JP2023083155A - Aluminum alloy forged article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金鍛造品に関する。 The present invention relates to aluminum alloy forgings.
6000系アルミニウム合金は、強度及び耐食性が良好なため、船舶、車両、陸上構造物、建築、ガードレール、家電製品、バスバー、電線、機械、自動車部品などといった構造体用の材料として好適に用いられている。近年、車両や自動車部品といった自動車用のアルミニウム合金鍛造材については、車重を軽くして燃費向上を図るなどの理由から、軽量化が強く望まれている。軽量化のためには素材自身の高強度化が必要であり、そのような素材開発が強く望まれていた。 Since 6000 series aluminum alloys have good strength and corrosion resistance, they are suitably used as materials for structures such as ships, vehicles, land structures, buildings, guardrails, home appliances, busbars, electric wires, machines, and automobile parts. there is 2. Description of the Related Art In recent years, there has been a strong demand for weight reduction of aluminum alloy forged materials for automobiles, such as automobiles and automobile parts, for reasons such as reducing vehicle weight and improving fuel efficiency. In order to reduce the weight, it is necessary to increase the strength of the material itself, and the development of such a material has been strongly desired.
一般に知られている金属の強化機構の中で、6000系アルミニウム合金の場合には析出強化が主要な役割を果たす。溶体化処理後によって過飽和固溶体を形成させた後に低温焼戻し(人工時効処理)を行うことでナノサイズの化合物粒子を母相に微細析出させ、母相中の転位運動を阻害させることで母相自身が強化される。6000系アルミニウム合金の析出強化をより高める手法としてはCu添加がよく知られており、Cuが析出物に含まれることによって析出物の微細分散化に寄与することが知られている(非特許文献1)。 Among commonly known metal strengthening mechanisms, precipitation strengthening plays a major role in the case of 6000 series aluminum alloys. After solution treatment, a supersaturated solid solution is formed, and then low-temperature tempering (artificial aging treatment) is performed to finely precipitate nano-sized compound particles in the matrix. is strengthened. The addition of Cu is well known as a technique for further enhancing the precipitation strengthening of 6000 series aluminum alloys, and it is known that the inclusion of Cu in the precipitates contributes to the fine dispersion of the precipitates (non-patent literature 1).
また、Cu添加された6000系アルミニウム合金においては、人工時効の過程でQ’相やC相をはじめとする多種多様な準安定相が現れることが明らかとなっている(非特許文献2)。これらの析出物の原子構造および分散状態を高度に制御することで母材強度や耐食性を向上させようと、様々な取り組みがなされてきた(例えば特許公報1)。 In addition, in the Cu-added 6000 series aluminum alloy, it has been clarified that various metastable phases such as the Q' phase and the C phase appear in the process of artificial aging (Non-Patent Document 2). Various efforts have been made to improve base material strength and corrosion resistance by highly controlling the atomic structure and dispersion state of these precipitates (for example, Patent Publication 1).
本発明は、上記に事情に鑑みてなされたものであって、人工時効処理によって形成される析出物の構造を従来以上に高度に制御して、より優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鍛造品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an aluminum alloy forging having better mechanical properties by controlling the structure of precipitates formed by artificial aging treatment to a higher degree than before. intended to provide
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
本発明の第1態様に係るアルミニウム合金鍛造品は、Cu:0.2質量%~0.5質量%、Mg:0.6質量%~1.2質量%、Si:0.4質量%~1.25質量%、Mn:0.4質量%~0.6質量%以下、Fe:0.15質量%~0.70質量%、Cr:0.09質量%~0.25質量%以下、Ti:0.012質量%~0.035質量%、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されるアルミニウム合金鍛造品であって、透過型電子顕微鏡によってAl母相に対して<100>入射で観察した際に観察される金属間化合物からなる析出物として、化学組成にMg、Si、Al及びCuのうちのいずれか2種以上の元素を含み、かつ前記析出物の外周に複数のCu原子列を有し、前記外周に配置する前記Cu原子列間の平均間隔が10nm以下であるものが含まれている。 The aluminum alloy forged product according to the first aspect of the present invention has Cu: 0.2 mass% to 0.5 mass%, Mg: 0.6 mass% to 1.2 mass%, Si: 0.4 mass% to 1.25% by mass, Mn: 0.4% by mass to 0.6% by mass or less, Fe: 0.15% by mass to 0.70% by mass, Cr: 0.09% by mass to 0.25% by mass or less, Ti: 0.012% by mass to 0.035% by mass, the balance being an aluminum alloy forged product composed of an aluminum alloy consisting of Al and inevitable impurities, <100> with respect to the Al matrix phase by a transmission electron microscope As a precipitate composed of an intermetallic compound observed when observed under incident light, the chemical composition contains at least two elements selected from among Mg, Si, Al and Cu, and a plurality of Those having Cu atomic rows and having an average spacing between the Cu atomic rows arranged on the outer periphery of 10 nm or less are included.
上記態様に係るアルミニウム合金鍛造品は、前記析出物の内部に含まれるCu原子列数(ni)に対する、前記外周に配置する前記Cu原子列数(Ni)の比(Ni/ni)が1以上であってもよい。 In the aluminum alloy forged product according to the above aspect, the ratio ( N i / ni ) may be 1 or more.
上記態様に係るアルミニウム合金鍛造品は、前記析出物において、前記外周に配置するCu原子列のうち、Al母相のAl原子列位置に一致するものが70%以上であってもよい。 In the aluminum alloy forged product according to the above aspect, 70% or more of the Cu atomic arrays arranged on the outer periphery of the precipitates may coincide with the Al atomic array positions of the Al matrix.
上記態様に係るアルミニウム合金鍛造品は、さらにBを0.0001質量%~0.03質量%を含有してもよい。 The aluminum alloy forged product according to the above aspect may further contain 0.0001% by mass to 0.03% by mass of B.
本発明のアルミニウム合金鍛造品によれば、従来品よりも優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鍛造品を提供できる。 According to the aluminum alloy forged product of the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy forged product having better mechanical properties than conventional products.
以下、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品について図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, aluminum alloy forged products according to embodiments of the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, characteristic parts may be shown enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the present invention.
[アルミニウム合金鍛造品]
図1に、本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品の一部において、Cu原子列の配列の様子を模式的に示す斜視模式図である。図中の各円はCu原子に対応し、<100>方向に並んだCu原子の列がCu原子列であり、図1には10個のCu原子列を示している。図1において、観察面である(100)面に配置するCu原子に模様を付している。
[Aluminum alloy forgings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the arrangement of Cu atomic rows in a part of the aluminum alloy forged product according to the present embodiment. Each circle in the drawing corresponds to a Cu atom, and rows of Cu atoms aligned in the <100> direction are Cu atom rows, and FIG. 1 shows 10 Cu atom rows. In FIG. 1, the Cu atoms arranged on the (100) plane, which is the observation plane, are patterned.
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、Cu:0.2質量%~0.5質量%、Mg:0.6質量%~1.2質量%、Si:0.4質量%~1.25質量%、Mn:0.4質量%~0.6質量%、Fe:0.15質量%~0.70質量%、Cr:0.09質量%~0.25質量%、Ti:0.012質量%~0.035質量%、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されている。
当該アルミニウム合金において、不可避的に混入する可能性のある不純物元素が製品特性に影響を及ぼさない範囲で含まれていても構わない。例えば典型元素でいえばZnなど、遷移元素でいえばZrなどが挙げられる。さらに、鋳造時の結晶粒径を制御する目的でAl-Ti-Bロッドなどの微細化材がしばしば添加されるが、例えばB:0.0001質量%~0.03質量%となる範囲で適宜添加を行ってもよい。
The aluminum alloy forged product according to the present embodiment has Cu: 0.2 mass% to 0.5 mass%, Mg: 0.6 mass% to 1.2 mass%, Si: 0.4 mass% to 1.25. % by mass, Mn: 0.4% by mass to 0.6% by mass, Fe: 0.15% by mass to 0.70% by mass, Cr: 0.09% by mass to 0.25% by mass, Ti: 0.012 It is composed of an aluminum alloy composed of mass % to 0.035 mass %, the balance being Al and unavoidable impurities.
