３は、比較ノ タメニ、現存するＸ６１１、Ｘ６１３．６１１１および６００９合金ノ少数の機 械的性質を示している。ＫＳＥＳＫＳＦおよびＫＳＧは、商業的に生産された６ ００９、Ｘ６１３および６１１１合金とそれぞれ比較すると有利さがわかる。

表４　市販の合金の機械的性質 表４は市販されている合金の性質の比較をしたものであり、表２の結果を得るた めに用いたのと同じ方法を用いて試験を行った。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．重量パーセントで、Ｃｕ：１％から１．８％、Ｍｇ：０．８％から１．９％ 、Ｓｉ：０．２％から０．６％、Ｆｅ：０．０５％から０．４％、Ｍｎ：０．０ ５％から０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミニウムか らなるアルミニウム合金材料。
2. ２．アルミニウム合金材料の熱処理と時効硬化時に形成された、少なくとも２つ の析出層を含む請求項１に記載のアルミニウム合金材料。
3. ３．上記２つの析出相はＭｇ２Ｓｉの準安定なベータ相とＡｌ２ＣｕＭｇのＳ′ 相を含む請求項２に記載のアルミニウム合金材料。
4. ４．Ｃｕ、ＭｇおよびＳｉ成分が上記準安定なベータ相と上記Ｓ′相の前駆体を 提供する請求項３に記載のアルミニウム合金材料。
5. ５．上記準安定なベータ相と上記Ｓ′相が上記アルミニウム合金材料の熱処理と 時効硬化により形成される請求項４に記載の合金。
6. ６．上記熱処理で上記アルミニウム合金材料のパネルに施された塗料を硬化させ る請求項５に記載のアルミニウム合金材料。
7. ７．重量パーセントで、Ｃｕ：１．３％から１．６％、Ｍｇ：１．０％から１． ４％、Ｓｉ：０．２５％から０．４％、Ｆｅ：０．１％から０．３％、Ｍｎ：０ ．０５％から０．２％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミニウム からなるアルミニウム合金材料。
8. ８．上妃アルミニウム合金材料を熱処理し、時効硬化する請求項７記載のアルミ ニウム台金。
9. ９．上記合金は熱処理及び時効硬化の間に２つの析出層を形成する請求項８に記 載のアルミニウム合金材料。
10. １０．上記２つの析出層は準安定なＭｇ２Ｓｉのベータ相とＡｌ２ＣｕＭｇのＳ ′相を含む請求項９に記載のアルミニウム合金材料。
11. １１．Ｃｕ、ＭｇおよびＳｉ成分が準安定なベータおよびＳ′相の前駆体を提供 する請求項１０に記載のアルミニウム合金材料。
12. １２．重量パーセントで、Ｃｕ：１％から１．８％、Ｍｇ：０．８％から１．９ ％、Ｓｉ：０．２％から０．６％、Ｆｅ：０．０５％から０．４％、Ｍｎ：０． ０５％から０．４０％を必須成分とし、残部は通常の不純物を含むアルミニウム からなるアルミニウム合金を形成する工程と； 上記アルミニウム合金からアルミニウム合金シートを形成する工程と；上記アル ミニウム合金シートをスタンピングして加工部材を形成する工程と；上記合金内 で準安定なベータＭｇ２Ｓｉ析出物と準安定なＡｌ２ＣｕＭｇ析出物を形成する のに効果的な温度と時間で、上記加工部材を熱処理し、時効硬化する工程とから なる改良されたアルミニウム合金の製造方法。
13. １３．上記合金内で、上記Ｍｇ２Ｓｉ析出物は準安定ベータ相を構成し、上記Ａ ｌ２ＣｕＭｇ析出物はＳ′相を構成する請求項１２に記載の製造方法。
14. １４．上記相を形成するのに効果的な上記の温度は、約５００℃から約５８０℃ の範囲である請求項１２に記載の製造方法。
15. １５．上記析出物を作るのに効果的な時間は、約２時間から約８時間の範囲であ る請求項１４に記載の製造方法。
16. １６．上記加工部材は上記効果的な温度になるまで、１時間あたり約３０℃の割 合で熱せられる請求項１５に記載の製造方法。
17. １７．上記アルミニウム合金シートが、上記合金をあらかじめ決められた厚さに 圧延し、上記合金を約４８０℃から約５７５℃の範囲で溶体化熱処理し、それか ら、上記合金を焼き入れすることにより作られる請求項１５に記載の製造方法。
18. １８．その後アルミニウム合金シートを、凡そ室温で凡そ１週間、安定化させて おく請求項１７に記載の製造方法。
19. １９．請求項１２の方法によって製造される自動車のパネル。
20. ２０．請求項１７の方法によって製造される自動車のパネル。
21. ２１．請求項１８の方法によって製造される自動車のパネル。