JP2006052436A

JP2006052436A - アルマイト処理用アルミニウム合金熱間仕上げ厚板及びそれを用いたアルミニウム合金部品の製造方法

Info

Publication number: JP2006052436A
Application number: JP2004234264A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sato; 佐藤隆宏; Yoshitoku Namikawa; 並河良徳; Kiyohiro Kawai; 河合清寛; Kazuo Furuya; 古屋一男
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】アルマイトムラの少ないアルミニウム合金熱間仕上げ厚板およびこの厚板を切削加工してアルマイト処理するアルマイトムラの少ない部品の製造方法を提供する。
【解決手段】０．０４％≦Ｓｉ≦０．５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１０％、１．５％≦Ｍｇ≦３．０％を含み、残部が不純物及びＡｌであり、且つ、Ｓｉ含有量とＴｉの含有量の比が（Ｓi含有量）／（Ｔｉ含有量）≦５以下とすることにより筋状模様の少ないアルマイト処理用アルミニウム合金熱間仕上げ厚板を提供でき、それを用いたアルミニウム合金部品の製造方法を提供できる。
【選択図】無し

Description

本発明は、アルマイトムラの少ないアルミニウム合金熱間仕上げ厚板に関し、またこの厚板を切削加工してアルマイト処理した際にアルマイトムラの少ない部品の製造方法に関する。

アルミニウムは、軽量、耐久性、表面処理性などが優れており、建材、自動車材、電子部品、産業機材等に広く使われている。
その中でも精密加工品は、一般的に厚さの厚いアルミニウム熱間仕上げ厚板から素材を切り出して、精密に平滑切削加工して製作されている。また切削加工した後、電気的絶縁、耐久性、耐食性を向上させているためにアルマイト処理を行われている。
これらのアルマイト用のＡl合金熱間仕上げ厚板としては、汎用として従来からＪＩＳに規格されているＡｌ−Ｍｇ系の５０００系Ａｌ合金等が使われており、主に２．５ｍｍ以上の板厚を有するＡｌ合金熱延厚板が用いられる。
特開平５−３２０８３９号公報（特許文献１）や特開平１１−００６０２３号公報（特許文献２）のような冷間圧延板では、冷間圧延時に大きな歪を与えられることから、この剪断力により金属組織の細分化が図れ、さらに冷間圧延後に熱処理を行うことによって歪を回復させ金属組織の再結晶を起こし、これによって金属組織間の成分の偏析を低減させることができる。このため、この冷間圧延板にアルマイト処理を施しても筋模様などのアルマイトムラの発生は抑えられている。
特開平５−３２０８３９号公報特開平１１−００６０２３号公報

しかし、本発明が対象としている構造部材用Ａｌ合金の熱延板では、切削加工後、アルマイト処理を行った際、熱延では消えなかった鋳塊組織の影響により、切削加工表面に筋状にアルマイトムラが生じるという現象がある。
この筋状のアルマイトムラが生じると発色・着色アルマイトの色調に濁りが生じるなどの外観不良となったり、硬質アルマイト後において色むらを生じ、絶縁部における絶縁不良が生じる可能性があり、顕著な場合には、商品価値を失うことにもなるため、大きな問題となっている。
従って、本発明は、従来の冷間圧延板ではなく、アルミニウム熱間仕上げ厚板においてアルマイト処理を施した際の筋状模様の発生を抑制することを目的としている。

発明者等は、これらの現象をなくすべく検討した結果、アルミニウム合金中に含まれるＳｉとＴｉ及びＭｇの含有量、及びＳｉとＴｉとの比を規定することによりアルマイト処理後の筋模様が抑制されることを突き止め、この発明に至った。

すなわち、本発明の上記課題は、以下の発明により達成された。
（１）０．０４％（ｍａｓｓ％、以下同じ）≦Ｓｉ≦０．５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１０％、１．５％≦Ｍｇ≦３．０％を含み、残部が不純物及びＡｌであり、且つ、Ｓｉ含有量とＴｉの含有量の比が（Ｓｉ含有量）／（Ｔｉ含有量）≦５以下であることを特徴とする筋状模様の少ないアルマイト処理用アルミニウム合金熱間仕上げ厚板。
（２）（１）記載のアルミニウム合金熱間仕上げ厚板を切削加工した後、アルマイト処理を行うことを特徴とする筋状模様の少ないアルミニウム合金部品の製造方法。