Impurity elements that may inevitably be mixed into the aluminum alloy may be contained within a range that does not affect product characteristics. For example, typical elements include Zn, and transition elements include Zr. Furthermore, for the purpose of controlling the crystal grain size during casting, refiners such as Al--Ti--B rods are often added. Additions may be made.
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、透過型電子顕微鏡によってAl母相に対して<100>入射で観察した際に観察される金属間化合物からなる析出物Segとして、化学組成としてMg、Si、Al及びCuのうちのいずれか2種以上の元素を含み、かつ析出物Segの外周に複数のCu原子列を有し、外周に配置するCu原子列間の平均間隔が10nm以下であるものが含まれている。
ここで、本明細書において、「透過型電子顕微鏡」には、走査型透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)も含む。
The aluminum alloy forged product according to the present embodiment has a chemical composition of Mg, Si , Al and Cu, and having a plurality of Cu atomic rows on the outer circumference of the precipitate Seg, with an average spacing between the Cu atomic rows arranged on the outer circumference being 10 nm or less. It is included.
Here, in this specification, the term "transmission electron microscope" also includes a scanning transmission electron microscope (STEM).
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、透過型電子顕微鏡によってAl母相に対して<100>入射で観察した際に観察される金属間化合物からなる析出物Segの中に、C相の析出物及びβ’’相の析出物が含まれていてもよい。
例えば、C相の析出物の外周に複数のCu原子列を有し、前記外周に配置する前記Cu原子列間の平均間隔が10nm以下であるものが含まれていることが好ましい。
In the aluminum alloy forged product according to the present embodiment, the C phase precipitates in the intermetallic compound precipitates Seg observed when observing the Al parent phase with <100> incidence with a transmission electron microscope. and β″ phase precipitates.
For example, it is preferable that the precipitates of the C phase have a plurality of Cu atomic arrays on the outer circumference thereof, and the average spacing between the Cu atomic arrays arranged on the outer circumference is 10 nm or less.
析出物Segのうち、C相の析出物が10%以上含まれていることが好ましい。後述するように、実施例は、C相の析出物が引張強度及び0.2%耐力を向上させることを示唆しているからである。
また、析出物Segのうち、C相の析出物が20%以上含まれていることがより好ましい。析出物Segのうち、C相の析出物が30%以上含まれていることがさらに好ましい。析出物Segのうち、C相の析出物が40%以上含まれていることがさらに好ましい。析出物Segのうち、C相の析出物が50%以上含まれていることがさらに好ましい。析出物Segのうち、C相の析出物が60%以上含まれていることがさらに好ましい。析出物Segのうち、C相の析出物が70%以上含まれていることがさらに好ましい。
It is preferable that 10% or more of C-phase precipitates are contained in the precipitates Seg. This is because the examples suggest that the precipitates of the C phase improve the tensile strength and the 0.2% yield strength, as will be described later.
Further, it is more preferable that 20% or more of the precipitates Seg are C-phase precipitates. More preferably, 30% or more of C-phase precipitates are contained in the precipitates Seg. More preferably, 40% or more of the precipitates Seg are C-phase precipitates. More preferably, 50% or more of the precipitates Seg are C-phase precipitates. More preferably, 60% or more of the precipitates Seg are C-phase precipitates. More preferably, 70% or more of the precipitates Seg are C-phase precipitates.
本明細書において、「析出物」の範囲(析出物の内部及び外周に含まれる原子列と含まれない原子列との境界)は例えば、透過型電子顕微鏡法(TEM)で得られたTEM像によって確定することができる。Al母相また、TEM以外でも、原子番号(Z)に依存したコントラストが得られる高角度散乱環状暗視野法(HAADF-STEM)で得られたHAADF-STEM像(以下、単に「STEM像」という。)や、STEMでの電子線走査にエネルギー分散型X線分光分析法(EDS)を組み合わせることで得られた元素マッピング等によって確定することができる。
また、本明細書において、「析出物の外周」とは、TEM像、STEM像又は元素マッピングにおいて、析出物を構成する各原子列に対応する輝点の中心を結んで形成される形状(図1中の点線P)である。「析出物の外周」を構成する原子列が「析出物の外周」に配置する原子列である。TEM像又はSTEM像においては、「析出物の外周」に配置する原子列の像はAl母相の原子列の像が並ぶ格子の連続性が途切れていることで、「析出物の外周」に配置する原子列を確定することができる。これによって「析出物」の範囲を確定できる。また、元素マッピングにおいては、原子列の像の元素種によって、「析出物の外周」に配置する原子列を確定し、「析出物」の範囲を確定できる。「析出物」の範囲に属する原子列において、「析出物の外周」に配置する原子列以外の原子列が「析出物の内部に含まれる」原子列である。
また、本明細書において、「外周に配置するCu原子列間の平均間隔」とは、「析出物の外周」によって囲まれた形状の面積S0に等しい面積を有する円(相当円)の円周上に均等にCu原子列を並べたときの隣接するCu原子列間の距離のことである。すなわち、円相当径をRとし、析出物の外周に配置するCu原子列数をNiとすると、「外周に配置するCu原子列間の平均間隔」lCu=2πr(相当円の円周長)/Ni(析出物の外周に配置するCu原子列数)、である。
In this specification, the range of the "precipitate" (the boundary between the atomic rows contained inside and outside the precipitate and the atomic rows not contained) is, for example, a TEM image obtained by transmission electron microscopy (TEM) can be determined by Al matrix In addition to TEM, a HAADF-STEM image (hereinafter simply referred to as "STEM image") obtained by a high-angle scattering annular dark field method (HAADF-STEM) that can obtain a contrast depending on the atomic number (Z) ), or elemental mapping obtained by combining electron beam scanning in STEM with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).
In addition, in this specification, the “periphery of the precipitate” refers to a shape formed by connecting the centers of bright spots corresponding to each atomic row that constitutes the precipitate in a TEM image, STEM image, or elemental mapping (Fig. 1, dotted line P). The atomic arrays forming the "periphery of the precipitate" are the atomic arrays arranged on the "periphery of the precipitate". In the TEM image or STEM image, the image of the atomic row arranged on the "periphery of the precipitate" is broken in the continuity of the lattice in which the images of the atomic rows of the Al matrix are arranged, so that the "periphery of the precipitate" Atom columns to be placed can be determined. This allows the extent of the "precipitate" to be established. Further, in the elemental mapping, it is possible to determine the range of the "precipitate" by determining the atomic array to be arranged on the "periphery of the precipitate" according to the element species in the image of the atomic array. Among the atomic arrays belonging to the range of the "precipitate", the atomic arrays other than the atomic arrays arranged on the "periphery of the precipitate" are the atomic arrays "included inside the precipitate".
In addition, in this specification, the “average spacing between Cu atomic rows arranged on the outer periphery” is a circle having an area equal to the area S 0 of the shape surrounded by the “periphery of the precipitate” (equivalent circle). It is the distance between adjacent Cu atomic arrays when the Cu atomic arrays are evenly arranged on the circumference. That is, when the equivalent circle diameter is R and the number of Cu atomic rows arranged on the outer periphery of the precipitate is N i , the “average spacing between the Cu atomic rows arranged on the outer periphery” l Cu = 2πr (peripheral length of the equivalent circle )/N i (the number of Cu atomic rows arranged on the periphery of the precipitate).
