DE102023134905A1 - Aluminiumlegierungs-schmiedematerial, aluminiumlegierungs-schmiedeprodukt und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Aluminiumlegierungs-schmiedematerial, aluminiumlegierungs-schmiedeprodukt und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial mit einer Legierungszusammensetzung bereitgestellt, enthaltend Cu: 0,30 Massen-% bis 1,0 Massen-%, Mg: 0,80 Massen-% bis 1,8 Massen-%, Si: 0,90 Massen-% bis 1,9 Massen-%, Mn: 0,30 Massen-% bis 1,2 Massen-%, Fe: 0,20 Massen-% bis 0,65 Massen-%, Zn: 0,25 Massen-% oder weniger, Cr: 0,050 Massen-% bis 0,30 Massen-%, Ti: 0,01 Massen-% bis 0,1 Massen-%, B: 0,0010 Massen-% bis 0,030 Massen-%, und Zr: 0,0010 Massen-% 0,050 Massen-%, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, ein Schmiedeprodukt aus einer Aluminiumlegierung und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-200526 , eingereicht am 15. Dezember 2022, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2023-191652 , eingereicht am 9. November 2023, beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • [Hintergrundtechnik]
  • In den letzten Jahren sind Aluminiumlegierungen aufgrund ihres geringen Gewichts zunehmend als Strukturelemente für verschiedene Produkte verwendet worden. Zum Beispiel ist hochfester Stahl bisher für Automobilaufhängungen und Stoßdämpferteile verwendet worden. Andererseits sind seit kurzem hochfeste Aluminiumlegierungsmaterialien in Verwendung gekommen.
  • Weiterhin sind für Autoteile, insbesondere bspw. gestreckte Teile wie Aufhängungsarme, ausschließlich Materialien auf Eisenbasis verwendet worden. Andererseits sind diese in den letzten Jahren zunehmend durch Aluminiumwerkstoffe oder Aluminiumlegierungsmaterialien ersetzt worden, um das Gewicht zu verringern.
  • Da diese Autoteile eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Verarbeitbarkeit erfordern, werden häufig Legierungen auf Al-Mg-Si-Basis, insbesondere A6061, als Aluminiumlegierungsmaterialien verwendet. Um die Festigkeit zu verbessern, werden solche Autoteile daher durch schmiedende Bearbeitung hergestellt, was eine Art plastischer Bearbeitung ist, wobei ein Aluminiumlegierungsmaterial als Werkstoff verwendet wird.
  • Überdies ist vor kurzem aufgrund der Notwendigkeit einer Kostenreduktion begonnen worden, Aufhängungsteile in der Praxis einzusetzen, die durch direktes Schmieden von Gussteilen als Ausgangsmaterial ohne Strangpressen erhalten wurden und anschließend einer Behandlung (T6-Behandlung) unterzogen wurden, bei der eine Lösungsbehandlung und eine künstliche Alterung durchgeführt wird, und für eine weitere Gewichtsverringerung ist die Entwicklung hochfester Legierungen, die das herkömmliche A6061 ersetzen, fortgeschritten (siehe z. B. Patentdokumente 1 bis 3).
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. H5-59477
    • [Patentdokument 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. H5-247574
    • [Patentdokument 3] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. H 6-256880
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach Aluminium gestiegen, da Automobile leichter werden mussten, um CO2-Emmissione zu verringern. Es ist jedoch erforderlich, die Festigkeit eines Eisenwerkstoffersatzes zu erhöhen. Als ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminium ist andererseits bekannt, die Ausbildung einer rekristallisierten Struktur bei der plastischen Bearbeitung und der Lösungsbehandlung zu minimieren und die Kristallteilchengröße zu verfeinern.
  • Bei den oben beschriebenen hochfesten Legierungen auf Al-Mg-Si-Basis besteht jedoch das Problem, dass eine bearbeitete Struktur in dem Schmiede- und Wärmebehandlungsvorgang rekristallisiert und grobkörnige Kristallkörner gebildet werden, sodass es nicht möglich ist, eine ausreichend hohe Festigkeit zu erhalten. Um die Bildung grober rekristallisierter Körner zu verhindern, wird daher die Rekristallisation manchmal durch Zugabe von Zr (Zircon) verhindert (siehe z. B. Patentdokumente 1 und 2).
  • Die Zugabe von Zr verhindert zwar die Rekristallisation, bringt aber folgende Probleme mit sich.
    1. (1) Durch die Zugabe von Zr wird die Wirkung der Kristallkornverfeinerung einer Legierung auf Al-Ti-B-Basis abgeschwächt, und die Kristallkörner des Gussprodukts/stranggegossenen Produkts selbst werden grobkörnig. Dies führt zu einer Verringerung der Festigkeit eines bearbeiteten Produkts (Schmiedeprodukt) nach der plastischen Bearbeitung.
    2. (2) Da die Kristallkornverfeinerungswirkung des Gussprodukts selbst verringert ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Rissen in dem Gussprodukt, die Anzahl innerer Defekte nimmt zu und die Ausbeute verschlechtert sich.
    3. (3) Zr bildet Verbindungen mit Legierungen auf Al-Ti-B-Basis, und die Verbindungen werden am Boden des Ofens, in dem die geschmolzene Legierung gelagert wird, abgeschieden und verunreinigen den Ofen. Die Verbindungen kristallisieren in dem hergestellten Gussprodukt grobkörnig aus und verringern die Festigkeit.
  • So wird durch den Zusatz von Zr die zwar Rekristallisation wirksam verhindert, es ist aber schwierig, die Festigkeit stabil zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diesen technischen Hintergrund gemacht und es ist ein Ziel der Erfindung, ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial und ein Aluminiumlegierungs-Schmiedestück bereitzustellen, die hervorragende mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Zur Lösung der obigen Probleme wird durch die vorliegende Erfindung Folgendes bereitgestellt.
    1. (1) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger,
      • Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger,
      • B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
    2. (2) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger,
      • Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
    3. (3) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
    4. (4) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und eine Aluminiumlegierungszusammensetzung aufweist, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger,
      • Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger,
      • B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
    5. (5) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger,
      • Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger,
      • B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
    6. (6) Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend:
      • Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger,
      • Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger,
      • Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger,
      • Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger,
      • Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger,
      • Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger,
      • Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist,
        • wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
    7. (7) Das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt nach einem der Punkte (4) bis (6) zur Verwendung für einen Aufhängungsarm.
    8. (8) Ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts nach einem der Punkte (4) bis (7), mit:
      • einem Legierungsmetallschmelzebildungsvorgang, bei dem eine Aluminiumlegierungsmetallschmelze mit der gleichen Zusammensetzung wie der des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gebildet wird,
      • einem Gießvorgang, bei dem die in dem Legierungsmetallschmelzebildungsvorgang erhaltene Aluminiumegierungsmetallschmelze gekühlt und verfestigt wird, um ein Aluminiumlegierungs-Gussprodukt zu erhalten,
      • einem Schmiedevorgang, bei dem das dem Gießvorgang unterzogene Aluminiumlegierung-Gussprodukt bei einer Erhitzungstemperatur von 450°C oder höher und 560°C oder niedriger geschmiedet wird,
      • einem Lösungsbehandlungsvorgang, bei dem das in dem Schmiedevorgang erhaltene geschmiedete Produkt (Schmiedeprodukt) einer Lösungsbehandlung unterzogen wird, wobei es für 0,3 Stunden oder länger und 3 Stunden oder kürzer bei einer Behandlungstemperatur von 530°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird,
      • einem Abkühlbehandlungsvorgang (Quenchen), wobei nach Beendigung des Lösungsbehandlungsvorgangs die gesamte Oberfläche des geschmiedeten Produkts innerhalb von 5 Sekunden oder länger und 60 Sekunden oder kürzer mit Abkühlwasser in Kontakt gebracht wird und das Abkühlen (Quenchen) in einem Wasserbehälter für 1 Minute oder länger und 30 Minuten oder kürzer durchgeführt wird, und
      • einem Alterungsbehandlungsvorgang, bei dem das Schmiedeprodukt nach dem Abkühlbehandlungsvorgang einer Alterungsbehandlung bei einer Erhitzungstemperatur von 170°C oder höher und 210°C oder niedriger für 0,5 Stunden oder länger und 7 Stunden oder kürzer unterzogen wird.
    9. (9) Das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts nach Punkt (8), welches weiterhin beinhaltet:
      • einen Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang, bei dem das Aluminiumlegierungs-Gussprodukt einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei es zwischen dem Gießvorgang und dem Schmiedevorgang für 2 Stunden oder länger und 10 Stunden oder kürzer in einem Temperaturbereich von 370°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial und ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt bereitgestellt werden, die hervorragende mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen, sowie ein Verfahren zur Herstellung davon.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 3 ist eine Perspektivansicht, die ein weiteres Beispiel des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Umgebung einer Form einer horizontalen Stranggussanlage zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von Hauptteilen in der Umgebung eines Kühlwasserhohlraums der in 4 gezeigten horizontalen Stranggussanlage.
    • 6 ist eine erläuternde Abbildung, welche den Wärmestrom eines Kühlwandteils der horizontalen Stranggussanlage zeigt.
    • 7A ist eine Draufsicht, die Sammelpositionen eines zentralen Teils und eines Grenzteils für die Bewertung mechanischer Eigenschaften einer Teststückproduktion eines in diesem Beispiel erhaltenen Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts zeigt.
    • 7b ist eine Draufsicht, die ein in diesem Beispiel hergestelltes Teststück für die Bewertung mechanischer Eigenschaften zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen, die in der nachfolgenden Beschreibung verwendet werden, können charakteristische Teile der Einfachheit halber gelegentlich vergrößert dargestellt sein, um die Merkmale leichter verständlich zu machen, wobei die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente nicht unbedingt mit den tatsächlichen Verhältnissen übereinstimmen müssen. Weiterhin sind die in der folgenden Beschreibung beispielhaft aufgeführten Materialien, Abmessungen und dergleichen Beispiele, wobei die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt ist und in geeigneter Weise in Bereichen ohne Änderungen der Wirkungen abgewandelt und implementiert werden kann.
  • [Aluminiumlegierungsmaterial]
  • Zunächst wird ein Aluminiumlegierungsmaterial der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Ein Aluminiumlegierungsmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial mit einer Legierungszusammensetzung, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  • Ein Aluminiumlegierungsmaterial nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial mit einer Legierungszusammensetzung, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  • Das Aluminiumlegierungsmaterial gemäß dieser Ausführungsform entspricht insofern einer Aluminiumlegierung der Serie 6000, als dass Mg und Si enthalten sind.
  • (Durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur nach Schmieden: in 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger)
  • Die durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur, nachdem das Aluminiumlegierungsmaterial geschmiedet wurde, ist ein Index für den Grad der Kristallkornverfeinerung. Wenn die durchschnittliche Kristallteilchengröße von Kristallkörnern größer als 120 µm ist, besteht ein Risko, dass Zugeigenschaften und Ermüdungseigenschaften gemäß der Beziehung des Hall-Petch-Gesetzes verschlechtert werden/sind. Wenn andererseits dir durchschnittliche Kristallteilchengröße kleiner als 50 µm ist, besteht ein Risiko, dass die Zähigkeit verschlechtert ist/wird, die Schlagzähigkeit abnimmt und sich demgemäß die Verarbeitbarkeit verschlechtert. Daher ist die durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 120 µm oder weniger.
