JP2006297421A - Method for manufacturing aluminum, magnesium, or these alloy material for forging - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法に関する。詳しくは、再結晶粒径が１００μｍ以下であり、再結晶温度以下の鍛造加工に優れた、再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法に係るものである。 The present invention relates to a method for producing forging aluminum or magnesium having a recrystallization temperature or lower or an alloy material thereof. Specifically, the present invention relates to a method for producing aluminum or magnesium for forging at or below the recrystallization temperature, or an alloy material thereof excellent in forging at a recrystallization grain size of 100 μm or less and below the recrystallization temperature.
従来の再結晶温度以下の鍛造加工用に使用される金属素材の製造方法としては、半連続竪型鋳造装置によって製造された鋳塊を金属素材としたり、その鋳塊外周面を切削加工して所定の形状としたりする「方式Ａ」が一般的に用いられており、また、半連続竪型鋳造装置によって製造された鋳塊を押出し加工により所定の形状とする「方式Ｂ」や、同じく半連続竪型鋳造装置によって製造された鋳塊を圧延加工した材料を打ち抜き、所定の形状とする「方式Ｃ」も使用される。更に、特許文献１には、超微細結晶粒を有するアルミニウムもしくはその合金材の製造方法として、鋳塊を再結晶温度以下に加熱し、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に繰返し温間鍛造し超微細結晶粒組織を得る方法、いわゆる「方式Ｄ」が記載されている。 As a manufacturing method of a metal material used for forging processing below the conventional recrystallization temperature, an ingot manufactured by a semi-continuous vertical casting apparatus is used as a metal material, or the outer peripheral surface of the ingot is cut. “Method A”, which has a predetermined shape, is generally used, and “Method B”, in which an ingot produced by a semi-continuous vertical casting apparatus is formed into a predetermined shape by extrusion, “Method C” is also used in which a material obtained by rolling an ingot produced by a continuous vertical casting apparatus is punched to have a predetermined shape. Furthermore, in Patent Document 1, as a method for producing aluminum having ultrafine crystal grains or an alloy material thereof, the ingot is heated to a recrystallization temperature or lower and repeatedly forged in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. A method for obtaining an ultrafine crystal grain structure, so-called “method D” is described.
しかしながら、従来の再結晶温度以下の鍛造加工用の金属素材を製造する場合、「方式Ａ」では鋳塊を製造する際、外周部のみからの冷却であり鋳塊断面中の凝固速度にバラツキが発生する。そのため、再結晶粒サイズが均一とならず、再結晶粒径も１００μｍを超える。また、鋳塊外周部を切削加工する方法は、生産性が落ち、材料歩留りも悪い。尚、何れの方法とも半連続竪型鋳造装置の鋳塊を使用するため、金属素材の長さが１０ｍ以下となり、数十ｍの長尺素材の製造は出来ない。 However, when producing a metal material for forging processing at a conventional recrystallization temperature or lower, in “Method A”, when producing an ingot, cooling is performed only from the outer periphery, and the solidification rate in the ingot cross section varies. appear. For this reason, the recrystallized grain size is not uniform and the recrystallized grain size exceeds 100 μm. Further, the method of cutting the outer periphery of the ingot lowers the productivity and the material yield. In any method, since the ingot of the semi-continuous vertical casting apparatus is used, the length of the metal material is 10 m or less, and a long material of several tens of meters cannot be manufactured.
また、「方式Ｂ」では、押出し加工を用いるため、再結晶粒が押出し方向に平行な線状結晶粒となり、鍛造時の均一なメタルフローを阻害されやすい。更に、押出し加工が金属素材の再結晶温度以上で実施されるため、再結晶粒径が１００μｍよりも大きくなり細かくならない。また、押出し加工を用いるため、鋳塊長さよりも長尺素材の製造も可能であるが、１００ｍを超えるような金属素材の連続製造は出来ない。 In addition, since “method B” uses extrusion processing, the recrystallized grains become linear crystal grains parallel to the extrusion direction, and the uniform metal flow during forging is likely to be hindered. Furthermore, since the extrusion process is performed at a temperature higher than the recrystallization temperature of the metal material, the recrystallized grain size is larger than 100 μm and does not become fine. In addition, since the extrusion process is used, it is possible to manufacture a material longer than the ingot length, but it is impossible to continuously manufacture a metal material exceeding 100 m.
更に、「方式Ｃ」では、圧延加工を用いるため、押出し加工の場合と同様に、再結晶粒が線状結晶粒となり、鍛造時の均一なメタルフローを阻害されやすい。更に、金属素材が打ち抜き材であるため、タブレット状の素材となり長尺素材の連続製造は出来ない。また、圧延材を打ち抜くため生産性も悪く、製造工程も煩雑となる。 Furthermore, since “rolling” is used in “Method C”, the recrystallized grains become linear crystal grains as in the case of extrusion, and uniform metal flow during forging is likely to be hindered. Furthermore, since the metal material is a punched material, it becomes a tablet-like material and continuous production of a long material cannot be performed. Moreover, since the rolled material is punched, productivity is poor and the manufacturing process becomes complicated.
