JP2002536551A5

JP2002536551A5 -

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Publication number: JP2002536551A5
Application number: JP2000598682A
Authority: JP
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2006-02-09

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】以下の、
−マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．５重量％〜２．５重量％（Ｍｇ／Ｓｉのモル比は０．７０〜１．２５である）；
−合金中のＦｅ、ＭｎおよびＣｒの１／３の量に等しい重量％の追加量のＳｉ；
−他の合金元素および不可避的不純物；ならびに
−アルミニウムで形成される残部；
からなるアルミニウム合金の処理方法であって、前記合金が冷却後に、均質化、押出し前の予熱、および時効（該時効は、押出し後に、１６０℃〜２２０℃の最終保持温度に２段階時効操作として行われる）にかけられるアルミニウム合金の処理方法において、
前記時効は、前記押出しが１００℃／時を超える加熱速度で１００℃〜１７０℃の温度に加熱される第１段階と、前記押出しが５〜５０℃／時の加熱速度で前記最終保持温度に加熱される第２段階とを含み、全時効サイクルが３〜２４時間の間に行われることを特徴とするアルミニウム合金の処理方法。
【請求項２】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．６０重量％〜１．１０重量％を含有し、クラスＦ１９〜Ｆ２２の引張り強さを有することを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．８０重量％〜１．４０重量％を含有し、クラスＦ２５〜Ｆ２７の引張り強さを有することを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
【請求項４】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物１．１０重量％〜１．８０重量％を含有し、クラスＦ２９〜Ｆ３１の引張り強さを有することを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．６０重量％〜０．８０重量％を含有し、クラスＦ１９（１８５〜２２０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項２に記載の処理方法。
【請求項６】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．７０重量％〜０．９０重量％を含有し、クラスＦ２２（２１５〜２５０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項２に記載の処理方法。
【請求項７】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．８５重量％〜１．１５重量％を含有し、クラスＦ２５（２４５〜２７０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項３に記載の処理方法。
【請求項８】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．９５重量％〜１．２５重量％を含有し、クラスＦ２７（２６５〜２９０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項３に記載の処理方法。
【請求項９】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物１．１０重量％〜１．４０重量％を含有し、クラスＦ２９（２８５〜３１０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項４に記載の処理方法。
【請求項１０】前記合金が、前記マグネシウムおよびケイ素の合金混合物１．２０重量％〜１．５５重量％を含有し、クラスＦ３１（３０５〜３３０ＭＰａ）の引張り強さを有することを特徴とする、請求項４に記載の処理方法。
【請求項１１】前記Ｍｇ／Ｓｉのモル比が、少なくとも０．７０であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１２】前記Ｍｇ／Ｓｉのモル比が、最大で１．２５であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１３】前記最終時効温度が、少なくとも１６５℃であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１４】前記最終時効温度が、最大で２０５℃であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１５】前記第２加熱段階において、前記加熱速度が少なくとも７℃／時であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１６】前記第２加熱段階において、前記加熱速度が最大で３０℃／時であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１７】前記第１加熱段階の終わりに、前記温度が１３０℃〜１６０℃であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１８】前記全時効時間が、少なくとも５時間であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１９】前記全時効時間が、最大で１２時間であることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項２０】前記押出し前の予熱の間に、前記合金が５１０℃〜５５０℃の温度に加熱された後、前記合金が標準の押出し温度に冷却されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の処理方法。

本発明は、
−マグネシウムおよびケイ素の合金混合物０．５重量％〜２．５重量％（Ｍｇ／Ｓｉのモル比は０．７０〜１．２５である）；
−合金中のＦｅ、ＭｎおよびＣｒの１／３の量に等しい重量％の追加量のＳｉ；
−他の合金元素および不可避的不純物；ならびに
−アルミニウムで形成される残部；
からなるアルミニウム合金の処理方法であって、前記合金が冷却後に、均質化、押出し前の予熱、および時効（該時効は、押出し後に、１６０℃〜２２０℃の最終保持温度に２段階時効操作として行われる）にかけられるアルミニウム合金の処理方法に関する。

上記の型の処理方法は、ＷＯ９５．０６７５９号明細書に記載されている。この公報によれば、時効は１５０℃〜２００℃の温度で行われ、加熱速度は１０℃／時〜１００℃／時、好ましくは１０℃／時〜７０℃／時である。全加熱速度を上記の特定の範囲内で得るために、保持温度が８０℃〜１４０℃である代替の２工程加熱過程が提案されている。

