CN110193530B - 使用铝合金的弯曲成型品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用铝合金的弯曲成型品的制造方法。本发明目的为提供一种使用高强度且耐腐蚀性优异的铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，其使用铝合金铸造坯锭；其具有挤出加工挤出材料的步骤，和在前述挤出加工后立即以500℃/min以下的平均速度进行冷却的步骤，和在规定时间内，于140～260℃的温度范围，对前述经冷却的挤出材料进行加热时间为30～120秒的预加热处理的步骤，和使用前述经预加热处理的挤出材料进行弯曲成型的步骤，和将前述经弯曲成型的制品进行人工时效处理的步骤。

Description

使用铝合金的弯曲成型品的制造方法

技术领域

本发明涉及强度和耐腐蚀性优异的铝合金制弯曲成型品的制造方法。

背景技术

Al-Zn-Mg类、Al-Zn-Mg-Cu类等7000类铝合金虽然能够得到高强度的制品，但是其挤出加工性差。

并且，当进行弯曲加工等时，耐应力腐蚀开裂性不足，需要改善耐腐蚀性。

因此，在专利文献1、2等中，通过添加作为过渡元素的Mn、Cr、Zr等，达到了抑制挤出加工时的挤出材料的重结晶深度，和抑制重结晶晶粒的大小。

但是，在过渡元素中，Cr在挤出加工时的淬火敏感性强，如果在挤出后立即进行的冷却(称为模头端淬火)不是通过水冷却等的高速冷却，则不能获得足够的高强度，存在冷却时挤出材料的截面形状变形或容易发生翘曲(ソリ)的问题。

并且，也存在在弯曲加工时容易发生开裂的问题。

专利文献1中，由于进行恢复热处理至固溶化温度，耐应力腐蚀开裂性也容易出现问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本国特开2014-145119号公报

[专利文献2]日本国专利第2928445号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

本发明的目的为提供一种使用高强度且耐腐蚀性优异的铝合金的弯曲成型品的制造方法。

[解决问题的方法]

本发明所述的使用铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，其使用铝合金铸造坯锭；其具有挤出加工挤出材料的步骤，和在前述挤出加工后立即以500℃/min以下的平均速度进行冷却的步骤，和在规定时间内，于140～260℃的温度范围，对前述经冷却的挤出材料进行加热时间为30～120秒的预加热处理的步骤，和使用前述经预加热处理的挤出材料进行弯曲成型的步骤，和将前述经弯曲成型的制品进行人工时效处理的步骤；其中，所述铝合金铸造坯锭由按下述全部的质量％计，Zn：6.0～8.0％，Mg：1.50～3.50％，Cu：0.20～1.50％，Zr：0.10～0.25％，Ti：0.005～0.05％，Mn：0.3％以下，Sr：0.25％以下，和剩余部分为Al和不可避免的杂质组成。

本发明中，铝合金的Mn+Zr+Sr的总量优选在0.10～0.50％的范围内。

本发明中，铸造坯锭的平均结晶粒径优选在250μm以下。

这样的铸造坯锭，通过50mm/min以上的铸造速度铸造坯锭，其冷却速度变快，组织的结晶粒径变小。

选定铝合金的化学成分的理由如下。

(1)Zn

Zn成分对于抑制铝合金的挤出性下降和获得高强度化是有效的。

但是，如果添加量超过8.0％，则成为耐应力腐蚀开裂性下降的原因之一，因此设定Zn：6.0～8.0％的范围。

(2)Mg

Mg成分对于获得挤出材料的高强度化是最有效的，但是添加量多则挤出性下降，弯曲成型性也变差，因此可以为Mg：1.50～3.50％的范围。

也会受到后述Cu成分的影响，为了确保耐力(0.2％耐力)在480MPa以上，优选Mg的添加量在2.0％以上。

进一步优选2.5％以上。

(3)Cu

Cu成分，由于与铝的固溶效应而可以期待强度的提高，但是恐怕由于局部电位差产生普遍腐蚀，挤出加工性、弯曲加工性下降，因此，优选Cu：0.20～1.50％的范围。

为了确保耐力在500MPa以上而受到Mg的影响，可以在0.5％以上，优选在0.75％以上，更优选在1.0％以上。

(4)Zr,Mn

Zr是过渡元素之一，其能够在挤出加工后立即进行通过空气冷却的冷却，即使是以500℃/min以下，进一步地100℃/min～300℃/min的冷却速度，也能够在挤出加工时抑制挤出材料表面的重结晶深度。