また、「方式Ｄ」では、微細再結晶粒組織を得ることは可能であるが、３軸方向への温間鍛造法であるため、長尺製品の製造が難しい。更に、生産性も悪く、製造工程も煩雑となる。 In “Method D”, it is possible to obtain a fine recrystallized grain structure, but since it is a warm forging method in the triaxial direction, it is difficult to manufacture a long product. Further, the productivity is poor and the manufacturing process becomes complicated.
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、簡略な工程によって、再結晶粒径が１００μｍ以下であり、再結晶温度以下の鍛造加工に優れた、再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材を製造することができる方法を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above points, and by a simple process, the recrystallization grain size is 100 μm or less, and is excellent in forging processing below the recrystallization temperature, and the forging processing below the recrystallization temperature. It is an object of the present invention to provide a method capable of producing aluminum or magnesium for alloy or an alloy material thereof.
上記の目的を達成するために、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法は、断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊へ、相当歪みεＮが０．１５以上の高剪断歪みを付与し、再結晶温度以下の所定の温度まで０．５℃／分以上の昇温速度で加熱し、前記所定の温度を２４時間以下の時間保持して、再結晶粒径を１００μｍ以下とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof having a recrystallization temperature equal to or lower than the recrystallization temperature of the present invention is an aluminum having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or higher and lower than the melting temperature Alternatively, magnesium or an alloy ingot thereof is imparted with a high shear strain having an equivalent strain ε N of 0.15 or more, and heated to a predetermined temperature not higher than the recrystallization temperature at a heating rate of 0.5 ° C./min or higher. The predetermined temperature is maintained for 24 hours or less to make the recrystallized grain size 100 μm or less.
なお、相当歪みεＮは（１）式で定義した。
εＮ＝２Ｎ／√３（１／tan(Φ／２＋Ψ／２)＋
Ψ／２（１／sin(Φ／２＋Ψ／２)） …（１）
ここでのＮは剪断付与回数を示し、Φは図１に示すように剪断付与（折り曲げ）における内角（剪断角度）であり、Ψは図１に示すように剪断付与における金型弧部の角度を示す。
The equivalent strain ε N was defined by the equation (1).
ε N = 2N / √3 (1 / tan (Φ / 2 + Ψ / 2) +
Ψ / 2 (1 / sin (Φ / 2 + Ψ / 2)) (1)
Here, N represents the number of times of applying shear, Φ is an internal angle (shear angle) in applying shear (bending) as shown in FIG. 1, and Ψ is an angle of the mold arc part in applying shear as shown in FIG. Indicates.
また、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法では、前記高剪断歪みの付与は、側方押出し法を用い、鋳塊挿入口と鋳塊出口とが形成された金型内に前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を前記鋳塊挿入口から加圧して挿入する加圧法、前記金型内に前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を前記鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に前記鋳塊挿入口における加圧荷重よりも小さい荷重を前記鋳塊出口において鋳塊に付与する加圧法、前記鋳塊出口から前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を引き抜く引き抜き法、前記金型内に前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を前記鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ加圧法、前記金型内に前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を前記鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に前記鋳塊挿入口における加圧荷重よりも小さい荷重を前記鋳塊出口において鋳塊に付与し断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ加圧法、及び断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ前記鋳塊出口から前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を引き抜く引き抜き法から選ばれる方法によって行なわれると共に、前記鋳塊出口における合金材通過速度が１０，０００ｍｍ／秒以下とすることができる。 Further, in the method for producing forging aluminum or magnesium or alloy material thereof for recrystallization below the recrystallization temperature of the present invention, the application of the high shear strain uses a side extrusion method, and an ingot insertion port, an ingot outlet, A pressurizing method in which the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is inserted into the mold formed with pressure from the ingot insertion port, and the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is inserted into the mold. A pressurizing method in which a pressure smaller than the pressure load at the ingot insertion port is applied to the ingot at the ingot outlet while being pressurized and inserted from the ingot insertion port, the aluminum or magnesium from the ingot outlet, or these Drawing method for drawing alloy ingot, aluminum or magnesium in the mold or alloy ingot thereof A pressurizing method including a step of pressurizing and inserting the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%, and the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is placed in the mold. A process of pressing and inserting the ingot from the ingot insertion port and applying a load smaller than the pressurizing load at the ingot insertion port to the ingot at the ingot outlet so as to reduce the cross-section reduction rate to less than 30%. And a method selected from a drawing method in which the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is drawn out from the ingot outlet, which includes a step of squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%. In addition, the alloy material passing speed at the ingot outlet can be set to 10,000 mm / second or less.
更に、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法では、前記高剪断歪みの付与が、内角５°以上１８０°未満の剪断角度Φで前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を折り曲げることによって行なうことができる。 Furthermore, in the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof for recrystallization below the recrystallization temperature according to the present invention, the high shear strain is applied at a shear angle Φ of 5 ° or more and less than 180 °. Or it can carry out by bending these alloy ingots.