従って、本発明の目的は、より良い機械的性質およびより良い押出し性を有するアルミニウム合金の処理方法を提供するものであり、この合金が最小量の合金剤、および従来のアルミニウム合金にできるだけ近い一般組成を持つようなアルミニウム合金の処理方法を提供することである。上記およびその他の目的は、時効が、押出しが１００℃／時以上の加熱速度で１００℃〜１７０℃の温度に加熱される第１段階と、押出しが５℃／時〜５０℃／時の加熱速度で最終保持温度に加熱される第２段階を含み、全時効サイクルが３時間〜２４時間の間に行われることによって達成される。

最適のＭｇ／Ｓｉ比は、すべての利用可能なＭｇおよびＳｉがＭｇ_５Ｓｉ_６相に変態するものである。このＭｇおよびＳｉの組み合わせは合金元素ＭｇおよびＳｉの最小使用量で最高の機械的強度を与える。最大押出し速度はＭｇ／Ｓｉ比に殆ど依存しないことが分かった。従って、最適のＭｇ／Ｓｉ比によりＭｇおよびＳｉの合計は一定の強度要求に対して最小となり、よってこの合金も最良の押出し性を提供する。本発明による組成物を本発明による２段階速度時効方式と組み合わせて使用することにより、最小の全時効時間で、強度および押出し性が最大となる。

２段階速度時効方式の機械的強度に及ぼす積極的な効果は、低温での時間を延長したことが、一般的により高い密度のＭｇ−Ｓｉの析出の形成を高めるという事実によって説明される。全時効操作がこのような温度で行われると、全時効時間は実際的な限界を越え、時効オーブン内の処理量は非常に少なくなるであろう。最終時効温度への温度増加を遅くすることにより、低温で核化された多数の析出物が成長を続けるであろう。その結果、低温時効ながらも相当に短い全時効時間と関連した多数の析出物および機械的強度値が得られるであろう。

２工程時効工程は、機械的強度の向上も示すが、第１保持温度から第２保持温度への速い加熱により最小析出物の実質的な反転の機会が生じ、結果として硬化析出物がより少なくなり、従って機械的強度がより低くなる。正常の時効および２工程時効と比較して２段階速度時効方式のもう一つの利点は、遅い加熱速度が負荷中のよりよい温度分布を保証することである。負荷中の押出しの温度履歴は、負荷の大きさ、充填密度および押出しの壁厚さに殆ど依存しないであろう。その結果、他の種類の時効方法によるよりも安定した機械的強度が得られるであろう。

遅い加熱速度が室温から開始されるＷＯ９５．０６７５９号明細書に記載された時効方式と比較して、２段階速度時効方式は室温から１００℃〜１７０℃の温度の速い加熱を適用することにより全時効時間を減少させる。遅い加熱を中間温度から開始したときに得られる強さは、遅い加熱を室温から開始したときと殆ど同様に良好である。

本発明の好ましい実施態様において最終時効温度は少なくとも１６５℃であり、さらに好ましくは、時効温度は最高で２０５℃である。このような好ましい温度を使用すると、機械的強度は最大になるが、全時効時間は合理的な制限内に留まることが分かった。

２段階速度時効操作における全時効時間を減少させるために、一般に使用できる装置に依存するが、使用可能な最高の可能加熱速度で第１加熱段階を行うことが好ましい。従って第１加熱段階では少なくとも１００℃／時の加熱速度を使用することが好ましい。

第２加熱段階において、加熱速度は全時間効率および合金の最終品質の観点から最適化されなければならない。このような理由から第２加熱速度は、好ましくは少なくとも７℃／時、そして最大で３０℃／時である。７℃／時よりも低い加熱速度では一般に全時効時間は長くなり、その結果、時効オーブン内での処理量は低くなり、３０℃／時よりも高い加熱速度では機械的性質が理想状態よりも低くなる。

好ましくは、第１加熱段階は１３０℃〜１６０℃で終了し、この温度で合金の高い機械的強度を得るのに充分なＭｇ_５Ｓｉ_６相の析出が生じる。第１段階の最終温度が低いと一般に全時効時間が増大する。好ましくは、全時効時間は最大１２時間である。

時効操作の前に、殆どすべてのＭｇおよびＳｉが固溶体である押出された製品を得るためには、押出し、および押出し後の冷却の間にパラメーターを制御することが重要である。正しいパラメーターを用いてこのことは正常な予熱によって達成することができる。しかしながら、押出し前の予熱操作の間合金を５１０℃〜５６０℃の温度に加熱し、その後ビレットを正常な押出し温度に冷却する予熱操作である、ヨーロッパ特許第０，３０２，６２３号に記載されているいわゆる過熱方式を使用することにより、合金に添加されるすべてのＭｇおよびＳｉの溶解が保証される。押出された製品の適切な冷却により、ＭｇおよびＳｉは溶解したままであり、時効操作の間に焼入れ析出物を形成するのに使用することができる。