由此，能够容易地确保耐应力腐蚀开裂性和高强度。

Mn成分也是过渡元素之一，期待能够抑制挤出加工时的重结晶深度，可以在0.30％以下的范围添加Mn。

当添加时，优选Mn：0.10～0.30％的范围。

与此相对，Cr成分对于模头端淬火具有强的淬火敏感性，需要通过水冷等的高速冷却，因此本发明中可以不含有Cr成分。

即使含有不可避免的杂质，也应该保持在0.05％以下。

(5)Sr

Sr成分在铸造坯锭时能够抑制结晶晶粒的粗大化，在挤出加工时能够抑制挤出材料表面的重结晶。

在本发明中，Sr成分不是必需的成分，可以0.25％以下的范围添加。

Sr成分如果超过0.25％，则有以Sr为核的结晶物粗大化的风险。

当添加时，可以为0.03～0.25％的范围。

并且，Mn+Zr+Sr的总量可以在0.10～0.50％的范围内。

(6)Ti

Ti成分对于铸造坯锭时结晶晶粒的微细化是有效的，可以Ti：0.005～0.05％的范围进行添加。

(7)其它成分

在本发明中，应该尽量控制作为不可避免的杂质的上述以外的成分至较少的量。

特别地，Fe、Si为在坯锭的铸造时容易混入的成分，优选控制Fe：0.2％以下，Si：0.1％以下。

Fe、Si的量多，则强度下降，耐应力腐蚀开裂性和弯曲成型性劣化。

下面，说明制造工序。

(1)调整由上述说明的化学成分构成的铝合金的熔融金属，铸造圆柱形坯锭。

作为铸造方法采用浮动铸造法(フロート式鋳造法)或热顶铸造法(ホットトップ鋳造法)等的连续铸造法，设定冷却速度使得铸造速度为50mm/min以上。

(2)将铸造而成的圆柱形坯锭，以470～530℃的温度，进行2～24小时的均质化处理(HOMO处理)。

(3)挤出加工使用直接挤出机、间接挤出机等。

于400～500℃的温度预加热坯锭，进行挤出加工。

从挤出机的模头(模具)挤出的挤出材料具有500至580℃的高温。

因此，通过在挤出后立即冷却，可以进行淬火处理。

一般称之为模头端淬火。

在本发明中，通过50～500℃/min的冷却速度能够进行充分的淬火，因此可以进行风扇冷却等的空气冷却。

由此，与以往的水冷却相比，能够抑制挤出材料产生扭曲(歪み)、翘曲等变形，冷却设备也变得简单。

本文中，冷却速度指使得挤出材料的温度降至200℃以下的冷却速度。

(4)然后，将如上所述经挤出加工的挤出材料根据产品的形状进行弯曲成型，或者弯曲成型为形成产品之前的预备形状。

弯曲成型采用加压弯曲加工(プレス曲げ加工)、扭弯弯曲加工(ベンダー曲げ加工)等各种方法。

在该弯曲成型时，进行升温速度在1.8℃/秒以上，预加热温度在140～260℃，预加热时间为30～120秒的预加热处理，将挤出材料进行弯曲成型。

(5)然后，进行人工时效处理

人工时效处理指，通过进行规定的加热处理，使在铝合金中溶解的元素作为析出物析出，得到高强度。

本发明中，可以采用适用于7000类铝合金的人工时效处理条件。

在本发明的实施例中，进行第1段：90～120℃，1～24小时，和第2段：130～180℃，1～24小时的2段时效处理。

[发明的效果]