また、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法では、内角５°以上１８０°未満の剪断角度Φで前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を曲げた後、更に５°以上１８０°未満の折り曲げ角度Ｘで折り曲げることがきできる。 In the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof at a recrystallization temperature or lower according to the present invention, the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is bent at a shear angle Φ of not less than 5 ° and less than 180 °. After that, it can be bent at a bending angle X of 5 ° or more and less than 180 °.
また、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法では、前記金型の硬さは２５ＨＲＣ以上であり、前記金型の前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊との接触部は０．５以下の摩擦係数μを有しており、前記金型の温度は前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の再結晶温度以下とすることができる。 Further, in the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof at a recrystallization temperature or lower according to the present invention, the mold has a hardness of 25 H R C or more, and the aluminum or magnesium of the mold or these The contact portion with the alloy ingot has a friction coefficient μ of 0.5 or less, and the temperature of the mold can be made not more than the recrystallization temperature of the aluminum or magnesium or the alloy ingot.
なお、摩擦係数μは（２）式で定義した。
μ＝Ｆ／Ｎ …（２）
ここでのＦは摩擦力を示し、Ｎは垂直抗力を示す。
The coefficient of friction μ was defined by equation (2).
μ = F / N (2)
Here, F represents a frictional force, and N represents a normal drag.
また、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法では、前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を連続的に製造し、前記高剪断歪みを連続的に付与することができる。 Further, in the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof for a forging process at a recrystallization temperature or lower according to the present invention, the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is continuously produced, and the high shear strain is continuously produced. Can be granted.
本発明に係る製造方法によって、再結晶粒径が１００μｍ以下である、再結晶温度以下の鍛造加工に優れた、鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材を得ることができる。 By the production method according to the present invention, it is possible to obtain aluminum or magnesium for forging or an alloy material thereof excellent in forging at a recrystallization grain size of 100 μm or less and below the recrystallization temperature.
以下、本発明の実施の形態について図面も参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
本発明は、再結晶温度以下の鍛造加工において非常に優れた特性が得られる、鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法を規定したものである。本発明者らの鋭意研究の結果、アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊に高剪断歪みを付与し、次ぎに適正な昇温速度、保持時間、保持温度を選択して熱処理を行なうことによって、微細再結晶粒組織を有する合金素材が得られることが判明した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings to provide an understanding of the present invention.
The present invention stipulates a method for producing aluminum or magnesium for forging or an alloy material thereof, which can provide very excellent characteristics in forging at a recrystallization temperature or lower. As a result of intensive studies by the present inventors, high shear strain is imparted to aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof, and then an appropriate heating rate, holding time, and holding temperature are selected and subjected to heat treatment, It has been found that an alloy material having a fine recrystallized grain structure can be obtained.
再結晶粒径が１００μmを越えると、再結晶温度以下の鍛造加工時に製品の割れや、製品表面に凹凸が発生し外観を著しく損なうため、再結晶粒径が１００μｍ以下の均一微細であることが必要であるが、特に３０μm以下が望ましい。また、これらの効果は高剪断歪みの付与によって得られるものであるから、アルミニウムまたはマグネシウムの合金組成や不純物の種類に関わらず上記効果を得ることができる。アルミニウムの場合は、主要添加元素または微量添加元素、不純物は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｐ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ等である。また、マグネシウムの場合は、主要添加元素または微量添加元素、不純物は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｐ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ等である。 If the recrystallized grain size exceeds 100 μm, cracks in the product during forging processing below the recrystallization temperature and irregularities on the product surface occur and the appearance is remarkably impaired. Therefore, the recrystallized grain size may be uniform and fine with 100 μm or less. Although it is necessary, 30 μm or less is particularly desirable. In addition, since these effects are obtained by applying a high shear strain, the above effects can be obtained regardless of the alloy composition of aluminum or magnesium and the kind of impurities. In the case of aluminum, main additive element or trace additive element, impurities are Cu, Mn, Si, Mg, Zn, Li, Fe, N, F, Na, P, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, La, Ce, Tl, Pb, Bi, and the like. In the case of magnesium, the main additive element or trace additive element, impurities are Cu, Mn, Si, Al, Zn, Li, Fe, N, F, Na, P, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, La, Ce, Tl, Pb, Bi, and the like.
また、アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の断面積が５ｍｍ２未満の場合、鋳塊の内部欠陥や酸化物の混入などにより、健全な鋳塊を製造することが出来ないため、鋳塊の断面積は５ｍｍ２以上とした。 In addition, when the cross-sectional area of aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is less than 5 mm 2 , a sound ingot cannot be produced due to internal defects in the ingot or contamination of oxides. The cross-sectional area was 5 mm 2 or more.
