CN116657002A - 具有良好的淬火性且高韧性及高强度的铝合金挤出材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及具有良好的淬火性且高韧性及高强度的铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，使用铝合金以铸造速度60mm/min以上铸造坯料，所述铝合金由以下以质量％计的Mg：0.50～1.0％、Si：0.80～1.30％、化学计量组分限制为Mg2Si：0.85～1.75％及过量Si：0.10～0.85％、Mn：0.10～0.60％、Fe：0.05～0.35％、Mn+Fe：0.15～0.95％、Cu：0.35％以下、Cr：不足0.10％、Zr：不足0.10％、Zn：不足0.10％、Ti：0.10％以下、以及剩余部分为铝和不可避免的杂质构成，将所述坯料在560～590℃下进行2～8小时的均质化处理后，以50℃/hr以上的速度冷却，使所述坯料的余热在400～550℃下之后进行挤出加工，从所述挤出加工之后即刻的挤出材料的温度为460～550℃的状态起，以平均冷却速度350℃/min以上进行冷却，之后进行人工时效处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种由Al-Mg-Si系的铝合金构成的挤出材料的制造方法，尤其涉及一种适于通过挤出加工之后即刻空冷而得到具有良好的淬火性并且韧性优异、高强度的挤出材料的制造方法。
背景技术
以车辆等的轻量化为目的，铝合金的挤出材料被广泛研究。
车辆的结构部件或零部件不仅要求轻量化，而且要求高强度，同时在生产时弯曲加工等机械加工性优异，并且从使用时确保耐冲击性的观点出发，要求高韧性等。
例如，在专利文献1中，公开一种具有高强度且高韧性的铝合金，但是其为一种板材的制造方法，不能直接应用于挤出材料。
在专利文献2中，公开一种弯曲破碎性和耐腐蚀性优异的铝合金挤出材料，但是在挤出加工之后即刻的冷却中使用水冷，因此不能认为具有良好的淬火性，另外，在水冷时挤出材料容易产生冷却应变或变形，生产率或质量不良。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-20527号公报
专利文献2：日本特开2011-208251号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种挤出加工时具有良好的淬火性，并且高强度的同时具有优异的韧性的铝合金挤出材料的制造方法。
用于解决问题的技术方案
本发明所涉及的铝合金挤出材料的制造方法的特征在于，使用铝合金以铸造速度60mm/min以上铸造坯料，所述铝合金由以下以质量％计的、Mg：0.50～1.0％、Si：0.80～1.30％、化学计量组分Mg2Si：0.85～1.75％及过量Si限制为：0.10～0.85％、Mn：0.10～0.60％、Fe：0.05～0.35％、Mn+Fe：0.15～0.95％、Cu：0.35％以下、Cr：不足0.10％、Zr：不足0.10％、Zn：不足0.10％、Ti：0.10％以下、以及剩余部分为铝和不可避免的杂质构成，将所述坯料在560～590℃下进行2～8小时的均质化处理后，以50℃/hr以上的速度冷却，使所述坯料的余热在400～550℃下之后进行挤出加工，从所述挤出加工之后即刻的挤出材料的温度为460～550℃的状态起，以平均冷却速度350℃/min以上进行冷却，之后进行人工时效处理。
为了通过挤出加工制造铝合金的挤出材料，在直接挤出机或间接挤出机的挤压筒中填充圆柱坯料，在挤压筒上安装模头，从后方利用挤压杆进行加压挤出，从而使用将熔融金属调整为规定的合金组分并铸造而成的圆柱坯料。
因此，对于挤出材料的特性而言，不仅是合金组分，其制造条件也重要。
合金组分的选定理由在后面说明，首先对坯料的制造以及挤出条件等进行说明。
在铝合金的圆柱坯料的铸造中，可以采用浮式铸造法、热顶铸造法及绝热铸模式铸造法等，在所有的情况下均将加热熔融的熔融金属从铸模的上方浇注，从侧部对其一边进行冷却一边向下方连续铸造。
此时，当以铸造速度为60mm/min以上的方式一边进行冷却一边铸造时，坯料截面的中心部和周侧部的平均晶粒粒径为250μm以下，能够维持挤出加工后的晶粒的细微化。
如上所述铸造而成的坯料在合金凝固时会产生不均匀的微观偏析物，因此进行均质化处理(HOMO处理)。
在本发明中，通过以560～590℃加热2～8小时，使偏析物再固溶化，之后以50℃/hr以上的速度进行冷却，由此实现析出物的均匀化和细微化。
合金组分的选定理由如下所述。