本発明によれば、アルマイト処理を施した時に筋模様の発生がなく、硬質アルマイト等を施した際も均一な色調を得ることができる外観品質及び切削後の品質にも優れ、且つ実部品として強度的にも満足したアルマイト用合金を提供することができる。

以下、本発明の各組成の規定理由について説明する。

Ｓｉ：
Ｓｉは原材料であるＡｌ地金に不可避不純物として含有されており、０．０３％未満の含有量は、高純度のＡｌ地金が必要になるため、製造したアルミニウム合金板自体が高価となるため、現実的でない。逆に、Ｓｉ含有量が０．５０％を超えると、鋳造にて発生するＡｌ−Ｓｉの初晶が発生・成長し、大きな結晶粒となる。
ソーキング、熱間圧延を行ったとしても、熱間圧延した厚板では鋳造時に発生した組織が残り、アルマイト処理を行った際に、熱間仕上げ厚板表面及び内部に残存した鋳造組織が熱間圧延工程で筋状の結晶となって、アルマイト処理を行った際に筋模様となる。
したがって、Ｓｉ含有量は０．０４〜０．５０％、好ましくは０．０４〜０．１０％である。

Ｔｉ：
アルミニウム合金中に含まれるＴｉは、アルミニウム合金板を製造する際の鋳造工程における鋳塊組織を微細化するために添加されている。添加方法としては、Ａｌ−Ｔｉ合金、またはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ合金としてアルミニウム合金に添加される。
Ｔｉ含有量が０．０１％未満では、鋳造時の結晶組織が微細化されないために、熱間圧延工程を経て、２．５ｍｍ以上の熱間仕上げ厚板に仕上げた後も、鋳造時の粗大な鋳造組織が痕跡として残り、外観に著しい不良を生じる。
また、Ｔｉ含有量が０．１％を超えると、鋳造時に添加されたＴｉを含んだ微細化剤がアルミニウム合金中に溶解せずに残り、粗大なＴｉ-Ａｌ系金属間化合物が生じ、ストリンガーと称される線状欠陥が発生しやすくなる。
よって、Ｔｉを規定することにより、初晶を微細化することができ、アルマイト品質が良好な熱間圧延板を製造することができる。本発明においてＴｉ含有量は、０．０１〜０．１％、好ましくは０．０１〜０．０５％が好ましい。

Ｍｇ：
アルミニウム合金中に含まれるＭｇは強度を付与するためのもので、Ｍｇが１．５％未満であると実製品として強度不足が問題になる場合があり、３．０％を超えると実部品の強度は十分に満足するが、熱間圧延性が劣り、割れが発生するなどして、歩留まりを悪化させる。よって、本発明において、１．５〜３．０％、好ましくは１．８〜２．５％が好ましい。

（Ｓｉ含有量）／（Ｔｉ含有量）：
しかしながら、上記の組成の条件だけでは、アルマイト処理時の色調の均一性が得られない。すなわち、各成分の含有量の規定のみでは、熱間圧延を行っても板内部の金属組織が十分に微細化しなく、アルマイト時に色調不良を発生させる原因となる。
通常、熱間仕上げ厚板は、鋳造→熱処理→熱間圧延という工程で製造されるが、熱間圧延は、通常３００℃以上の圧延であるため、前述の冷間圧延のような十分な剪断力や歪が得られない。
特に板表面には圧延の剪断力が働くものの、厚板全体に十分な剪断力が行き渡らず、再結晶しても板中心部になるほど鋳塊組織が残存することになる。
このような板の中側に鋳塊組織が残存する熱間仕上げ厚板を切削加工すると、鋳造の残存組織が表面に露出して、アルマイト処理した時に表面ムラが生じてしまう。
そこで、熱間圧延の前の鋳造時に、十分に組織制御する必要がある。
本発明では、（Ｓｉ含有量）と（Ｔｉ含有量）の比を規定することは、鋳造時のＡｌ−Ｓｉの初晶の発生を抑え、熱間圧延を行っても、鋳造時に発生した初晶を分散させることにより、板厚内部の金属組織が均一となって、板表面を切削した後、アルマイト処理を施しても、アルマイトムラなどの発生が無く、アルマイト表面品質を損なうことがない。
Ｓｉ含有量とＴｉ含有量の比が５を超える場合、Ｓｉに対するＴｉの割合が少ないため、鋳造においてＡｌ−Ｓｉの初晶が発生した場合、その初晶が大きく成長してしまう。つまり、Ｓｉ含有量が多いと初晶発生の数が多くなり、また、Ｔｉ含有量が少ないと微細化効果が少なく、初晶が発生した場合に鋳造組織の結晶粒Ａｌ−Ｓｉの粒径が大きくなる。
初晶発生の数が多くなると、圧延しても残存するＡｌ−Ｓｉ初晶組織が多いので、アルマイト時の筋模様が生じ、アルマイトムラとなる。
また粒径が大きくなると、熱間圧延での生成した初晶の筋模様も大きくなり、アルマイト外観にて他の組織との色調の違いで、目立ちやすくなる。
このことから、本発明では（Ｓｉ含有量）／（Ｔｉ含有量）を５以下に規定し、更に好ましくは３以下に規定することにより、アルマイト後の表面品質に優れた熱間仕上げ厚板を得られる。