また、本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、析出物の内部に含まれるCu原子列数(ni)に対する、外周に配置するCu原子列数(Ni)の比(Ni/ni)が1以上であることが好ましい。析出物の外周に配置するCu原子列は析出物が粗大化する際の障壁となるため、析出物の微細分散化に繋がるからである。
本明細書において、「析出物の内部に含まれるCu原子列数」とは、析出物内に含まれるCu原子列のうち、析出物の外周に配置するCu原子列を除いたCu原子列の数である。
In addition, the aluminum alloy forged product according to the present embodiment has a ratio ( N i / ni ) is preferably 1 or more. This is because the Cu atomic arrays arranged on the periphery of the precipitate serve as a barrier when the precipitate coarsens, leading to fine dispersion of the precipitate.
In the present specification, "the number of Cu atomic rows contained inside the precipitate" means, among the Cu atomic rows contained in the precipitate, the number of Cu atomic rows excluding the Cu atomic rows arranged on the periphery of the precipitate. is a number.
また、本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、析出物において、外周に配置するCu原子列のうち、Al母相のAl原子列位置に一致するものが70%以上であることが好ましい。Al母相のAl原子列位置に一致する位置に配置するCu原子列は安定に存在できるため、析出物の粗大化を抑制して析出物の微細分散化に繋がるからである。
本明細書において、「Al母相のAl原子列位置に一致する」とは、TEM像又はSTEM像において、仮に析出物がない場合には、Al母相のAl原子列が配置する位置に一致するということである。
Further, in the aluminum alloy forged product according to the present embodiment, it is preferable that 70% or more of the Cu atomic arrays arranged on the outer circumference of the precipitates coincide with the Al atomic array positions of the Al matrix. This is because the Cu atomic arrays arranged at positions corresponding to the Al atomic array positions of the Al matrix phase can stably exist, so that coarsening of the precipitates is suppressed, leading to fine dispersion of the precipitates.
In the present specification, "matching the Al atomic row position of the Al matrix" means that in the TEM image or the STEM image, if there are no precipitates, it matches the position where the Al atomic row of the Al matrix is arranged. It means that
(Cu:0.2質量%~0.5質量%)
Cuは、アルミニウム合金中でMg-Si系化合物を微細に分散させる作用や、Q相を始めとするAl-Cu-Mg-Si系化合物として析出することでアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Cuの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Cu: 0.2% by mass to 0.5% by mass)
Cu has the effect of finely dispersing the Mg—Si-based compound in the aluminum alloy, and the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy by precipitating as an Al—Cu—Mg—Si-based compound including the Q phase. have When the Cu content is within the above range, the tensile strength of the aluminum alloy can be improved.
(Mg:0.6質量%~1.2質量%)
Mgは、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。アルミニウム母相へMgが固溶する、あるいは、β’’相などのMg-Si系化合物、またはQ相を始めとするAl-Cu-Mg-Si系化合物として析出することで、アルミニウム合金の強化に寄与する。Mgの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Mg: 0.6% by mass to 1.2% by mass)
Mg has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. Strengthening of aluminum alloys by solid-solution of Mg into the aluminum matrix phase, or precipitation as Mg-Si compounds such as the β'' phase, or Al-Cu-Mg-Si compounds such as the Q phase. contribute to By keeping the Mg content within the above range, the tensile strength of the aluminum alloy can be improved.
(Si:0.4質量%~1.25質量%)
Siは、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。ただし、アルミニウム合金にSiを過剰に添加すると、粗大な初晶Si粒が晶出することにより、アルミニウム合金の引張強さが低下するおそれがある。Siの含有率が上記の範囲内にあることによって、初晶Siの晶出を抑えつつ、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Si: 0.4% by mass to 1.25% by mass)
Si has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. However, if Si is excessively added to the aluminum alloy, the tensile strength of the aluminum alloy may decrease due to crystallization of coarse primary crystal Si grains. When the content of Si is within the above range, it is possible to improve the tensile strength of the aluminum alloy while suppressing the crystallization of primary crystal Si.
(Mn:0.4質量%~0.6質量%)
Mnは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Fe-SiやAl-Mn-Cr-Fe-Siなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Mnの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Mn: 0.4% by mass to 0.6% by mass)
Mn forms fine granular crystallized substances containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si and Al-Mn-Cr-Fe-Si in the aluminum alloy, thereby increasing the tensile strength of the aluminum alloy. It has the effect of improving When the Mn content is within the above range, the tensile strength of the aluminum alloy can be improved.
(Fe:0.15質量%~0.70質量%)
Feは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Fe-Si、Al-Mn-Cr-Fe-Si、Al-Fe-Si、Al-Cu-Fe、Al-Mn-Feなどの金属間化合物を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用がある。Feの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Fe: 0.15% by mass to 0.70% by mass)
Fe is contained in fine particles including intermetallic compounds such as Al--Mn--Fe--Si, Al--Mn--Cr--Fe--Si, Al--Fe--Si, Al--Cu--Fe, and Al--Mn--Fe in aluminum alloys. By crystallizing as a crystallized product, it has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. When the Fe content is within the above range, the tensile strength of the aluminum alloy can be improved.
(Cr:0.09質量%~0.25質量%)
Crは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Cr-Fe-SiやAl-Fe-Crなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Crの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金の引張強さを向上させることができる。
(Cr: 0.09% by mass to 0.25% by mass)
Cr improves the tensile strength of aluminum alloys by forming fine granular crystallized substances containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Cr-Fe-Si and Al-Fe-Cr in aluminum alloys. It has the effect of causing When the Cr content is within the above range, the tensile strength of the aluminum alloy can be improved.
(Ti:0.012質量%~0.035質量%)
Tiは、アルミニウム合金鍛造品の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。Ti含有率が0.012質量%未満の場合、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Ti含有率が0.035質量%を超えると、粗大な晶出物を形成し、展伸加工性が低下するおそれがある。また、アルミニウム合金の最終製品にTiを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Tiの含有率は0.012質量%以上0.035質量%以下の範囲内とする。Tiの含有率は、好ましくは0.015質量%以上0.030質量%以下の範囲内である。
(Ti: 0.012% by mass to 0.035% by mass)
Ti has the effect of refining the crystal grains of the aluminum alloy forged product and improving the drawing workability. If the Ti content is less than 0.012% by mass, the effect of refining crystal grains may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.035% by mass, coarse crystallized substances may be formed and the drawability may deteriorate. Further, if a large amount of coarse crystallized substances containing Ti are mixed into the final product of the aluminum alloy, the toughness may be lowered. Therefore, the Ti content should be in the range of 0.012% by mass to 0.035% by mass. The Ti content is preferably in the range of 0.015% by mass to 0.030% by mass.
(B:0.0001質量%~0.03質量%)
Bは、アルミニウム合金鍛造品の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。前述のTiとともにBをアルミニウム合金にさらに添加することによって、結晶粒の微細化効果が向上する。Bの含有率が0.001質量%未満では、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Bの含有率が0.03質量%を超えると、粗大な晶出物を形成し、介在物としてアルミニウム合金の最終製品に混入するおそれがある。また、アルミニウム合金の最終製品にBを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Bの含有率は0.0001質量%以上0.03質量%以下の範囲内とする。Bの含有率は、好ましくは0.005質量%以上0.025質量%以下の範囲内である。
(B: 0.0001% by mass to 0.03% by mass)
B has the effect of refining the crystal grains of the aluminum alloy forged product and improving the drawing workability. By further adding B to the aluminum alloy together with Ti, the grain refinement effect is improved. If the content of B is less than 0.001% by mass, there is a possibility that a sufficient grain refining effect cannot be obtained. On the other hand, if the content of B exceeds 0.03% by mass, coarse crystallized substances may be formed and mixed into the final aluminum alloy product as inclusions. In addition, if a large amount of coarse crystallized substances containing B are mixed into the final product of the aluminum alloy, the toughness may be lowered. Therefore, the B content should be in the range of 0.0001% by mass or more and 0.03% by mass or less. The content of B is preferably in the range of 0.005% by mass or more and 0.025% by mass or less.
