EP1413636B1 - Alliage d'aluminium presentant une excellente usinabilite, et materiau d'alliage d'aluminium et son procede de production - Google Patents

Alliage d'aluminium presentant une excellente usinabilite, et materiau d'alliage d'aluminium et son procede de production Download PDF

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EP1413636B1
EP1413636B1 EP02755647A EP02755647A EP1413636B1 EP 1413636 B1 EP1413636 B1 EP 1413636B1 EP 02755647 A EP02755647 A EP 02755647A EP 02755647 A EP02755647 A EP 02755647A EP 1413636 B1 EP1413636 B1 EP 1413636B1
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aluminum alloy
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EP1413636A1 (fr
EP1413636A4 (fr
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Hideaki c/o Oyama Regional Office MATSUOKA
Masaki c/o Oyama Regional Office YAMANAKA
Hiroki c/o Oyama Regional Office YOSHIOKA
Yasuo c/o Aizu Regional Office OKAMOTO
Masakatsu c/o Aizu Regional Office KITAMURA
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Definitions

  • the present invention includes aluminum alloys roughly classified by chemical composition into two types and two methods for manufacturing an aluminum alloy material.
  • a mean dendrite arm spacing is 1 - 200 ⁇ m
  • a dendrite boundary zone includes eutectic Si particles of 0.01 - 5 ⁇ m of mean particle diameters and other second phase particles
  • an eutectic lamella texture in which a mean skeleton line length (Lm) in a longitudinal direction is 0.5 ⁇ m or more and a mean width (Wm) is 0.5 ⁇ m or more is formed in a shape of a network.
  • Si content exceeds 10 mass%, although the chip breaking effects can be improved, a cutting tool will be abraded heavily, causing deteriorated productivity. Accordingly, it is necessary that Si content is 0.3 - 10 mass%. From this point of view, the preferable Si content is 1.5 - 5 mass%.
  • an aluminum alloy material which has fined surface recrystallized structure, and is excellent especially in mechanical property can be manufactured.
  • Si particle is fined and rounded by Sr, or Sr and any one of Na, Sb and Ca, and eutectic lamella texture is formed at the dendrite boundary zone, it is possible to obtain an aluminum alloy material comprised of this alloy which is excellent in cutting ability and causes less abrasion and damage on a cutting tool.
  • Mg, Zn and Cu improve mechanical property, especially tensile characteristics, corrosion resistance, alumite processability and plastic working nature.
  • any one of Ti, B, C and Sc causes fined ingot texture and suppresses appearance of macro patterns and solidification cracks.
  • Fe promotes dispersion of Si as an individual particle, which improves cutting ability.
  • Cr and Mn improve mechanical strength.
  • an aluminum alloy in which ingot texture is fined and appearance of macro patterns and solidification cracks are suppressed can be obtained.
  • eutectic Si particles can be served as chip breaking origins independently, cutting ability is improved. Furthermore, since eutectic lamella texture can be continuously separated, cutting ability is improved. Furthermore, since the eutectic Si particles are fined and rounded, abrasion and damage on a cutting tool can be suppressed. Furthermore, this aluminum alloy is also excellent in mechanical property, especially tensile characteristics, corrosion resistance, alumite processability and plastic-working nature.
  • Aluminum alloys of compositions of Al Nos. I-1 - I-17 shown in Table 1 were prepared.
  • the alloy Nos. I-1 and I-2 include Mg, Si, Zn and Sr, and the balance being aluminum and impurities, and the compositions correspond to claims 1 - 5 of the present invention.
  • the alloys Nos. I-3 to I-12 include eight optional selective elements of the aforementioned elements, and the compositions correspond to claims 6 -19.
  • the alloys Nos. I-13 to I-17 are comparative compositions.
  • round bars were made by billet casting, extrusion, and drawing.
  • test piece was wet cut using a superhard chip at the cutting rate of 150 m/min., the feeding rate of 0.2 mm/rev. to form a slit of 1.0 mm depth.
  • the chip breaking nature was evaluated by chip number/100g.
  • a salt spray test based on JIS Z2371 was performed, and the corrosion resistance was measured by the corrosion weight loss due to 1,000 hours spray.