  • (Durchschnittliche Kristallteilchengröße von Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis in Kristallkorngrenze: 3,0 µm oder weniger)
  • Wenn eine große Menge der Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis an Kristallkorngrenzen der Legierungsstruktur des Aluminiumlegierungsschmiedematerials vorliegt, gibt es ein Risiko, dass die mechanischen Eigenschaften (Zugeigenschaften/Ermüdungseigenschaften etc.) verschlechtert sind/abnehmen. Wenn daher eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis an Kristallkorngrenzen der Legierungsstruktur des Aluminiumlegierungs-Schmiedematerials vorliegt, ist die durchschnittliche Teilchengröße 3,0 µm oder kleiner.
  • Ein Aluminiumlegierungsmaterial gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial mit einer Legierungszusammensetzung, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  • [Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt]
  • Nachfolgend wird ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist eine Perspektivansicht eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt, weist das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a einen gestreckten Teil/Abschnitt 2 sowie Verbindungsteile/-abschnitte 4a und 4b auf, die mit beiden Enden des gestreckten Teils 2 in Längsrichtung verbunden sind. Der gestreckte Teil hat einen rechteckigen Querschnitt. Das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a mit dieser Form kann zum Beispiel als ein I-Typ-Aufhängungsarm verwendet werden.
  • Das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a weist eine Aluminiumlegierungszusammensetzung auf, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist. Weiterhin hat der Querschnitt eines Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung eine Legierungsstruktur, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und weist eine Ermüdungsgrenze bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen von 150 MPa oder mehr auf, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  • Die Aluminiumlegierung als Material des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht einer Aluminiumlegierung der Serie 6000, da sie Mg und Si enthält.
  • (Cu: 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger)
  • Cu bewirkt eine feine Verteilung einer Verbindung auf Mg-Si-Basis in der Aluminiumlegierung und eine Verbesserung der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung, indem es als eine Verbindung auf Al-Cu-Mg-Si-Basis, die eine Q-Phase enthält, abgeschieden wird. Wenn der Cu-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden.
  • (Mg: 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger)
  • Mg bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung. Wenn Mg in einer Phase auf Aluminiumbasis fest-solubilisiert ist oder als Verbindung auf Mg-Si-Basis (Mg2Si) abgeschieden wird, beispielsweise als eine β''-Phase oder als eine Verbindung auf Al-Cu-Mg-Si-Basis (AlCuMgSi), die eine Q-Phase enthält, trägt dies zur Festigung der Aluminiumlegierung bei. Weiterhin hat Mg2Si die Funktion der Minimierung der Bildung einer CuAl2-Phase in der Aluminiumlegierung. Wenn die Bildung einer CuAl2-Phase minimiert wird, wird die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a verbessert. Wenn der Mg-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden.
  • (Si: 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger)
  • Wie im Fall von Mg verbessert Si die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur. Wird der Aluminiumlegierung jedoch übermäßig viel Si zugesetzt, besteht die Gefahr, dass grobkörnige Si-Primärkristallkörner kristallisieren und die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung abnimmt. Wenn der Si-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden, während die die Kristallisation von primären Si-Kristallen minimiert wird.
  • (Mn: 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger)
  • Mn bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung durch die Bildung feinkörniger Kristalle, die intermetallische Verbindungen wie Al-Mn-Fe-Si und Al-Mn-Cr-Fe-Si in der Aluminiumlegierung enthalten. Wenn der Mn-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden.
  • (Fe: 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger)
  • Fe bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung durch Kristallisieren intermetallischer Verbindungen wie Al-Mn-Fe-Si, Al-Mn-Cr-Fe-Si, Al-Fe-Si, Al-Cu-Fe und Al-Mn-Fe als feine Kristalle in der Aluminiumlegierung. Wenn der Fe-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden.
  • Das Verhältnis Fe/Mn ist dabei 0,3 oder mehr und 1,2 oder weniger. Wenn das Verhältnis 1,2 oder kleiner ist, ist es möglich, die Kristallisation einer AlFeSi-basierten Verbindung mit einer Größe von 2,0 µm oder mehr zu minimieren, und die mechanischen Eigenschaften können verbessert werden.
  • (Cr: 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger)
  • Cr bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung durch Bildung feinkörniger Kristalle, die intermetallische Verbindungen wie Al-Mn-Cr-Fe-Si und Al-Fe-Cr enthalten, in der Aluminiumlegierung. Wenn der Cr-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die mechanischen Eigenschaften des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei Raumtemperatur verbessert werden.
  • (Ti: 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger)
  • Ti bewirkt eine Verfeinerung der Kristallkörner einer Aluminiumlegierung und verbessert die Streckverformbarkeit. Wenn der Ti-Gehalt weniger als 0,01 Massen-% beträgt, besteht die Gefahr, dass keine ausreichende Kristallkornverfeinerung erhalten werden kann. Bei einem Ti-Gehalt von mehr als 0,1 Massen-% besteht dagegen die Gefahr, dass sich grobkörnige Kristalle bilden und die Streckverformbarkeit verschlechtert wird. Weiterhin kann, wenn eine große Menge an grobkörnigen Ti enthaltenden Kristallen in das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt eingemischt werden, die Zähigkeit verringert sein. Daher beträgt der Ti-Gehalt 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger. Der Ti-Gehalt ist bevorzugt 0,015 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger.
  • (B: 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger)
  • B bewirkt eine Verfeinerung der Kristallkörner der Aluminiumlegierung und verbessert die Streckverformbarkeit. Wenn B der Aluminiumlegierung zusammen mit dem oben beschriebenen Ti zugesetzt wird, wird der Effekt der Kristallkornverfeinerung verbessert. Wenn der B-Gehalt weniger als 0,0010 Massen-% beträgt, besteht die Gefahr, dass keine ausreichender Kristallkornverfeinerungswirkung erzielt werden kann. Bei einem B-Gehalt von mehr als 0,030 Massen-% ist dagegen zu befürchten, dass sich grobkörnige Kristalle bilden und als Einschlüsse in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a eingemischt sind. Weiterhin kann die Zähigkeit verringert sein, wenn eine große Menge an grobkörnigen kristallisierten Produkten, die B enthalten, in das endgültige Aluminiumlegierungsprodukt eingemischt sind. Daher beträgt der B-Gehalt 0,0010 oder mehr und0,030 Massen-% oder weniger. Der B-Gehalt ist bevorzugt 0,0050 Massen-% oder mehr und 0,025 Massen-% oder weniger.
  • (Zr: 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,05 Massen-% oder weniger)
  • Bei einem Zr-Gehalt von 0,05 Massen-% oder weniger wird dieses in Form von Al3Zr und Al-(Ti, Zr) abgeschieden und trägt so durch eine Rekristallisationsminimierungswirkung und Ausscheidungsfestigung zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a bei. Wenn der Zr-Gehalt jedoch höher als 0,050 Massen-% ist, kristallisiert dieses als grobkörnige Verbindung aus, und es besteht das Risiko, dass die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a vermindert ist. Daher beträgt der Zr-Gehalt 0,050 Massen-% oder weniger. Um weiterhin die erwähnte Rekristallisationsminimierungswirkung und die Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a aufgrund einer Ausscheidungsfestigung/-härtung zu erhalten, ist der Zr-Gehalt bevorzugt 0,0010 Massen-% oder mehr.
  • (Zn: 0,250 Massen-% oder weniger)
  • Der Zn-Gehalt kann 0,250 Massen-% oder weniger sein. Wenn der Zn-Gehalt höher als 0,250 Massen-% ist, bildet sich MgZn2 und wird aus einer Al-Basisphase zu den Korngrenzen hin abgeschieden, was eine intergranuläre Korrosion verursacht und zu einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts führt. Daher beträgt der Zn-Gehalt bevorzugt 0,250 Massen-% oder weniger oder ist bevorzugt gar nicht enthalten.
  • (Unvermeidbare Verunreinigungen)
  • Bei den unvermeidbaren Verunreinigungen handelt es sich um Verunreinigungen, die unvermeidlich aus Rohmaterial oder im Herstellungsprozess in die Aluminiumlegierung eingemischt werden. Beispiele für unvermeidbare Verunreinigungen können Ni, Sn und Be sein. Bevorzugt beträgt der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen nicht mehr als 0,1 Massen-%.
  • Wenn das gestreckte Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a bspw. als Aufhängungsarm eines Fahrzeugs verwendet wird, ist der Grenzteil 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a ein Teil, auf den die minimale Hauptbelastung ausgeübt wird. Wenn das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a durch Schmieden hergestellt wird, ist der Querschnitt des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in Längsrichtung ein Querschnitt in einer Richtung parallel zu einer Richtung, in der Druck ausgeübt wird.
  • Die Kristallteilchengröße ist ein Durchmessser (Kreisäquivalentdurchmesser) eines Kreises mit der gleichen Fläche wie die Fläche jedes Kristallkorns. Die Kristallkornfläche wird aus Aufnahmen von KJristallkörnern, die mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder einem Elektronenrückstreuungsbeugungsgerät (EBSD) berechnet wird. Die durchschnittliche Kristallteilchengröße ist ein durchschnittlicher Wert von Kreisäquivalentdurchmessern von 420 oder mehr Kristallkörnern. Die durchschnittliche Kristallteilchengröße kann bspw. unter Verwendung gewerblich erhältlicher Bildanalysesoftware berechnet werden.
  • (Durchschnittliche Kristallteilchengröße: 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger)
  • Die durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur im Querschnitt des zentralen Teils des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a ist ein Maß für den Kristallverfeinerungsgrad des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil2 und dem Verbindungsteil 4in der Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a. In der Querschnittsstruktur des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung besteht, wenn die durchschnittliche Kristallteilchengröße von Kristallkörnern größer als 60 µm ist, ein Risiko, dass Zugeigenschaften und Ermüdungseigenschaften entsprechend dem Hall-Petch-Gesetz verschlechtert sind/werden. Wenn andererseits die durchschnittliche Kristallteilchengröße kleiner als 5 µm ist, besteht ein Risiko, dass die Zähigkeit verschlechtert ist/wird und die Schlagzähigkeit abnimmt. Daher is in der Querschnittsstruktur des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung die durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr oder 60 µm oder weniger.
  • In der Querschnittsstruktur des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a ist die Standardabweichung der Kristallteilchengröße nicht besonders eingeschränkt und ist bevorzugt 30 oder weniger. Wenn die Variation der Kristallteilchengröße so minimiert ist, dass die Standardabweichung der Kristallteilchengröße 30 oder weniger ist, ist die Schlagzähigkeit des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a erhöht. Die Standardabweichung der Kristallteilchengröße ist bevorzugter 25 oder weniger und noch bevorzugter 20 oder weniger.
