CN103255326A

CN103255326A - 电磁成形用铝合金中空挤压材

Info

Publication number: CN103255326A
Application number: CN2013100471306A
Authority: CN
Inventors: 志镰隆广; 吉原伸二
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: US9206496B2; US20130213533A1; CN103255326B; JP2013189706A; JP5767624B2

Abstract

本发明的分流组合模挤压的7000系铝合金中空挤压材，Zn：3.0～8.0质量％、Mg：0.4～2.0质量％、Cu：0.05～2.0质量％、Si：0.3质量％以下、Fe：0.35质量％以下，Mn、Cr和Zr的一种或两种以上的合计为0.10质量％以下、余量由Al和不可避免的杂质构成，截面整体由再结晶组织构成。通过电磁成形进行扩管时，能够得到优异的扩管成形性。

Description

电磁成形用铝合金中空挤压材

技术领域

本发明涉及基于电磁成形的扩管性优异的电磁成形用铝合金中空挤压材。

背景技术

所谓电磁成形，就是使线圈瞬间性地流通例如10kA以上的级别的大电流而制造出强力的磁场，在放置于其中的被成形体(导体)上所发生的涡电流与磁场的相互作用下来成形被成形体的方法。例如，在铝合金中空挤压材(管)之中旋转电磁成形线圈，进行电磁成形，铝合金中空挤压材被向外侧扩管。

至今为止的电磁成形用线圈由于耐久性低，若使高电磁力发生，则线圈自身破损，所以能够输出的电磁力有限度，因此作为电磁成形用铝合金中空挤压材的原材，使用的是铝合金之中作为中等强度的6000系合金等。例如在特开2010-159005号公报和特开2010-69927号公报中，记述有通过电磁成形对于T1调质的6000系铝合金中空挤压材进行扩管。另外，在特开2007-254833号公报和特开2005-105327号公报中，记述有一种基于电磁成形的扩管成形性优异的6000系铝合金中空挤压材。

另一方面，近年的电磁成形用线圈，耐久性提高，能够输出更高的电磁力。因此，对于比6000系铝合金强度更高的7000系铝合金的电磁成形的应用得到研究。

关于7000系铝合金中空挤压材的扩管，例如在特开2010-196089号公报、特开2009-114514号公报和特开2007-119853号公报中有所记述。但是，其所公开的扩管方法，是通过压入圆锥状的金属模具进行的扩管，或是利用液压成形进行的扩管。

这些文献所记述的7000系铝合金中空挤压材，均相当量地含有Mn、Cr、Zr的一种以上，结晶组织主要是纤维状组织，可知具有优异的扩管成形性。还有，一般来说用地结构构件的7000系铝合金，为了使耐SCC性(耐应力腐蚀裂纹性)提高，添加Cr、Mn、Zr等的过渡元素而使结晶组织成为纤维状，以实现晶粒的微细化。

在挤压成形中空材的代表性的方法中，有芯棒挤压和分流组合模挤压(ポ一トホ一ル押出)，从生产率的观点出发，优选分流组合模挤压。先前列举的特开2010-196089号公报所公开的，就是以分流组合模挤压为前提的技术。

但是，应用以分流组合模挤压成形结晶组织主要由纤维状组织构成的7000系铝合金中空挤压材，对于其中空挤压材通过电磁成形而进行扩管时，在以作为实用级的20％以上的扩管率(扩管率的定义参照特开2007-254833号公报)进行扩管时，有成形品发生裂纹这样的问题。

具体来说，所谓的扩管时(参照特开2007-254833号公报的图4(b))，若扩管率大，则沿着挤压轴向的裂纹(裂缝)容易发生。另外，在挤压材的端部形成凸缘时(参照特开2007-254833号公报的图4(a))，若扩管率大，则在凸缘上发生朝向径向的扇形的裂纹(裂缝)，或即使不至裂纹发生，也容易发生缩颈(局部性的薄壁化)。例如在形成螺栓孔能够形成的安装用凸缘时，通常需要40％以上的高扩管率，裂纹容易发生。

发明内容

本发明鉴于这样的现有技术的问题点而形成，其目的在于，得到以分流组合模挤压为前提，在应用电磁成形进行的扩管时的扩管成形性优异的电磁成形用7000系铝合金中空挤压材。