  • the metal texture of each of these test pieces was observed, and the average DAS, the distribution state of the particle in the eutectic lamella texture, (the mean particle diameter of the eutectic Si particle, the number of particles and the area share of the eutectic Si particles and the second phase particles), the eutectic lamella texture size (the mean skeleton line length Lm, the mean width Wm, these ratio L/Wm) were examined.
  • the main points of the manufacture conditions of each casting example are again shown in Table 11, the observation results of the metal texture are shown in Table 11.

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Claims (77)

  1. Alliage d'aluminium, constitué de :
    Mg : 0,3 à 6% en masse ;
    Si : 0,3 à 10% en masse ;
    Zn : 0,05 à 1 % en masse ;
    Sr : 0,001 à 0,3% en masse ; et éventuellement
    un ou plusieurs éléments sélectifs supplémentaires choisis dans le groupe consistant en Cu : 0,01 % en masse ou plus mais moins de 1% en masse, Fe : 0,01 à 1% en masse, Mn : 0,01 à 1 % en masse, Cr : 0,01 à 1 % en masse, Zr : 0,01 à 1 % en masse, Ti : 0,01 à 1 % en masse, Na : 0,001 à 0,5% en masse et Ca : 0,001 à 0,5% en masse ; et
    le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés.
  2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans lequel la teneur en Mg est comprise entre 0,5 et 1,1 % en masse.
  3. Alliage d'aluminium selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la teneur en Si est comprise entre 1,5 et 5% en masse.
  4. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la teneur en Zn est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  5. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la teneur en Sr est comprise entre 0,005 et 0,05% en masse.
  6. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Cu.
  7. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Fe.
  8. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Cr et Mn.
  9. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Zr.
  10. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Ti.
  11. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Na et Ca.
  12. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la teneur en Cu est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  13. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 7 ou 12,
    dans lequel la teneur en Fe est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  14. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 8, 12 ou 13,
    dans lequel la teneur en Mn est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  15. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 8 ou 12 à 14, dans lequel la teneur en Cr est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  16. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 9 ou 12 à 15, dans lequel la teneur en Zr est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  17. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 10 ou 12 à 16, dans lequel la teneur en Ti est comprise entre 0,1 et 0,3% en masse.
  18. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 11 à 17, dans lequel la teneur en Na est comprise entre 0,005 à 0,3% en masse.
  19. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 11 à 18, dans lequel la teneur en Ca est comprise entre 0,005 et 0,3% en masse.
  20. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel la texture d'alliage de l'alliage d'aluminium est caractérisée par un diamètre moyen des particules de Si compris entre 1 et 5 µm et un rapport de forme moyen des particules de Si compris entre 1 et 3.
  21. Alliage d'aluminium selon la revendication 20, dans lequel le diamètre moyen des particules de Si est inférieur ou égal à 3 µm.
  22. Alliage d'aluminium selon la revendication 20 ou 21, dans lequel le rapport de forme moyen des particules de Si est inférieur ou égal à 2.
  23. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium, lequel procédé consistant à :
    - former une billette à une vitesse de coulée comprise entre 10 et 180 mm/min, la billette étant constituée d'un alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 19 ;
    - homogénéiser la billette à une température comprise entre 400 et 570°C pendant 6 heures ou plus afin d'obtenir une billette homogénéisée ;
    - extruder la billette homogénéisée à une température de billette comprise entre 300 et 550°C, une vitesse d'extrusion comprise entre 0,5 et 100 m/min et un rapport d'extrusion compris entre 10 et 200 en un article extrudé ayant une configuration prédétérminée ;
    - effectuer un traitement en solution de l'article extrudé à une température comprise entre 400 et 570°C pendant 1 heure ou plus ; et
    - effectuer un vieillissement de l'article extrudé traité en solution à une température comprise entre 90 et 300°C pendant 1 à 30 heures.
  24. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 23, dans lequel la vitesse de coulée est comprise entre 30 et 130 mm/min
  25. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 23 ou 24, dans lequel l'homogénéisation est effectuée à une température comprise entre 500 et 545°C pendant 10 heures ou plus.
  26. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, dans lequel l'extrusion est effectuée à une température de billette comprise entre 350 et 500°C, une vitesse d'extrusion comprise entre 2 et 30 m/min et un rapport d'extrusion compris entre 20 et 85.