(不可避不純物)
不可避不純物は、アルミニウム合金の原料または製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。不可避不純物の例としては、Zn、Ni、Zr、Sn、Beなどを挙げることができる。これらの不可避不純物の含有率は0.1質量%を超えないことが好ましい。
(Inevitable impurities)
The unavoidable impurities are impurities that are unavoidably mixed into the aluminum alloy from the raw material of the aluminum alloy or the manufacturing process. Examples of unavoidable impurities include Zn, Ni, Zr, Sn, and Be. The content of these unavoidable impurities preferably does not exceed 0.1% by mass.
次に、本実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法について説明する。
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、例えば、溶湯形成工程、鋳造工程、均質化熱処理工程、鍛造工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程、時効処理工程を含む方法によって製造することができる。
Next, a method for manufacturing the aluminum alloy forged product of the present embodiment will be described.
The aluminum alloy forged product of the present embodiment can be manufactured by a method including, for example, a molten metal forming step, a casting step, a homogenization heat treatment step, a forging step, a solution treatment step, a quenching treatment step, and an aging treatment step.
(溶湯形成工程)
溶湯形成工程は、原料を溶解して組成を調整したアルミニウム合金溶湯を得る工程である。アルミニウム合金溶湯の組成は、アルミニウム合金鍛造品の組成と同じである。アルミニウム合金溶湯は、アルミニウム合金を加熱して溶融させることによって得ることができる。前記アルミニウム合金において、不可避的に混入する可能性のある不純物元素が製品特性に影響を及ぼさない範囲で含まれていても構わない。例えば典型元素でいえばZnなど、遷移元素でいえばZrなどが挙げられる。さらに、鋳造時の結晶粒径を制御する目的でAl-Ti-Bロッドなどの微細化材がしばしば添加されるが、例えばB:0.0001質量%~0.03質量%となる範囲で適宜添加を行えばよい。
(Molten metal forming process)
The molten metal forming step is a step of melting raw materials to obtain aluminum alloy molten metal having an adjusted composition. The composition of the molten aluminum alloy is the same as the composition of the aluminum alloy forged product. A molten aluminum alloy can be obtained by heating and melting an aluminum alloy. Impurity elements that may inevitably be mixed into the aluminum alloy may be contained within a range that does not affect product characteristics. For example, typical elements include Zn, and transition elements include Zr. Furthermore, for the purpose of controlling the crystal grain size during casting, refiners such as Al--Ti--B rods are often added. Addition may be performed.
(鋳造工程)
鋳造工程では、アルミニウム合金の溶湯(液相)を冷却して固体(固相)に凝固させて、アルミニウム合金鋳造品を得る。鋳造工程は、水平連続鋳造法のほか、垂直連続鋳造法など公知の連続鋳造法を用いればよく、特に限定されるものではない。また、最終製品の信頼性向上のために、溶湯に対して脱ガス処理やフィルター処理を適宜行ってもよい。
図2は、本実施形態のアルミニウム合金鋳造品の製造に用いることができる水平連続鋳造装置の一例を示す断面図であり、図2に示す水平連続鋳造装置の冷却水キャビティ付近を示す要部拡大断面図である。
(Casting process)
In the casting process, a molten aluminum alloy (liquid phase) is cooled and solidified into a solid (solid phase) to obtain an aluminum alloy casting. The casting process is not particularly limited, and any known continuous casting method such as a horizontal continuous casting method or a vertical continuous casting method may be used. Further, in order to improve the reliability of the final product, the molten metal may be appropriately subjected to degassing treatment or filtering treatment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a horizontal continuous casting apparatus that can be used to manufacture the aluminum alloy casting product of the present embodiment. It is a sectional view.
図2および図3に示す水平連続鋳造装置10は、溶湯受部(タンディッシュ)11と、中空円筒状の鋳型12と、この鋳型12の一端側12aと溶湯受部11との間に配される耐火物製板状体(断熱部材)13と、を有している。
A horizontal
溶湯受部11は、上記の溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯Mを受ける溶湯流入部11a、溶湯保持部11b、鋳型12の中空部21への流出部11cから構成されている。溶湯受部11は、アルミニウム合金溶湯Mの上液面のレベルを鋳型12の中空部21の上面よりも高い位置に維持し、かつ、多連鋳造の場合には、それぞれの鋳型12にアルミニウム合金溶湯Mを安定的に分配するものである。
The molten
溶湯受部11内の溶湯保持部11bに保持されたアルミニウム合金溶湯Mは、耐火物製板状体13に設けられた注湯用通路13aから鋳型12の中空部21内に注湯される。そして、中空部21内に供給されたアルミニウム合金溶湯Mは、後述する冷却装置23によって冷却されて固化し、凝固鋳塊であるアルミニウム合金棒Bとして、鋳型12の他端側12bから引き出される。
The molten aluminum alloy M held in the molten
鋳型12の他端側12bには、鋳造されたアルミニウム合金棒Bを一定速度で引き出す引出駆動装置(図示略)が設置されていればよい。また、連続して引き出されたアルミニウム合金棒Bを任意の長さに切断する同調切断機(図示略)が設置されていることも好ましい。
At the
耐火物製板状体13は、溶湯受部11と鋳型12との間の熱移動を遮断する部材であり、例えば、ケイ酸カルシウム、アルミナ、シリカ、アルミナとシリカの混合物、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト等の材料で構成されていてもよい。こうした耐火物製板状体13は、互いに構成材料の異なる複数の層から構成することもできる。
The refractory plate-
鋳型12は、本実施形態では中空円筒状の部材であり、例えば、アルミニウム、銅、もしくはそれらの合金から選ばれる1種または2種以上の組み合わせた材料から形成されている。こうした鋳型12の材料は、熱伝導性、耐熱性、機械強度の点から最適な組み合わせを選択すればよい。
The
鋳型12の中空部21は、鋳造するアルミニウム合金棒Bを円筒棒状にするために断面円形に形成されており、この中空部21の中心を通る鋳型中心軸(中心軸)Cがほぼ水平方向に沿うように鋳型12が保持されている。
A