また、高剪断歪みの付与する際の、アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の温度を０℃以上溶融温度以下とした限定理由は、温度が０℃未満となると冷却炉などの設備や高剪断歪み導入による発熱を防ぐ設備などが必要となるため、作業工程が煩雑となり、設備も大がかりなものとなる。また、溶融温度を越えると、高剪断歪みを付与する事が難しく、微細な再結晶粒組織が得られないため、アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の温度は、０℃以上溶融温度未満とし、特に、再結晶温度以下が好ましい。 Moreover, the reason for limiting the temperature of aluminum or magnesium or an ingot of these alloys to 0 ° C. or higher and the melting temperature or lower when applying high shear strain is that if the temperature falls below 0 ° C., equipment such as a cooling furnace or high shear Since equipment for preventing heat generation due to the introduction of strain is required, the work process becomes complicated and the equipment becomes large. In addition, when the melting temperature is exceeded, it is difficult to impart high shear strain, and a fine recrystallized grain structure cannot be obtained. Therefore, the temperature of aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is set to 0 ° C. or higher and lower than the melting temperature. In particular, the recrystallization temperature or lower is preferable.
また、高剪断歪みによる相当歪みεＮが０．１５未満の場合、１００μｍ以下の微細再結晶粒組織が得られず、更に、高剪断歪み付与後の金属素材断面中の結晶粒組織が不均一となり、再結晶温度以下の鍛造加工用素材としては適さないものとなるため、相当歪みεＮは０．１５以上とし、特に０．４５以上で１以下の範囲が好ましい。 In addition, when the equivalent strain ε N due to high shear strain is less than 0.15, a fine recrystallized grain structure of 100 μm or less cannot be obtained, and the crystal grain structure in the cross section of the metal material after imparting high shear strain is not uniform. Therefore, the equivalent strain ε N is set to 0.15 or more, and more preferably 0.45 or more and 1 or less.
高剪断歪みにより０．１５以上の相当歪みεＮを付与したアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊に、０．５℃／分未満の昇温速度で再結晶温度を超える熱処理を施すと、再結晶粒が粗大で不均一となる。更に、保持時間が２４時間を越えても、再結晶粒が粗大化する。そのため、本発明では、再結晶温度以下の所定の温度まで０．５℃／分以上の昇温速度で加熱し、所定の温度を２４時間以下の時間保持することとした。 0.15 or more equivalent strain ε aluminum or magnesium imparted with N or an alloy ingot by high shear strain, when subjected to heat treatment in excess of the recrystallization temperature at a heating rate of less than 0.5 ° C. / min, re The crystal grains are coarse and non-uniform. Furthermore, even if the holding time exceeds 24 hours, the recrystallized grains become coarse. Therefore, in this invention, it heated to the predetermined temperature below recrystallization temperature at the temperature increase rate of 0.5 degree-C / min or more, and decided to hold | maintain predetermined temperature for 24 hours or less.
高剪断歪みを付与する方法としては、断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊に、側方押出し法によって０．１５以上の相当歪みεＮを付与する。その方法として、鋳塊挿入口と鋳塊出口とが形成された金型内に断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を鋳塊挿入口から加圧して挿入する加圧法や、鋳塊出口から断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を引き抜く引き抜き法は、装置が簡易的なものでよく、好ましい。 As a method for imparting a high shear strain, an equivalent strain ε of 0.15 or more is obtained by lateral extrusion method on aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature, or an alloy ingot thereof. N is given. As the method, aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or higher and lower than the melting temperature is inserted into the mold in which the ingot insertion port and the ingot outlet are formed. The apparatus is simple for the pressurizing method in which pressure is inserted through the mouth and the pulling method for pulling out aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more from the ingot outlet and a temperature of 0 ° C. or higher and lower than the melting temperature, or an alloy ingot thereof What is necessary is preferable.
また、高剪断歪みを付与する方法としては、断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊に、側方押出し法によって０．１５以上の相当歪みεＮを付与する。その方法として、側方押出し方法を用いて、鋳塊挿入口と鋳塊出口とが形成された金型内に断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に鋳塊挿入口における加圧荷重よりも小さい荷重を鋳塊出口において鋳塊に付与する加圧法の場合、高剪断歪み付与の解放部がなくなり、更に圧縮工程の作用も加わるため、材料の断面中に均一な高剪断歪みが付与され、高剪断歪み付与後の素材変形も小さい金属材料を得ることが出来る。 Moreover, as a method for imparting high shear strain, a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature of aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is equivalent to 0.15 or more by a side extrusion method. to impart a strain ε N. As the method, using a side extrusion method, aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature in the mold in which the ingot insertion port and the ingot exit are formed, or these In the case of the pressurization method in which the alloy ingot is pressed and inserted from the ingot insertion port and a load smaller than the pressurizing load at the ingot insertion port is applied to the ingot at the ingot outlet, the release portion to which high shear strain is applied In addition, since the action of the compression process is added, a uniform high shear strain is imparted in the cross section of the material, and a metal material with small deformation of the material after imparting the high shear strain can be obtained.