在以分流组合模挤压成形的铝合金中空挤压材中，模内一旦有铝分流，再度结合而形成的熔敷部，在挤压纵长方向存在。对于以分流组合模挤压成形，由纤维状组织构成的7000系铝合金中空挤压材，通过电磁成形进行扩管时发生的裂纹，在所述熔敷部发生。7000系铝合金中空挤压材由纤维状组织构成时，熔敷部与非熔敷部相比，组织较大，强度比非熔敷部相对地低。因此，以电磁成形进行扩管时熔敷部成为应力集中部，推测在此会发生裂纹。

基于此推测，在本发明中，使以分流组合模挤压成形的7000系铝合金中空挤压材的截面整体为再结晶组织，减小熔敷部与非熔敷部的组织差异。其结果是，在以电磁成形进行扩管时能够得到优异的扩管成形性。

本发明的电磁成形用铝合金中空挤压材，以分流组合模挤压成形，Zn：3.0～8.0质量％、Mg：0.4～2.0质量％、Cu：0.05～2.0质量％、Ti：0.005～0.2质量％、Si：0.3质量％以下、Fe：0.35质量％以下，Mn、Cr和Zr的一种或两种以上的合计为0.10质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，截面整体由再结晶组织构成。

本发明的7000系铝合金中空挤压材，适用由电磁成形进行的扩管时，不会发生裂纹，能够得到实用级别的扩管率20％以上，显示出优异的扩管成形性。因此，能够利用高强度的7000系铝合金中空挤压材，制造在端部形成有凸缘的构件(参照特开2007-254833号公报和特开2005-105327号公报)和，通过扩管成形被接合的构件(参照特开2010-159005号公报和特开2010-69927号公报)等各种电磁成形构件。本发明特别适合于成形在端部具有安装用凸缘的中空构件的情况。

附图说明

图1是表示实施例A1和比较例B7的显微组织的显微镜照片；

图2(a)是实施例的电磁成形试验的俯视模式图；

图2(b)是实施例的电磁成形试验的俯视模式图的线I-I的剖面图；

图3是电磁成形试验后的实施例A1与比较例B7的凸缘部的外观图(照片)。

具体实施方式

接着，对于本发明的7000系铝合金中空挤压材的合金组成和结晶组织等，更具体地进行说明。

[合金组成]

Zn：3.0～8.0质量％

Zn与Mg一起形成作为金属间化合物的MgZn₂，是使7000系铝合金的强度提高的元素。Zn含量低于3.0质量％时得不到充分的强度，若超过8.0质量％，则强度过高，在现状的电磁成形用线圈的电磁力下，无法得到实用级别的扩管率。Zn含量优选为4.0～7.0质量％，更优选为4.5～6.5质量％。

Mg：0.4～2.0质量％

Mg与Zn一起形成作为金属间化合物的MgZn₂，是使7000系铝合金的强度提高的元素。Mg含量低于0.4质量％时得不到充分的强度，若超过2.0质量％，则强度变得过高，在现状的电磁成形用线圈的电磁力下，无法获得实用级别的扩管率。Mg添加量优选为0.4～1.7质量％，更优选为0.4～1.5质量％。

Cu：0.05～2.0质量％

Cu是使7000系铝合金的强度提高的元素。Cu含量低于0.05质量％时，得不到充分的强度，若超过2.0质量％，则强度变得过高，在现状的电磁成形用线圈的电磁力下，无法获得实用级别的扩管率。Cu含量优选为0.08～1.7质量％，更优选为0.1～1.5质量％。

Ti：0.005～0.2质量％

Ti具有使铸造时的晶粒微细化的作用，为了提高基于电磁成形的扩管成形性而添加。优选的添加量为0.005％以上。另一方面，若超过0.2％，则所述效果饱和，此外，粗大的金属间化合物结晶出来，反而阻碍电磁成形的扩管成形性。因此，Ti的添加量为0.005～0.2％，更优选为0.01～0.1％，进一步优选为0.01～0.05％。

