JP2011241449A

JP2011241449A - 高強度７０００系アルミニウム合金押出材

Info

Publication number: JP2011241449A
Application number: JP2010114766A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Yoshida; 朋夫吉田; Kenji Matsuda; 健二松田; Tsunemasa Kawabata; 常眞川畑; Jin Tokugawa; 仁徳川
Original assignee: Toyama University; Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Toyama University; Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-18
Also published as: JP5725492B2

Abstract

【課題】Ｔ_５処理にて高強度が得られる７０００系アルミニウム合金押出材の提供を目的とする。
【解決手段】質量％で、Ｍｇ：１．０〜２．５％，Ｚｎ：６〜７％，Ａｇ：０．５〜２．０％含有することを特徴とする
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の構造部材等に好適な７０００系の新規アルミニウム合金を用いた押出材に関する。

自動車等の分野では、車両の軽量化を図ることが燃費向上に寄与し、地球環境保護の観点からも近年、さらなる軽量化が要求されている。
その一方で、安全性の観点からは構造部材の高強度化が要求されている。
従来の高強度アルミニウム合金の代表例に、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系のＪＩＳ７０００系アルミニウム合金がある。
しかし、上記従来の７０００系アルミニウム合金では、近年の車両の軽量化ニーズと高剛性化のニーズに応えるだけの強度がなかった。
単に、Ｍｇ，Ｚｎなどの化学成分の添加量を増加させるだけでは、押出生産性の著しい低下により、車両の高剛性構造部材に必要な中空断面押出材の押出成形そのものが困難であったり、高コストの原因となった。
さらには、車両用構造部材に適用する際には、優れた耐応力腐食割れ性も要求される。

例えば、特許文献１には、以下全て質量％で、Ｚｎ：４〜５％，Ｍｇ：０．８〜１．７％，Ｃｕ：０．６〜１％及びこれらにＡｇ：０．５〜１％添加した高強度アルミニウム合金を開示する。
しかし、同公報に開示する高強度アルミニウム合金は圧延材としての使用を目的としているのみならずＴ_６処理をすることで高強度化を図ったものである。
ところが、水焼入れを有するＴ_６処理では材料に水素が取り込まれやすく、その結果として表面に応力腐食割れによる割れが発生する恐れがあった。

特開平５−３３９６７１号公報

本発明は、Ｔ_５処理にて高強度が得られる７０００系アルミニウム合金押出材の提供を目的とする。

本発明に係る７０００系アルミニウム合金押出材は、質量％で、Ｍｇ：１．０〜２．５％，Ｚｎ：６〜７％，Ａｇ：０．５〜２．０％含有することを特徴とする。
ここで、７０００系アルミニウム合金押出材とはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系又はＡＩ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系のアルミニウム合金に他の添加成分を加え、直接押出成形又は間接押出成形により生産された押出材をいう。
本発明にあっては、上記７０００系アルミニウム合金にＡｇ：０．５〜２．０％含まれていることを特徴とする。
Ｍｇ成分とＺｎ成分は、アルミニウム合金押出材の高強度化を図るのに必須な成分であり、合金組織中にはＭｇＺｎ_２として析出すると推定されている。
本発明にあっては、さらにＡｇ成分を添加することでＡｌＡｇＭｇの析出硬化を図ったものである。
よって、これらの析出量を考慮し、Ｍｇ：１．０〜２．５％，Ｚｎ：６〜７％，Ａｇ：０．５〜２．０％の範囲に設定した。
より具体的に説明すると、Ｍｇ成分が１．０％未満ではＴ_５処理にて充分な強度が得られなく、Ｍｇ成分が２．５％を超えると押出性が低下し、中空断面形状の押出材が得られ難くなる。
Ｚｎ成分は押出性の低下を抑えつつ、高強度化に寄与することからＺｎ成分を６％以上に設定し、上限を７％以下とした。
ここで、上限を７％に設定したのは７％を超えると耐応力腐食割れ性が低下し、車両の構造部材への範囲が困難になるからである。
Ａｇ成分は０．５％以上添加することで強度向上の効果が大きく出現し、Ａｇ成分を２０．％を超えて添加すると、Ｍｇに対して過剰になるからである。

