CN103608477A

CN103608477A - 铝合金及使用其的挤出型材的制造方法

Info

Publication number: CN103608477A
Application number: CN201280026367.XA
Authority: CN
Inventors: 吉田朋夫
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2014-02-26
Also published as: EP2716780A1; US10087508B2; EP2716780A4; WO2012165086A1; JPWO2012165086A1; JP5834077B2; US20140102601A1

Abstract

本发明的目的是提供一种抗应力腐蚀裂痕性和挤出性优异的高强度的铝合金及使用其的挤出型材的制造方法。用以达到上述目的的铝合金特征在于，由按质量%计1.6～2.6%的Mg、6.0%～7.0%的Zn、0.5%以下的Cu、0.01～0.05%的Ti、以及剩余部分的Al和不可避免的杂质组成。

Description

铝合金及使用其的挤出型材的制造方法

技术领域

本发明涉及高强度、抗应力腐蚀裂痕性优异、生产性高的铝合金及使用其的挤出型材的制造方法。

背景技术

为匹配车辆的侧梁等的构造部件或强化保险杠、侧门梁等的吸收能量的部件，为了通过减轻重量而谋求燃料效率的提高，对于高强度的铝材料的要求很高。

但是，在JIS7000类的铝合金中，如果为了达到提高材料强度的目的而增加Mg、Zn、Cu等的添加量，则由于与强度相反的韧性的下降、在结晶晶界产生对于铝的电位低的MgZn₂沉淀物，因此具有不仅抗应力腐蚀裂痕性下降而且挤出性显著下降的问题。

迄今，本申请人提出使用添加了1.5～2.0%的Mg、7.0～9.0%的Zn、0.2～0.4%的Cu等的铝合金挤出后以1000℃/分以上的迅速的冷却速度淬火处理得到的高强度铝合金（专利文献1）。

为了使该公开文本中公开的铝材料高强度、韧性优异，并且确保1000℃/分以上的冷却速度，必须水淬。

因此，设想在通过水淬氢气被包埋在挤出材料中的情况下发生脆化，留下了进一步改善抗应力腐蚀裂痕性的余地。

作为其特征在于Mg、Zn和Cu的添加量的铝合金，专利文献2公开了0.9～1.3%的Mg、8.0～10.0%的Zn、0.45～0.55%的Cu的汽车构成部件用铝合金，专利文献3公开了1.0～1.5%的Mg、5.0～7.0%的Zn、0.1～0.3%的Cu的高强度的铝合金，但是这些铝合金的Mg添加量分别在1.3%以下，1.5%以下，因此很难确保0.2%试验应力在470MPa以上。

此外，由于专利文献2的Zn添加量高达8%以上，因此抗应力腐蚀裂痕性也存在问题。

专利文献4公开了添加1.9～2.6%的Mg、5.7～6.7%的Zn、2.0～2.6%的Cu的铝合金，但是由于添加2.0%以上的Cu成分，预期挤出性显著下降，不适合于例如强化保险杠那样的中空截面形状的挤出材料的制造。

专利文献1：日本国专利第3735407号公报

专利文献2：日本国专利第3834076号公报

专利文献3：日本国专利第2928445号公报

专利文献4：日本国专利第4498180号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是提供一种抗应力腐蚀裂痕性和挤出性优异的高强度的铝合金及使用其的挤出型材的制造方法。

解决问题的方案

根据本发明的铝合金，其特征在于，其由按质量%计1.6～2.6%的Mg、6.0%～7.0%的Zn、0.5%以下的Cu、0.01～0.05%的Ti以及剩余部分的Al和不可避免的杂质组成。

如果使用由这样的化学成分组成的铝合金，无需挤出后立刻的水淬，或者挤出加工后的加热和水淬，能够以空气冷却水平的淬火得到0.2%试验应力在470MPa以上的高强度。

并且，由于不需要水淬，不存在应力腐蚀裂痕的原因之一的氢气的包埋，因此能够改善抗应力腐蚀裂痕性。

此外，为了抑制挤出加工时挤出材料表面的重结晶颗粒的生成，也可添加总计为0.15～0.6%的Mn、Cr和Zr中的1种或2种以上。

如果由此抑制挤出材料表面的重结晶颗粒的生成，则可以进一步提高抗应力腐蚀裂痕性。

使用这样的铝合金，铸造坯锭，在500～560℃的范围内进行均质化处理，进行挤出加工时，在挤出后立刻以50℃/分～500℃/分的范围内的冷却速度使用风扇空气冷却进行冷却，不需要水淬，因此在确保高强度的同时能够改善抗应力腐蚀裂痕性。