鋳型12の中空部21の内周面21aは、アルミニウム合金棒Bの鋳造方向(図5を参照)に向けて鋳型中心軸Cに対して0度~3度(より好ましくは0度~1度。)の仰角で形成されている。すなわち、内周面21aは鋳造方向に向かってコーン状に開いたテーパー状に構成されている。そしてそのテーパーのなす角度が仰角である。
The inner
仰角が0度未満では、アルミニウム合金棒Bが鋳型12から引き出される際に鋳型出口である他端側12bで抵抗を受けるために鋳造が困難になるおそれがある。一方、仰角が3度を越えると、内周面21aのアルミニウム合金溶湯Mへの接触が不十分になり、アルミニウム合金溶湯Mやこれが冷却固化した凝固殻から鋳型12への抜熱効果が低下することによって凝固が不十分になるおそれがある。その結果、アルミニウム合金棒Bの表面に再溶融肌が生じ、または、アルミニウム合金棒Bの端部から未凝固のアルミニウム合金溶湯Mが噴出するなどの鋳造トラブルにつながるおそれがあるので好ましくない。
If the angle of elevation is less than 0 degree, casting may become difficult because the aluminum alloy rod B receives resistance at the
なお、鋳型12の中空部21の断面形状(鋳型12の中空部21を他端側21bから見たときの平面形状)は、本実施形態の円形以外にも、例えば、三角形や矩形断面形状、多角形、半円、楕円もしくは対称軸や対称面を持たない異形断面形状を有した形状など、鋳造するアルミニウム合金棒の形状に合わせて選択されればよい。
In addition, the cross-sectional shape of the
鋳型12の一端側12aには、鋳型12の中空部21内に潤滑流体を供給する流体供給管22が配置されている。流体供給管22から供給される潤滑流体としては、気体潤滑材、液体潤滑材から選ばれるいずれか1種または2種以上の潤滑流体とすることができる。気体潤滑材と液体潤滑材を両方供給する場合には、それぞれ流体供給管を別々に設けることが好ましい。流体供給管22から加圧供給された潤滑流体は、環状の潤滑材供給口22aを通って鋳型12の中空部21内に供給される。
A
本実施形態では、圧送された潤滑流体が潤滑材供給口22aから鋳型12の内周面21aに供給される。なお、液体潤滑材は加熱されて分解気体となって、鋳型12の内周面21aに供給される構成であってもよい。また、潤滑材供給口22aに多孔質材料を配して、この多孔質材料を介して潤滑流体を鋳型12の内周面21aに滲出させる構成であってもよい。
In this embodiment, the pumped lubricating fluid is supplied to the inner
鋳型12の内部には、合金溶湯Mを冷却、固化させる冷却手段である冷却装置23が形成されている。本実施形態の冷却装置23は、鋳型12の中空部21の内周面21aを冷却するための冷却水Wを収容する冷却水キャビティ24と、この冷却水キャビティ24と鋳型12の中空部21とを連通させる冷却水噴射通路25とを有している。
Inside the
冷却水キャビティ24は、鋳型12の内部で中空部21の内周面21aよりも外側に、中空部21を取り巻くように環状に形成され、冷却水供給管26を介して冷却水Wが供給される。
鋳型12は、冷却水キャビティ24に収容される冷却水Wによって内周面21aが冷却されることにより、鋳型12の中空部21内に充満した合金溶湯Mの熱を鋳型12の内周面21aに接触する面から奪って、合金溶湯Mの表面に凝固殻を形成させる。
The cooling
The inner
また、冷却水噴射通路25は、中空部21に臨むシャワー開口25aから、鋳型12の他端側12bにおいてアルミニウム合金棒Bに向けて直接、冷却水を当ててアルミニウム合金棒Bを冷却する。こうした冷却水噴射通路25の縦断面形状は、本実施形態の円状以外にも、例えば、半円、洋ナシ形状、馬蹄形状であってもよい。
The cooling
なお、本実施形態では、冷却水供給管26を介して供給される冷却水Wをまず冷却水キャビティ24に収容して鋳型12の中空部21の内周面21aの冷却を行い、さらに冷却水キャビティ24の冷却水Wを冷却水噴射通路25からアルミニウム合金棒Bに向けて噴射しているが、これらをそれぞれ別系統の冷却水供給管によって供給する構成にすることもできる。
In this embodiment, the cooling water W supplied through the cooling
冷却水噴射通路25のシャワー開口25aの中心軸の延長線が、鋳造されたアルミニウム合金棒Bの表面に当る位置から、鋳型12と耐火物製板状体13との接触面までの長さを有効モールド長Lと称し、この有効モールド長Lは、例えば、10mm以上40mm以下であるのが好ましい。この有効モールド長Lが、10mm未満では、良好な皮膜が形成されない等から鋳造不可となり、40mmを超えると、強制冷却の効果が低くなり、鋳型壁による凝固が支配的になって、鋳型12と合金溶湯Mもしくはアルミニウム合金棒Bとの接触抵抗が大きくなって、鋳肌に割れが生じたり、鋳型内部で千切れたりする等、鋳造が不安定になるおそれがあるので好ましくない。
The length from the position where the extension of the central axis of the
これら冷却水キャビティ24への冷却水の供給や、冷却水噴射通路25のシャワー開口25aからの冷却水の噴射は、制御装置(図示略)からの制御信号によってそれぞれ動作を制御できることが好ましい。
The supply of cooling water to the cooling
冷却水キャビティ24は、鋳型12の中空部21寄りの内底面24aが、鋳型12の中空部21の内周面21aに対して、互いに平行面になるように形成されている。なお、ここでいう平行とは、冷却水キャビティ24の内底面24aに対して、鋳型12の中空部21の内周面21aが0度~3度の仰角で形成されている場合、すなわち、内底面24aが内周面21aに対して0度を超えて3度まで傾斜している場合も含む。
The cooling
図3に示すように、こうした冷却水キャビティ24の内底面24aと鋳型12の中空部21の内周面21aとが対向する部分である鋳型12の冷却壁部27は、中空部21の合金溶湯Mから冷却水キャビティ24の冷却水Wに向かう単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上、50×105W/m2以下の範囲内になるように形成されている。
As shown in FIG. 3, the cooling
こうした鋳型12の冷却壁部27の厚みt、即ち冷却水キャビティ24の内底面24aと鋳型12の中空部21の内周面21aとの間隔が、例えば、0.5mm以上3.0mm以下、好ましくは0.5mm以上2.5mm以下の範囲内になるように鋳型12が形成されていればよい。また、鋳型12の少なくとも冷却壁部27の熱伝導率が100W/m・K以上400W/m・K以下の範囲内になるように、鋳型12の形成材料が選択されればよい。
The thickness t of the
図3において、溶湯受部11中の合金溶湯Mは、耐火物製板状体13を経て鋳型中心軸Cがほぼ水平になるように保持された鋳型12の一端側12aから供給され、鋳型12の他端側12bで強制冷却されてアルミニウム合金棒Bとなる。アルミニウム合金棒Bは鋳型12の他端側12b近くに設置された引出駆動装置(図示略)によって一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されて長尺のアルミニウム合金棒Bが形成される。引き出されたアルミニウム合金棒Bは、例えば、同調切断機(図示略)によって所望の長さに切断される。
In FIG. 3, the molten alloy M in the molten
なお、鋳造されたアルミニウム合金棒Bの組成比は、例えば、JIS H 1305に記載されているような光電測光式発光分光分析装置(装置例:日本島津製作所製PDA-5500)による方法で確認できる。 The composition ratio of the cast aluminum alloy rod B can be confirmed, for example, by a method using a photoelectric photometric emission spectrometer (device example: PDA-5500 manufactured by Shimadzu Corporation, Japan) as described in JIS H 1305. .
溶湯受部11内に貯留された合金溶湯Mの液面レベルの高さと、鋳型12の上側の内周面21aとの高さの差は、0mm~250mm(より好ましくは50mm~170mm。)とするのが好ましい。こうした範囲にすることで、鋳型12内に供給される合金溶湯Mの圧力と潤滑油および潤滑油が気化したガスとが好適にバランスするために鋳造性が安定する。
The difference in height between the liquid level of the molten alloy M stored in the molten
液体潤滑材は、潤滑油である植物油を用いることができる。例えば、菜種油、ひまし油、サラダ油を挙げることができる。これらは環境への悪影響が小さいので好ましい。 A vegetable oil, which is a lubricating oil, can be used as the liquid lubricant. Examples include rapeseed oil, castor oil, and salad oil. These are preferred because they have little adverse effect on the environment.