本発明にあっては、Ｚｒ：０．０５〜０．２５％添加するとＡｌと結合し、微細な化合物を形成し、再結晶を抑制することで強度向上を図ることができる。
ここでＺｒ成分が０．２５％を超えると焼入れ感受性が強くなり、Ｔ_５処理で充分な強度が得られにくくなる。
なお、同様の効果を示す成分にＭｎ及びＣｒがあり、これを添加する場合にはＭｎ：０．０５〜０．２５％，Ｃｒ：０．０５〜０．２５％の範囲がよいが、Ｍｎ及びＣｒはＺｒよりも焼入れ感受性への影響が大きい。

本発明において、Ｓｉ：０．２〜１．０％添加してもよい。
ＳｉはＭｇ_２Ｓｉの析出により強度向上が期待される。
ただし、Ｓｉを１．０％を超えて添加すると押出成形後の空冷にて焼入れ感受性が強くなり過ぎ、逆に強度低下する恐れが高い。

本発明においても、Ｃｕ成分を０．１〜０．８％添加することでＡｌＣｕＭｇの析出による強度向上の期待ができるものの、押出性低下の原因になり、０．８％を超えると耐食性が低下するから、本発明にあってはＣｕ成分の添加をすることなく高強度化を図るのが好ましい。

本発明にあって、Ｔｉ成分及びＢ成分は必須でないが、押出成形用ビレットの鋳造組織を微細化する作用があり、添加する場合にはＴｉ：０．００５〜０．０５％，Ｂ：０．００１〜０．０１％の範囲である。
また、Ｆｅ成分は一般的に不純物として含まれ、押出材の靭性を悪化させるので、０．２％以下に抑えるのが好ましい。

本発明にあっては、７０００系アルミニウム合金にＡｇ成分又は／及びＳｉ成分を所定量添加することで、Ｔ_５処理にて高い強度が得られ、特にＡｇを添加することで０．２％耐力値４１０ＭＰａ以上の高強度が得られ、さらにＺｒ成分と組み合せると同耐力値４２０ＭＰａ以上の約４４０ＭＰａの強度が得られる。

アルミニウム合金組成と機械的性質の評価結果を示す。

図１の表、実施例１〜６及び比較例２１〜２３に示す化学成分のアルミニウム合金の溶湯を調整し、直径４８ｍｍの円柱ビレットを鋳造し、５００〜５４０℃の温度範囲にて均質化処理し、押出温度４５０〜５２０℃にて押出成形した。
押出直後はファン冷却し、その後に人工時効処理（Ｔ_５）した。
人工時効処理条件は５０〜１５０℃＋１５０〜２００℃の二段時効を施した。
このようにして得られた押出材の機械的性質の評価結果を図１の表に示す。
本発明に係る実施例１〜６において、実施例１はＳｉ：０．３３％添加した７０００系アルミニウム合金であり、これにより従来の比較例合金よりも強度が向上している。
実施例２はＳｉ：０．３３％，Ｚｒ：０．２０％添加した７０００系アルミニウム合金である。
実施例３，４は先の実施例１，２に対してさらにＣｕ：０．５６％添加したものであり、さらに強度が向上している。
特に実施例４はＺｒの添加効果が大きく出現している。
実施例５，６はＡｇ：０．９５％添加した７０００系アルミニウム合金であり、従来のＣｕ成分を添加することなく、Ｔ_５処理処理にて０．２％耐力値にて４１０ＭＰａ以上の高強度が得られている。
特に実施例６はＺｒ成分の効果も加わり、０．２％耐力値にて４４３ＭＰａの値が得られた。

Claims

質量％で、Ｍｇ：１．０〜２．５％，Ｚｎ：６〜７％，Ａｇ：０．５〜２．０％含有することを特徴とする７０００系アルミニウム合金押出材。
さらに、Ｚｒ：０．０５〜０．２５％含有することを特徴とする請求項１記載の７０００系アルミニウム合金押出材。
さらに、Ｓｉ：０．２〜１．０％含有することを特徴とする請求項１又は２記載の７０００系アルミニウム合金押出材。
さらに、Ｃｕ：０．１〜０．８％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の７０００系アルミニウム合金押出材。
質量％で、Ｍｇ：１．０〜２．５％，Ｚｎ：６〜７％，Ｓｉ：０．２〜１．０％含有することを特徴とする７０００系アルミニウム合金押出材。