JPH11152552A - Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造性に優れ、比較的低温度で加工ができ、
加工変形抵抗を小さくして大型製品の鍛造も可能になる
他、プレス金型の寿命を延ばすことができると共に、作
業の効率化が図れるアルミニウム系合金の加工方法を提
供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：
４〜１２％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：０．１
〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．２％、Ｆｅ：０〜
１．０％を含み、残部がＡｌと不可避物質からなること
を特徴とする鋳造と加工性に優れたＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系
合金を１２０℃〜３８０℃、好ましくは２００〜３５０
℃で鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ
系のアルミニウム合金の加工方法、詳しくは、特定の成
分組成を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金
を鋳造後、鍛造（プレスを含む）又は圧延加工等の塑性
加工を施すＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金の加
工方法及び該塑性加工して得られる加工品に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム鋳造合金の代表的なもの
に、Ｓｉを５〜７重量％含有し鋳造性を向上させたＪＩ
Ｓ ＡＣ２Ｂ，ＡＣ４Ｃなどが知られているが、これら
の合金は、稀に鍛造用として使用されることはあるが、
あくまでも鋳造用を目的とした合金である。また特開平
４−１９２９４２号公報や特開平５−１８８１９１号公
報に記載されているような鋳造と鍛造を組み合わせた、
いわゆる鋳鍛造法と呼ばれる方法でＳｉを含むアルミニ
ウム系合金によりスクロール（冷凍機などのコンプレッ
サー部品で複雑な形状をしている）を製造することも知
られている。

【０００３】一方、ＷＯ ９６／０６１９７には、本発
明の合金と一部組成が重複するダイカスト用アルミニウ
ム鋳造用合金が優れた機械的性質、特に機械強度あるい
は耐磨耗性を有することは開示されているが、かかる合
金が鋳造性に優れ、比較的低温度で加工ができることに
ついては知られていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、鋳造
性に優れ、比較的低温度で加工ができ、加工変形抵抗を
小さくして大型製品の鍛造も可能になる他、プレス金型
の寿命を延ばすことができると共に、作業の効率化が図
れるアルミニウム系合金の加工方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究した結果、アルミニウム鋳造用合
金に亜鉛を１０〜２５重量％含有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ
系のアルミニウム合金が、比較的低温度で加工ができ、
加工変形抵抗が小さく、大型製品の鍛造も可能であり、
さらに鋳造性も良好であることを見出し、本発明を完成
するに至った。

【０００６】すなわち本発明は、重量％で、Ｚｎ：１０
〜２５％、Ｓｉ：４〜１２％、Ｃｕ：０．０５〜２．０
％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．２
％、Ｆｅ：０〜１．０％を含み、残部がＡｌと不可避物
質からなることを特徴とする鋳造と加工性に優れたＡｌ
−Ｚｎ−Ｓｉ系合金を１２０℃〜３８０℃、好ましくは
２００〜３５０℃で鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工
をすることを特徴とするＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工
方法やかかる加工方法により得られる加工品に関する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明において用いられる合金、
すなわち以下に説明する成分・組成からなる合金が、従
来のアルミニウム鋳造合金には知られていない、優れた
加工性を有するものであり、特に従来のアルミニウム鋳
造合金の鋳造性を損なわずに、低い温度で加工ができ
る、ということを見出したことにより、従来不可能とさ
れていた大型の製品にもかかる合金が適用でき、用途の
拡大が期待できるものである。

【０００８】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｚｎ（亜鉛）を１０〜２５重量％、より好ましく
は１３〜１５重量％含有している。Ｚｎは初晶内に固溶
し室温では強度や硬さを向上させる効果があり、また、
Ｚｎを含むことによって１２０℃から急激に軟化し加工
変形抵抗が著しく低下し、加工性を向上させることがで
きる。Ｚｎの好ましい範囲は１０重量％〜２５重量％で
１０重量％未満では加工性が向上せず、２５重量％を超
えると脆くなり加工性が低下すると共に、熱間割れが生
じやすい。

