JP2019039042A - 押出成形用のアルミニウム合金及びそれを用いた押出材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
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しかし、車両の構造材等においては高強度のみならず、優れた曲げ加工性、高い耐応力腐食割れ性等が要求される。
従来のAl−Zn−Mg系のアルミニウム合金を用いて、押出材を押出成形する際には、押出成形時の加工熱により押出材の表面が再結晶しやすく、これにより耐応力腐食割れ性が低下する技術的課題があった。
そこで従来からMn,Cr,Zr等の遷移元素を添加することで表面部の再結晶深さを抑制し、耐応力腐食割れ性を収善することが検討されている。
しかし、これらの遷移元素の添加量が多くなると、焼入れ感受性が強くなり、押出成形直後の冷却を水冷等により高速冷却しなければ高強度が得られなくなる。
水冷によると押出材に冷却ひずみが発生しやすく押出材の品質の確保が難しくなる。
一方、押出成形直後の冷却をファン冷却等の空冷にて行うと、その後の高強度を確保するには低温長時間の人工時効処理が必要になり生産性低下の原因の1つになっていた。
しかし、同公報に開示する押出形材は復元処理にて耐応力腐食割れ性を改善することが前提になっており、押出成形後に時効処理しただけでは耐応力腐食割れ性が不充分で充分な高強度も得られない。
押出成形用のアルミニウム合金は通常、円形状のビレットとして連続鋳造される。
この際にビレットの鋳造速度により鋳造組織の中の結晶粒の大きさが異なり、鋳造速度が50mm/min以上になると平均結晶粒径が300μm以下となる。
そこで、押出直後の形材の温度が500℃以上になるように押出加工する。
また、585℃を超えると外観にムシレ等の欠陥が発生しやすい。
また本発明においては、押出加工直後に平均速度70〜500℃/minの空冷により、充分な焼入れを行うことができる。
空冷手段として、例えば強力なファン空冷を採用することができる。
平均冷却速度は、押出材が200℃以下になるまでの平均冷却速度をいい、平均冷却速度が70℃/min以上であれば、その後の人工時効処理時間の短縮化が可能になり、その分生産性が向上する。
これにより人工時効処理時間を従来、一般的に高強度を得るための熱処理時間により短くすることができ、好ましくは、前記人工時効処理は2段熱処理であり、1段目の熱処理条件が80〜130℃,7時間以内であり、2段目の熱処理条件が130〜160℃,13時間以内であってよい。
また、耐応力腐食割れ性にも優れている。
本発明に係る押出成形用のアルミニウム合金は、Al−Zn−Mg系の7000系合金を前提にしてある。
押出性の低下が少なく、高強度を得るのにZn:6.0〜8.0%の範囲にし、Mg:1.0〜2.0%及びCu:0.10〜0.50%添加した。
Mg成分は、強度の向上に寄与するが2.0%を超えて添加すると押出性が低下する。
Cu成分は、固溶効果による強度向上に寄与するが、0.50%を超えて添加すると耐食性が低下する。
本発明においては、Crよりも焼入れ感受性が強くなく再結晶抑制効果が高いZr成分を0.13〜0.25%の範囲にて添加した。
なお、Zrは0.25%を超えて溶湯中に溶解するのが難しくなる。
本発明においては、焼入れ感受性がCrとZrとの中間に位置するMnを0.5%以下の範囲で添加してもよく、その場合には[Mn+Zr]の合計が0.10〜0.60%の範囲に収まるようにする。
Fe成分は0.2%以下、Si成分は0.1%以下に抑えるのが好ましい。
また、プレス端焼入れ後の熱処理時間も従来の高強度アルミニウム合金よりも短くすることができ、生産性が向上する。
鋳造されたビレットの平均結晶粒径の測定結果を図1の表にビレット組織結晶粒径として示した。
参考として実施例11と比較例27との組織写真を図4に示す。
評価方法はサンプル表面を鏡面研磨仕上げし、ケラー試薬(0.5%HF)によりエッチングし、光学顕微鏡100倍画像により平均結晶粒径を求めた。
次に、押出条件に示すようにビレットを400℃以上に予熱し、押出成形した。
押出成形は、断面コ字形状とした。
押出直後に図2の表中、押出後冷却速度に示した平均冷却速度でファン空冷をした(ダイス端焼入れ)。
平均冷却速度は70〜500℃/minの範囲に設定したが、その後の人工時効による熱処理条件を短縮化するには、冷却速度は速い方が好ましく、200℃/min以上が好ましい。
上記の条件にて冷却された押出材は、図2の表に示す熱処理条件に従い、2段人工時効処理を行った。
機械的性質はJIS Z2241に基づいてJIS−5号引張試験片を切り出し、JIS規格に準拠した引張試験を実施した。
耐応力腐食割れ性(耐SCC性)は、試験片に耐力の80%相当の応力を負荷した状態で、次の条件を1サイクルとし720サイクルにて割れが発生しなかったものを目標達成とした。
<1サイクル>
3.5%NaCl水溶液中に25℃,10min浸漬し、その後に25℃,湿度40%中に50min放置し、その後に自然乾燥する。
押出材の表面部の再結晶深さは、押出断面を鏡面研磨仕上げをし、3%NaOH水溶液にてエッチング処理した。
光学顕微鏡100倍画像より平均再結晶深さを測定した。
その例を図4に示す。
これに対して比較例13,14は、ビレットの均質化処理が不充分で高強度が得られなかった。
比較例25,26は、Zrの添加量が0.13%未満であったために耐SCC性が目標未達となった。
比較例27は、鋳造速度が遅く押出後の冷却が不充分であったために、耐SCC性が目標未達であった。
比較例15,16は、押出直後の冷却速度が遅く、引張り強さ、耐力が目標未達であった。
比較例17〜24は、押出直後の冷却速度が遅く、長時間の人工処理をしないと強度の目標を達成することができなかった。
Claims (4)
- 質量%で、Zn:6.0〜8.0%,Mg:1.0〜2.0%,Cu:0.10〜0.50%,Zr:0.13〜0.25%,Mn:0.5%以下で[Mn+Zr]:0.10〜0.60%,Ti:0.005〜0.05%であり、残部がAlと不可避的不純物からなり、結晶粒の平均粒径が300μm以下の鋳造組織からなることを特徴とする押出成形用のアルミニウム合金。
- 請求項1記載のアルミニウム合金を用いて、
押出直後の押出材の温度が500〜585℃の範囲になるように押出加工するステップと、
前記押出加工直後に平均速度70〜500℃/minの速さで空冷するステップと、
前記冷却された押出材を全熱処理時間が20時間以内に収まるように人工時効処理するステップを有することを特徴とする押出材の製造方法。 - 前記人工時効処理は2段熱処理であり、1段目の熱処理条件が80〜130℃,7時間以内であり、
2段目の熱処理条件が130〜160℃,13時間以内であることを特徴とする請求項2記載の押出材の製造方法。 - 前記押出材の表面部の再結晶深さが150μm以下であり、
引張り強さ400MPa以上,0.2%耐力380MPa以上であることを特徴とする請求項3記載の押出材の製造方法。
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