その他の元素については、通常使用される５０００系アルミ合金に含まれる量であれば色調の不均一については影響はない。例えば、０．１５％≦Ｃｒ≦０．３５％、０．０５％≦Ｍｎ≦０．２０％としても良い。また地金に含まれるＦｅはＦｅ≦０．３０％であれば問題無い。

上述した組織にて、均熱化処理した上記鋳塊を複数パスで熱間圧延する。均熱条件は４５０〜５５０℃で０．５〜１２時間行うことが望ましい。熱間圧延するにあたっては、特に規制を設けないが圧延率は１０％以上が望ましい。

以下、本発明について具体的な実施例について説明する。
本発明者らが具体的に採用した合金の組成は次の表１に示すごとくである。

半連続鋳造法により上記の組成の鋳塊を作成し、該鋳塊の表面を厚さ１５ｍｍ面削除去後、昇温速度１２０℃／時間で加熱し、５００℃±１０℃に１２時間保持して均熱化処理をし、その後熱間圧延を開始した。熱間圧延は７パスとし、最終熱間圧延で１２ｍｍに圧延しコイル巻きした。ロールの出側板温度で３４０℃であった。これらの熱間圧延にて得られた熱間仕上げ厚板を自熱にて再結晶させた。
これらの熱間仕上げ厚板を、下記の条件にてアルマイト処理を行った。
苛性エッチング（エッチング量３０μ）→硝酸によるデスマット→アルマイト
アルマイト浴：１５％Ｈ_２ＳＯ_４
温度：５℃
電流密度：３Ａ／ｄｍ^２
膜厚：１０μｍ
なお、アルマイト評価として、圧延表面をアルマイトしたもの、表面より３ｍｍ切削後にアルマイトしたものについて行い、目視による筋、斑模様の発生の有無、ストリンガー発生の有無を観察し、◎：筋模様発生なし、○：筋模様発生ほとんどなし、△：筋模様若干発生、×：筋模様多く発生の４段階で評価した。
また熱間仕上げ厚板の強度について評価を行った。
その結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例はいずれもアルマイト表面の不具合が見られず、強度も十分に満足している。
これに対し、比較例７ではＳｉ添加量が多いため鋳造時の初晶が多くなり、熱間仕上げ厚板になっても板中に残り、それが切削によって表面に露出して、アルマイトにおける筋模様を発生させた。
また比較例８では、Ｔｉ添加量が少なすぎたため、鋳造組織が微細化せず、筋模様を発生させた。
一方、比較例９では、Ｔｉ添加量が多すぎたことから、切削後の表面にストリンガーが生じた。
比較例１０では、Ｓｉ添加量とＴｉ添加量は本発明の範囲内だったが、Ｓｉ添加量とＴｉ添加量の比が本発明の範囲より大きかったため、アルマイトにおける筋模様を発生させた。
また、比較例１１ではＭｇの含有量が少なすぎたため、アルマイトの筋模様は発生しなかったが、強度が１２５ＭＰａと少なく、実製品として使用するには強度が不足している。
以上のように、本発明の厚板は筋模様などの表面欠陥も無く、また強度も充分にあって、精密加工品を製作するのに好適である。

Claims

０．０４％（ｍａｓｓ％、以下同じ）≦Ｓｉ≦０．５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１０％、１．５％≦Ｍｇ≦３．０％を含み、残部が不純物及びＡｌであり、且つ、Ｓｉ含有量とＴｉの含有量の比が（Ｓi含有量）／（Ｔｉ含有量）≦５以下であることを特徴とする筋状模様の少ないアルマイト処理用アルミニウム合金熱間仕上げ厚板。
請求項１記載のアルミニウム合金熱間仕上げ厚板を切削加工した後、アルマイト処理を行うことを特徴とする筋状模様の少ないアルミニウム合金部品の製造方法。