【０００９】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｓｉ（ケイ素）を４〜１２重量％含有している。
Ｓｉは鋳造性を向上させる効果があり、ＺｎとＡｌとが
共存すると３元共晶を形成する。Ｓｉが１２重量％を超
えると粗大な初晶Ｓｉが晶出し加工性が著しく低下す
る。また、４重量％未満では鋳造性が低下し凝固時の欠
陥が多くなる。したがって、Ｓｉの好ましい範囲は４〜
１２重量％で、さらに７〜９重量％がより好ましい。ま
た、ＺｎとＳｉの量比のバランスによっては熱間割れが
生じやすくなる傾向があるので、ＳｉはＺｎ１００重量
部に対し１６〜１２０重量部使用することが望ましい。

【００１０】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｃｕ（銅）を０．０５〜２．０重量％、好ましく
は０．５〜１．０重量％含有している。Ｃｕは強度と硬
度の向上に効果的であり、その含有量が０．０５重量％
未満ではその効果が少なく、１．０重量％を越えると金
属間化合物を形成し加工性が劣り好ましくない。

【００１１】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｍｎ（マンガン）を０．１〜０．５重量％含有し
ている。Ｍｎを含むことによって、Ｆｅを含む針状の金
属間化合物を塊状にし、加工性を向上させる。加工性を
向上させるための好ましい範囲は０．１〜０．５重量％
で、０．１重量％未満では効果がなく、０．５重量％を
超えると脆くなり加工性が低下する。含有量が０．２〜
０．４重量％であると、加工性の点でさらに好ましい。

【００１２】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｍｇ（マグネシウム）を０．０２〜０．２重量％
含有している。Ｍｇは強度に効果的な役割を果たし、わ
ずかな含有量で強度が向上する。強度を向上させるため
の好ましい範囲は０．０２重量％〜０．２重量％で、
０．０２重量％未満では効果がなく、０．２重量％を超
えると脆くなり、加工性が低下する。含有量が０．０４
〜０．１重量％であると、強度の点でさらに好ましい。

【００１３】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、Ｆｅ（鉄）が０〜１．０重量％含まれている。Ｆ
ｅが多く含まれると針状の金属間化合物が粗大に晶出
し、加工性が低下する。したがって、本発明のＡｌ−Ｚ
ｎ−Ｓｉ系合金としては、Ｆｅを含まないものが望まし
いが、実際には不可避的に微量、例えば０．０１重量％
程度含まれることが多い。本発明に用いられるＡｌ−Ｚ
ｎ−Ｓｉ系合金におけるＦｅの許容含量は１重量％以下
であり、好ましくは０．６重量％以下である。

【００１４】本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合
金は、上記各範囲の合金成分を含んでなり、残部はアル
ミニウム及び不可避不純物からなる。不可避不純物とし
ては、合金成分そのものに含まれている不純物や、合金
作製時に混入する不純物等があり、工業用原料から合金
を作製する場合、通常０．１〜０．２重量％含まれるこ
とが多い。

【００１５】上記のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金を用いる本
発明の合金加工方法は、かかる鋳造と加工性に優れた合
金を１２０℃〜３８０℃で塑性加工をすることを特徴と
するものである。３８０℃を越える温度でも鍛造加工又
は圧延加工等の塑性加工をすることができるが、一般的
にプレス金型や圧延ロールなどの材質は鉄鋼系で３８０
℃を超えると硬さの低下や繰り返しの熱応力が原因で発
生する型割れなどが発生し、他方、１２０℃未満の温度
で鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工をすると、加工品
に割れが発生するなど適切な製品が得られないことか
ら、上記のように１２０℃から３８０℃という低温度範
囲で加工することが好ましく、更に２００℃から３５０
℃が経済的にみてより好ましい。

【００１６】

【実施例】次に本発明合金の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 第１表に示される化学組成をもったアルミニウム合金を
黒鉛坩堝で溶製し、４０×２０×２００ｍｍの金型に鋳
造し、続いて４００℃で２時間溶体化処理を行った。こ
れらの試料のＮｏ．１〜Ｎｏ．７は本発明に用いられる
合金（以下「本発明合金」という）であり、試料Ｎｏ．
８〜Ｎｏ．１７は比較のために調製された合金（以下
「比較合金」という）であり、試料Ｎｏ．１８及びＮ
ｏ．１９は、それぞれ実用化されているＪＩＳ ＡＣ４
ＣＨ規定の鋳造用アルミニウム合金ＡＣ４Ｃ及びＪＩＳ
ＡＣ８Ａ規定の鋳造用アルミニウム合金（以下「従来
合金」という）である。比較合金及び従来合金は、いず
れも本発明合金の成分範囲から外れたものである。