  27. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 23 à 26, dans lequel le traitement en solution est effectué à une température comprise entre 500 et 545°C pendant 3 heures ou plus.
  28. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 23 à 27, dans lequel le vieillissement est effectué à une température comprise entre 140 et 200°C pendant 3 à 20 heures.
  29. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 23 à 28, dans lequel l'article extrudé traité en solution est étiré à un taux de réduction compris entre 5 et 30% en une configuration prédéterminée, et par la suite le vieillissement est effectué.
  30. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 29, dans lequel le taux de réduction de l'étirement est compris entre 10 et 20%.
  31. Alliage d'aluminium, constitué de :
    Mg : 0,1 à 6% en masse ;
    Si : 1,2 à 8,5% en masse ;
    Cu : 0,0 1 % en masse ou plus mais moins de 1 % en masse ;
    Zn : 0,01 à 3% en masse ;
    Sr : 0,001 à 0,5% en masse ; éventuellement
    un ou plusieurs éléments sélectifs supplémentaires choisis dans le groupe consistant en Ti : 0,001 à 1% en masse, B : 0,0001 à 0,03% en masse, C : 0,0001 à 0,5% en masse, Fe : 0,01 à 1 % en masse, Cr : 0,01 à 1% en masse, Mn : 0,01 à 1% en masse ; Zr : 0,01 à 1% en masse, V : 0,01 à 1% en masse, Sc : 0,0001 à 0,5% en masse, Ni : 0,005 à 1 % en masse, Na : 0,001 à 0,5% en masse, Sb : 0,001 à 0,5% en masse, Ca : 0,001 à 0,5% en masse, Sn : 0,01 à 1% en masse, Bi : 0,01 à 1% en masse, et In : 0,001 à 0,5% en masse ; et
    le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés.
  32. Alliage d'aluminium selon la revendication 31, dans lequel la teneur en Mg est comprise entre 0,3 et 5% en masse.
  33. Alliage d'aluminium selon les revendications 31 ou 32, dans lequel la teneur en Cu est comprise entre 0,1 et 0,8% en masse.
  34. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 33, dans lequel la teneur en Zn est comprise entre 0,05 et 1,5% en masse.
  35. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 34, dans lequel la teneur en Sr est comprise entre 0,005 et 0,3% en masse.
  36. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Ti, B, C et Sc.
  37. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Fe.
  38. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Cr et Mn.
  39. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Zr et V.
  40. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est Ni.
  41. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Na, Sb et Ca.
  42. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, dans lequel l'élément sélectif supplémentaire est un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en Sn, Bi et In.
  43. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 36, dans lequel la teneur en Ti est comprise entre 0,003 et 0,5% en masse.
  44. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 36 ou 43, dans lequel la teneur en B est comprise entre 0,0005 et 0,01 % en masse.
  45. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 36, 43 ou 44
    dans lequel la teneur en C est comprise entre 0,001 et 0,3% en masse.
  46. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 37 ou 43 à 45, dans lequel la teneur en Fe est comprise entre 0,05 et 0,7% en masse.
  47. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 38 ou 43 à 46, dans lequel la teneur en Cr est comprise entre 0,03 et 0,7% en masse.
  48. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 38 ou 43 à 47, dans lequel la teneur en Mn est comprise entre 0,03 et 0,7% en masse.
  49. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 39 ou 43 à 48, dans lequel la teneur en Zr est comprise entre 0,03 et 0,7% en masse.
  50. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 39 ou 43 à 49, dans lequel la teneur en V est comprise entre 0,03 et 0,7% en masse.
  51. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 36 ou 43 à 50, dans lequel la teneur en Sc est comprise entre 0,01 et 0,3% en masse.
  52. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 40 ou 43 à 51, dans lequel la teneur en Ni est comprise entre 0,03 et 0,7% en masse.
  53. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 41 ou 43 à 52, dans lequel la teneur en Na est comprise entre 0,005 et 0,3% en masse.
  54. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 41 ou 43 à 53, dans lequel la teneur en Sb est comprise entre 0,005 et 0,3% en masse.
  55. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35, 41 ou 43 à 54, dans lequel la teneur en Ca est comprise entre 0,005 et 0,3% en masse.