更に、高剪断歪みを付与する方法としては、断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊に、側方押出し法によって０．１５以上の相当歪みεＮを付与する。その方法として、側方押出し方法を用いて、鋳塊挿入口と鋳塊出口とが形成された金型内に断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ加圧法、鋳塊挿入口と鋳塊出口とが形成された金型内に断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を鋳塊挿入口から加圧して挿入すると共に鋳塊挿入口における加圧荷重よりも小さい荷重を鋳塊出口において鋳塊に付与し断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ加圧法、及び断面減少率が３０％未満となるよう鋳塊を絞る工程を含んだ鋳塊出口から断面積５ｍｍ２以上であり温度が０℃以上溶融温度未満のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を引き抜く引き抜き法も挙げられる。３０％未満の絞り工程を含むと、低い相当歪みεＮの場合でも金属素材断面中へ均等に高剪断歪みが付与される。しかし、断面減少率が３０％以上となると、高剪断歪み付与時に、加圧法では非常に大きな挿入荷重が必要となり、高剪断歪み付与後の素材の表面品質も粗悪なものとなり、また、引き抜き法では、抵抗が大きくなり材料中に破断が起こる。そのため、断面減少率は３０％未満とした。なお、ここでの断面減少率（％）は「１００−（高剪断歪み付与後の断面積÷鋳塊断面積）×１００」と定義した。更に、金型出口における金属通過速度が１００００ｍｍ／秒を越えると、高剪断歪みの付与が不均一となる場合や、素材への内部割れや破断が発生するため、金型出口における合金材通過速度が１０，０００ｍｍ／秒以下とした。 Furthermore, as a method of imparting high shear strain, a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature of aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is equivalent to 0.15 or more by lateral extrusion. to impart a strain ε N. As the method, using a side extrusion method, aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature in the mold in which the ingot insertion port and the ingot exit are formed, or these A pressure method including a step of squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%, an ingot insertion port, and an ingot outlet were formed. Aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature is inserted into the mold by pressing from the ingot insertion port, and from the pressurizing load at the ingot insertion port Pressurization method including a step of applying a small load to the ingot at the ingot outlet and squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%, and a step of squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30% Including It is from ingot outlet cross-sectional area 5 mm 2 or more temperature 0 ℃ than aluminum or magnesium below the melting temperature or drawing method of pulling these alloy ingot may be mentioned. When containing less than 30% of the drawing process, a low equivalent strain ε equally high shear strain to the metallic material cross section in any case N is applied. However, when the cross-section reduction rate is 30% or more, when applying high shear strain, a very large insertion load is required in the pressurization method, and the surface quality of the material after high shear strain is imparted becomes poor. Then, resistance increases and fracture occurs in the material. Therefore, the cross-sectional reduction rate is set to less than 30%. The cross-sectional reduction rate (%) here was defined as “100− (cross-sectional area after applying high shear strain / ingot cross-sectional area) × 100”. Furthermore, if the metal passage speed at the mold outlet exceeds 10,000 mm / sec, the application of high shear strain may be uneven, or internal cracks and fractures may occur in the material. Of 10,000 mm / second or less.
次ぎに側方押出し方法で使用する金型について図１を参照して説明する。図１は本発明を適用した製造方法において、高剪断歪みを付与する一態様を示す概略図であり、側方押出し用金型１の上部から、側方押出し用金型内のアルミニウムもしくはマグネシウムの合金鋳塊３をポンチ２で加圧方向４へ加圧し、側方押出し用金型の側面から出す。この場合、合金鋳塊３が通る金型内の通路は２段階で折れ曲がっており、即ち剪断付与回数は２回であり、これにより、合金鋳塊に高剪断歪みが付与される。
Next, the metal mold | die used with the side extrusion method is demonstrated with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment for imparting high shear strain in a production method to which the present invention is applied. From the upper part of a side extrusion mold 1, aluminum or magnesium in the side extrusion mold is shown. The
ここで、側方押出しの内角（剪断角度Φ）が５°以上の場合は金属素材断面に均一な高剪断歪みを付与することができ、１８０°未満の場合では、金属素材の内部割れや破断を抑制することができるため、内角（剪断角度Φ）は５°以上１８０°未満が好ましい。また、内角（剪断角度Φ）５°以上１８０°未満でアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を折り曲げた後に、更に、５°以上１８０未満の折り曲げ角度Ｘでアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を折り曲げると、低い相当歪み数εＮの場合でも金属素材断面中に均等な高剪断歪みが付与され、更に、高剪断歪み付与後の金属素材変形も小さい合金材を得ることが出来る。 Here, when the internal angle (shear angle Φ) of the side extrusion is 5 ° or more, uniform high shear strain can be imparted to the cross section of the metal material. Therefore, the inner angle (shear angle Φ) is preferably 5 ° or more and less than 180 °. In addition, after aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is bent at an internal angle (shear angle Φ) of 5 ° or more and less than 180 °, aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is further bent at a bending angle X of 5 ° or more and less than 180. when folding the lower height equivalent shear strain equivalent to the metal material cross section, even if the strain number epsilon N is given, furthermore, after high shear distortion imparting metallic material deformation can be obtained even small alloy material.