潤滑油供給量は0.05mL/分~5mL/分(より好ましくは0.1mL/分以上1mL/分以下。)であるのが好ましい。供給量が過少だと、潤滑不足によってアルミニウム合金棒Bの合金溶湯が固まらずに鋳型から漏れる恐れがある。供給量が過多だと、余剰分がアルミニウム合金棒B中に混入して内部欠陥となる恐れがある。 The lubricating oil supply rate is preferably 0.05 mL/min to 5 mL/min (more preferably 0.1 mL/min or more and 1 mL/min or less). If the supply amount is too small, the molten alloy of the aluminum alloy rod B may leak from the mold without solidifying due to insufficient lubrication. If the amount supplied is excessive, there is a risk that the surplus will be mixed into the aluminum alloy rod B and cause internal defects.
鋳型12からアルミニウム合金棒Bを引抜く速度である鋳造速度は200mm/分以上1500mm/分以下(より好ましくは400mm/分以上1000mm/分以下。)であるのが好ましい。それは、この範囲内の鋳造速度であれば、鋳造で形成される晶出物のネットワーク組織が均一微細となり、高温下でのアルミニウム生地の変形に対する抵抗が増し、高温機械的強度が向上するためである。
The casting speed, which is the speed at which the aluminum alloy rod B is drawn out of the
冷却水噴射通路25のシャワー開口25aから噴射される冷却水量は鋳型当り10L/分以上50L/分以下(より好ましくは25L/分以上40L/分以下。)であるのが好ましい。冷却水量がこれよりも少ないと、合金溶湯が固まらずに鋳型から漏れるおそれがある。また、鋳造したアルミニウム合金棒Bの表面が再溶融して不均一な組織が形成され、内部欠陥として残存するおそれがある。一方、冷却水量がこの範囲よりも多い場合、鋳型12の抜熱が大き過ぎて途中で凝固してしまうおそれがある。
The amount of cooling water injected from the
溶湯受部11内から鋳型12へ流入する合金溶湯Mの平均温度は、例えば、650℃以上750℃以下(より好ましくは680℃以上720℃以下。)であるのが好ましい。合金溶湯Mの温度が低すぎると、鋳型12およびその手前で粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金棒Bの内部に内部欠陥として取り込まれるおそれがある。一方、合金溶湯Mの温度が高すぎると、合金溶湯255中に大量の水素ガスが取り込まれやすく、アルミニウム合金棒B中にポロシティーとして取り込まれ、内部の空洞となるおそれがある。
The average temperature of the molten alloy M flowing into the
そして、鋳型12の冷却壁部27において、中空部21の合金溶湯Mから冷却水キャビティ24の冷却水Wに向かう単位面積当たりの熱流束値は、10×105W/m2以上50×105W/m2以下の範囲内にすることによって、アルミニウム合金棒Bの焼き付きが発生することを防止できる。
In the
鋳型12の冷却壁部27は、合金溶湯Mからの抜熱によって熱を受け、この熱を冷却水キャビティ24に収容される冷却水Wで冷却することで熱交換を行っているが、この熱交換の状態について、図4に示す説明図のように、単位面積あたりの熱流束に着目した。単位面積あたりの熱流束は、フーリエの法則にて以下の式(1)で表される。
Q=-k×(T1-T2)/L・・・(1)
Q:熱流束
k:熱を通過する箇所(本実施形態では鋳型12の冷却壁部27)の熱伝導率(W/m・K)
T1:熱が通過する箇所の低温側温度(本実施形態では冷却水キャビティ24の内底面24a)
T2:熱が通過する箇所の高温側温度(本実施形態では鋳型12の中空部21の内周面21a)
L:熱が通過する箇所の区間長さ(mm)(本実施形態では鋳型12の冷却壁部27の厚みt)
The cooling
Q=-k×(T1-T2)/L (1)
Q: heat flux k: thermal conductivity (W/m K) of a portion through which heat passes (cooling
T1: Low-temperature side temperature of a portion through which heat passes (in this embodiment, the
T2: High-temperature side temperature of a portion through which heat passes (in this embodiment, the inner
L: Section length (mm) where heat passes (thickness t of cooling
鋳造時に潤滑油量を減らしても良好な結果が得られた鋳型材質、厚み、測温データに基づいて、単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上になるように鋳型12の冷却壁部27を構成することで、鋳造したアルミニウム合金棒Bの焼き付きを防止することができる。また、単位面積当たりの熱流束値が50×105W/m2以下にすることが好ましい。
Based on the mold material, thickness, and temperature measurement data that gave good results even when the amount of lubricating oil was reduced during casting, the mold was adjusted so that the heat flux value per unit area was 10 × 10 5 W / m 2 or more. By forming the twelve
鋳型12の冷却壁部27をこうした熱流束値の範囲にするために、鋳型12の冷却壁部27の厚みtを例えば、0.5mm以上、3.0mm以下の範囲になるように鋳型12を形成すればよい。また、鋳型12の少なくとも冷却壁部27の熱伝導率を100W/m・K以上、400W/m・K以下の範囲にすればよい。
In order to bring the
本実施形態のアルミニウム合金棒を製造する際には、上述した水平連続鋳造装置10を用いて、溶湯受部11内に貯留された合金溶湯Mを、鋳型12の一端側12aから中空部21内に連続して供給する。また、冷却水キャビティ24に冷却水Wを供給するとともに、流体供給管22から潤滑流体、例えば潤滑油を供給する。
When manufacturing the aluminum alloy rod of the present embodiment, the above-described horizontal
そして、中空部21内に供給された合金溶湯Mを、冷却壁部27における単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上の条件で冷却、凝固させてアルミニウム合金棒Bを鋳造する。また、アルミニウム合金棒Bを鋳造時において、冷却水Wによって冷却される鋳型12の冷却壁部27の壁面温度を100℃以下にすることが好ましい。
Then, the molten alloy M supplied into the
こうして得られるアルミニウム合金棒Bは、冷却壁部27における単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上の条件で冷却、凝固させることによって、潤滑油のガスと合金溶湯Mとの接触による反応生成物、例えば炭化物の固着が抑制される。これにより、アルミニウム合金棒Bの表面の炭化物等を切削除去する必要がなく、高収率でアルミニウム合金棒Bを製造することができる。
The aluminum alloy rod B obtained in this way is cooled and solidified under the condition that the heat flux value per unit area in the
アルミニウム合金溶湯から鋳造品を得る鋳造工程は、上述の水平連続鋳造法に限定されるものではなく、垂直連続鋳造法など公知の連続鋳造法を用いることができる。垂直連続鋳造法は、アルミニウム合金溶湯のモールド(鋳型)への供給方式によってフロート法やホットトップ法に分類されるが、以下では、ホットトップ法を用いる場合について簡単に説明する。ホットトップ法に用いられる鋳造装置は、モールド、溶湯受容器(ヘッダー)等を具備している。溶湯受部へ供給された溶湯は出湯口を通り、ヘッダーを通ることで流速を調整され、ほぼ水平に設置された筒状鋳型内に入り、ここで強制冷却されて溶湯の外表面に凝固殻が形成される。さらに鋳型から引き出された鋳造品に冷却水が直接放射され、鋳造品内部まで金属の凝固が進行しつつ鋳造品が連続的に引き出される。一般的にモールドは熱伝導性の良い金属部材が用いられ、内部に冷媒を導入するための中空構造を有している。使用する冷媒は工業的に利用可能なものから適宜選べばよいが、利用しやすさの観点から水が推奨される。本実施形態で使用するモールドは、溶湯との接触部における伝熱性能および耐久性の観点から銅やアルミニウムなどの金属、もしくはグラファイトから適宜選択する。ヘッダーは、一般に耐火物製であり、モールドの上側に設置されている。ヘッダーの材料やサイズは鋳造する合金の成分範囲や鋳造品の寸法によって適宜選択すればよく、特に制約されるものではない。鋳造時の平均冷却速度は、例えば10~300℃/秒などの一般的に推奨される範囲から適宜選定すればよい。鋳造速度は水平連続鋳造において一般的な範囲から適宜選択すればよく、例えば200~600mm/分の範囲から適宜選定すればよい。以上に記載した鋳造方法によって、中型~大型の鋳造品であっても、均一な金属組織が得られるようになる。対象とする鋳造品の直径は特に制限されるものでなく、直径30~100mmの棒材に対して好適に用いられる。 The casting process for obtaining cast products from molten aluminum alloy is not limited to the horizontal continuous casting method described above, and known continuous casting methods such as a vertical continuous casting method can be used. The vertical continuous casting method is classified into the float method and the hot top method depending on the method of supplying the molten aluminum alloy to the mold, and the hot top method will be briefly described below. A casting apparatus used in the hot top method is equipped with a mold, a molten metal receiver (header), and the like. The molten metal supplied to the molten metal receiving part passes through the outlet port and the header to adjust the flow velocity, and enters the cylindrical mold installed almost horizontally, where it is forcedly cooled to form a solidified shell on the outer surface of the molten metal. is formed. Furthermore, the cooling water is directly radiated to the cast product drawn out from the mold, and the cast product is continuously drawn out while solidification of the metal progresses to the inside of the cast