【００１７】

【表１】

【００１８】第２表は、各試料を３００℃に均熱し大谷
重工業製の圧延機で圧下率９０重量％まで圧延した加工
品の割れの発生状態を試験した結果であり、また１パス
の圧下率は５重量％とし連続して行った。なお、割れの
発生は目視で判定し、割れが一箇所でも確認されたもの
は、割れが発生したものとみなした。

【００１９】また、鋳造性を評価するために、本発明合
金、比較合金及び従来合金を再度溶解し、２０φｍｍ×
５０ｍｍの金型に融点から５０℃高い温度で鋳造し、金
型の温度は１５０℃一定とした。鋳造性は熱間割れの状
態と引け巣の観察から判断し、鋳造時に割れや丸棒表面
や底部に引けが発生したものは鋳造性が悪いものと判断
した。総合評価として圧延時の割れの発生がなく、鋳造
性が良好なものを○とした。

【００２０】第２表より、本発明合金は従来合金に比
べ、圧下率９０％という過酷な加工条件でも割れの発生
がなく優れた加工性を有すると共に、鋳造時の熱間割れ
や引けもないことが確認された。

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例２ 第３表は、本発明合金と従来合金のアルミニウム合金を
黒鉛坩堝で溶製し、４０×２０×２００ｍｍの金型に鋳
造し、続いて４００℃で２時間溶体化処理を行った後、
１００℃から４００℃の温度で圧下率９０％まで圧延し
た加工品の割れの発生状態を試験した結果である。また
１パスの圧下率は５％とし連続して行った。なお割れの
発生は目視で判定し、割れが一箇所でも確認されたもの
は、割れが発生したものと見なし×とした。また割れの
発生がないものを○とした。第３表より、本発明合金は
従来合金に比べ低温度でも優れた加工性を有することが
明かであるが、１００℃で圧延したときは割れが発生
し、４００℃で圧延したときには割れの発生はなかった
が、ロールや金型に劣化が認められた。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、今まで加工が困難とさ
れていたＡｌ−Ｓｉ系の鋳造合金の加工が可能となり、
鍛造用、鋳造鍛造用および押出し、圧延等の加工もする
ことができ、加工変形抵抗が小さくなって大型製品の鍛
造も可能となり、さらに鋳造性も良好なことから、製品
に近い形状に鋳造することができ、従来複数の工程を行
っていた加工を大幅に省略することができる。しかも１
２０℃〜３８０℃という低温度での加工により、金型寿
命も伸びかつ作業の効率化が図れて経済的である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ｂ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｚｎ：１０〜２５％、 Ｓｉ：４〜１２％、 Ｃｕ：０．０５〜２．０％、 Ｍｎ：０．１〜０．５
   ％、 Ｍｇ：０．０２〜０．２％、 Ｆｅ：０〜１．０％、を
   含み、残部がＡｌと不可避物質からなる鋳造と加工性に
   優れた合金を１２０℃〜３８０℃で塑性加工をすること
   を特徴とするＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法。
2. 【請求項２】 １２０℃〜３８０℃が、２００℃〜３５
   ０℃であることを特徴とする請求項１記載のＡｌ−Ｚｎ
   −Ｓｉ系合金の加工方法。
3. 【請求項３】 塑性加工が、鍛造加工又は圧延加工であ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載のＡｌ−Ｚｎ−
   Ｓｉ系合金の加工方法。
4. 【請求項４】 重量％で、 Ｚｎ：１０〜２５％、 Ｓｉ：４〜１２％、 Ｃｕ：０．０５〜２．０％、 Ｍｎ：０．１〜０．５
   ％、 Ｍｇ：０．０２〜０．２％、 Ｆｅ：０〜１．０％、を
   含み、残部がＡｌと不可避物質からなるＡｌ−Ｚｎ−Ｓ
   ｉ系合金を塑性加工して得られることを特徴とする加工
   品。