また、側方押出し方法に使用する金型の硬さが２５ＨＲＣ以上の場合、側方押出し時に金型の強度が充分であり、金型が破断したり、キズが発生したりすることを抑制できる。また、金型の硬さが２５ＨＲＣ以上であれば、金型の強度を増すために肉厚を厚くする必要もなく、その結果小型の金型を用いることができる、押出し装置を小型化できる。そのため、金型硬さは２５ＨＲＣ以上が好ましく、特に５０ＨＲＣ以上が好ましい。 Further, if the hardness of the mold used to the side extrusion process is more 25H R C, the strength of the mold during the lateral extrusion is sufficient, or broken die, that flaw or generated Can be suppressed. Further, if the hardness of the mold 25H R C or higher, there is no need to thicken the wall thickness in order to increase the strength of the mold can be used resulting small mold, compact the extrusion apparatus it can. Therefore, mold hardness is preferably equal to or greater than 25H R C, especially 50H or R C is preferred.
また、金型と鋳塊との接触部の摩擦係数μが０．５以下であれば、鋳塊の押出し時に鋳塊が破断したり、金型への鋳塊材質の凝着により金属素材表面への表面損傷が発生したりすることを抑制できるため、摩擦係数μは０．５以下が好ましく、特に０．２以下が望ましい。 In addition, if the friction coefficient μ of the contact portion between the mold and the ingot is 0.5 or less, the ingot is broken when the ingot is extruded, or the surface of the metal material is adhered by the adhesion of the ingot material to the mold. Therefore, the coefficient of friction μ is preferably 0.5 or less, and particularly preferably 0.2 or less.
更に、金型温度がアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の再結晶温度以下であれば、再結晶粒が微細で均一であり、更に、金型への鋳塊材質の凝着も起こりにくくなる。そのため、金型温度はアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の再結晶温度以下であることが好ましい。 Furthermore, if the mold temperature is equal to or lower than the recrystallization temperature of aluminum, magnesium, or an alloy ingot thereof, the recrystallized grains are fine and uniform, and the ingot material is less likely to adhere to the mold. . Therefore, the mold temperature is preferably lower than the recrystallization temperature of aluminum, magnesium, or an alloy ingot thereof.
側方押出し方法は図１に示すような方法であり、現実的に加工できる鋳塊の長さが２００ｍｍ程度のものに限定されるため、生産性も悪く、長尺品の連続製造が出来ない。そこで、図２に示すように、分配器９内の溶湯８から鋳造ロール鋳型５によってアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊（合金鋳塊３）を連続的に製造し、そして鋳塊挿入用ロール６によって合金鋳塊３を側方押出し用金型１に挿入し、高剪断歪みを連続的に付与して合金材１０と成し、合金材引き抜き用ロール７によって合金材１０を側方押出し用金型１から引き抜くことで、生産性の高い長尺品のアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造を可能とした。図２は本発明を適用した製造方法において、アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊を連続的に鋳造し、これに高剪断歪みを連続的に付与する一態様を示す概略図である。
The side extrusion method is a method as shown in FIG. 1, and since the length of the ingot that can be practically processed is limited to about 200 mm, the productivity is poor and continuous production of long products is not possible. . Therefore, as shown in FIG. 2, aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof (alloy ingot 3) is continuously produced from the molten metal 8 in the distributor 9 by the casting roll mold 5, and the ingot inserting roll The
次ぎに、本発明の再結晶温度以下の鍛造加工に優れた鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法の具体的実施例について詳述するが、本発明は下記の実施例に限定されるものでないことはもとよりである。 Next, specific examples of the method for producing forging aluminum or magnesium or an alloy material thereof excellent in the forging process below the recrystallization temperature of the present invention will be described in detail, but the present invention is limited to the following examples. Not to be done.
Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉがそれぞれ表１に示される組成となるように溶湯を調整し、アルミニウム合金鋳塊を製造した。残部はアルミニウムである。 The molten metal was adjusted so that Cu, Si, Mg, Cr, Fe, Mn, and Ti each had the composition shown in Table 1, and an aluminum alloy ingot was manufactured. The balance is aluminum.
各元素をそれぞれ表２に示される組成となるように溶湯を調整し、マグネシウム合金鋳塊を製造した。残部はマグネシウムである。 The molten metal was adjusted so that each element had the composition shown in Table 2 to produce a magnesium alloy ingot. The balance is magnesium.
上記表１と表２に示すアルミニウム合金鋳塊とマグネシウム合金鋳塊を用いて、表３に示す条件でアルミニウム合金素材とマグネシウム合金素材を製造した。表３中、「比」は本発明の請求項から外れる条件を示す比較例であり、「実」は本発明の範囲内の条件を示す実施例である。 Using the aluminum alloy ingot and the magnesium alloy ingot shown in Table 1 and Table 2, an aluminum alloy material and a magnesium alloy material were manufactured under the conditions shown in Table 3. In Table 3, “ratio” is a comparative example showing conditions deviating from the claims of the present invention, and “real” is an example showing conditions within the scope of the present invention.