product. Generally, the mold is made of a metal member with good thermal conductivity and has a hollow structure for introducing a coolant inside. The refrigerant to be used may be appropriately selected from industrially available refrigerants, but water is recommended from the viewpoint of ease of use. The mold used in this embodiment is appropriately selected from metals such as copper and aluminum, and graphite from the viewpoint of heat transfer performance and durability at the contact portion with the molten metal. The header, generally made of refractory material, is placed on the upper side of the mold. The material and size of the header may be appropriately selected according to the composition range of the alloy to be cast and the dimensions of the cast product, and are not particularly limited. The average cooling rate during casting may be appropriately selected from a generally recommended range such as 10 to 300° C./sec. The casting speed may be appropriately selected from a general range in horizontal continuous casting, for example, from a range of 200 to 600 mm/min. By the casting method described above, it is possible to obtain a uniform metal structure even for medium-sized to large-sized castings. The diameter of the target casting is not particularly limited, and it is preferably used for bars with a diameter of 30 to 100 mm.
(均質化熱処理工程)
均質化熱処理工程は、鋳造工程で得られたアルミニウム合金鋳造品に対して均質化熱処理を行うことによって、凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、過飽和固溶元素の析出および準安定相の平衡相への変化を行う工程である。
本実施形態では、鋳造工程で得られたアルミニウム合金鋳造品を370℃以上560℃以下の温度で、4時間から10時間の間保持する均質化熱処理を行う。この温度範囲で均質化熱処理を施すことにより、アルミニウム合金鋳造品の均質化と溶質原子が十分に固溶するので、その後の溶体化処理および人工時効処理によって十分な母材強度が得られるものとなる。
(Homogenization heat treatment step)
In the homogenization heat treatment process, the aluminum alloy casting obtained in the casting process is subjected to homogenization heat treatment to homogenize microsegregation caused by solidification, precipitate supersaturated solid solution elements, and metastable equilibrium phases. It is a process to change to
In this embodiment, the aluminum alloy casting obtained in the casting process is subjected to homogenization heat treatment at a temperature of 370° C. or more and 560° C. or less for 4 to 10 hours. Homogenization heat treatment within this temperature range homogenizes the cast aluminum alloy and causes the solute atoms to fully dissolve into solid solution. Become.
(鍛造工程)
鍛造工程は、均質化熱処理工程後のアルミニウム合金鋳造品を所定のサイズに成形して鍛造用素材を得て、得られた鍛造用素材を所定の温度に加熱し、その後プレス機で圧力をかけて鍛造加工する工程である。
本実施形態では、鍛造用素材を、450℃以上560℃以下の温度に加熱し、その後鍛造加工を開始して鍛造品(例えば自動車のサスペンションアーム部品等)を得ることが好ましい。鍛造加工の開始温度が450℃未満になると変形抵抗が高くなって十分な加工ができなくなるおそれがあり、一方、鍛造加工の開始温度が560℃を超えると鍛造割れや共晶融解等の欠陥が発生し易くなるおそれがある。
(Forging process)
In the forging process, the aluminum alloy casting after the homogenization heat treatment process is formed into a predetermined size to obtain a forging material, the obtained forging material is heated to a predetermined temperature, and then pressure is applied with a press. It is a process of forging.
In this embodiment, it is preferable to heat the forging material to a temperature of 450° C. or higher and 560° C. or lower, and then start forging to obtain a forged product (such as an automobile suspension arm component). If the forging start temperature is less than 450°C, the deformation resistance may increase and sufficient processing may not be possible. It may easily occur.
(溶体化処理工程)
溶体化処理工程は、鍛造工程で得られた鍛造品を加熱して溶体化させることにより、鋳造品に導入された歪みを緩和し、溶質元素の固溶を行う工程である。
本実施形態では、鍛造品を530℃以上560℃以下の処理温度で0.3時間から3時間以内保持することにより溶体化処理を行うことが好ましい。室温から上記の処理温度で加熱するまでの昇温速度は、5.0℃/分以上であることが好ましい。昇温速度が5℃/min未満ではMg-Si系化合物が粗大析出し、析出物の形成に寄与するMgおよびSiが減少してしまう。また処理温度が530℃未満では、溶体化が進まず、時効析出による高強度化を実現できなくなる。処理温度が560℃を超えると、溶質元素の固溶がより促進されるものの、共晶融解や再結晶が生じやすくなる。
(Solution treatment process)
The solution treatment step is a step of heating the forged product obtained in the forging step to cause the forged product to be solutionized, thereby relaxing the strain introduced into the cast product and causing the solute elements to form a solid solution.
In this embodiment, the solution treatment is preferably performed by holding the forged product at a treatment temperature of 530° C. or higher and 560° C. or lower for 0.3 to 3 hours. The heating rate from room temperature to the above treatment temperature is preferably 5.0° C./min or more. If the heating rate is less than 5° C./min, the Mg—Si-based compound is coarsely precipitated, and Mg and Si that contribute to the formation of precipitates are reduced. If the treatment temperature is less than 530° C., the solutionization does not proceed, and high strength due to aging precipitation cannot be achieved. If the treatment temperature exceeds 560° C., solid solution of the solute element is further promoted, but eutectic melting and recrystallization tend to occur.
(焼入れ処理工程)
焼き入れ処理工程は、溶体化処理工程によって得られた固溶状態の鍛造品を急速に冷却せしめて、過飽和固溶体を形成する工程である。
上記溶体化処理後、5~60秒以内に上記鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触するように焼入れ水槽に投入することで急冷し、過飽和固溶体を形成させる。焼き入れ水に保持する時間は5分~40分であることが好ましい。水中において5分を超えて保持することにより、鍛造品全体を冷却し、均一な過飽和固溶体を形成させることができる。また、水中保持が40分を超える場合、自然時効の負の効果を引き起こすことで知られているクラスターI(Si-rich)が成長してしまい、人工時効処理後の強度低下を引き起こしてしまう。そのため、水中保持時間としては5分を超え、40分以内とすることが望ましい。焼入れ処理に用いる水温は45~95℃の範囲とし、クラスターIを生じにくく、かつ続く人工時効処理においてクラスターII(GPゾーン)を生じやすくすることができ、さらに焼入れ時の鍛造品の曲がりを抑制できる55~65℃の範囲が望ましい。さらに、焼入れ処理終了から人工時効処理を開始するまでの時間を60秒以下に管理することで、焼入れ温度からの温度低下を抑制する。これにより、例えば60℃で焼入れを行ったアルミニウム合金鍛造品が60℃から速やかに人工時効処理温度まで加熱され、母材の強化に寄与するクラスターIIの成長および析出物の原子構造を安定化できる。焼入れ処理終了から人工時効開始までの温度については、同様にクラスターIを生じにくくする観点から、55~65℃の範囲に保たれるように管理することが望ましい。
(Quenching treatment process)
The quenching treatment step is a step of rapidly cooling the solid solution forging obtained by the solution treatment step to form a supersaturated solid solution.
