JP2003226928A - Al−Mg系アルミニウム合金中空押出形材 - Google Patents
Al−Mg系アルミニウム合金中空押出形材Info
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Abstract
ートホールダイスに代表される溶着部が形成されるタイ
プのホローダイスを用いた中空押出形材の成形を可能と
する。 【解決手段】 Mg:1.5〜5.0質量%を含有する
Al−Mg系アルミニウム合金を用い、下記式で定義さ
れるF値が40〜500の中空押出形材を押出成形す
る。 F=押出形材の断面の全周長(mm)/単体重量(kg
/m)
Description
ス等を用いたホローダイ方式で押出成形が可能なAl−
Mg系アルミニウム合金中空押出形材に関する。
など環境問題の観点から、大気中の炭酸ガス等の増加を
抑制するために、自動車の軽量化及び電気自動車の導入
などが本格的に検討されている。この軽量化の一貫とし
て、素材の置換、すなわち従来自動車用構造材に主とし
て使用されてきた鋼板の代わりにアルミニウム合金材の
使用が増加している。また、電気自動車においても電池
を積載するための重量増加を補償するために車体を軽量
化する必要が強く求められている。さらに、長手方向に
一定ではあるが自由な断面形状が得られる押出形材は設
計の自由度を広げ、最終形状に近い断面形状を得ること
で成形性を向上できるなど、アルミニウム合金材の使用
が注目され、例えば特開2000−177621号公報
には、サスペンションサブフレーム(サスペンションフ
レーム、エンジンクレイドルともいう)の製造にアルミ
ニウム合金押出形材を用いることが記載されている。な
お、
ミニウム合金は硬質であるため、一般にポートホール押
出ができないものとされており(例えば、社団法人日本
アルミニウム協会が2001年10月15日発行の「アルミニウ
ムハンドブック(第6版)」、表7.2.6(P.71)、表7.
3.2(P.74)、表7.3.2(p.74)参照)、これまでAl−
Mg系アルミニウム合金の中空材は、もっぱら板をパイ
プ状に成形して溶接するか、マンドレル方式でパイプ状
に押出成形されている。従って、サスペンションサブフ
レームの素材としてAl−Mg系アルミニウム合金の中
空材を用いる場合、溶接パイプ又はマンドレル方式の押
出パイプを用いることになる。
押出形材のような断面設計の自由度がなく生産性でも劣
り、またマンドレル方式の押出パイプは偏肉が生じやす
く、かつ薄肉に成形するのが困難であるという問題があ
る。一方、Al−Mg系アルミニウム合金をポートホー
ル方式で押出成形する試みも一部になされ、例えば特開
平5−7924号公報、特開平7−60340号公報、
特開平9−53139号公報では、Al−Mg系アルミ
ニウム合金のポートホール押出が可能であるとしてい
る。しかし、いずれも特殊なダイス構造又は特殊なビレ
ット調整を必要とする点で実用化に耐え得るものではな
く、しかも、前2者は単なるアイデアの開示にとどま
り、後者には中空押出材の実施例が開示されていない。
みてなされたもので、Al−Mg系アルミニウム合金に
ついて、ポートホールダイスに代表される溶着部が形成
されるタイプのホローダイスを用いた押出成形を可能と
することを目的とする。
ールダイスを用いたAl−Mg系アルミニウム合金の押
出成形について試行錯誤を重ねたところ、押出材の形
状、より詳しくは下記式で定義されるF値を適切に設定
したものについては、他の系のアルミニウム合金と同様
にポートホールダイスを用いた押出が可能であることを
見いだした。ここで、断面の全周長とは内外全ての周長
の合計を意味し、単位重量とは長さ1m当りの質量を意
味する。 F=押出形材の断面の全周長(mm)/単位重量(kg
/m) 本発明はこの知見に基づいてなされたもので、Mg:
1.5〜5.0%を含有するAl−Mg系アルミニウム
合金からなる中空押出形材において、溶着部を有し前記
式で定義されるF値が40〜500であることを特徴と
する。この中空押出形材を用いて、例えばバルジ成形等
により前記サスペンションサブフレームを成形すること
ができる。
ウム合金中空押出形材において、F値が40未満である
と、押出時の押出圧力が低くなり溶着部の溶着が不十分
となる。またF値が500を越すと、ダイスのベアリン
グ面の摩擦抵抗が大きくなり、押し詰まった状態となっ
て押出が難しくなる。さらにはダイスにかかる圧力が大
きくなり、ダイスの破損につながる。なお、溶着部が形
成されるホローダイストとして、ポートホールダイス、
スパイダーダイス、ブリッジダイス等がある。溶着性と
押出性の双方を考慮したとき、F値の好ましい範囲は5
0〜450、より好ましくは100〜300、さらに2
00〜300が好ましい。
g以外の添加元素として必要に応じて、例えばTi、M
n、Cr、Zr、V、Cuの1種又は2種以上を含み、
さらに不可避不純物としてFe、その他の元素を含むこ
とができる。以下、上記Al−Mg系アルミニウム合金
中空押出形材における各成分の作用について説明する。 Mg Mgはアルミニウムのマトリックス中に固溶し、合金強