接下来，说明化学成分（质量%）的选定理由和制造条件。

如果Mg成分少于1.6%，则不能够确保减轻制品的重量所必要的高强度，如果超过2.6%，则挤出性下降。

因此，Mg的添加量可在1.6～2.6%的范围内。

如果Zn成分较6.0%少，则不能够确保必要的高强度，如果超过7.0%，则抗应力腐蚀裂痕性下降。

因此，Zn的添加量可在6.0～7.0%的范围内。

Cu成分赋予强度，如果超过0.5%，则挤出性下降。

因此，Cu的添加量优选0.5%以下，从得到Cu添加的效果的观点出发，优选使Cu的添加量在0.1～0.5%的范围内。

更优选的为可使Cu的添加量在0.15～0.4%的范围内。

Mn、Cr、Zr成分由于抑制挤出材料表面的粗大的重结晶颗粒的生成，抑制裂痕的扩散，因此赋予抗应力腐蚀裂痕性的增加，如果总计少于0.15%则不能够得到这种效果，如果总计超过0.6%则淬火敏感性变得敏锐，不能够确保必要的强度。

在单独添加Mn、Cr、Zr任何一个的情况下，优选单独为0.10～0.30%的范围。

此外，虽然Zr单独即具有充分抑制重结晶颗粒生成的效果，为了纤维组织的稳定化，可与Mn、Cr组合。

Ti成分在将铝合金的金属熔液铸造为坯锭时具有微细化结晶颗粒的效果，一般按照0.01～0.05%的范围添加。

Fe成分以及Si成分作为杂质在铝的精炼和铸造工序中混入的情况很多。

在7000类的高强度铝合金中，如果Fe和Si的混入量多则有韧性下降的可能，Fe成分的混入量可在0.3%以下，优选在0.2%以下。

此外，Si成分的混入量优选在0.1%以下。

上述以外的杂质也优选除了Fe、Si以外总计控制在0.1%以下。

下面，说明坯锭的均质化处理条件和挤出条件。

如果坯锭的均质化处理低于500℃，则由于不能进行充分的溶质元素的溶解（固溶），不能够确保必要的强度，如果超过560℃进行均质化处理，则有坯锭局部熔融的可能，即使局部熔融少能够挤出，但通过均质化处理生成的沉淀物少，不能够抑制挤出型材的重结晶，因此抗应力腐蚀裂痕性下降。

因此，坯锭的均质化处理可在500～560℃范围内进行。

此外，如果挤出时不以400℃以上的温度加热坯锭，则不能够确保500℃以上的型材温度，由于不能够通过经挤出后的风扇空气冷却的加压端淬火形成过饱和固溶体，因此不能够确保必要的强度。

此外，如果挤出型材的型材温度超过585℃，则在挤出型材表面产生起皮或龟裂（ピックアップやムシレ）等的缺陷。

因此，优选控制为：坯锭的预热温度在400℃以上，刚挤出后的型材温度在500～585℃的范围内。

如果挤出后的冷却速度小于50℃/分，则不能够确保必要的强度，如果达到500℃/分以上的冷却速度，则由于用风扇空气冷却的冷却能力不足制造存在困难，即使通过挤出后水冷却（冲模端T6）确保500℃/分以上的冷却速度，由于材料中包埋氢气而脆化，具有抗应力腐蚀裂痕性下降的可能。

因此，优选通过不进行水冷却的风扇空气冷却，将冷却速度控制在50～500℃/分的范围内。

发明效果

根据本发明的铝合金，通过谋求Mg、Zn和Cu成分的添加量的组合的最优化，在挤出后无需水淬，通过风扇空气冷却能够得到试验应力在470MPa以上的高强度，通过控制Cu成分在0.5%以下挤出性优异。

因此，不仅是如图7所示的中间实心的截面型材，而且如图5、图6所示的目字形状的中空截面型材的挤出均是可能的。

由于这样无需进行水淬就能够得到高强度，因此能够防止原因在于氢气包埋的抗应力腐蚀裂痕性的下降。

附图说明

[图1]显示根据本发明的铝合金的化学成分。

[图2]显示在比较评价中使用的铝合金的化学成分。

[图3]显示使用根据本发明的铝合金的挤出条件和评价结果。

[图4]显示使用比较评价的铝合金的挤出条件和评价结果。

[图5]显示挤出型材的截面形状例。

[图6]显示挤出型材的截面形状例。

[图7]显示挤出型材的截面形状例。

具体实施方式

为了图1的表中所示的根据本发明的铝合金和评价，调整作为比较例的图2的表中所示的化学成分组成的铝合金的金属熔液，铸造坯锭。

另外，表中的成分值（质量%）显示铸造后的分析值。

铸造直径8英寸的坯锭以供挤出。

坯锭的均质化处理（HOMO保持温度）条件和挤出条件以及评价结果示于图3和图4的表中。

表中的HOMO保持温度、挤出条件显示适当的范围，各个数据显示测定值。

表中，坯锭温度显示挤出前的坯锭的预热温度，挤出后型材温度显示刚挤出后挤出型材的表面温度的测定结果。

此外，挤出后冷却速度测定为，刚挤出后用风扇装置向挤出型材吹风直至型材温度降至200℃以下的冷却速度。

表中，SCC显示抗应力腐蚀裂痕性，如下评价。

抗应力腐蚀裂痕性为，将向材料负荷为试验应力的80%的抗应力得到的样品于25℃浸渍于3.5%的NaCl水溶液中10分钟，然后，于室温25℃，湿度40%的环境中，进行50分钟的自然干燥，将上述循环作为1次循环，通过这样的环境实施加速试验，如果经过720次循环而不产生抗应力腐蚀裂痕，可以判断为具有适合应用于强化保险杠等的构造材料的抗应力腐蚀裂痕性。