本发明所述的用于弯曲成型品的铝合金具有良好的淬火性，通过空气冷却能够得到拉伸强度在480MPa以上，0.2％耐力在460MPa以上的高强度。

其耐应力腐蚀开裂性也优异。

并且，通过使用本发明所述的制造工序，能够得到弯曲成型性优异、高强度、耐应力腐蚀开裂性优异的弯曲成型品。

附图说明

图1(a)显示弯曲性的试验方法，图1(b)显示位移-负荷曲线的比较例。

具体实施方式

对铝合金的化学组成进行各种调整，比较制造工序，进行试验和评价，其结果如下说明。

表1中显示本发明实施例1～55所述的铝合金的化学组成和比较例56～62所述的铝合金的化学组成。

表1

比较例57中，Zn成分为5.43％，未达到本发明的下限6.0％。

比较例58～62中，Cu成分超过本发明的上限1.50％。

比较例61中，进一步添加了0.26％的Cr成分。

表2中，显示制造条件等。

表2

使用表1中所示的各种铝合金的熔融金属，通过热顶铸造法铸造圆柱形坯锭。

以铸造速度为50mm/min以上的70～80mm/min进行连续铸造，然后进行480～520℃的均质化处理。

铸造坯锭的平均结晶粒径的测定结果记载于表2中“坯锭结晶粒径”栏中。

从铸造坯锭切割出样品，对表面进行镜面抛光，然后用凯勒试剂(ケラー試薬)进行蚀刻处理，通过光学显微镜测定该平均结晶粒径。

将如此制造的坯锭于400～500℃预加热，进行挤出加工。

这时，挤出后立即以500℃/min以下的冷却条件进行作为模头端淬火的空气冷却。

此时的冷却速度在表2中以“冷却速度”示出。

将如上得到的挤出材料，以1.8℃/秒以上的速度升温至表2中所示的预加热温度，在表中所示的预加热时间内保持后，进行弯曲成型。

该预加热的目的是为了减少挤出材料在弯曲成型时产生的应力扭曲，其并不限制弯曲形状本身。

例如，可以举例以弓形形状进行弯曲加工等。

另外，本发明所述的铝合金由于是自然时效硬化材料，因此优选在挤出加工后约1周内进行弯曲成型。

然后，利用表2中所示的热处理条件进行2段时效的人工时效处理。

从如上所述得到的弯曲成型品切割出试验片，进行各种评价得到的结果示于表3内。

表3

评价项目和评价方法如下。

(1)机械性质

基于日本工业规格JIS-Z2241，制作5号拉伸试验片，根据JIS规格通过拉伸试验机进行拉伸试验。

表中，T1拉伸强度、T1耐力(0.2％)、T1伸长是人工时效处理前的T1材料的值，T5拉伸强度、T5耐力(0.2％)、T5伸长是人工时效处理后的T5材料的值。

在本发明中，由于以汽车部件、结构材料等制品为目标产品，因此在表中将其机械性能的目标值作为参考值示出。

(2)SCC性(耐应力腐蚀开裂性)

对于耐力，在向试验片施加80％的应力的状态下，以下述条件为一个循环进行720个循环，以不发生开裂为达到目标，在表中示出了发生开裂的循环次数。

<1个循环>

于25℃，在3.5％的NaCl水溶液中浸渍10分钟，然后，于25℃，在湿度40％中放置50分钟，然后自然干燥。

(3)小R弯曲(弯曲性)

使用本发明所述的铝合金，通过制造工序得到的制品具有即使弯曲成小R形状(小R弯曲)也难以发生开裂的特性。

因此，利用图1(a)所示的试验方法进行弯曲试验。

切割出板厚为2mm、20mm×150mm大小的试验片1，并放置在具有7mm间隔的夹具(治具)2上，通过具有前端R＝1.5mm的半圆形横截面的冲头3施加负荷。

通过这样的弯曲条件，弯曲前端部的伸长率为约30％。

图1(b)为以此时的位移(s)为横轴，以负荷(f)为纵轴得到的位移-负荷曲线。

图中曲线(a)为弯曲前端发生开裂的情况，发生开裂时负荷急剧下降。

与此相对，未发生开裂的是如曲线(b)所示的，材料具有韧性，并且负荷随着弯曲逐渐下降。

是否发生开裂的评价结果示于表中的“小R弯曲”栏中。

(4)表面重结晶深度

对挤出材料的横截面进行镜面打磨，并用3％NaOH水溶液蚀刻，用光学显微镜测量来自挤出表面的重结晶组织的厚度。

考察的评价结果如下。

实施例1～55达到了全部的目标。

比较例56由于铝合金的化学组成在本说明书规定的范围内，拉伸强度、耐力和SCC性能都达到目标。

但是，该比较例在挤出加工后已经放置了大约9天，这可能是因为自然时效提前了，在小R弯曲试验中发生开裂。

由此可知，为了确保优异的弯曲性，优选在挤出加工后7天内进行弯曲成型。

比较例57～62的SCC性未达到目标。

比较例58～62的小R弯曲发生开裂。

比较例59、61、62的SCC性未达到目标，这是因为Cu成分超过上限，其中比较例61含有0.26％的Cr成分，耐力为446MPa的低值。

[产业上利用的可能性]

本发明使用的铝合金，由于为高强度且耐应力腐蚀开裂性优异，可以适用于需要高强度或耐腐蚀性的汽车零件、机械构造部件等广泛的领域。

并且，通过本发明的工序，能够得到耐弯曲开裂性也优异的制品。

Claims (4)

1.一种使用铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，

其使用铝合金铸造坯锭，所述铝合金铸造坯锭由按下述全部以质量％计，Zn：6.0～8.0％，Mg：1.50～3.50％，Cu：0.20～1.50％，Zr：0.10～0.25％，Ti：0.005～0.05％，Mn：0.3％以下，Sr：0.25％以下，和剩余部分为Al和不可避免的杂质组成；

其具有挤出加工挤出材料的步骤，和在前述挤出加工后立即以50～500℃/min的平均速度范围进行空气冷却使得所述挤出材料的温度降至200℃以下进行冷却的步骤，和

在挤出加工后1周内，于140～260℃的温度范围，对经前述冷却的挤出材料进行升温速度在1.8℃/秒以上加热时间为30～120秒的预加热处理的步骤；和

使用经前述预加热处理的挤出材料进行弯曲成型的步骤，和

将经前述弯曲成型的制品进行人工时效处理的步骤。

2.根据权利要求1所述的使用铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，所述铝合金中Mn+Zr+Sr的总量在0.10～0.50％的范围内。

3.根据权利要求2所述的使用铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，所述铸造坯锭的平均结晶粒径在250μm以下。

4.根据权利要求3所述的使用铝合金的弯曲成型品的制造方法，其特征在于，所述弯曲成型品的拉伸强度在480MPa以上，并且0.2％耐力在460MPa以上。