Si：0.3质量％以下

Fe：0.35质量％以下

Si和Fe是铝块中所含的不可避免的杂质，若在合金中大量存在，则铸造时结晶出粗大的金属间化合物，使挤压材的延展性降低。因此，Si含量限制在0.3质量％以下(含0质量％)，Fe含量限制0.35质量％以下(含0质量％)。优选为Si含量限制在0.2质量％以下(含0质量％)，Fe含量限制在0.25质量％以下(含0质量％)。

Mn+Cr+Zr：0.10质量％以下

Mn、Cr、Zr使7000系铝合金挤压材的结晶组织成为纤维状，具有使耐SCC性(耐应力腐蚀裂纹性)提高的作用，因此以挤压材作为结构构件而使用时一般被添加。但是，如先前说明的，挤压材由纤维状组织构成时，在电磁成形的扩管上容易发生裂纹，得不到不会发生裂纹而作为实用级别的20％以上的扩管率。在本发明中，为了使挤压材的截面整体成为再结晶组织，将Mn、Cr和Zr的一种或两种以上的合计限制在0.10质量％以下(含0质量％)，优选为0.08质量％以下，更优选为0.05质量％以下。

[挤压材的组织]

通过分流组合模挤压而成形的7000系铝合金中空挤压材的结晶组织为纤维状组织时，熔敷部与非熔敷部的组织差异大，强度差异也大。因此，如先前说明的，对于该中空挤压材应用基于电磁成形的扩管时，熔敷部成为应力集中部，同熔敷部发生裂纹。

相对于此，中空挤压材的截面整体为再结晶组织时，即使以大扩管率进行基于电磁成形的扩管也难以发生裂纹，显示出优异的扩管成形性。这被推测是由于，再结晶组织的中空挤压材的情况与纤维状组织的中空挤压材相比，熔敷部与非熔敷部的组织差异和强度差异小，以电磁成形进行扩管时，熔敷部难以变成应力集中部。

因此，本发明的中空挤压材，截面整体由再结晶组织构成。在本发明中，在最难以再结晶化(纤维状组织容易余量留)的板厚中心部，晶粒的平均长宽比为5.0以下时，定义为中空挤压材的截面整体由再结晶组织构成。还有，长宽比为5.0以下的，意味着晶粒为等轴晶或近似于等轴晶的形态的再结晶晶粒。

[挤压材的强度]

在电磁成形线圈的电磁力中，由于实用上存在极限，所以若使挤压材达到过高强度，则在基于电磁成形的扩管中得不到高扩管率。但是，如后述的实施例所示，如果电磁成形时的屈服强度为300N/mm²以下，则能够得到实用级别的扩管率20％以上。电磁成形一般在时效处理前进行，因此本发明的7000系铝合金中空挤压材，使挤压后的回火硬度(質別：temper)T1(特别是自然时效未进行的阶段)的屈服强度为300N/mm²以下，如此规定作为强化元素的Zn、Mg、Cu的含量的上限值。但是，电磁成形时的挤压材的回火硬度也可以不限定为T1(特别是自然时效未进行的阶段)，而是人工时效材、O材等的回火硬度。任何情况下，如果电磁成形时的屈服强度超过300N/mm²，由于电磁成形机的电磁力极限，均不能得到充分的扩管率。在此，人工时效处理有亚时效、峰值时效、过时效，为了得到高强度而优选峰值时效。但是，如果是亚时效，则相对于峰值时效来说，强度有一些降低，但因为局部延伸率增加，所以例如能够使缓冲器的压坏裂纹性提高。另外，过时效与峰值时效相比，强度也有所降低，但有耐SCC性提高这样的优点。

电磁成形后的挤压材，一般进行人工时效处理，或在回火硬度T1下进行以规定期间进行自然时效，在使强度提高的状态下使用。从作为结构用构件的实用面出发，这时的屈服强度优选为190N/mm²以上。另一方面，若使作为本合金的主成分的Zn和Mg量增加，达到过高强度，特别是由于挤压材为再结晶组织，所以有耐SCC性(耐应力腐蚀裂纹性)有可能降低。但是，如果时效处理后的屈服强度在400N/mm²以下，则在通常的使用形态下，耐SCC性在实用上没有问题。该190～400N/mm²的屈服强度，一般能够对于本发明的7000系铝合金中空挤压材进行人工时效处理或在规定期间进行自然时效后获得。人工时效处理后或规定期间自然时效后的屈服强度优选为220～390N/mm²，更优选为230～370N/mm²。