プロファイルの機械的性質の良好な測定値を得るために、２^＊２５ｍｍ^２バールを与えるダイスを用いて別の試験を行った。ビレットは、押出しの前に約５００℃に予熱した。押出し後に、プロファイルを約２分間の冷却時間を与えて、静止大気中で２５０℃以下の温度に冷却した。押出しの後にプロファイルを０．５％伸張した。時効の前に室温での貯蔵時間を制御した。引張り試験によって機械的性質の測定値を得た。
これらの合金の押出し性試験の全結果を表２および３に示す。

異なる時効サイクルで時効された異なる合金の機械的性質を表４〜１１に示す。
これらの表の説明として、異なる時効サイクルがグラフで示され、文字で確認される図１を参照する。図１において、全時効時間をＸ−軸に、かつ使用した温度をＹ−軸に示してある。

さらに種々の欄は、次の意味を持つ。
全時間＝時効サイクルの全時効時間
Ｒｍ＝極限引張り強さ
Ｒ_ｐｏ２＝降伏強さ
ＡＢ＝破壊伸び
Ａｕ＝均一伸び

これらの結果に基づいて次のことが言える。合金Ｎｏ．１の極限引張り強さ（ＵＴＳ）は、Ａ−サイクルおよび全６時間の時効の後に１８０ＭＰａよりわずかに小さい。２段階速度時効サイクルによれば、ＵＴＳ値はより高いが、Ｂ−サイクル５時間後になお１９０ＭＰａより大きくなく、Ｃ−サイクル７時間後で１９５ＭＰａである。Ｄ−サイクルによれば、ＵＴＳ値は２１０ＭＰａに達するが、１３時間の全時効時間の前ではない。

Ｍｇリッチ側でＭｇ_５Ｓｉ_６曲線に近接している合金Ｎｏ．３は、合金１〜４の最高の機械的性質を示す。Ａ−サイクル後にＵＴＳは全６時間後で１９０ＭＰａである。Ｂ−サイクル５時間でＵＴＳは２０５ＭＰａに近づき、Ｃ−サイクル７時間後に２１０ＭＰａよりわずかに上である。９時間のＤ−時効サイクルによりＵＴＳは２２０ＭＰａに近づく。

合金ＮＯ．４は、合金２および３よりも低い機械的性質を示す。６時間のＡ−サイクルの後にＵＴＳは１７５ＭＰａより大きくない。１０時間のＤ−時効サイクルによりＵＴＳは２１０ＭＰａに近づく。

これらの結果は、ＭｇおよびＳｉの最小合計量で最良の機械的性質を得るための最適組成は、Ｍｇリッチ側のＭｇ_５Ｓｉ_６曲線に近づくことを明らかに示している。
Ｍｇ／Ｓｉ比によるもう一つの重要な態様は、低い比が最大強さを得るためにより短い時効時間を与えると思われることである。
合金５〜８は、合金１〜４よりも高い一定のＭｇおよびＳｉ合計量を持っている。Ｍｇ_５Ｓｉ_６曲線と比較して、合金５〜８はすべてＭｇ_５Ｓｉ_６のＭｇリッチ側に配置されている。

また、上記のことはＭｇ_５Ｓｉ_６曲線に非常に近い合金によって、最高の機械的性質が得られることも示している。合金１〜４については、２段階速度時効サイクルの利益はＭｇ_５Ｓｉ_６曲線に最も近い合金に対して最高であると考えられる。

最大強度に対する時効時間は合金１〜４よりも合金５〜８の方が短いと思われる。このことは、時効時間が合金含量の増加につれて減少するので期待される。また合金５〜８に対して、時効時間は合金５よりも合金８についていくぶん短いと思われる。

全伸び値は、時効サイクルに殆ど依存しないと思われる。ピーク強さにおいて、全伸び値ＡＢは、その強さの値が２段階速度時効サイクルに対してより高いものであっても約１２％である。

（実施例２）
実施例２は、６０６１合金の直接的に、及び過熱されたビレットから得たプロファイルの極限引張り強さを示す。この直接加熱されたビレットは表に示した温度まで加熱され、プロファイル表面が劣化する前に最大速度より低い押出し速度で押出された。過熱されたビレットは、ガス炊き炉内で合金の溶融温度以上の温度に予熱され、次いで表１２に示した正常な押出し温度まで冷却された。押出しの後にプロファイルを水冷し、標準時効サイクルによりピーク強さに時効された。

【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅの異なる時効サイクルの全時効時間（Ｘ−軸）と温度（Ｙ−軸）との関係を示すグラフである。