  • (Keine Verbindung auf Basis von AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2,0 µm oder mehr enthaltend)
  • Die Legierungsstruktur im Querschnitt des zentralen Teils des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a is so hergestellt, dass eine Verbindung auf Basis von AlFeSi(Mn) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2,0 oder größer nicht enthalten ist. Wenn eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2,0 oder mehr vorliegt, gibt es ein Risiko, dass mechanische Eigenschaften (Zugeigenschaften/Ermüdungseigenschaften etc.) verschlechtert wird.
  • (Ermüdungsgrenze bei wiederholten Zyklen ist 150 MPa)
  • In Bezug auf die Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur (20°C) hat der Querschnitt des zentralen Teils des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a mechanische Eigenschaften mit einer Ermüdungsgrenze von 150 MPA oder mehr bei einer Anzahl von Wiederholungen bis zum Bruch von 107 Zyklen. Wenn die Ermüdungsgrenze kleiner als 150 MPa ist, besteht das Risiko, dass die Beständigkeit/Lebensdauer von Teilen abnimmt.
  • (Anteil von Großwinkelkorngrenzen mit Kristallorientierungsdifferenz von 15° oder mehr ist 27% oder weniger)
  • In dem wuerschnitt des zentralen Teils des Aluminimlegierungsprodukts 1a ist eine Kristallkorngrenze (Großwinkelkorngrenze) mit einer Kristallorientierungsdifferenz von 15° oder mehr ein Maß für den Grad des Fortschritts der Rekristallisation des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a. Der Anteil an Großwinkelkorngrenzen von 27% oder weniger bedeutet, dass eine Rekristallisation ausreichen minimiert ist/wird. Wen die Rekristallisation ausreichend minimiert ist, sind die mechanischen Eigenschaften des gestreckten Teils 2 verbessert. Der Anteil der Großwinkelkorngrenzen kann aus einer EBSD-Aufnahme erhalten werden.
  • Da die Aluminiumlegierung als Material des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform die oben beschriebene Legierungszusammensetzung aufweist, tritt eine Rekristallisation weniger wahrscheinlich auf, wenn das Schmiedeprodukt hergestellt wird. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass übermäßig grobkörnige Kristallkörner gebildet werden. Weiterhin hat der Querschnitt des Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Legierungsstruktur, die eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger hat und eine Verbindung auf Basis von AlFeSi(Mn) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält. Der Grenzteil 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in Längsrichtung hat daher verbesserte Zugeigenschaften und Ermüdungseigenschaften, hervorragende Zähigkeit und verbesserte Schlagzähigkeit. Weiterhin hat das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen in dem Grenzteil 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a und hat eine Lebensdauer vergleichbar mit der von Eisen-basierten Metallmaterialien.
  • Da das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a der vorliegenden Ausführungsform eine hohe Festigkeit und Lebensdauer/Beständigkeit in dem Grenzteil 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung aufweist und leichtgewichtig ist, kann es vorteilhaft für Aufhängungsarme von Fahrzeugen wie Automobilen verwendet werden.
  • In dem in 1 gezeigten Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a der vorliegenden Ausführungsform hat ein Verbindungsteil 4a eine Säulenform mit einem relativ kleinen Durchmesser, ein Verbindungsteil 4b hat eine Säulenform mit einem relativ großen Durchmesser, der gestreckte Teil 2 hat eine Form, bei der die Breite sich von der Kante an der Seite eines Verbindungsteils 4a zu der Kante auf der anderen Seite des Verbindungsteils 4b vergrößert, die Form des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a ist aber nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise können ein Verbindungsteil 4a und der andere Verbindungsteil 4b des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts 1a die gleiche Form haben. Die Breite des gestreckten Teils 2 kann konstant sein. Weiterhin kann der gestreckte Teil 2 eine gebogene Form haben. Es können drei oder mehr Verbindungsteile gebildet sein.
  • 2 ist eine Draufsicht eines anderen Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ein in 2 dargestelltes Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1b hat drei Verbindungsteile 4c, 4d und 4e. Der Verbindungsteil 4c und der Verbindungsteil 4d sind durch de gestreckten Teil 2 verbunden, und der Verbindungsteil 4d und der Verbindungsteil 4e sind durch den kurzen Teil 5 verbunden, welcher kürzer als der gestreckte Teil 2 ist. Das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1b kann zum Beispiel als L-Typ-Aufhängungsarm verwendet werden.
  • 3 ist eine Draufsicht noch eines weiteren Beispiels des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ein in 3 dargestelltes Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1c hat drei Verbindungsteile 4f, 4g und 4h. Der Verbindungsteil 4f und der Verbindungsteil 4g sowie der Verbindungsteil 4f und der Verbindungsteil 4h sind durch den gestreckten Teil 2 verbunden. Das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1c kann zum Beispiel als A-Typ-Aufhängungsarm verwendet werden.
  • Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,00 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei der Querschnitt eines Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung eine Legierungsstruktur, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und weist eine Ermüdungsgrenze bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen von 150 MPa oder mehr auf, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  • Ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei der Querschnitt eines Grenzteils 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung eine Legierungsstruktur, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und weist eine Ermüdungsgrenze bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen von 150 MPa oder mehr auf, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  • [Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts]
  • Nachfolgend ist ein Herstellungsverfahren für das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet bspw. einen Vorgang zum Bilden einer Metallschmelze, einen Gießvorgang, einen Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang, einen Schmiedevorgang, einen Lösungsbehandlungsvorgang, einen Abkühlbehandlungsvorgang und einen Alterungsbehandlungsvorgang bzw. Wärmealterungsvorgang. Unter diesen Vorgängen kann der Lösungsbehandlungsvorgang bei Bedarf durchgeführt werden und ist kein notwendiger Vorgang.
  • (Vorgang des Bildens einer Metallschmelze)
  • Der Vorgang des Bildens einer Metallschmelze ist ein Vorgang, bei dem Ausgangsmaterialien geschmolzen/gelöst werden, um eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze zu erhalten, deren Zusammensetzung eingestellt wurde. Die Zusammensetzung der Aluminiumlegierungs-Metallschmelze hat die gleiche Zusammensetzung wie das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt. Es wird also eine Metallschmelze einer Aluminiumlegierung der Serie 6000 durch Herstellen der Legierungszusammensetzung erhalten, enthaltend Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist.
  • Wenn die nachfolgenden Vorgänge unter Verwendung der Aluminiumlegierungs-Metallschmelze mit der obigen Zusammensetzung durchgeführt werden, ist es möglich, ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt auf Al-Mg-Si-Basis zu erhalten, welches nicht leicht rekristallisiert und hervorragende mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweist. Ein neuer Aluminiumblock ist dabei Aluminium mit einer Konzentration von 99% oder mehr, erhalten durch Durchführen einer als elektrolytisches Raffinieren bezeichneten Elektrolyse an Aluminiumoxid, das aus Mineralien hergestellt wurde.
  • Eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze kann durch Erhitzen und Schmelzen einer Aluminiumlegierung erhalten werden. Weiterhin kann diese durch Schmelzen eines Gemischs gebildet werden, welches eine Verbindung enthält, die ein einziges Element oder zwei oder mehr Elemente enthält, die als Rohmaterialien für die Aluminiumlegierung in einem Anteil dienen, in dem die gewünschte Aluminiumlegierung gebildet wird. Beispielsweise können zur Steuerung der Kristallteilchengröße der in dem Gießvorgang hergestellten Aluminiumlegierung Ti oder B als Kristallkornverfeinerungsmaterial eingemischt werden, wie bspw. ein Al-Ti-B-Stab.
  • Weiterhin kann eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze unter Verwendung von 10% oder mehr eines Aluminiumlegierungs-Abfallmaterials der 1000-Serie, 2-Serie, 3000-Serie, 4000-Serie, 5000-Serie, 6000-Serie oder 7000-Serie als Rohmaterial für die Aluminiumlegierungs-Metallschmelze erhalten werden, wobei der Rest ein neuer Aluminiumblock ist, sowie der obigen Zusatzelemente, und Lösen/Schmelzen dieser Materialien und Einstellen der Zusammensetzung. In diesem Fall ist es möglich, ein Schmiedeprodukt einer Aluminiumlegierung der Al-Mg-Serie zu erhalten, das nicht leicht rekristallisiert und hervorragende mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweist. Dabei ist ein neuer Aluminiumblock bspw. Aluminium mit einer Reinheit von 99% oder mehr, erhalten durch Durchführen einer als elektrolytisches Raffinieren bezeichneten Elektrolyse an Aluminiumoxid, das aus Mineralien hergestellt wurde.
  • (Gießvorgang)
  • Bei dem Gießvorgang wird das Aluminiumlegierungs-Gussprodukt durch Kühlen einer Aluminiumlegierungs-Metallschmelze (flüssige Phase) und Verfestigen dieser zu einem Feststoff (feste Phase) erhalten. In dem Gießvorgang kann beispielsweise eine horizontale Stranggießanlage verwendet werden.
  • Eine horizontale Stranggussanlage, die für die Herstellung des Aluminiumlegierungs-Gussprodukts gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden kann, ist in 4 und 5 dargestellt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Umgebung einer Form bzw. Kokille 12 einer horizontalen Stranggussanlage 10 zeigt. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von Hauptteilen in der Umgebung eines Kühlwasserhohlraums 24 der horizontalen Stranggussanlage 10.
  • Die in 4 und 5 dargestellte horizontale Stranggussvorrichtung 10 weist einen das geschmolzene Metall aufnehmenden Abschnitt (Gießwanne) 11, eine hohlzylindrische Form/Kokille 12 und eine feuerfeste Platte (Isolationselement) 13, die zwischen einer Endseite 12a der Form 12 und dem die Metallschmelze aufnehmenden Abschnitt 11 angeordnet ist, auf.
  • Der das geschmolzene Metall aufnehmende Abschnitt 11 ist aus einem Metallschmelze-Einströmabschnitt 11a, welcher eine in dem Vorgang zur Bildung einer Metallschmelze erhaltene Metallschmelze M aufnimmt, einem Metallschmelze-Halteabschnitt 11b und einem Ausströmabschnitt 11c zu einem hohlen Abschnitt 21 der Form 12 hin aufgebaut.
  • In dem das geschmolzene Metall aufnehmenden Abschnitt 11 wird ein oberer Flüssigkeitsstand der geschmolzenen Aluminiumlegierung M auf einer höheren Position als die obere Oberfläche des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 gehalten, wobei im Falle eines Mehrfachgusses die geschmolzene Aluminiumlegierung M stabil auf jede Form 12 verteilt wird.
  • Die geschmolzene Aluminiumlegierung M, die in dem Metallschmelze-Halteabschnitt 11b in dem das geschmolzene Metall aufnehmenden Abschnitt 11 gehalten wird, wird durch einen Gießkanal 13a, der in der feuerfesten Platte 13 vorgesehen ist, in den hohlen Abschnitt 21 der Form 12 gegossen. Dann wird die in den hohlen Abschnitt 21 zugeführte geschmolzene Aluminiumlegierung M mittels einer später beschriebenen Kühlvorrichtung 23 abgekühlt und verfestigt und wird aus der anderen Endseite 12b der Form 12 als ein Aluminiumlegierungsstrang B, der ein verfestigter Block ist, abgezogen.