[扩管率]

在本发明中，扩管率的定义与特开2007-254833号公报相同。即，设基于电磁成形的扩管前(或未扩管部)的中空挤压材的外周长度为L₀，设扩管后的外周长度为L时，扩管率δ由下述(1)式定义。如果说明具体例，则在中空挤压材的端部成形凸缘时(参照特开2007-254833号公报的图4(a))，其也被视为一种扩管，设扩管前(或未扩管部)的外周长度为L₀，成形的凸缘的外周长度为L。另外，在所谓的扩管时(参照特开2007-254833号公报的图4(b))，设扩管前(或未扩管部)的外周长度为L₀，扩管部的外周长度(最大直径的地方)为L。

δ＝{(L-L₀)/L₀}×100(％)…(1)

还有，本发明的挤压材并不限于圆形截面，也包括例如椭圆、多角形等的异形截面。另外，还包括将圆形截面扩管成椭圆、多角形等的异形的情况，或也可以是相反的情况。

使用了本发明的铝合金中空挤压材的电磁成形，以20～120％的扩管率进行。扩管率小而低于20％时，即使不是本发明的铝合金中空挤压材，也可以通过电磁成形进行扩管，因此优选扩管率为20％以上。另外，如果扩管率超过120％，则即使是成形性优异的本发明的铝合金中空挤压材，也会产生裂纹和缩颈，因此优选扩管率为120％以下。此外扩管率优选为30～100％，更优选为40～90％。

(实施例)

对于表1所示的组成的7000系铝合金进行DC铸造，得到直径155mm的挤压坯料后，以470℃×6h的条件实施均质化处理。将经过均质化处理的挤压坯料加热至470℃，以分流组合模压出，挤压成φ90mm(外径)×3mmt的管状，即刻以风扇空冷而进行淬火。

使用该挤压材，按下述要领进行结晶组织的观察、电磁成形试验和拉伸试验。其结果显示在表1、2中。

【表1】

*含量脱离本发明的规定

[结晶组织的观察]

以凯勒液(ケラ一液)蚀刻挤压材的非熔敷部的截面(与挤压方向平行，与板厚方向垂直的截面)，拍摄同截面的显微镜组织照片，根据该组织照片，依据JISH0501的切断法，测量板厚中心部的挤压方向和板厚方向的平均晶粒直径。平均晶粒直径的测量范围，以1/2t的线(板厚的中心)为中心，在板厚方向内外500μm(计1000μm)×在挤压方向上500μm的范围。计算挤压方向的平均晶粒直径(a)与板厚方向的平均晶粒直径(b)的比，将a/b或b/a大的一方的值作为板厚中心部的晶粒的平均长宽比。还有，在B5、B7～B11中，纤维状的结晶组织沿挤压方向细小地形成，不能测量平均晶粒直径，但推测平均长宽比无疑超过10。

板厚中心部的晶粒的平均长宽比为5.0以下的挤压材(A1～A22、B1～B4)，判定为挤压材的截面整体由再结晶组织构成。另一方面，板厚中心部的晶粒的平均长宽比推测为无疑超过10的挤压材(B5、B7～B11)，和板厚中心部的晶粒的平均长宽比超过5.0的挤压材(B6)，判定为在挤压材的截面含有纤维状组织。

另一方面，与平均晶粒直径的测量区别，进行所述截面整体(从1/2t的线至表面)的结晶组织的观察时，板厚中心部的晶粒的平均长宽比为5.0以下的A1～A22和B1～B4，截面整体(从表面至截面中央部)显然由再结晶组织构成，另一方面，Mn、Cr、Zr的含量比较多的B5～B11，可确认聊了截面以外，整体均由纤维状组织构成。图1(a)、(b)中显示A1和B7的显微镜组织照片的一部分。

[电磁成形试验]

