CN101899597B - 耐scc性优异的7000系铝合金挤出材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料及其制造方法。本发明的目的在于通过使7000系铝合金挤出材料的粒子内×晶粒界面的电位差最适化，从而提供耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料。该7000系铝合金挤出材料的特征在于：从挤出模具挤出的刚挤出后的挤出材料的温度为580～660℃的范围，之后以20℃/min～50℃/min的冷却速度，将挤出材料温度冷却到100℃以下，通过透过型电子显微镜观察测定金属组织的晶粒内，粒径为1～15nm的析出物存在有1,000～10,000个/μm2。
Description
技术领域
本发明涉及耐应力腐蚀破裂性(耐SCC性)优异的JIS(日本工业规格)7000系的铝合金挤出材料。
背景技术
在7000系的铝合金挤出材料领域，通过调节Zn、Mg主成分的量和Cu等的添加量，可以确保作为汽车部件的保险杠加强件等结构材料所必须的强度。
在这种情况下，已知的是如果适当添加Zn、Mg，虽然强度上升，但是耐SCC性降低。
作为这种情况的理由可以认为是：如果添加Zn、Mg以确保必需的强度，则在铸造工序中的凝固后的冷却时，在晶粒界面析出结晶，在挤出材料制造工序中的刚挤出后的冷却时，析出晶粒界面析出物，粒内和晶粒界面的电位差扩大，由此，暴露在产生应力腐蚀破裂的环境中时，溶析出晶粒界面的结晶物、析出物，产生破裂。
专利文献1、2等中公开了，抑制合金组成成分的范围，控制PFZ(无析出带)来改善耐SCC性的技术，但是其改善效果还不足。
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2007-119904号公报
【专利文献2】日本特开2003-286532号公报
发明内容
本发明的目的在于提供耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料及其制造方法。
本发明的耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料的特征在于：从挤出模具挤出的刚挤出后的挤出材料的温度为580～660℃的范围，之后以20℃/min～50℃/min的冷却速度，将挤出材料温度冷却到100℃以下，通过透过型电子显微镜观察测定金属组织的晶粒内，粒径为1～15nm的析出物存在有1,000～10,000个/μm2。
这里，屈服强度优选为300～550MPa的范围。
7000系的铝合金挤出材料必须通过调节Mg、Zn、Cu的添加量，以确保作为保险杠加强件等结构材料所必需的强度，以质量％计，Mg添加量可以设定为0.8～1.5％，Zn添加量可以设定为5.5～7.0％，Cu添加量可以设定为0.05～0.3％。
将作为其他添加成分的Mn：0.05～0.3％、Cr：0.01～0.3％、Zr：0.01～0.2％单独或混合添加，以使晶粒微细化，或者抑制重结晶，也有助于改善耐SCC性，这也是公知的。
另外，添加0.001～0.05％的Ti有助于将铸造钢坯时的晶粒微细化也是公知的。
相对于此，由于7000系铝合金挤出材料的耐SCC性是阳极型SCC，如果晶粒内-晶粒界面的电位差较大，则晶粒界面的结晶物、析出物溶析出，产生破裂，故本发明具有在金属组织的晶粒内，粒径为1～15nm的析出物存在有1,000～10,000个/μm2这一特征，所以晶粒内-晶粒界面的电位差变小，耐SCC性提高。
这样，为了使晶粒内存在规定量的粒径为1～15nm的析出物，可以使从挤出模具刚挤出后的挤出材料温度为580～660℃的范围，之后以20℃/min～50℃/min的冷却速度，将挤出材料温度冷却到100℃以下；也可以是将挤出材料挤出成型后，在两阶段的时效处理工序中，第1阶段的热处理温度为70～100℃的范围，第2阶段的热处理温度为140～170℃的范围。
在本发明中，如上设定制造条件的理由如下所示。
(1)刚挤出后的挤出材料的温度如果小于580℃，则熔解化处理不足，无法通过之后的热处理在粒子内析出规定量的15nm以下的析出物，屈服强度小于300MPa。
另外，如果挤出材料温度超过600℃，则马上在挤出材料表面产生粗糙表面，如果超过660℃，则熔解，所以挤出材料温度为580℃～660℃，希望是600℃以下。
(2)控制型材冷却速度，直到型材为100℃以下，如果冷却速度为20℃/min以下，则无法得到足够的淬火，无法通过之后的热处理在粒子内析出规定量的15nm以下的析出物。
另外，如果冷却速度为50℃/min以上，则会影响PFZ，SCC性低下，所以挤出材料的冷却速度为20℃/min以上、50℃/min以下。
(3)制造条件中的两阶段时效处理的第2阶段的热处理温度如果为140℃以下，则热处理时间变长，生产性低下。
另外，如果超过170℃，则析出物变粗大，无法在粒子内析出规定量的15nm以下的析出物，屈服强度也小于300MPa。