  • An der anderen Endseite 12b der Form 12 kann eine Abziehantriebsvorrichtung (nicht dargestellt) installiert sein, die den gegossenen Aluminiumlegierungsstrang B mit einer bestimmten Geschwindigkeit herauszieht. Weiterhin ist es auch vorteilhaft, eine synchrone Schneidemaschine (nicht dargestellt) zu installieren, die den kontinuierlich abgezogenen Aluminiumlegierungsstrang B auf eine beliebige Länge zuschneidet.
  • Die feuerfeste Platte 13 ist ein Element, welches die Wärmeübertragung zwischen dem das geschmolzene Metall aufnehmenden Abschnitt 11 und der Form 12 blockiert, und kann beispielsweise aus einem Material wie Calciumsilicat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, einem Gemisch aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder Graphit hergestellt sein. Eine solche feuerfeste Platte 13 kann auch aus einer Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Bestandteilmaterialien gebildet sein.
  • Die Form/Kokille 12 ist in dieser Ausführungsform ein hohlzylindrisches Element, das beispielsweise aus einem Material, ausgewählt aus Aluminium, Kupfer und Legierungen davon, hergestellt ist. Als Material für die Form 12 kann eine optimale Kombination unter Berücksichtigung der Wärmeleitfähigkeit, Wärmebeständigkeit und der mechanischen Festigkeit gewählt werden.
  • Der hohle Abschnitt 21 der Form 12 ist so ausgebildet, dass dieser einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, damit der zu gießende Aluminiumlegierungsstrang B eine Zylinderstabform erhält, und die Form 12 wird so gehalten, dass die Formmittelachse (Mittelachse) C, die durch die Mitte des hohlen Abschnitts 21 verläuft, im Wesentlichen in horizontaler Richtung verläuft.
  • Eine innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 ist mit einem Steigungswinkel von 0° bis 3° (bevorzugt 0° bis 1°) in Bezug auf die Formmittelachse C in Gießrichtung des Aluminiumlegierungsstabs B ausgebildet (siehe 4). Die innere Umfangsoberfläche 21a hat also eine konisch zulaufende Form, die sich in Richtung der Gießrichtung kegelförmig öffnet. Der durch die Verjüngung gebildete Winkel ist der Steigungswinkel.
  • Wenn der Steigungswinkel weniger als 0° beträgt, besteht ein Risiko, dass der Aluminiumlegierungsstrang B beim Herausziehen aus der Form 12 an der Seite des anderen Endes 12b, also einem Formauslass, auf Widerstand stößt. Wenn andererseits der Steigungswinkel mehr als 3° beträgt, besteht ein Risiko, dass der Kontakt der inneren Umfangsoberfläche 21a mit der Aluminiumlegierungs-Metallschmelze M unzureichend ist, die Wirkung der Wärmeabgabe von der Aluminiumlegierungs-Metallschmelze M und der durch Abkühlen und Verfestigen der geschmolzenen Aluminiumlegierung M gebildeten verfestigten Schale an die Form 12, und damit die Verfestigung, unzureichend ist. Dies ist nicht bevorzugt, da es ein Risiko des Auftretens einer umgeschmolzenen Haut auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsstrangs B oder Gießprobleme wie ein Herausspritzen der nicht verfestigten geschmolzenen Aluminiumlegierung M aus dem Ende des Aluminiumlegierungsstrangs B gibt.
  • Überdies kann abgesehen von der kreisförmigen Form dieser Ausführungsform die Querschnittsform (die ebene Form, wenn der hohle Abschnitt 21 der Form 12 von der Seite des anderen Endes 21b aus betrachtet wird) des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 z. B. aus einer dreieckigen oder rechteckigen Querschnittsform, einer polygonalen Form, einer halbkreisförmigen Form, einer elliptischen Form, einer unregelmäßigen Querschnittsform, die keine Symmetrieachse oder Symmetrieebene hat, und dergleichen, ausgewählt werden, entsprechend der Form des zu gießenden Aluminiumlegierungsstrangs.
  • An der Seite des einen Endes 12a der Form 12 befindet sich eine Fluidzufuhrleitung 22, durch die ein Schmierfluid in den hohlen Abschnitt 21 der Form 12 eingeleitet wird. Als Schmierfluid, das von der Fluidzufuhrleitung 22 zugeführt wird, können eine oder mehr Schmierfluide verwendet werden, die aus gasförmigen Schmiermitteln und flüssigen Schmiermitteln ausgewählt sind. Wenn sowohl das gasförmige als auch das flüssige Schmiermittel zugeführt werden, ist es bevorzugt, getrennte Fluidzufuhrleitungen für die oben genannten Schmiermittel vorzusehen. Das unter Druck von der Fluidzufuhrleitung 22 zugeführte Schmierfluid wird durch eine kreisförmige Schmiermittelzufuhröffnung 22a in den hohlen Abschnitt 21 der Form 12 eingeleitet.
  • In dieser Ausführungsform wird das mit Druck zugeführte Schmierfluid von der Schmiermittelzufuhröffnung 22a zu der inneren Umfangsoberfläche 21a der Form 12 geführt. Das flüssige Schmiermittel kann erhitzt und in ein zersetztes Gas umgewandelt und der inneren Umfangsoberfläche 21a der Form 12 zugeführt werden. Weiterhin kann ein poröses Material in der Schmiermittelzufuhröffnung 22a angeordnet werden, und das Schmierfluid kann durch das poröse Material an die innere Umfangsoberfläche 21a der Form 12 verbreitet werden.
  • Die Kühlvorrichtung 23, bei der es sich um eine Kühleinheit zum Kühlen und Verfestigen der geschmolzenen Aluminiumlegierung M handelt, ist innerhalb der Form 12 ausgebildet. Die Kühlvorrichtung 23 gemäß dieser Ausführungsform weist einen Kühlwasserhohlraum 24 auf, der Kühlwasser W zum Kühlen der inneren Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 aufnimmt, und einen Kühlwassereinspritzkanal 25, der den Kühlwasserhohlraum 24 mit dem hohlen Abschnitt 21 der Form 12 verbindet.
  • Der Kühlwasserhohlraum 24 ist ringförmig ausgebildet, so dass er den hohlen Abschnitt 21 außerhalb der inneren Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 innerhalb der Form 12 umgibt, und wird über eine Kühlwasserzufuhrleitung 26 mit dem Kühlwasser W versorgt.
  • In der Form 12 wird die innere Umfangsoberfläche 21a der Form 12 mit dem in dem Kühlwasserhohlraum 24 befindlichen Kühlwasser W gekühlt, so dass die Wärme der geschmolzenen Aluminiumlegierung M, die den hohlen Anschnitt 21 der Form 12 ausfüllt, von der in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 21a der Form 12 in Kontakt kommenden Oberfläche abgezogen wird und eine verfestigte Schale auf der Oberfläche der geschmolzenen Aluminiumlegierung M gebildet wird.
  • Weiterhin wird in dem Kühlwassereinspritzkanal 25 aus einer dem hohlen Abschnitt 21 zugewandten Sprühöffnung 25a an der Seite des anderen Endes 12b der Form 12 Kühlwasser W direkt zu dem Aluminiumlegierungsstrang B geführt und der Aluminiumlegierungsstrang B wird gekühlt. Die Längsquerschnittsform des Kühlwassereinspritzkanals 25 kann zum Beispiel halbkreisförmig, birnenförmig oder hufeisenförmig sein, anders als die Kreisform dieser Ausführungsform.
  • In dieser Ausführungsform wird das durch die Kühlwasserzufuhrleitung 26 zugeführte Kühlwasser W zunächst in dem Kühlwasserhohlraum 24 aufgenommen, um die innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 zu kühlen, und das Kühlwasser W in dem Kühlwasserhohlraum 24 wird weiterhin durch den Kühlwassereinspritzkanal 25 in Richtung des Aluminiumlegierungsstrangs B verspritzt, kann aber auch durch Kühlwasserzufuhrleitungen jeweiliger separater Systeme zugeführt werden.
  • Die Länge ab einer Position, an der eine Verlängerung der Mittelachse der Sprühöffnung 25a des Kühlwassereinspritzkanals 25 auf die Oberfläche des gegossenen Aluminiumlegierungsstrangs B trifft, bis zu der Kontaktfläche zwischen der Form 12 und der feuerfesten Platte 13 wird als effektive Formlänge L bezeichnet, und diese effektive Formlänge L ist beispielsweise bevorzugt 10 mm oder mehr und 40 mm oder weniger. Wenn die effektive Formlänge L weniger als 10 mm beträgt, wird kein guter Film gebildet, sodass ein Gießen nicht möglich ist, und wenn die effektive Formlänge L mehr als 40 mm beträgt, ist dies nicht bevorzugt, da ein Risiko besteht, dass die Wirkung der erzwungenen Kühlung schwach wird, die Verfestigung aufgrund der Formwand dominiert, der Kontaktwiderstand zwischen der Form 12 und der geschmolzenen Aluminiumlegierung M oder dem Aluminiumlegierungsstrang B groß wird, Risse in der Gussstückhaut auftreten, Brüche/Risse in der Form auftreten und somit das Gießen instabil wird.
  • Bevorzugt können sowohl die Zufuhr des Kühlwassers W in den Kühlwasserhohlraum 24 als auch die Einspritzung des Kühlwassers W aus der Sprühöffnung 25a des Kühlwassereinspritzkanals 25 durch ein Steuersignal von einem Steuergerät (nicht dargestellt) gesteuert werden.
  • Der Kühlwasserhohlraum 24 ist so ausgebildet, dass eine innere Bodenoberfläche 24a in der Nähe des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 und die innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 parallel zueinander sind.
  • „Parallel“ bedeutet hier, dass die innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 mit einem Steigungswinkel von 0° bis 3° in Bezug auf die innere Bodenoberfläche 24a des Kühlwasserhohlraums 24 ausgebildet ist, die innere Bodenoberfläche 24a also in Bezug auf die innere Umfangsoberfläche 21a in einem Winkel von mehr als 0° bis 3° geneigt ist.
  • Wie in 4 dargestellt, ist ein Kühlwandabschnitt 27 der Form 12, wobei es sich um einen Teil handelt, wo die innere Bodenoberfläche 24a des Kühlwasserhohlraums 24 und die innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12 zueinander gewandt sind, derart ausgebildet, dass der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit von der geschmolzenen Aluminiumlegierung M in dem hohlen Abschnitt 21 in Richtung des Kühlwassers W des Kühlwasserhohlraums 24 innerhalb eines Bereichs von 10 × 105 W/m2 oder mehr und 50 × 105 W/m2 oder weniger liegt.