  56. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35 ou 42 à 55, dans lequel la teneur en Sn est comprise entre 0,05 et 0,5% en masse.
  57. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35 ou 42 à 56, dans lequel la teneur en Bi est comprise entre 0,05 et 0,5% en masse.
  58. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 35 ou 42 à 57, dans lequel la teneur en In est comprise entre 0,01 et 0,3% en masse.
  59. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 31 à 58,
    dans lequel, dans une texture métallique, l'espacement moyen entre les ramifications des dendrites est compris entre 1 et 200 µm, la zone frontière des dendrites comprend des particules de Si eutectique ayant un diamètre moyen de particules compris entre 0,01 et 5 µm et d'autres particules de seconde phase, et une texture eutectique lamellaire dans laquelle la longueur moyenne de ligne de structure (Lm) dans la direction longitudinale est de 0,5 µm ou plus et la largeur moyenne (lm) est de 0,5 µm ou plus est formée sous forme d'un réseau.
  60. Alliage d'aluminium selon la revendication 59, dans lequel, dans la texture eutectique lamellaire, les particules de Si eutectique et les autres particules de seconde phase correspondent à un total de 500 particules/mm2 ou plus, et le partage de surface de ces particules est compris entre 0,1 et 50%.
  61. Alliage d'aluminium selon la revendication 59 ou 60, dans lequel l'espacement moyen entre les ramifications des dendrites est compris entre 3 et 100 µm.
  62. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 59 à 61, dans lequel le diamètre moyen des particules de Si eutectique est compris entre 0,1 et 3 µm.
  63. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 59 à 62, dans lequel la texture eutectique lamellaire a une longueur moyenne de ligne de structure (Lm) de 3 µm ou plus et une largeur moyenne (lm) de 1 µm ou plus.
  64. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 59 à 63, dans lequel le rapport moyen (L/lm) entre la longueur de ligne de structure et la largeur de structure dans la texture eutectique lamellaire est de 3 ou plus.
  65. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 59 à 64, dans lequel les particules de Si eutectique et les autres particules de seconde phase correspondent à un total de 1000 particules/mm2 ou plus.
  66. Alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 59 à 65, dans lequel le partage de surface des particules de Si eutectique et des autres particules de seconde phase est compris entre 0,3 et 40%.
  67. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium, lequel procédé consistant à :
    - mouler en continu l'alliage d'aluminium fondu afin d'obtenir un élément façonné ayant une section transversale déterminée à une vitesse de coulée comprise entre 30 et 5000 mm/min et une vitesse de refroidissement comprise entre 10 et 600°C/s, l'alliage d'aluminium fondu selon l'une quelconque des revendications 31 à 58 et maintenu à la température de solidus ou à une température supérieure ; puis
    - effectuer un vieillissement de l'élément façonné à une température comprise entre 100 et 300°C pendant 0,5 à 100 heures.
  68. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 67, dans lequel la vitesse de coulée est comprise entre 100 et 2000 mm/min.
  69. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 67 ou 68, dans lequel la vitesse de refroidissement est comprise entre 30 et 300°C/s.
  70. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 67 à 69, dans lequel le vieillissement est effectué à une température comprise entre 120 et 220°C pendant 1 à 30 heures.
  71. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 67 à 70, dans lequel l'élément façonné est un élément non creux.
  72. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 67 à 71, dans lequel l'élément façonné est circonscrit à un cercle ayant un diamètre transversal compris entre 10 et 150 mm.
  73. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 67 à 72, comprenant en outre une étape consistant à éliminer une portion de couche de surface située à une profondeur de 0,1 à 10 mm de l'élément façonné coulé en continu.
  74. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 73, dans lequel la portion de couche de surface éliminée est à une profondeur de 0,2 à 5 mm.
  75. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 67 à 74, comprenant en outre l'étape consistant à effectuer un traitement de formation secondaire ayant un rapport décroissant de section transversale de 30% ou moins de l'élément façonné après coulée continue à une température de 400°C ou inférieure.
  76. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 75, dans lequel la température de traitement est de 250°C ou inférieure.
  77. Procédé de fabrication d'un matériau d'alliage d'aluminium selon la revendication 75 ou 76, dans lequel le rapport décroissant de section transversale est de 20% ou moins.
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