＜Mg、Si＞
本发明所涉及的铝合金为Al-Mg-Si系的热处理合金。
Mg和Si通过Mg2Si的中间相的析出而得到高强度。
此时，当与化学计量的Mg2Si组分相比为过量Si组分时，能够得到更高的强度。
另一方面，当Mg2Si的析出量过多时，Mg2Si的析出物成为起点，韧性降低或挤出性降低。
根据这样的观点，在本发明中，设定为：以下均以质量％计，Mg：0.50～1.0％、Si：0.80～1.30％，并且使过量Si(exSi)：0.10～0.85％、Mg2Si：0.85～1.75％的范围。
＜Mn、Fe、Cr、Zr＞
当少量添加Mn时析出的Mn化合物具有成为Mg2Si中间析出相的优先析出位点的效果，使挤出加工之后即刻的冷却(模头端淬火)为空冷水平的冷却速度，充分地得到淬火效果。
此时，挤出加工之后即刻的冷却开始时的挤出材料的温度(冷却开始温度)也重要，本发明控制为460～550℃的范围，优选在挤出材料的温度至少为200℃以下之前，能够以平均冷却速度为350℃/min以上且通过空冷进行冷却的冷却速度。
另外，Mn对挤出材料的晶粒的细微化也有效。
在此，Fe、Cr、Zr也与Mn同样属于过渡金属，对挤出加工之后即刻的淬火中的析出物的析出速度造成较大的影响。
尤其Cr的淬火敏感性强，若不是水冷水平的高速冷却，则不能充分地得到淬火效果。
Fe在空冷水平的冷却速度下对淬火有效，并且抑制再结晶，容易得到在挤出方向上伸长的纤维状组织，因此对淬火性和韧性的提高有效。
以往Fe与其他成分一起形成各种化合物，成为偏析的原因，因此作为杂质处理，对其尽量抑制。
相对于此，本发明设定为Mn：0.10～0.60％、Fe：0.05～0.35％及Mn+Fe的总计在0.15～0.95％的范围，从而成为良好的淬火性、高韧性和高强度。
以往，当成为高强度时存在容易破裂的问题，但在本发明中能够兼顾。
在本发明中Cr、Zr作为杂质处理，越少越好，分别使其不足0.10％。
＜Cu＞
Cu被少量添加时，因固溶而有助于高强度，若变多则导致挤出性的降低、耐腐蚀性的降低，因此即使在添加的情况下也优选为Cu：0.35％以下。
＜Zn＞
Zn对挤出性几乎没有影响，但通过MgZn2的析出而韧性降低，耐应力腐蚀裂纹性降低，因此作为杂质处理，优选为不足0.10％。
＜Ti＞
Ti在铝合金的坯料的铸造时，对晶粒的细微化有效，因此优选以0.10％以下的范围添加。
在本发明中，如上述那样选定合金组分，对铝合金的坯料按照上述的方式进行铸造和均质化处理，由此使坯料的余热在400～550℃的范围之后将其填充到挤出机的挤压筒，进行挤出加工，挤出加工之后即刻进行冷却。
此时，重要的是从挤出加工之后即刻的挤出材料的温度为460～550℃的状态起开始冷却，其冷却速度优选平均冷却速度为350℃/min以上。
能够得到在铝挤出材料的与挤出方向正交的方向的截面中，平均晶粒粒径为50μm以下的挤出材料。
由此，在人工时效处理为在160～220℃且2～12小时的条件下，具有0.2％耐力为240MPa以上，拉伸强度为260MPa以上的高强度，并且夏比冲击值为20J/cm2以上。
发明效果
在本发明所涉及的挤出材料的制造方法中，具有0.2％耐力为240MPa以上，拉伸强度为260MPa以上的高强度，并且夏比冲击值为20J/cm2以上的高韧性。
由此，能够广泛地应用于产业机械、车辆的结构部件。
作为结构部件，例如作为例子可列举出侧梁等梁类、电池框架等重物的搭载框架结构部件、悬架部件等。
附图说明
图1表示用于评价的铝合金组分。
图2表示用于评价的制造条件。
图3表示挤出材料的评价结果。
图4表示DSC(mW)的评价例。
图5表示挤出材料的与挤出方向正交的截面的中央部的微观组织的照片例。
具体实施方式
对图1的表所示的各合金组分的熔融金属进行调整，以图2的表所示的铸造速度铸造8英寸坯料，并切割为规定的长度。
此外，也可以在下述的均质化处理后进行切割。
接着，以图2所示的HOMO温度、HOMO时间、均质后冷却速度进行坯料的均质化处理。
接着，使余热为表所示的BLT温度，以挤出速度进行挤出加工，之后即刻进行空冷(模头端淬火)，然后进行表所示的热处理温度和热处理时间的人工时效处理。
在此，优选挤出加工之后即刻的冷却从挤出材料的温度为460～550℃的状态起开始冷却，优选挤出材料的温度为200℃以下之前平均冷却速度为350℃/min以上。
另外，在图2的表中，示出优选的各条件范围。
将上述得到的挤出材料的评价结果在图3的表中示出。
评价方法如下所述。
＜机械特性＞
沿着挤出材料的挤出方向基于JIS-Z2241，切出JIS-5号试验片，利用依据JIS规格的拉伸试验机实施试验，对T5拉伸强度(MPa)、0.2％T5耐力(MPa)、T5伸长率(％)进行测定。