  • Die Form 12 kann so ausgebildet sein, dass die Dicke t des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12, also der Abstand zwischen der inneren Bodenoberfläche 24a des Kühlwasserhohlraums 24 und der inneren Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12, z. B. in einem Bereich von 0,5 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger und bevorzugt 0,5 mm oder mehr und 2,5 mm oder weniger liegt. Weiterhin kann das Material zur Bildung der Form 12 so gewählt werden, dass die Wärmeleitfähigkeit zumindest des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12 im Bereich von 100 W/m·K oder mehr und 400 W/m·K oder weniger aufweist.
  • In 4 wird die geschmolzene Aluminiumlegierung M in dem die Metallschmelze aufnehmenden Abschnitt 11 durch die feuerfeste Platte 13 von der Seite des einen Endes 12a der Form 12 zugeführt, die so angeordnet ist, dass die Mittelachse C im Wesentlichen horizontal ist, und wird an der Seite des anderen Endes 12b der Form 12 erzwungen abgekühlt, um den Aluminiumlegierungsstrang B zu bilden.
  • Der Aluminiumlegierungsstrang B wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch eine Ziehantriebsvorrichtung (nicht dargestellt) herausgezogen, die in der Nähe der anderen Endseite 12b der Form 12 angebracht ist. Dementsprechend wird der lange Aluminiumlegierungstrang B durch Stranggießen geformt. Der abgezogene Aluminiumlegierungsstrang B wird beispielsweise mit einer synchronen Schneidemaschine (nicht dargestellt) auf die gewünschte Länge zugeschnitten.
  • Das Zusammensetzungsverhältnis des gegossenen Aluminiumlegierungsstrangs B kann z. B. durch ein Verfahren bestätigt werden, bei dem ein optisches Emissionsphotometer (Gerätebeispiel: PDA-5500, hergestellt von der Shimadzu Corporation, Japan) verwendet wird, wie in „JIS H 1305“ beschrieben.
  • Der Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsstand der geschmolzenen Aluminiumlegierung M, die sich in dem das geschmolzene Metall aufnehmenden Abschnitt 11 befindet, und der Höhe ab der oberen inneren Umfangsoberfläche 21a der Form 12 ist bevorzugt 0 mm bis 250 mm (bevorzugter 50 mm bis 170 mm). Innerhalb dieses Bereichs ist der Druck der in die Form 12 eingebrachten geschmolzenen Aluminiumlegierung M und der Schmieröle und der von dem Schmieröl verdampften Gase geeignet ausbalanciert, sodass die Gießfähigkeit stabilisiert ist.
  • Pflanzenöle, die Schmieröle sind, können als das flüssige Schmiermittel verwendet werden. Beispiele hierfür sind Rapsöl, Ricinusöl und Salatöl. Diese sind bevorzugt, da sie die Umwelt weniger beeinträchtigen.
  • Die Schmierölzufuhrrate ist bevorzugt 0,05 ml/min bis 5 ml/min (bevorzugt 0,1 ml/min oder mehr und 1 ml/min oder weniger). Ist die Zufuhrrate zu niedrig, besteht das Risiko, dass die geschmolzene Aluminiumlegierung M des Aluminiumlegierungsstrangs B sich nicht verfestigt und aufgrund unzureichender Schmierung aus der Form 12 austritt. Ist die Zuffuhrrate zu hoch, besteht ein Risiko, dass Überschusskomponente in den Aluminiumlegierungsstrang B eingemischt wird und innere Defekte verursacht.
  • Die Gießgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher der Aluminiumlegierungsstrang B aus der Form 12 herausgezogen wird, ist bevorzugt 200 mm/min oder mehr und 1500 mm/min oder weniger (bevorzugter 400 mm/min oder mehr und 1000 mm/min oder weniger). Der Grund dafür ist, dass bei einer Gießgeschwindigkeit innerhalb dieses Bereichs die durch Gießen gebildete Netzwerkstruktur von Kristallen gleichmäßig und fein wird, der Widerstand gegen Verformung des Aluminiummaterials bei hohen Temperaturen zunimmt und die mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen verbessert wird.
  • Die Menge des Kühlwassers, die aus der Sprühöffnung 25a des Kühlwassereinspritzkanals 25 eingespritzt wird, ist bevorzugt 10 l/min oder mehr und 50 l/min oder weniger (bevorzugter 25 l/min oder mehr und 40 l/min oder weniger) pro Form. Liegt die Kühlwassermenge unter dem oben genannten Bereich, besteht ein Risiko, dass die geschmolzene Aluminiumlegierung M aus der Form 12 sich nicht verfestigt und aus der Form 12 austritt. Außerdem besteht ein Risiko, dass die Oberfläche des gegossenen Aluminiumlegierungsstrangs B umgeschmolzen wird und eine ungleichmäßige Struktur gebildet wird, die als innerer Defekt zurückbleibt. Wenn andererseits die Menge des Kühlwassers diesen Bereich überschreitet, besteht das Risiko, dass während des Vorgangs zu viel Wärme von der Mitte der Form 12 abgeführt wird eine Verfestigung auftritt.
  • Die durchschnittliche Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung M, die von der Innenseite des die Metallschmelze aufnehmenden Abschnitts 11 in die Form 12 fließt, beträgt beispielsweise bevorzugt 650°C oder höher und 750°C oder niedriger (bevorzugter 680°C oder höher und 720°C oder niedriger). Wenn die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung M zu niedrig ist, besteht ein Risiko, dass sich grobkörnige Kristalle in und vor der Form 12 bilden und als innere Defekte in den Aluminiumlegierungsstrang B gelangen. Wenn die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung M zu hoch ist, besteht das Risiko, dass eine große Menge an Wasserstoffgas in die geschmolzene Aluminiumlegierung M aufgenommen wird und in Form von Porosität in den Aluminiumlegierungsstrang B gelangt, was zu inneren Hohlräumen führt.
  • Überdies ist es in dem Kühlwandabschnitt 27 der Form 12, wenn der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit von der geschmolzenen Aluminiumlegierung M des hohlen Abschnitts 21 zu dem Kühlwasser W des Kühlwasserhohlraums 24 hin in einem Bereich von 10 × 105 W/m2 oder mehr und 50 × 105 W/m2 oder weniger liegt, möglich, das Auftreten eines Festfressens/Feststeckens des Aluminiumlegierungsstrangs B zu verhindern.
  • Der Kühlwandabschnitt 27 der Form 12 nimmt die Wärme durch die Wärmeabgabe der geschmolzenen Aluminiumlegierung M auf, und führt einen Wärmeaustausch aus, indem diese Wärme mit dem in dem Kühlwasserhohlraum 24 befindlichen Kühlwasser W gekühlt wird, was jedoch den Zustand des Wärmeaustauschs betrifft, so wurde die Aufmerksamkeit auf den Wärmestrom pro Flächeneinheit gerichtet, wie in der erläuternden Darstellung in 6 gezeigt ist. Der Wärmestrom pro Flächeneinheit wird durch die Formel (1) gemäß dem Fourierschen Gesetz dargestellt: Q = − k × ( T1 − T2 ) / L
    Figure DE102023134905A1_0001
    Q: Wärmestrom
    k: Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) des Teils, durch den die Wärme strömt (in dieser Ausführungsform der Kühlwandabschnitt 27 der Form 12)
    T1: Temperatur der Niedrigtemperaturseite des Teils, durch den die Wärme strömt (in dieser Ausführungsform die innere Bodenoberfläche 24a des Kühlwasserhohlraums 24)
    T2: Temperatur der Hochtemperaturseite des Teils, durch den die Wärme strömt (in dieser Ausführungsform die innere Umfangsoberfläche 21a des hohlen Abschnitts 21 der Form 12)
    L: Querschnittslänge (mm) des Teils, durch den die Wärme strömt (in dieser Ausführungsform die Dicke t des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12).
  • Wenn, basierend auf dem Formmaterial, der Dicke und der Temperaturmessdaten, die auch bei einer Verringerung der Schmierölmenge während des Gießens gute Ergebnisse liefern, der Kühlwandabschnitt 27 der Form 12 so ausgebildet ist, dass der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit 10 × 105 W/m2 oder mehr beträgt, ist es möglich, ein Festfressen des Aluminiumlegierungsgussstrangs B zu verhindern. Weiterhin beträgt der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit bevorzugt 50 × 105 W/m2 oder weniger.
  • Damit der Wert des Wärmestroms des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12 einen solchen Wärmestromwert hat, kann die Form 12 so ausgebildet sein, dass die Dicke t des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12 beispielsweise in einem Bereich von 0,5 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger liegt. Überdies kann die Wärmeleitfähigkeit zumindest des Kühlwandabschnitts 27 der Form 12 in einem Bereich von 100 W/m·K oder mehr und 400 W/m·K oder weniger liegen.
  • Bei der Herstellung des Aluminiumlegierungsstrangs B gemäß dieser Ausführungsform wird die in dem Metallschmelze-Aufnahmeabschnitt 11 befindliche geschmolzene Aluminiumlegierung M kontinuierlich von der Seite des einen Endes 12a der Form 12 in den hohlen Abschnitt 21 geführt, indem die oben beschriebene horizontalen Stranggussvorrichtung 10 verwendet wird. Weiterhin wird das Kühlwasser W dem Kühlwasserhohlraum 24 zugeführt, und ein Schmierfluid, wie z.B. Schmieröl, wird ebenfalls von der Flüssigkeitszufuhrleitung 22 zugeführt.
  • Dann wird die in den hohlen Abschnitt 21 eingebrachte geschmolzene Aluminiumlegierung M unter Bedingungen abgekühlt und verfestigt, bei denen der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit in dem Kühlwandabschnitt 27 10 × 105 W/m2 oder mehr beträgt, und der Aluminiumlegierungsstrang B wird gegossen. Überdies beträgt während des Gießens des Aluminiumlegierungsstrangs B die Wandoberflächentemperatur des Kühlwandabschnitts 27 der durch das Kühlwasser W gekühlten Form 12 bevorzugt 100 °C oder weniger.
  • Der wie oben erhaltene Aluminiumlegierungsstrang B wird unter Bedingungen gekühlt und verfestigt, bei denen der Wert des Wärmestroms pro Flächeneinheit in dem Kühlwandabschnitt 27 10×105 W/m2 oder mehr beträgt, womit ein Anhaften von Reaktionsprodukten, wie Carbiden, die durch den Kontakt zwischen dem Gas des Schmieröls und der geschmolzenen Aluminiumlegierung M gebildet werden, unterdrückt wird. Dementsprechend ist es nicht notwendig, die Carbide und dergleichen auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsstrangs B abzuschneiden/abzuschälen und zu entfernen, sodass der Aluminiumlegierungsstrang B mit hoher Ausbeute hergestellt werden kann.
  • In dem Gießvorgang zur Gewinnung eines Gießprodukts aus der geschmolzenen Aluminiumlegierung M können bekannte Stranggießverfahren eingesetzt werde, wie bspw. vertikale Stranggießverfahren, es besteht also keine Einschränkung auf das obige horizontale Stranggießverfahren. Vertikale Stranggießverfahren werden je nach Verfahren der Zufuhr der geschmolzenen Aluminiumlegierung M in die Form (Form 12) in ein Floatingverfahren und ein Hot-Top-Verfahren unterteilt, nachfolgend ist aber kurz ein Fall beschrieben, bei dem das Hot-Top-Verfahren angewendet wird.
