JP2016027194A - アルミニウム合金圧延材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のアルミニウム合金圧延材は、Fe:0.7質量%以下に規制してもよい。
また、本発明のアルミニウム合金圧延材は、Zr:0.05〜0.15質量%を含有していてもよい。
一方、本発明のアルミニウム合金圧延材は、10〜300nmの大きさの分散粒子が、1μm3あたり600個以上含まれていてもよい。
また、本発明は、前記アルミニウム合金圧延材からなることを特徴とする自転車用部品も提供する。
また、本発明は、前記アルミニウム合金圧延材からなることを特徴とする自転車用部品に、更に陽極酸化処理を施すことを特徴とする陽極酸化自転車用部品も提供する。
Mgは、固溶強化によりアルミニウム合金圧延材の強度を高める作用効果がある。また、Mgには、溶体化処理及び人工時効処理後にSiと結び付いてMg−Si系析出物を形成することにより、アルミニウム合金圧延材の強度を高める作用効果もある。しかしながら、Mg含有量が0.6質量%未満の場合、それらの作用効果が十分に得られず、また、Mg含有量が1.4質量%を超えると、成形加工性が低下し、プレス加工において割れが発生する。よって、本実施形態のアルミニウム合金圧延材では、Mg含有量を0.6〜1.4質量%とする。Mg含有量の下限は、好ましくは0.8質量%である。Mg含有量の上限は、好ましくは1.1質量%である。
Siは、固溶強化と、溶体化処理及び人工時効処理後にMgと結び付いてMg−Si系析出物を形成することにより、アルミニウム合金圧延材の強度を高める作用効果を有する。しかしながら、Si含有量が0.3質量%未満の場合、その作用効果が十分に得られない。一方、Si含有量が1.0質量%を超えると、Al−Fe−Si系金属間化合物やAl−Fe−Mn−Si系金属間化合物などの粗大な金属間化合物が生成しやすくなる。このような粗大な金属間化合物は、成形時に割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金圧延材中にこれらが存在していると、プレス加工において割れが発生しやすくなる。よって、本実施形態のアルミニウム合金圧延材では、Si含有量を0.3〜1.0質量%とする。Si含有量の下限は、好ましくは0.5質量%である。
Cuは、固溶強化と、溶体化処理及び人工時効処理後にMg−Si系析出物の形成を促進させることにより、アルミニウム合金圧延材の強度を高める作用効果を有する。しかしながら、Cu含有量が0.1質量%未満の場合、その作用効果が十分に得られず、Cu含有量が0.5質量%を超えると、成形加工性が低下し、プレス加工において割れが発生しやすくなる。よって、本実施形態のアルミニウム合金圧延材では、Cu含有量を0.1〜0.5質量%とする。
Crは、アルミニウム合金圧延材の再結晶を抑制して強度を高めると共に、製造されるクランク部品のアルマイト処理後の外観を均一で良好なものにする作用効果がある。しかしながら、Cr含有量が0.02質量%未満の場合、その作用効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が0.4質量%を超えると、Al−Mg−Cr系金属間化合物などの粗大な金属間化合物が生成しやすくなる。このような粗大な金属間化合物は、成形時に割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金圧延材中にこれらが存在していると、プレス加工において割れが発生しやすくなる。また、溶体化処理時の焼入れ感受性が鋭くなって、時効処理後の強度が低下する。よって、本実施形態のアルミニウム合金圧延材では、Cr含有量を0.02〜0.4質量%とする。Cr含有量の下限は、好ましくは0.1質量%である。
Mnは、固溶強化によりアルミニウム合金圧延材の強度を高めると共に、製造されるクランク部品のアルマイト処理後の外観を均一で良好なものにする作用効果がある。しかしながら、Mn含有量が0.1質量%未満の場合、その作用効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が0.6質量%を超えると、Al−Fe−Mn系金属間化合物やAl−Fe−Mn−Si系金属間化合物などの粗大な金属間化合物が生成しやすくなる。このような粗大な金属間化合物は、成形時に割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金圧延材中にこれらが存在していると、プレス加工において割れが発生しやすくなる。また、溶体化処理時の焼入れ感受性が鋭くなって、時効処理後の強度が低下する。よって、本実施形態のアルミニウム合金圧延材では、Mn含有量を0.1〜0.6質量%とする。Mn含有量の下限は、好ましくは0.25質量%である。