因此，制造条件中的两阶段时效处理时的第2阶段的热处理温度为140℃以上、170℃以下，时间为20小时以内。
本发明可以得到一种7000系铝合金挤出材料，由于金属组织中的晶粒内和晶粒界面的电位差变小，所以可以得到耐SCC性优异的材料。
附图说明
图1表示铝合金的组成和评价结果。
图2表示和实施例1相对应的晶粒内的透过型电子显微镜相片。
图3表示和实施例2相对应的晶粒内的透过型电子显微镜相片。
图4表示和实施例3相对应的晶粒内的透过型电子显微镜相片。
图5表示和比较例4相对应的晶粒内的透过型电子显微镜相片。
图6表示SCC评价夹具。
具体实施方式
如图1的表格所示，调整Mg、Zn、Cu成分的添加量，剩余部分由铝和杂质构成，铸造钢坯，在图1的表格所示的挤出材料温度、冷却条件下，将挤出材料挤出成型。
图1的表格中的各实施例和比较例的时效处理条件如下所示，以第1阶段时效处理条件-第2阶段的时效处理条件的顺序表示。
实施例1 95℃，4小时-160℃，4小时
实施例2 95℃，4小时-150℃，7小时
实施例3 90℃，4小时-140℃，14小时
比较例1 95℃，4小时-160℃，4小时
比较例2 95℃，4小时-150℃，7小时
比较例3 90℃，4小时-140℃，14小时
比较例4 95℃，4小时-160℃，4小时
比较例5 90℃，6小时-150℃，8小时
比较例6 90℃，4小时-135℃，20小时
比较例7 90℃，4小时-175℃，2小时
另外，图1的表格中，制造条件、屈服强度在控制内的那些以“○”表示。
对评价条件进行说明。
(应力腐蚀破裂试验方法)
图6表示SCC评价夹具。其中标号1表示铝制夹具、标号2表示样品、标号3表示铝棒、标号4表示不锈钢螺栓，L表示两侧铝棒之间的距离。通过3点弯曲，负荷屈服强度的80％的应力，在铬酸混合液中连续浸渍，评价产生破裂的时间。
(腐蚀环境)
在镍铬酸钾：30g/L、氧化铬(6价)：36g/L、氯化钠：3g/L的混合液→50℃温水浴中，连续浸渍。
(应力负荷用夹具)
(1)应力负荷用夹具是铝制的コ字形状，安装样品(评价材料)后，通过不锈钢螺栓拧紧，3点弯曲，负荷应力。
(2)样品和应力负荷用夹具用氧化铝棒绝缘，注意不要由于和不锈钢螺栓的电腐蚀引起的铝样品的溶析，影响负荷的应力。
(3)负荷到评价样品上的应力如下确定：从评价样品的厚度、在挤出方向从连续部位进行拉伸试验测定的弹性模数以及屈服强度，根据下式，确定3点弯曲量、负荷应力(根据JIS H8711)。
【数学式1】
σ：负荷应力(评价样品屈服强度×0.8：单位MPa)
H：支点间距 单位mm
E：样品的弹性模数 单位MPa
t：样品的厚度 单位mm
(破裂判断方法)
从开始浸渍起，目视观察6、12、24、36、48、60、72小时后的表面，记录明显观察到的明显破裂。
产生破裂的周期越长，SCC性越优异。在连续浸渍72小时后，没有产生明显的破裂的情形，评价为○，这以外的评价为×。
图2表示相当于实施例1、图3表示相当于实施例2、图4表示相当于实施例3、图5表示相当于比较例4的结晶粒子内的透过型电子显微镜相片。
比较这些相片可以知道：将挤出材料的刚挤出后的温度、之后的冷却速度控制在规定范围内，人工时效处理的第2阶段的条件为140℃～170℃的实施例1～3的粒子内析出物分别有1,400个/μm2、6,800个/μm2、8,500个/μm2，确认耐SCC性优异。
Claims (3)
1.一种耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料，其特征在于：使用以质量％计含有Mg：0.8～1.5％、Zn：5.5～7.0％、Cu：0.05～0.3％的7000系铝合金，从挤出模具挤出的刚挤出后的挤出材料的温度为580～660℃的范围，之后以20℃/min～50℃/min的冷却速度，将挤出材料温度冷却到100℃以下，将挤出材料挤出成型后，在两阶段的时效处理工序中，第1阶段的热处理温度为70～100℃的范围，第2阶段的热处理温度为140～170℃的范围，通过透过型电子显微镜观察测定金属组织的晶粒内，粒径为1～15nm的析出物存在有1,000～10,000个/μm2。
2.根据权利要求1所记载的耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料，其特征在于：屈服强度为300～550MPa的范围。
3.一种耐SCC性优异的7000系铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于：使用以质量％计含有Mg：0.8～1.5％、Zn：5.5～7.0％、Cu：0.05～0.3％的7000系铝合金，从挤出模具挤出的刚挤出后的挤出材料的温度为580～660℃的范围，之后以20℃/min～50℃/min的冷却速度，将挤出材料温度冷却到100℃以下，将挤出材料挤出成型后，在两阶段的时效处理工序中，第1阶段的热处理温度为70～100℃的范围，第2阶段的热处理温度为140～170℃的范围。
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