  • Eine in dem Hot-Top-Verfahren verwendete Gießvorrichtung umfasst eine Form, einen Metallschmelzeaufnahmebehälter (Kopfteil) und dergleichen. Die Metallschmelze, die dem Metallschmelze-Aufnahmeabschnitt zugeführt wird, passiert einen Auslass, die Strömungsgeschwindigkeit wird eingestellt, wenn die Metallschmelze ein Kopfteil passiert, die Metallschmelze tritt in eine zylindrische Form ein, die im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und wird darin erzwungen gekühlt, und es bildet sich eine verfestigte Hülle auf der äußeren Oberfläche der Metallschmelze.
  • Weiterhin wird Kühlwasser direkt auf das aus der Form gezogene Gießprodukt aufgebracht, und das Gießprodukt wird kontinuierlich herausgezogen, wobei die Verfestigung des Metalls im Inneren des Gießprodukt fortschreitet. Allgemein wird für die Form ein Metallelement mit guten Wärmeleiteigenschaften verwendet, welches eine hohle Struktur aufweist, um ein Kühlmittel in die Form einzuführen.
  • Das verwendete Kühlmittel kann aus industriell verfügbaren Kühlmitteln ausgewählt werden, aus Gründen der einfachen Verwendbarkeit wird jedoch Wasser empfohlen.
  • Das Material der in dieser Ausführungsform verwendeten Form wird unter dem Gesichtspunkt der Wärmeübertragungsleistung und der Beständigkeit in einem Teil in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall aus Metallen, wie Kupfer und Aluminium, sowie Graphit ausgewählt. Das Kopfteil ist allgemein aus einem feuerfesten Material gebildet und ist oberhalb der Form/Kokille angebracht. Das Material und die Größe des Kopfteils können entsprechend dem Zusammensetzungsbereich der zu gießenden Legierung und den Abmessungen des Gießprodukts ausgewählt werden und sind nicht besonders eingeschränkt.
  • Die durchschnittliche (Ab)Kühlungsgeschwindigkeit während des Gießens kann aus einem allgemein empfohlenen Bereich wie 10 bis 300 °C/s ausgewählt werden. Die Gießgeschwindigkeit kann aus einem allgemeinen Bereich für das horizontale Stranggießen ausgewählt werden und kann zum Beispiel aus einem Bereich von 200 bis 600 mm/min gewählt werden.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Gießverfahren kann eine gleichmäßige/gleichförmige Metallstruktur auch bei mittelgroßen bis großen Gießprodukten erhalten werden. Der Durchmesser eines Zielgussteils ist nicht besonders begrenzt, bevorzugt werden Stränge oder Stäbe mit einem Durchmesser von 30 bis 100 mm verwendet.
  • (Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang)
  • Der Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang ist ein Verfahrensschritt, bei dem die in dem Gießvorgang erhaltene Aluminiumlegierung einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei eine durch die Verfestigung verursachte Mikrosegregation homogenisiert wird, übersättigte feste Lösung-Element abgeschieden werden und eine metastabile Phase in eine Gleichgewichtsphase umgewandelt wird.
  • Der Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang kann nach Bedarf durchgeführt werden, wobei das Verfahren nach dem Gießvorgang auch direkt zu dem Schmiedevorgang fortschreiten kann
  • In dieser Ausführungsform wird das in dem Gießschritt erhaltene Gieß- bzw. Gussprodukt einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen, bei der es 2 bis 10 Stunden lang bei einer Temperatur von 370°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird. Wenn die Homogenisierungs-Wärmebehandlung innerhalb dieses Temperaturbereichs durchgeführt wird, kann eine für die nachfolgende Alterungsbehandlung ausreichende Festigkeit erzielt werden, da das Gießprodukt ausreichend homogenisiert ist und Lösungsatome ausreichend infiltriert sind.
  • (Schmiedevorgang)
  • Der Schmiedevorgang ist ein Verfahrensschritt, bei dem das Aluminiumlegierungs-Gießprodukt nach dem Gießen oder nach dem Homogenisierungs-Wärmebehandlungsschritt in eine vorbestimmte Größe geformt wird, um eine Schmiedematerial zu erhalten, das erhaltene Schmiedematerial auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, und dann mit einer Pressvorrichtung unter Druck gesetzt wird und in einer Form/Kokille geformt wird.
  • In dieser Ausführungsform wird das Schmiedematerial bei einer Erwärmungstemperatur von 450°C oder höher und 560°C oder niedriger geschmiedet, um ein Schmiedeprodukt (z. B. ein Aufhängungsarm-Bauteil eines Automobils) zu erhalten. In diesem Fall beträgt die Schmiedebeginntemperatur des Schmiedematerials 450°C oder höher und 560°C oder niedriger. Liegt die Starttemperatur unter 450 °C, nimmt der Verformungswiderstand zu und eine ausreichende Verarbeitung ist nicht möglich. Liegt die Starttemperatur über 560°C, wird das Auftreten von Defekten wie Rissen im Schmiedestück und eutektisches Schmelzen wahrscheinlicher.
  • (Lösungsbehandlungsvorgang)
  • Der Lösungsbehandlungsvorgang ist ein Verfahrensschritt, bei dem das in dem Schmiedevorgang erhaltene geschmiedete Produkt erhitzt und zu einer Lösung ausgebildet wird, um eine bei dem Schmiedevorgang entstandene Verzerrung zu verringern, und das gelöste Element wird als feste Lösung erhalten.
  • In dieser Ausführungsform wird das geschmiedete Produkt einer Lösungsbehandlung unterzogen, wobei es für 0,3 Stunden oder länger und 3 Stunden oder kürzer bei einer Behandlungstemperatur von 530°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird. Die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung von Raumtemperatur bis auf die oben beschriebene Behandlungstemperatur ist bevorzugt 5,0 °C/min oder mehr. Wenn die Behandlungstemperatur unter 530 °C ist, besteht das Risiko, dass gelöste Elemente nur unzureichend fest-solubilisiert werden. Liegt die Temperatur dagegen über 560 °C, wird eine Fest-Solubilisierung der gelösten Elemente zwar weiter gefördert, es besteht aber ein Risiko des leichteren Auftretens eines eutektischen Schmelzens und einer Rekristallisation. Wenn die Aufheizrate weniger als 5,0 °C/min beträgt, besteht ein Risiko, dass Mg2Si grobkörnig abgeschieden. Wenn die Behandlungstemperatur unter 530 °C ist, besteht ein Risiko, dass die Solubilisierung nicht fortschreitet und durch Alterungsabscheidung eine hohe Festigkeit nicht einfach erzielt wird.
  • (Abkühlbehandlungsvorgang)
  • Der Abkühlbehandlungsvorgang (Quenchen) ist ein Schritt, bei dem das in dem Lösungsbehandlungsvorgang erhaltene Schmiedeprodukt in einem Zustand einer festen Lösung schnell abgekühlt wird, um eine übersättigte feste Lösung zu bilden.
  • In dieser Ausführungsform wird das Schmiedeprodukt in einen Wasserbehälter mit Wasser (Abschreckwasser) gegeben und das geschmiedete Produkt wird in Wasser eingetaucht, um eine Abschreckbehandlung durchzuführen. Die Wassertemperatur in dem Wasserbehälter ist bevorzugt 20°C oder mehr und 60°C oder weniger. Bevorzugt wird das Schmiedeprodukt so in den Wasserbehälter gegeben, dass die gesamte Oberfläche des Schmiedeprodukts innerhalb von 5 Sekunden oder länger und 60 Sekunden oder kürzer nach der Solubilisierungsbehandlung mit dem Wasser in Kontakt kommt. Die Zeit, für die das Schmiedeprodukt eingetaucht ist, hängt von der Größe des Schmiedeprodukts ab, ist aber beispielsweise länger als 1 Minute und kürzer als 30 Minuten.
  • (Alterungsbehandlungsvorgang)
  • Bei dem Alterungsbehandlungsvorgang wird das Schmiedeprodukt bei einer relativ niedrigen Temperatur erhitzt und gehalten, um in einem übersättigten Zustand fest-solubilisierte Elemente abzuscheiden, wodurch eine geeignete Härte verliehen wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird das Schmiedeprodukt nach dem Abkühlbehandlungsvorgang auf eine Temperatur von 170°C oder höher und 210°C oder niedriger erwärmt und für 0,5 Stunden oder länger und 7,0 Stunden oder kürzer auf dieser Temperatur gehalten. Wenn die Erhitzungstemperatur unter 170°C liegt oder die Haltezeit kürzer als 0,5 Stunden ist, besteht ein Risiko, dass Mg2Si-basierte Abscheidungen, welche die Zugfestigkeit verbessern, nicht ausreichend wachsen können. Wenn andererseits die Behandlungstemperatur höher als 210°C ist oder wenn die Haltezeit länger als 7 Stunden ist, besteht ein Risiko, dass Mg2Si-basierte Abscheidungen zu grobkörnig werden und somit die Zugfestigkeit nicht ausreichend verbessert werden kann.
  • [Beispiele]
  • Nachfolgend sind Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die vorliegende Erfindung ist aber nicht besonders auf diese Beispiele eingeschränkt.