上記表３に示す条件で製造された、アルミニウム合金素材とマグネシウム合金素材の評価結果を表４に示す。表４に示す評価結果のうち、高剪断歪み付与後の金型状態で、押出し時に金型が破断したり金型へ鋳塊素材の凝着が発生したりしたものを×とし、押出し時の金型状態に破断、凝着が認められなかったものを○で判定した。また高剪断付与後の金属素材状態で、素材の破断や素材表面凹凸が大きく、素材表面への表面損傷の発生が認められたものを×で判定した。素材の再結晶粒は、再結晶粒径が１００μｍを超えたり、結晶粒径が不均一であったりしたものを×とし、高剪断付与時に金型の破損や凝着、更に素材が破断したものは−とした。表４中、「比」は本発明の請求項から外れる条件を示す比較例であり、「実」は本発明の範囲内の条件を示す実施例である。 Table 4 shows the evaluation results of the aluminum alloy material and the magnesium alloy material manufactured under the conditions shown in Table 3 above. Among the evaluation results shown in Table 4, in the mold state after imparting high shear strain, the one in which the mold broke during extrusion or the ingot material adhered to the mold was evaluated as x, A sample in which no rupture or adhesion was observed in the mold state was judged as ○. Moreover, in the state of a metal material after imparting high shear, a material having a large fracture or material surface unevenness and occurrence of surface damage on the material surface was evaluated as x. Recrystallized grains of the material are those where the recrystallized grain size exceeds 100 μm or the crystal grain size is non-uniform. Is-. In Table 4, “ratio” is a comparative example showing conditions deviating from the claims of the present invention, and “real” is an example showing conditions within the scope of the present invention.
次ぎに、表３に示す条件で製造された合金素材の再結晶温度以下での鍛造評価について詳述するが、下記の実施例に限定されるものでないことはもとよりである。図３は常温での鍛造評価に用いた端面拘束圧縮鍛造試験法（冷間）の概略図である。端面拘束圧縮鍛造試験の試験方法は、直径１４ｍｍで長さ２１ｍｍの円柱形状に加工した合金素材１２を用い、常温にて実施し、浅い同心円溝を付けた上下耐圧板１１を取付け、所定の圧縮率まで無潤滑で一気にプレス加工することによって行なった。図４は２００℃〜再結晶温度以下での鍛造評価に用いた恒温後方押出し鍛造試験法（温間）の概略図である。恒温後方押出し鍛造試験の試験方法は、直径３３ｍｍで長さ２０ｍｍの円柱形状に加工した合金素材１２を用い、合金素材１２と鍛造用金型１３とを再結晶温度まで加熱して、ポンチ２にて合金素材１２を後方押出しすることによって行なった。
Next, although the forging evaluation below the recrystallization temperature of the alloy raw material manufactured on the conditions shown in Table 3 is explained in full detail, it is natural that it is not limited to the following Example. FIG. 3 is a schematic view of the end face constrained compression forging test method (cold) used for forging evaluation at room temperature. The test method for the end face constrained compression forging test is performed at room temperature using an
表３に示す条件で製造された合金素材の鍛造評価結果を表５に示す。表５に示す鍛造評価結果のうち、端面拘束圧縮鍛造（冷間）の鍛造限界率は、素材へ割れが発生した際の鍛造率を示す。なお、ここでの鍛造限界率（％）は、『（１−（鍛造後の素材長さ／鍛造前の素材長さ））×１００』とした。また、鍛造後の表面状態は、表面凹凸が激しいものを×とし、平滑なものを○とした。プレス荷重は、単位面積当たりの最大荷重を示した。また、恒温後方押出し鍛造（温間）の鍛造時間は、鍛造開始から鍛造完了までの時間を示し、プレス荷重は、単位面積当たりの最大荷重を示した。 Table 5 shows the results of forging evaluation of the alloy materials manufactured under the conditions shown in Table 3. Among the forging evaluation results shown in Table 5, the forging limit rate of end face-constrained compression forging (cold) indicates the forging rate when cracks occur in the material. The forging limit rate (%) here was “(1− (material length after forging / material length before forging)) × 100”. In addition, the surface state after forging was evaluated as “x” when the surface irregularities were severe, and “◯” when the surface was smooth. The press load showed the maximum load per unit area. Moreover, the forging time of constant temperature back extrusion forging (warm) showed the time from forging start to forging completion, and the press load showed the maximum load per unit area.
以上説明したように、本発明によれば従来の再結晶温度以下の鍛造加工用の金属素材と比べ、鍛造限界率の向上、鍛造後の素材表面の平滑化、プレス荷重の減少、鍛造時間の短縮化を達成することが出来る。また、プレス荷重が減少することが可能であるから、金型寿命の向上や省エネ化にも寄与する。更に、鍛造限界率が向上し、表面も平滑となることから、複雑な鍛造製品の製造も可能となる。また、得られる組織もアルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の組成に関わらず、微細再結晶粒組織となり、再結晶温度以下の鍛造加工用の優れた素材として使用が可能である。 As described above, according to the present invention, the forging limit rate is improved, the surface of the material after forging is smoothed, the press load is reduced, and the forging time is reduced as compared with a conventional metal material for forging at or below the recrystallization temperature. Shortening can be achieved. Moreover, since the press load can be reduced, it contributes to the improvement of die life and energy saving. Furthermore, since the forging limit rate is improved and the surface becomes smooth, it becomes possible to manufacture complex forged products. Further, the obtained structure is a fine recrystallized grain structure regardless of the composition of aluminum, magnesium, or an ingot of these alloys, and can be used as an excellent material for forging at a recrystallization temperature or lower.