Feは、Al−Fe−Mn系金属間化合物、Al−Fe−Si系金属間化合物及びAl−Fe−Mn−Si系金属間化合物などを形成し、特に、Fe含有量が0.7質量%を超えると、これらの金属間化合物が粗大化したり、多数形成されたりする傾向がある。粗大な金属間化合物は、成形時に割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金圧延材中にこれらが存在していると、プレス加工において割れが発生しやすくなる。よって、Fe含有量は0.7質量%以下に規制することが好ましい。
Zrは、アルミニウム合金圧延材の再結晶を抑制して強度を高めると共に、製造されるクランク部品のアルマイト処理後の外観を均一で良好なものにする作用効果があるため、必要に応じて添加することができる。しかしながら、Zr含有量が0.05質量%未満の場合、その作用効果が十分に得られない。一方、Zr含有量が0.15質量%を超えると、Al3Zrなどの粗大な金属間化合物が生成しやすくなる。アルミニウム合金圧延材中にこのような粗大な金属間化合物が存在していると、成形時に割れの起点となり、プレス加工において割れが発生しやすくなる。また、溶体化処理時の焼入れ感受性が鋭くなって、時効処理後の強度が低下する。よって、Zrを添加する場合は、その含有量を0.05〜0.15質量%の範囲にすることが好ましい。
更に、本実施形態のアルミニウム合金圧延材には、Tiを0.005〜0.2質量%の範囲で含有することができ、これにより鋳塊を微細化することができる。通常、Tiを添加する場合には、Ti:B=5:1の割合とした鋳塊微細化剤(Al−Ti−B)を溶湯に添加する。そのため、含有割合に応じたBも必然的に添加されることとなる。
前述した各成分以外の成分、即ち残部は、Al及び不可避的不純物である。本実施形態のアルミニウム合金圧延材における不可避的不純物としては、例えばZn、V、Ga、In、Sn、Sc、Ni、C、Na、Ca、Bi及びSrなどが挙げられる。これらの不可避的不純物は、それぞれ0.05質量%以下の含有であれば、本発明の効果を妨げるものではなく、許容される。
本実施形態のアルミニウム合金圧延材は、10〜300nmの大きさの分散粒子を1μm3あたり600個以上含有することが好ましく、700個以上含有することがより好ましい。また、前記分散粒子の上限は、好ましくは2000個/1μm3である。前述したように、クランク部品の製造において、アルマイト処理後に斑状の外観不良が発生する原因としては、溶体化処理時に一部部位で結晶粒組織の粗大化が生じることが挙げられる。この結晶粒組織の粗大化は、プレス加工によって導入された歪みが比較的に小さい部位で発生しやすく、この粗大化現象を抑制するには、微細な分散粒子が粒界移動を抑制する、いわゆるピン留め作用の利用が有効である。
本実施形態のアルミニウム合金圧延材は、例えば、以下に示す方法で製造することができる。先ず、前述した成分組成のアルミニウム合金を、溶解し、鋳造して、鋳塊を作製する。次に、この鋳塊に面削を施した後、500℃以上かつアルミニウム合金の融点未満の温度で、均質化熱処理する。その後、均質化熱処理された鋳塊を、熱間圧延して圧延材とする。
本実施形態のアルミニウム合金圧延材は、強度及びプレス加工性に優れ、自転車クランク用部品等の自転車用部品に用いることが好適である。当該自転車用部品は、例えば、プレス加工等を施すことによって製造することができる。
また、得られた自転車用部品に対して、陽極酸化処理を施すことにより、陽極酸化自転車用部品を製造してもよい。陽極酸化処理は特に限定されず、例えば、硫酸アルマイトを用いることができる。
先ず、下記表1に示す組成のアルミニウム合金を、溶解し、鋳造して鋳塊とした。次に、この鋳塊に面削を施した後、520℃にて4時間の均質化熱処理を施した。その後、均質化した鋳塊に、熱間圧延を施し、更に冷間圧延を施して、板厚2.0mmのアルミニウム合金板とした。また、冷間圧延後の圧延板を、380℃に加熱し、この温度に4時間保持する焼鈍を施して,評価用の板材(O材)とした。