  • [Beispiele 1 bis 23 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3]
  • Zunächst wurden Aluminiumlegierung- Schmiedematerialien mit den in Tabelle 1 angegebenen Legierungszusammensetzung hergestellt (wobei der Restbestandteil aus Aluminium gebildet ist). Unter Verwendung der hergestellten Aluminiumlegierungs-Schmiedematerialien wurden Stranggussprodukte mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 49 mm hergestellt. Die Stranggussprodukte der Beispiele 1 und 5, die Stranggussprodukte der Beispiele 2 und 6, die Stranggussprodukte der Beispiele 3 und 7 und die Stranggussprodukte der Beispiele 4 und 8 hatten die gleiche Legierungszusammensetzung, aber die Bedingungen für den Behandlungsvorgang bei der Herstellung des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts waren unterschiedlich. Weiterhin wurde in den Beispielen 9 bis 23 ein Homogenisierungs-Wärmebehandlungsschritt nicht durchgeführt. [Tabelle 1]
    Chemische Komponente (Massen-%)
    Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti B Zn Zr
    Beispiel 1 1,14 0,27 0,32 0,43 0,83 0,09 0,01 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 2 1,16 0,61 0,32 0,69 0,90 0,11 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 3 1,15 0,60 0,31 0,86 0,89 0,10 0,03 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 4 1,15 0,50 0,30 0,44 0,91 0,10 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 5 1,14 0,27 0,32 0,43 0,83 0,09 0,01 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 6 1,16 0,61 0,32 0,69 0,90 0,11 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 7 1,15 0,60 0,31 0,86 0,89 0,10 0,03 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 8 1,15 0,50 0,30 0,44 0,91 0,10 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 9 1,14 0,27 0,32 0,43 0,83 0,09 0,01 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 10 1,16 0,61 0,32 0,69 0,90 0,11 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 11 1,15 0,60 0,31 0,86 0,89 0,10 0,03 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 12 1,15 0,50 0,30 0,44 0,91 0,10 0,02 0,003 0,009 0,001
    Beispiel 13 1,34 0,59 0,50 0,84 1,19 0,20 0,02 0,003 0,005 0,001
    Beispiel 14 1,15 0,32 0,30 0,60 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 15 1,15 0,60 0,30 0,70 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 16 1,15 0,60 0,30 0,60 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 17 1,25 0,45 0,39 0,77 1,11 0,14 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 18 1,35 0,60 0,49 0,85 1,20 0,20 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 19 1,35 0,60 0,51 0,71 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 20 1,15 0,32 0,31 0,85 0,90 0,11 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 21 1,15 0,45 0,30 0,70 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 22 1,15 0,32 0,30 0,60 0,90 0,10 0,02 0,003 0,004 0,001
    Beispiel 23 1,35 0,60 0,49 0,85 1,20 0,20 0,02 0,003 0,004 0,001
    Vergleichsbeispiel 1 1,10 0,63 0,93 0,44 0,91 0,09 0,01 0,003 0,004 0,001
    Vergleichsbeispiel 2 1,15 0,75 0,50 0,44 0,82 0,09 0,02 0,003 2,200 0,001
    Vergleichsbeispiel 3 1,15 1,000 1,14 0,44 0,910 0,09 0,02 0,003 0,004 0,001
  • [Herstellung von Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukten)
  • Anschließend wurden die erhaltenen Stranggussprodukte einem Homogenisierungswärmebehandlungsvorgang (ausgenommen die Beispiele 9 bis 23), einem Schmiedebearbeitungsvorgang, einem Lösungsbehandlungsvorgang, einem Abkühlbehandlungsvorgang und einem künstlichen Alterungsbehandlungsvorgang in dieser Reihenfolge unterzogen, um das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a mit der in 1 dargestellten Form zu erhalten. Tabelle 2 unten zeigt die Bedingungen für den Homogenisierungswärmebehandlungsvorgang, den Schmiedebearbeitungsvorgang, den Lösungsbehandlungsvorgang, den Abkühlbehandlungsvorgang und den künstlichen Alterungsbehandlungsvorgang.
    [Tabelle 2]
    Homogenisierungs-Wärmebehandlung Schmiedebearbeitung Lösungsbehandlung Abkühlbehandlung Alterungsbehandlung
    Heiz-rate [°C/min] Temperatur [°C] Haltezeit [min] Temperatur [°C] Heiz-rate [°C/min] Temperatur [°C] Haltezeit [min] Zeit bis Eintauchen in Wasser durch -geführt [s] Wassertemperatur [°C] Wassereintauchzeit [min] Temperatur [°C] Haltezeit [min]
    Beispiel 1 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
    Beispiel 2 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
    Beispiel 3 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
    Beispiel 4 1,5 470 420 500 10 545 60 15 60 25 180 300
    Beispiel 5 1,5 470 420 500 10 545 60 15 60 25 180 300
    Beispiel 6 1,5 470 420 500 10 545 60 15 60 25 180 300
    Beispiel 7 1,5 470 420 500 10 545 60 15 60 1,5 195 90
    Beispiel 8 1,5 470 420 500 10 545 60 15 60 1,5 195 90
    Beispiel 9 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 10 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 11 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 12 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 13 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 14 keine Behandlung 515 10 545 180 5 25 2 180 300
    Beispiel 15 keine Behandlung 515 10 545 180 10 40 10 180 300
    Beispiel 16 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 17 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 18 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 19 keine Behandlung 515 10 545 180 15 60 3 180 300
    Beispiel 20 keine Behandlung 515 10 545 180 10 40 10 195 90
    Beispiel 21 keine Behandlung 515 10 545 180 10 40 10 195 90
    Beispiel 22 keine Behandlung 515 10 545 180 10 40 10 195 90
    Beispiel 23 keine Behandlung 515 10 545 180 10 40 10 195 90
    Vergleichsbeispiel 1 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
    Vergleichsbeispiel 2 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
    Vergleichsbeispiel 3 1,5 470 420 520 10 545 180 15 60 1,5 180 300
  • [Bewertung]
  • Die folgenden Bewertungen wurden an den Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukten der Beispiele 1 bis 23 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sowie dem Grenzteil 2b des gestreckten Teils 2 in der Längenrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a durchgeführt. Die Bewertungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 dargestellt.
  • Für die Bewertung der Verfeinerung von Schmiedematerialien und Schmiedeprodukten wurde eine plattenförmige Komponente (7mm × 7mm × Dicke 2 mm) für die Bewertungstestprobenherstellung als Bewertungstestprobe verwendet. Auf der Oberfläche der erhaltenen Bewertungstestprobe wurden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskop-Elektronenrückstreuungsbeugungs-Geräts (SEM-EBSD) die durchschnittliche Kristallteilchengröße und die Standardabweichung der Kristallteilchengröße gemessen. Die erhaltene mittlere Kristallteilchengröße und die Standardabweichung der Kristallteilchengröße wurden basierend auf den folgenden Kriterien bestimmt, wobei die Kristallteilchenverfeinerung und die Rekristallisation/Kristallvergröberung bewertet wurden. Die Messbedingungen für SEM-EBSD waren wie folgt: Beschleunigungsspannung von 15 kV, Messabstand von 0,5µm/px, Analysebereich von 500×500 µm2 und Korngrenzendefinitionswinkel von 15°.
  • <Komponente: Fe/Mn-Verhältnis>
  • Es wurde bewertet, ob das Fe/Mn-Verhältnis des Aluminiumlegierungs-Schmiedematerials in einem Bereich von 0,3 oder mehr und 1,2 oder weniger lag.
  • (Bestimmungskriterien)
    • „O“
    das Fe/Mn-Verhältnis war in einem Bereich von 0,3 oder mehr und 1,2 oder weniger.
    „X“
    das Fe/Mn-Verhältnis war außerhalb des Bereichs von 0,3 oder mehr und 1,2 oder weniger.
  • <Schmiedematerial: durchschnittliche Kristallteilchengröße>
  • Es wurde bewertet, ob die durchschnittliche Kristallteilchengröße des Aluminiumlegierungs-Schmiedematerials in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger lag.
  • (Bewertungskriterien)
    • „O“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße war in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger.
    „X“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße war außerhalb eines Bereichs von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger.
  • <Schmiedematerial: durchschnittliche Kristallteilchengröße von AlMnFeSi-Verbindung>
  • Es wurde bewertet, ob die durchschnittliche Kristallteilchengröße (Größe) der AlMnFeSi-Verbindung des Aluminiumlegierungs-Schmiedematerials in einem Bereich von 3,0 µm oder weniger war.
  • (Bewertungskriterien)
    • „O“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße der AlMnFeSi-Verbindung war 3,0 µm oder kleiner.
    „X“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße der AlMnFeSi-Verbindung war größer als 3,0 µm.
  • <Geschmiedetes Produkt: Anzahl von AlMnFeSi-Verbindungen mit einer Größe von 2,0 µm oder größer>
  • Die Anzahl von AlMnFeSi-Verbindungsteilchen mit einer Größe von 2,0 µm oder größer in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt wurde gemessen. von 3,0 µm oder weniger war.
  • (Bewertungskriterien)
    • „O“
    es gab keine AlMnFeSi-Verbindungsteilchen mit einer Größe von 2,0 µm oder größer (0 Teilchen).
    „X“
    es gab AlMnFeSi-Verbindungsteilchen mit einer Größe von 2,0 µm oder größer (1 oder mehr Teilchen).
  • <Geschmiedetes Produkt: durchschnittliche Kristallteilchengröße und Standardabweichung der Legierungsstruktur>
  • Die durchschnittliche Kristallteilchengröße und die Standardabweichung der Legierungsstruktur des Aluminiumlegierungs-Schmiedestücks wurden gemessen.
  • (Bewertungskriterien: durchschnittliche Teilchengröße)
    • „O“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur war in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger.
    „X“
    die durchschnittliche Kristallteilchengröße der Legierungsstruktur war außerhalb eines Bereichs von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger. (Bewertungskriterien: Standardabweichung)
    „O“
    die Standardabweichung der durchschnittlichen Kristallteilchengröße war 15 oder kleiner.
    „X“
    die Standardabweichung der durchschnittlichen Kristallteilchengröße war größer als 15.
  • <Bewertung der mechanischen Eigenschaften (Ermüdungseigenschaften)>
  • Der Grenzteil 2b zwischen dem gestreckten Teil 2 und dem Verbindungsteil 4 in der Längsrichtung in dem Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt 1a wurde wie in 7A gezeigt geschnitten, um eine prismatische Komponente zur Gewinnung eines Teststücks zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften (Ermüdungseigenschaften) zu erhalten. Die erhalten prismatische Komponente wurde bearbeitet, um ein in 7B gezeigtes säulenförmiges Teststück für die Bewertung mechanischer Eigenschaften herzustellen. Das Teststück für die Bewertung mechanischer Eigenschaften wies einen Durchmesser des parallelen Teils A von 8.0 mm und einen Breitenabstand G von 30.0 mm auf. Die Ermüdungslebensdauer des Teststücks für die Bewertung mechanischer Eigenschaften wurde durch Durchführen eines Rotations-Biege-Ermüdungstests bei Raumtemperatur (25°C) bestimmt. Die erhaltenen Ermüdungslebensdauerergebnisse wurden gemäß den folgenden Bewertungskriterien bewertet.
  • (Bewertungskriterien)
    • „O“
    die Ermüdungsgrenze bei der Anzahl von Wiederholungen bis zum Bruch von 107 Zyklen war 150 MPa oder mehr.
    „X“
    die Ermüdungsgrenze bei der Anzahl von Wiederholungen bis zum Bruch von 107 Zyklen war kleiner als 150 MPa.
  • <Gesamtbewertung>
  • Die Bewertungsergebnisse der obigen Bewertungspunkte wurden auf Grundlage der folgenden Bestimmungskriterien bewertet.
    • „O“
    die Ergebnisse aller Bewertungspunkte waren „O“.
    „X“
    eines oder mehrere Ergebnisse der Bewertungen war „X“.