度を向上させる。自動車のフレーム等の構造部材として
必要な強度(耐力値σ0.2≧50MPa)を得るために
は、Mgは1.5%以上の添加が必要である。しかし、
5.0%を越えて添加されると溶着が難しくなり、さら
に耐応力腐食割れ性が低下し、かつ固溶量が過剰となっ
て伸びδが低下し、優れた成形性が得られない。従っ
て、Mg含有量は1.5〜5.0%とする。より望まし
い範囲は2.0〜4.0%である。
金強度を向上させるため、添加することが望ましい。こ
の効果を発揮させるには、Ti添加量は0.005%以
上とすることが必要である。また、0.005%より少
ないと、結晶粒が粗大化して伸びが低下し、優れた成形
性が得られない。一方、Ti添加量が0.2%を超える
と前記効果が飽和し、さらに、粗大な金属間化合物が晶
出して所定の合金強度及び伸びが得られなくなる。従っ
て、Tiの含有量は0.005〜0.2%とし、より望
ましくは0.01〜0.1%、さらに望ましくは0.0
1〜0.05%とする。
属間化合物として晶出及び析出して結晶粒の粗大化を防
止し、Mg添加量の多い場合に発生する応力腐食割れを
改善するために、必要に応じて1種又は2種以上が添加
される。それぞれ、0.05%、0.05%、0.05
%、0.01%以下ではその効果がなく、1.5%、
0.5%、0.3%、0.2%を超えると前記効果が飽
和するとともに、粗大な金属間化合物が析出して伸びが
低下し、成形性を劣化させる。また、Crは0.5%を
越えると押出性を低下させる。 Cu Cuは強度を向上させるので、0.5%を上限として必
要に応じて添加する。
含まれる不純物であり、0.7%を超えて合金中に存在
すると鋳造時に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の機
械的性質を損なう。従って、Feの含有量は0.7%以
下に規制する。また、アルミニウム合金を鋳造する際に
は地金、添加元素の中間合金、化合物等様々な経路より
不純物が混入する。混入する元素は様々であるが、Fe
以外の不純物のうちSiは0.5%以下、Znは0.2
5%以下、その他の不純物は単体で0.05%以下、総
量で0.15%以下であれば合金の特性にほとんど影響
を及ぼさない。従って、これらの不純物は上記の数値以
下とする。なお、不純物のうちBについてはTiの添加
に伴い合金中にTi含有量の1/5程度の量で混入する
が、より望ましい範囲は0.02%以下、さらに0.0
1%以下が望ましい。
1に合金記号A〜Eとして示すAl−Mg系アルミニウ
ム合金のφ200mmのビレットに対し、550℃×5
hrのソーキングを施し、押出温度500℃とし、ポー
トホールダイスを用い、力量2000トンの直接押出プ
レスにて種々の中空断面形状に押出成形した(試験N
o.1〜12)。その断面形状は、No.4〜8と10
〜12がいずれも口形断面(4、7〜8、11〜12は
同一断面形状)であり、No.1〜3及びNo.9が図
1に示すような異形断面である。各押出形材の全周長、
単位重量及びF値を表2に示す。各押出形材について押
出性及び溶着性を下記要領で評価した。これらの評価を
表2にあわせて示す。
部(2以上の中空部を有するときは大きい方の中空部)
を端面から円錐形の治具にはめ込み、中空部の内周長が
30%増になるまで押し広げた。溶着性の評価は、破断
なし又は溶着部以外から破断したものを◎、溶着部より
破断したが破断面が全面延性破面であるものを○、溶着
部より破断するが脆性破面の割合が10%未満のものを
△、溶着部より破断し脆性破面の割合が10%以上のも
のを×とした。
本発明の規定範囲内に入るNo.1〜8の押出形材は押
出性及び溶着性が優れ又は実施に耐えるレベルである。
しかし、F値が本発明の規定より小さいNo.9は溶着
性が劣り、F値が本発明の規定より大きいNo.10と
Mg含有量が本発明の規定より多いNo.11は押し出
しができず、Mg含有量が本発明の規定より少ないN
o.12は耐力が小さい。
40〜500の範囲内に設定し、かつAl−Mg系アル
ミニウム合金の組成を所定範囲内に規定することによ
り、従来ポートホールダイスを用いた押出成形ができな
いとされていたAl−Mg系(5000系)アルミニウ
ム合金でも中空押出形材を製造することができる。この
中空押出成形は、先に述べた自動車のサスペンションサ
ブフレームのほか、自動車や鉄道車両、船舶又は建築部
材のフレーム等の構造材料として好適である。
図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 Mg:1.5〜5.0%(質量%、以下
同じ)を含有するAl−Mg系アルミニウム合金からな
り、溶着部を有し下記式で定義されるF値が40〜50
0であることを特徴とするAl−Mg系アルミニウム合
金中空押出形材。 F=押出形材の断面の全周長(mm)/単位重量(kg
/m) - 【請求項2】 請求項1に記載されたAl−Mg系アル
ミニウム合金中空押出形材を用いたサスペンションサブ
フレーム。
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