１ 側方押出し用金型
２ ポンチ
３ 合金鋳塊
４ 加圧方向
５ 鋳造ロール鋳型
６ 鋳塊挿入用ロール
７ 合金材引き抜き用ロール
８ 溶湯
９ 分配器
１０ 合金材
１１ 耐圧板
１２ 合金素材
１３ 鍛造用金型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Side extrusion die 2
Claims (6)
再結晶温度以下の所定の温度まで０．５℃／分以上の昇温速度で加熱し、
前記所定の温度を２４時間以下の時間保持して、再結晶粒径を１００μｍ以下とする
再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 A high shear strain with an equivalent strain ε N of 0.15 or more is imparted to aluminum or magnesium having a cross-sectional area of 5 mm 2 or more and a temperature of 0 ° C. or more and less than the melting temperature, or an alloy ingot thereof,
Heat to a predetermined temperature below the recrystallization temperature at a heating rate of 0.5 ° C / min or more,
The predetermined temperature is maintained for 24 hours or less, and the recrystallized grain size is 100 μm or less. The method for producing aluminum or magnesium for forging or alloy materials thereof having a recrystallization temperature or less.
前記鋳塊出口における合金材通過速度が１０，０００ｍｍ／秒以下である
請求項１に記載の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 For imparting the high shear strain, a lateral extrusion method is used, and the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is added from the ingot insertion port into a mold in which the ingot insertion port and the ingot outlet are formed. A pressure method for pressing and inserting the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof into the mold by pressing from the ingot insertion port and a load smaller than the pressurizing load in the ingot insertion port; Pressurizing method applied to the ingot at the ingot outlet, drawing method for drawing out the aluminum or magnesium or alloy ingot thereof from the ingot outlet, and the aluminum or magnesium or alloy ingot in the mold. Pressurizing method including a step of pressurizing from the lump insertion port and squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%, the gold The aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is inserted into the ingot by pressing from the ingot insertion port, and a load smaller than the pressure load at the ingot insertion port is applied to the ingot at the ingot outlet. Pressurizing method including a step of squeezing the ingot so that the reduction rate is less than 30%, and aluminum or magnesium from the ingot outlet including a step of squeezing the ingot so that the cross-section reduction rate is less than 30%, or these Is performed by a method selected from the drawing method of drawing the alloy ingot of
The alloy material passing speed at the ingot outlet is 10,000 mm / second or less. The method for producing aluminum or magnesium for forging at a recrystallization temperature or lower or an alloy material thereof according to claim 1.
請求項１に記載の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 The high shear strain is imparted by bending the aluminum, magnesium, or an alloy ingot thereof at a shear angle Φ of 5 ° or more and less than 180 °. A method for producing aluminum or magnesium or an alloy material thereof.
請求項３に記載の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 The recrystallization temperature or less according to claim 3, wherein the aluminum or magnesium or alloy ingot thereof is bent at an inner angle of 5 ° or more and less than 180 °, and further bent at a bending angle X of 5 ° or more and less than 180 °. Of forging aluminum, magnesium, or an alloy material thereof.
前記金型と前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊との接触部は０．５以下の摩擦係数μを有しており、
前記金型の温度は前記アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金鋳塊の再結晶温度以下である
請求項２に記載の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 Hardness of the mold is at least 25H R C,
The contact portion between the mold and the aluminum or magnesium or alloy ingot thereof has a friction coefficient μ of 0.5 or less,
The method for producing aluminum or magnesium for forging processing or an alloy material thereof having a recrystallization temperature or lower according to claim 2, wherein the temperature of the mold is not higher than a recrystallization temperature of the aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof.
請求項１に記載の再結晶温度以下の鍛造加工用アルミニウムもしくはマグネシウムまたはこれらの合金素材の製造方法。 The aluminum or magnesium or an alloy ingot thereof is continuously produced, and the high shear strain is continuously applied. The aluminum or magnesium for forging process having a recrystallization temperature or lower according to claim 1 or an alloy material thereof. Production method.
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| JP2005119776A JP2006297421A (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Method for manufacturing aluminum, magnesium, or these alloy material for forging |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108103374A (en) * | 2018-02-05 | 2018-06-01 | 南通鑫祥锌业有限公司 | A kind of preparation method of magnesium Tin-zinc-aluminium titanium alloy ingot |
-
2005
- 2005-04-18 JP JP2005119776A patent/JP2006297421A/en active Pending
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