    [Tabelle 3]
    Komponente Metallstruktur des Schmiedematerials Metallstruktur des Schmiedeprodukts Mechanische eigenschaften Gesamt -bewertung
    Fe/ Mn Bewertung 0,3 oder mehr und 1,2 oder weniger Kristallteilchengröße [µm] Bewertung 50 bis 120 Größe von AlMnFeSi - Verbindung [µm] Bewertung 3,0 oder kleiner Zahl von AIMnFeSi-Verbindung mit Größe von 2,0 µm oder mehr Bewertung 0 Kristallteilchengröße [µm] Standardabweichung Bewertung 5 bis 40 µm Standardabweichung Bewertung (30 oder weniger) Ermüdungsgrenze bei Wiederhol.-zahl bis Bruch von 107 Zyklen Bewertung 150 MPa oder höher
    Beispiel 1 0,62 ◯ 68,2 ◯ 1,2 ◯ 0 ◯ 25,5 10,2 ◯ ◯ 150 ◯ ◯
    Beispiel 2 0,89 ◯ 62,2 ◯ 1,1 ◯ 0 ◯ 20,4 13,7 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 3 0,70 ◯ 69,4 ◯ 0,8 ◯ 0 ◯ 20,2 12,9 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 4 1,14 ◯ 70,1 ◯ 1,2 ◯ 0 ◯ 24,2 10,0 ◯ ◯ 150 ◯ ◯
    Beispiel 5 0,62 ◯ 60,2 ◯ 0,7 ◯ 0 ◯ 25,1 10,1 ◯ ◯ 150 ◯ ◯
    Beispiel 6 0,89 ◯ 67,8 ◯ 2,3 ◯ 0 ◯ 20,3 10,3 ◯ ◯ 156 ◯ ◯
    Beispiel 7 0,70 ◯ 67,2 ◯ 0,6 ◯ 0 ◯ 20,2 10,4 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 8 1,14 ◯ 71,8 ◯ 1,1 ◯ 0 ◯ 24,1 13,3 ◯ ◯ 151 ◯ ◯
    Beispiel 9 0,62 ◯ 62,2 ◯ 0,9 ◯ 0 ◯ 21,2 10 ◯ ◯ 151 ◯ ◯
    Beispiel 10 0,89 ◯ 60,3 ◯ 0,8 ◯ 0 ◯ 19,4 10,6 ◯ ◯ 152 ◯ ◯
    Beispiel 11 0,70 ◯ 64,5 ◯ 1,2 ◯ 0 ◯ 22,2 11,2 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 12 1,14 ◯ 67,2 ◯ 0,7 ◯ 0 ◯ 20,5 10,8 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 13 0,70 ◯ 59,3 ◯ 2,3 ◯ 0 ◯ 18,5 10,4 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 14 0,53 ◯ 64,3 ◯ 0,6 ◯ 0 ◯ 19,4 10,5 ◯ ◯ 162 ◯ ◯
    Beispiel 15 0,86 ◯ 63,4 ◯ 1,1 ◯ 0 ◯ 20,5 12,2 ◯ ◯ 157 ◯ ◯
    Beispiel 16 1,00 ◯ 65,8 ◯ 0,9 ◯ 0 ◯ 22,4 11,7 ◯ ◯ 156 ◯ ◯
    Beispiel 17 0,58 ◯ 90,3 ◯ 1,0 ◯ 0 ◯ 20,4 13,8 ◯ ◯ 152 ◯ ◯
    Beispiel 18 0,71 ◯ 70,1 ◯ 2,4 ◯ 0 ◯ 21,9 10,4 ◯ ◯ 155 ◯ ◯
    Beispiel 19 0,85 ◯ 62,2 ◯ 2,2 ◯ 0 ◯ 18,2 12,9 ◯ ◯ 163 ◯ ◯
    Beispiel 20 0,38 ◯ 64,9 ◯ 0,7 ◯ 0 ◯ 19,8 11,5 ◯ ◯ 158 ◯ ◯
    Beispiel 21 0,64 ◯ 92,2 ◯ 0,7 ◯ 0 ◯ 20,9 10,9 ◯ ◯ 151 ◯ ◯
    Beispiel 22 0,53 ◯ 80,1 ◯ 0,8 ◯ 0 ◯ 21,1 10,3 ◯ ◯ 151 ◯ ◯
    Beispiel 23 0,71 ◯ 67,5 ◯ 2,1 ◯ 0 ◯ 19,3 11,3 ◯ ◯ 163 ◯ ◯
    Vergleichsbeispiel 1 1,43 × 69,3 ◯ 1,8 ◯ 14 × 30,2 42,5 ◯ × 147 × ×
    Vergleichsbeispiel 2 1,70 × 122,2 × 3,2 × 48 × 30,7 54,2 ◯ × 142 × ×
    Vergleichsbeispiel 3 2,27 × 82,2 ◯ 3,5 × 65 × 32,4 52,2 ◯ × 138 × ×
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, wurde bestätigt, dass wenn der Gehalt jedes Elements in einem vorbestimmten Bereich eingestellt wurde und jeder Vorgang in dem vorbestimmten Bereich der Behandlungsbedingungen in dem Metallschmelze-Bildungsvorgang, dem Gießvorgang, dem Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang, dem Schmiedevorgang, dem Lösungsbehandlungsvorgang, dem Abkühlbehandlungsvorgang und dem Alterungsbehandlungsvorgang durchgeführt wurde, um ein Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt herzustellen, es möglich war, das Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt zu erhalten, wobei in dem zentralen Teil des gestreckten Teils in der Längsrichtung, wenn die Variation der Teilchengröße minimiert wurde, ausreichend verfeinerte Kristallkörner gebildet werden konnten und eine Kristallvergröberung aufgrund von Rekristallisation minimiert war und die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur hervorragend waren.
  • [Bezugszeichenliste]
    • 1a, 1b, 1c
    Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt
    2
    Gestreckter Teil/Abschnitt
    2a
    Zentraler Teil/Abschnitt
    2b
    Grenzteil/-abschnitt
    4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h
    Verbindungsteil/-abschnitt
    5
    Kurzer Teil/Abschnitt
    10
    Horizontale Stranggussanlage
    11
    Aufnahmeabschnitt für geschmolzenes Metall (Wanne)
    11a
    Einströmteil für Metallschmelze
    11b
    Halteteil für Metallschmelze
    11c
    Ausströmteil
    12
    Form/Kokille
    12a
    Seite von einem Ende
    12b
    Seite von anderem Ende
    13
    Feuerfeste Platte (Isolationselement)
    13a
    Gießweg
    21
    Hohler Teil/Abschnitt
    21a
    Innenumfangsoberfläche
    21b
    Seite von anderem Ende
    22
    Fluidzufuhrleitung
    22a
    Schmiermittelzuführöffnung
    23
    Kühlvorrichtung
    24
    Kühlwasserhohlraum
    24a
    innere Bodenoberfläche
    25
    Kühlwasser-Einspritzkanal
    25a
    Sprühöffnung
    26
    Kühlwasserzufuhrleitung
    27
    Kühlwandteil/-abschnitt
    B
    Aluminiumlegierungsstrang
    M
    Aluminiumlegierungsmetallschmelze
    W
    Kühlwasser
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2022200526 [0002]
    • JP 2023191652 [0002]
    • JP 6256880 [0006]

Claims (9)

  1. Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  2. Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  3. Aluminiumlegierungs-Schmiedematerial, das eine Legierungszusammensetzung aufweist, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer Legierungsstruktur nach Schmieden in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger ist und eine durchschnittliche Kristallteilchengröße einer an Kristallkorngrenzen befindlichen Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis 3,0µm oder weniger ist.
  4. Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und eine Aluminiumlegierungszusammensetzung aufweist, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,80 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 0,90 Massen-% oder mehr und 1,9 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,30 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,20 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) kleiner als 1,4 ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  5. Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,55 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  6. Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt, welches einen gestreckten Teil und einen Verbindungsteil aufweist, und mit einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, enthaltend: Cu in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder mehr und 0,55 Massen-% oder weniger, Mg in einem Bereich von 0,85 Massen-% oder mehr und 1,25 Massen-% oder weniger, Si in einem Bereich von 1,02 Massen-% oder mehr und 1,4 Massen-% oder weniger, Mn in einem Bereich von 0,61 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, Fe in einem Bereich von 0,32 Massen-% oder mehr und 0,65 Massen-% oder weniger, Zn in einem Bereich von 0,25 Massen-% oder weniger, Cr in einem Bereich von 0,050 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger, Ti in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, B in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,030 Massen-% oder weniger, und Zr in einem Bereich von 0,0010 Massen-% oder mehr und 0,050 Massen-% oder weniger, wobei ein Verhältnis Fe/Mn des Fe-Gehalts zum Mn-Gehalt (Massenverhältnis) 0,3 oder größer und 1,2 oder kleiner ist und der Restbestandteil aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet ist, wobei der Querschnitt eines Grenzteils zwischen dem gestreckten Teil und dem Verbindungsteil in einer Längsrichtung eine Legierungsstruktur hat, die eine durchschnittliche Kristallteilchengröße in einem Bereich von 5 µm oder mehr und 60 µm oder weniger aufweist, und die eine Verbindung auf AlFeSi(Mn)-Basis mit einer durchschnittlichen Kristallteilchengröße von 2,0 µm oder mehr nicht enthält, und eine Ermüdungsgrenze von 150 MPa oder mehr bei einer Wiederholungszahl bis zum Bruch von 107 Zyklen aufweist, ausgedrückt als Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur.
  7. Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukt nach einem der Ansprüche 4 bis 6 zur Verwendung für einen Aufhängungsarm.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts nach einem der Ansprüche 4 bis 6, mit: einem Legierungsmetallschmelzebildungsvorgang, bei dem eine Aluminiumlegierungsmetallschmelze mit der gleichen Zusammensetzung wie der des Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts gebildet wird, einem Gießvorgang, bei dem die in dem Legierungsmetallschmelzebildungsvorgang erhaltene Aluminiumegierungsmetallschmelze gekühlt und verfestigt wird, um ein Aluminiumlegierungs-Gussprodukt zu erhalten, einem Schmiedevorgang, bei dem das dem Gießvorgang unterzogene Aluminiumlegierung-Gussprodukt bei einer Erhitzungstemperatur von 450°C oder höher und 560°C oder niedriger geschmiedet wird, einem Lösungsbehandlungsvorgang, bei dem das in dem Schmiedevorgang erhaltene geschmiedete Produkt (Schmiedeprodukt) einer Lösungsbehandlung unterzogen wird, wobei es für 0,3 Stunden oder länger und 3 Stunden oder kürzer bei einer Behandlungstemperatur von 530°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird, einem Abkühlbehandlungsvorgang, wobei nach Beendigung des Lösungsbehandlungsvorgangs die gesamte Oberfläche des geschmiedeten Produkts innerhalb von 5 Sekunden oder länger und 60 Sekunden oder kürzer mit Abkühlwasser in Kontakt gebracht wird und das Abkühlen in einem Wasserbehälter für 1 Minute oder länger und 30 Minuten oder kürzer durchgeführt wird, und einem Alterungsbehandlungsvorgang, bei dem das Schmiedeprodukt nach dem Abkühlbehandlungsvorgang einer Alterungsbehandlung bei einer Erhitzungstemperatur von 170°C oder höher und 210°C oder niedriger für 0,5 Stunden oder länger und 7 Stunden oder kürzer unterzogen wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungs-Schmiedeprodukts nach Anspruch 8, welches weiterhin beinhaltet: einen Homogenisierungs-Wärmebehandlungsvorgang, bei dem das Aluminiumlegierungs-Gussprodukt einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei es zwischen dem Gießvorgang und dem Schmiedevorgang für 2 Stunden oder länger und 10 Stunden oder kürzer in einem Temperaturbereich von 370°C oder höher und 560°C oder niedriger gehalten wird.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6256880U (de) 1985-09-30 1987-04-08

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6256880U (de) 1985-09-30 1987-04-08

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