将挤压后在室温(25℃)下放置26小时而进行了自然时效的挤压材(T1材)切断成长度110mm，作为供试材，使用电磁成形试验机以室温进行扩管试验。在电磁成形试验中，如图2(a)、(b)所示，以电磁成形用金属模具2(由两个分割金属模具构成)约束管状的挤压材1的周围。另外，使挤压材1的端部从金属模具2的端面3(成形面)突出，在装入挤压材1的内部的电磁成形用线圈4，接通实用上最大级别的电能。在供试材A1～A16、B1～B11中，使挤压材1的端部的突出长度为35mm，在供试材A17～A22中，使挤压材1的端部的突出长度为55mm，接通的电能的大小全部一定。

通过该电磁成形，从金属模具2的端面3突出的供试材1的端部周壁向外径方向(放射方向)扩开，被压在金属模具2的端面3上，形成凸缘部5。但是，只能够得到低扩管率时，如图2所示，无法平稳地扩张而形成喇叭状的凸缘部。对于各供试材，确认有无裂纹发生，对于确认为无裂纹发生的，遵循先前的定义测量扩管率。在图3(a)、(b)中显示A1和B7的凸缘部的外观照片。

[拉伸试验]

将挤压后在室温(25℃)下放置26小时进行了自然时效的挤压材(T1材)作为供试材，从该供试材提取拉伸试验片(JIS12B号)，在常温下，以十字头速度2mm/分实施拉伸试验，测量屈服强度值。另外，均在26小时自然时效后，将对于A1～A9、A13、A17～A22、B1～B11再以90℃×3h→140℃×8h的条件进行人工时效处理，对于A10～A12再以90℃×3h→130℃×6h的条件进行人工时效处理，对于A14～A16再以室温(25℃)进行30天的自然时效的挤压材作为供试材，按所述要领实施拉伸试验，测量屈服强度值。

【表2】

如表1、2所示，合金组成在本发明的规定范围内，呈现图1(a)这样的再结晶组织的A1～A22，在电磁成形时未发生熔敷部的裂纹，均能够得到大的扩管率。T1材是没有进行自然时效的阶段，屈服强度在300N/mm²以下。另一方面，时效后均能够得到190～400N/mm²的范围的屈服强度。

另一方面，Zn含量比规定少的B2，能够得到高扩管率，但人工时效后的屈服强度低，无法获得使用了作为高强度合金的7000系铝合金的优点。

Mg含量比规定多的B1，Zn含量比规程多的B3和Cu含量比规定多的B4，T1材的屈服强度超过300N/mm²，由于电磁成形机的电磁力极限，扩管率小。

Mn、Cr、Zr的含量比规定多的B5～B10，均呈现图1(b)这样的纤维状组织，如图3(b)形成有大幅扩开的凸缘部，但熔敷部裂纹(由箭头6表示)发生。

Mg、Zn和Zr的含量比规定多的B11，虽然呈现纤维状组织，但由于电磁成形机的电磁力极限界而扩管率低达6％，熔敷部裂纹没有发生。

参照附图完全地说明了本发明，但对于从业者来说可以进行各种的变更和变形。因此，这样的变更和变形只要不脱离本发明的意图和范围，就必须解释为包含在本发明中。

Claims

1.一种电磁成形用铝合金中空挤压材，其中，Zn：3.0～8.0质量％、Mg：0.4～2.0质量％、Cu：0.05～2.0质量％、Ti：0.005～0.2质量％、Si：0.3质量％以下、Fe：0.35质量％以下，Mn、Cr和Zr的一种或两种以上的合计为0.10质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，

并且，通过分流组合模挤压成形，截面整体由再结晶组织构成。

2.根据权利要求1所述的电磁成形用铝合金中空挤压材，其特征在于，以20％～120％的扩管率进行电磁成形。

3.一种电磁成形构件，其以20％～120％的扩管率对于权利要求1所述的铝合金中空挤压材进行电磁成形而成。

4.根据权利要求3所述的电磁成形构件，其中，通过时效处理而使屈服强度为190～400N/mm²。

5.一种电磁成形构件的制造方法，其中，以20％～120％的扩管率对权利要求1所述的铝合金中空挤压材进行电磁成形后，进行时效处理。