実施例及び比較例の各評価用板材(O材)から、圧延方向が垂直方向となるように、JIS 5号試験片を切り出した。この試験片について、JIS Z2241(2011)に準じて、株式会社島津製作所(SHIMADZU CORPORATION)製床置形万能引張試験機AG−Iにて引張試験を行い、引張強さ(MPa)、0.2%耐力(MPa)および伸び(%)を測定した。その際、クロスヘッド速度は5mm/分とし、試験片が破断するまで一定の速度で行った。
実施例及び比較例の各評価用板材(O材)について、自転車用クランク部品のプレス加工設備を用いて加工試験し、その加工性を評価した。その結果、割れがなく成形可能であり、例えば加工品の角部の部位で肌荒れのような加工不具合がないものを「加工性が優れている」として合格(○)と評価し、割れが発生した又は肌荒れやくびれが発生したものを、「加工性が不良である」として不合格(×)とした。
自転車用クランク部品を製造する際は、強度を向上させるために、所定形状にプレス加工したものを溶体化処理した後、人工時効硬化処理する。そこで、本実施例では、プレス加工性評価において作製したプレス成形品を、520℃の温度に加熱し、その状態で1時間の保持した後、強制空冷し、更に170℃で8時間の人工時効処理を施した。時効処理後の成形品のできるだけ平坦な部位から、圧延垂直方向が長手方向となるようにJIS 5号の引張試験片を切り出した。
前述のプレス加工性評価において作製したプレス加工品に、前述の溶体化・時効処理後の強度評価において述べた条件にて溶体化処理及び時効処理を施した加工品を用いた。この加工品の表面を研摩仕上げし、更に硫酸アルマイト処理を施して、最終の製品(クランク部品)の外観とした。評価は、アルマイト表面外観が均一で良好であった場合を合格(○)とし、表面のところどころに斑が生じたり、均一にアルマイト皮膜が形成されずに欠陥となった場合を不合格(×)とした。
焼鈍してO材としたアルミニウム合金圧延材中に存在するAl−Fe−Cu−Si−Mn−Cr、Al−Cu−Si−Mn−Cr、及びAl−Cu−Si−Mnなどの分散粒子の分布を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察・測定した。その際、測定サンプルの薄膜の厚さは400nmに調整し観察倍率5万倍で撮影した。そして、得られた分散粒子の写真を用いて、1μm3あたりの分散粒子数を求めた。
比較例12のアルミニウム合金圧延板は、Zr含有量が、不純物のレベルではなく、本発明範囲の上限を超えていたため、O材の伸びが小さく、プレス加工性が不良であり、また、溶体化・時効処理後の引張強さが実施例のアルミニウム合金圧延板に比べて劣っていた。
比較例15のアルミニウム合金圧延板は、Cr含有量及びMn含有量がともに、本発明範囲の上限を超えていたため、O材の伸びが小さく、プレス加工性が不良であり、さらに、溶体化・時効処理後の引張強さが実施例のアルミニウム合金圧延板に比べて劣っていた。
比較例16のアルミニウム合金圧延板は、Mg含有量及びSi含有量がともに、本発明範囲の下限未満であり、かつCu含有量及びZr含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、O材の伸びが小さく、プレス加工性が不良であり、さらに、溶体化・時効処理後の引張強さが実施例のアルミニウム合金圧延板に比べて劣っていた。
Claims (6)
- 自転車のクランク部品に使用されるアルミニウム合金圧延材であって、
Mg:0.6〜1.4質量%、
Si:0.3〜1.0質量%、
Cu:0.1〜0.5質量%、
Cr:0.02〜0.4質量%、
Mn:0.1〜0.6質量%を含有し、
残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金圧延材。 - Fe:0.7質量%以下に規制されている請求項1に記載のアルミニウム合金圧延材。
- 更に、Zr:0.05〜0.15質量%を含有する請求項1又は2に記載のアルミニウム合金圧延材。
- 10〜300nmの大きさの分散粒子を1μm3あたり600個以上含有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム合金圧延材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載されたアルミニウム合金圧延材からなることを特徴とする自転車用部品。
- 請求項5に記載の自転車用部品に、更に陽極酸化処理を施すことを特徴とする陽極酸化自転車用部品。
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