在表中的机械性质中，σ_Ｂ为抗拉强度，σ_0.2为试验应力，δ显示伸长，基于JIS Z2241从挤出型材切割出5号试验片进行测定。

并且，微结构中的重结晶率通过显微镜测定在与挤出方向垂直的方向切断后的截面而计算出重结晶区域的面积比。

挤出性为，在将图5～图7中所示的截面形状的型材挤出时的形状测定中，没有深度为0.5mm以上的表面缺陷的情况视为正常，评价是否有其以上的表面缺陷（即龟裂、起皮）。

<考察>

·实施例1～13，能够确保减轻强化保险杠等的重量所必要的试验应力在470MPa以上的强度，并且，抗应力腐蚀裂痕性优异。

·比较例1、2，HOMO保持温度高于560℃，局部熔融少而能够挤出，但是通过均质化处理生成的沉淀物少，不能够抑制挤出型材的重结晶，因此抗应力腐蚀裂痕性下降。

·比较例3、5、8、10～15、20的Mg添加量少于1.6%，不能够确保试验应力在470MPa以上。

·比较例16、25的Zn添加量多于7.0%，抗应力腐蚀裂痕性下降。

·比较例4、6虽然Mg添加量少于1.6%，但是Zn添加量多于7.0%，因此确保了必要的强度，但是抗应力腐蚀裂痕性下降。

·比较例7的Zn添加量少于6.0%，不能够确保必要的强度。

·比较例9的挤出后的冷却速度小于50℃/分，因此不能够确保必要的强度。

·比较例17、18的HOMO保持温度偏离了设定条件，并且温度低时不能够确保必要的强度，温度高时，由于坯锭局部熔融，因此不能够挤出。

·比较例19的Mg添加量少于1.6%，挤出后的冷却速度小于50℃/分，因此不能够确保必要的强度。

·比较例21的Mg添加量少于1.6%，不能够确保必要的强度，Mn+Cr+Zr的添加量的总和少于0.15%，因此不能够抑制挤出型材的重结晶，抗应力腐蚀裂痕性下降。

·比较例22的Mg添加量少，因此不能够确保必要的强度，由于进行了挤出后的水冷却，所以冷却速度大于500℃/分，材料中包埋入氢气而脆化，抗应力腐蚀裂痕性下降。

·比较例23、24的挤出后的型材温度高于585℃，在型材表面发生起皮、龟裂。

·比较例26的Mg添加量少于1.6%，因此不能够确保必要的强度，由于Zn添加量多于7%，因此不能够确保抗应力腐蚀裂痕性。

·比较例27、28的Mg添加量少于1.6%，因此不能够确保必要的强度，Mn+Cr+Zn添加量的总和少于0.15%，因此不能够抑制挤出型材的重结晶，抗应力腐蚀裂痕性下降。

根据本发明的铝合金挤出性优异，能够制造图5～图7所示的截面形状的挤出型材。

图5为在强化保险杠等中使用的目字截面形状的挤出型材的例子，其显示如果尺寸a超过40mm且在75mm以下，尺寸b在120mm以下，则能够挤出以单位mm计3≦t₁≦8、1≦t₂≦6、1≦t₃（t₃₁、t₃₂、……）≦6的范围内的挤出型材。

对于图6和图7所示的截面形状的挤出型材，也用与图5相同的含义在图中表示出能够挤出加工的尺寸范围。

工业上利用的可能性

如果使用根据本发明的铝合金，则能够得到高强度、抗应力腐蚀裂痕性优异的挤出型材，因此能够应用于车辆的构造部件等。

Claims

1.一种铝合金，其特征在于，其由按质量%计1.6～2.6%的Mg、6.0%～7.0%的Zn、0.5%以下的Cu、0.01～0.05%的Ti以及剩余部分的Al和不可避免的杂质组成。

2.一种铝合金，其特征在于，其由按质量%计1.6～2.6%的Mg、6.0%～7.0%的Zn、0.1～0.5%的Cu、0.01～0.05%的Ti、此外含有的总计为0.15～0.6%的Mn、Cr和Zr中的1种或2种以上、剩余部分的Al和不可避免的杂质组成。

3.一种铝合金挤出型材的制造方法，其特征在于，使用根据权利要求1或2所述的铝合金铸造坯锭，在500～560℃的范围内均质化处理后进行挤出加工，该挤出加工为在型材挤出后立刻以在50℃/分～500℃/分范围内的冷却速度冷却。