＜晶粒粒径＞
在挤出材料的与挤出方向正交的方向的截面中，从中央部切出样品，镜面研磨加工后利用3％NaOH水溶液进行蚀刻处理。
通过光学显微镜观察对金属组织进行观察，通过500倍图像对平均晶粒粒径进行测定。
将其照片例在图5中示出。
实施例1的平均晶粒粒径为30μm，与比较例1的平均晶粒粒径为150μm相比变得细微。
＜耐冲击试验＞
基于JIS-Z2242，沿着挤出材料的挤出方向制作JISV缺口4号试验片，利用按照JIS规格的夏比冲击试验机进行夏比冲击试验。
＜DSC分析＞
使用理学株式会社制造Thermo plus evo2的差示热分析仪进行差示热分析，将图4所示的图表的划有斜线的吸热峰的面积(积分值)(mW/g)作为析出量。
图4所示的图表为使用100mg的试验片的结果，吸热峰的面积的实测值为20～30mW，当换算为(mW/g)单位时，DSC分析中的析出量的目标为200mW/g以上，优选为200～300mW/g的范围。
如图3的评价结果所示，实施例1～35的所有质量均符合目标。
相对于此，比较例1～5的Si含量比0.80％少，exSi也为0.10％以下，因此强度不充分，韧性不充分。
比较例6～7的Mg、Fe的含量少，强度未达目标。
比较例8、9是Si少、Mg多的例子，比较例10～17表示挤出加工之后即刻冷却的冷却条件偏离目标条件的例子。
尤其，比较例10～13的挤出材料强度超过550℃，因此表面也产生挤裂缺陷。
比较例18～22是坯料的均质化处理后的冷却慢的例子。
更详细而言，实施例1～19是与Si：0.95％、Fe：0.15％、Mn：0.51％、Mg：0.77％、Mg2Si：1.35％、exSi：0.33％、Mn+Fe：0.66％相同，不含有Cu和Cr的例子。
当观察作为制造条件的挤出加工之后即刻冷却的冷却速度的影响时，根据空冷的风扇的强弱，显示出冷却速度快的一方或挤出速度快的一方的耐力、拉伸强度大的倾向，但夏比冲击值没有观察到太大的变化。
实施例20～23是含有Cu：0.30％的例子。
根据观察到不会使伸长率、夏比冲击值降低而强度略高的倾向，优选Cu以0.35％以内的范围添加。
例如，Cu：0.15～0.35％，进一步优选为Cu：0.20～0.35％。
实施例24～29表示Si：1.00％的例子，实施例30～35表示Si：0.85％的例子，但Si越多，相对地强度、耐力提高。
另外，比较例5、6、7的DSC分析、吸热峰面积不足200mW/g，T5拉伸强度、T5耐力相对低。
推定这是由于Mg2Si、exSi偏离了条件范围的原因。
Claims (3)
1.一种具有良好的淬火性且高韧性及高强度的铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，
使用铝合金以铸造速度60mm/min以上铸造坯料，所述铝合金由以下以质量％计的Mg：0.50～1.0％、Si：0.80～1.30％、化学计量组分限制为Mg2Si：0.85～1.75％及过量Si：0.10～0.85％，Mn：0.10～0.60％、Fe：0.05～0.35％、Mn+Fe：0.15～0.95％、Cu：0.35％以下、Cr：不足0.10％、Zr：不足0.10％、Zn：不足0.10％、Ti：0.10％以下、以及剩余部分为铝和不可避免的杂质构成，
将所述坯料在560～590℃下进行2～8小时的均质化处理后，以50℃/hr以上的速度冷却，
使所述坯料的余热在400～550℃下之后进行挤出加工，从所述挤出加工之后即刻的挤出材料的温度为460～550℃的状态起，以平均冷却速度350℃/min以上进行冷却，
之后进行人工时效处理。
2.根据权利要求1所述的具有良好的淬火性且高韧性及高强度的铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，
在所述铝合金挤出材料的与挤出方向正交的方向的截面中，平均晶粒粒径为50μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的具有良好的淬火性且高韧性及高强度的铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，
所述人工时效处理为在160～220℃且2～12小时，0.2％耐力为240MPa以上，夏比冲击值为20J/cm2以上。
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2023
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