Within 5 to 60 seconds after the solution treatment, the forging is quenched by placing it in a quenching water bath so that all surfaces are in contact with the quenching water, thereby forming a supersaturated solid solution. It is preferable that the holding time in the quenching water is 5 minutes to 40 minutes. Holding in water for more than 5 minutes allows the entire forging to cool and form a uniform supersaturated solid solution. In addition, if the retention in water exceeds 40 minutes, Cluster I (Si-rich), which is known to cause negative effects of natural aging, grows, resulting in a decrease in strength after artificial aging treatment. Therefore, it is desirable that the retention time in water exceeds 5 minutes and is within 40 minutes. The water temperature used in the quenching treatment is in the range of 45 to 95 ° C., making it difficult for cluster I to occur, making cluster II (GP zone) more likely to occur in the subsequent artificial aging treatment, and suppressing bending of the forged product during quenching. A temperature range of 55 to 65°C is desirable. Furthermore, the temperature drop from the quenching temperature is suppressed by controlling the time from the end of the quenching treatment to the start of the artificial aging treatment to 60 seconds or less. As a result, for example, an aluminum alloy forging that has been quenched at 60°C is quickly heated from 60°C to the artificial aging treatment temperature, and the growth of cluster II that contributes to strengthening the base material and the atomic structure of precipitates can be stabilized. . The temperature from the end of the quenching treatment to the start of artificial aging is desirably controlled so as to be kept within the range of 55 to 65° C. from the viewpoint of making Cluster I less likely to occur.
(人工時効処理工程)
上記焼入れ処理工程を経た鍛造品に対する人工時効処理としては、170~190℃の温度で4.5~6.5時間の保持を行うものとする。これによって、Mg、Si、Alからなる析出物の周囲にCu原子列を十分密な間隔で形成でき、析出物が粗大化する際の障壁となることによって微細均一な析出物分布を実現することができる。ここで、形成される析出物の結晶相としては、β’’-MgSi相(以降単にβ’’相と記述する)やC-AlCuMgSi相(以降単にC相と記述する)が挙げられる。これらの結晶相はCu添加された6000系アルミニウム合金の人工時効過程において初期に形成されることが知られている結晶相である。いずれもAl母相と整合な界面を有することが報告されており、析出物自身、あるいは格子不整合によって導入されるひずみ場が転位運動の障害として機能することで、母材強化に寄与することができる。処理温度が170℃未満、あるいは処理時間が4.5時間未満の場合、析出物の数密度が強度向上に十分な範囲にまで達しない。また、処理温度が190℃を超えたり、処理時間が6.5時間よりも長くなったりすると、析出物の構造転移が進むことでCuの原子列が析出物の周囲に含まれない構成(代表的にはQ’-AlCuMgSi相、以降単にQ相と記述する)となってしまい、析出物による母材強度向上効果が低下する。なお、Cuの原子列が含まれない析出物(β’’相)も一定数存在するが、観察された析出物の10%以下とすることが望まれ、更には5%以下とすることが望まれる。
(Artificial aging treatment process)
As the artificial aging treatment for the forged product that has undergone the quenching treatment process, the temperature is maintained at 170 to 190° C. for 4.5 to 6.5 hours. As a result, Cu atomic arrays can be formed at sufficiently dense intervals around the precipitates composed of Mg, Si, and Al, and serve as a barrier to the coarsening of the precipitates, thereby realizing a fine and uniform precipitate distribution. can be done. Here, the crystal phase of the formed precipitate includes a β''-MgSi phase (hereinafter simply referred to as β'' phase) and a C-AlCuMgSi phase (hereinafter simply referred to as C phase). These crystal phases are known to be formed early in the artificial aging process of Cu-added 6000 series aluminum alloys. It has been reported that all of them have an interface consistent with the Al matrix phase, and the strain field induced by the precipitates themselves or lattice mismatch functions as an obstacle to dislocation movement, contributing to the strengthening of the matrix. can be done. When the treatment temperature is less than 170° C. or the treatment time is less than 4.5 hours, the number density of precipitates does not reach a range sufficient for strength improvement. In addition, when the treatment temperature exceeds 190 ° C. or the treatment time is longer than 6.5 hours, the structure transition of the precipitate progresses so that the Cu atomic row is not included around the precipitate (representative In practice, it becomes a Q'-AlCuMgSi phase, hereinafter simply referred to as the Q phase), and the effect of improving the strength of the base material by the precipitates is reduced. Although there are a certain number of precipitates (β″ phase) that do not contain Cu atomic rows, it is desirable that the observed precipitates be 10% or less, and more preferably 5% or less. desired.
<観察手法>
析出物周囲における原子構造を観察するには、透過電子顕微鏡法(TEM)を始めとする原子分解能での観察が可能な手法を用いる。中でも、原子番号に依存した(Z)コントラストが得られる高角度散乱環状暗視野法(HAADF-STEM)による観察が適している。析出物を構成する原子列、および析出物の外周を構成する原子列の元素種を詳細に明らかにする上で、STEM像の強度情報以外にも、エネルギー分散型X線分光分析法(EDS)によって原子カラムごとの元素マッピングを得ることで、析出物の外周における原子列の元素種および原子列数を簡便に把握することができる。また、析出物周囲の界面構造を高分解能で観察するためには、球面収差補正機能によって照射電子線を原子1個のサイズ以下にまで集束できる電子顕微鏡を使用することが望ましい。
<Observation method>
In order to observe the atomic structure around the precipitate, a technique capable of observation at atomic resolution such as transmission electron microscopy (TEM) is used. Among them, the observation by the high-angle annular dark-field spectroscopy (HAADF-STEM), which can obtain the (Z) contrast depending on the atomic number, is suitable. In addition to the intensity information of STEM images, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) is used to clarify in detail the element species of the atomic arrays that make up the precipitates and the atomic arrays that make up the periphery of the precipitates. By obtaining an elemental mapping for each atomic column, it is possible to easily grasp the element species and the number of atomic columns in the periphery of the precipitate. In addition, in order to observe the interface structure around the precipitate with high resolution, it is desirable to use an electron microscope that can focus the irradiated electron beam to the size of one atom or less by the spherical aberration correction function.
ここで、前記析出物を原子分解能で観察するための具体的な手順について説明する。入射電子線の加速電圧は薄膜試料を十分に透過でき、かつ試料に必要以上の損傷を与えない範囲から選択すればよく、一般的な設定である200kVとすれば十分である。6000系アルミニウム合金の析出物の原子構造を詳細に観察するため、電子線の入射方位は、β’’相を始めとする析出物が観察しやすいAl母相の<100>方位や<310>方位とするが望ましく、Al母相の格子配置との対応関係を解釈しやすいように<100>方位とすることがさらに望ましい。例えば倍率50万倍とした観察視野の中で析出物を数多く含む視野を選び、その中から形状および結晶構造の異なるものを5つ抽出する。それぞれの析出物の円相当半径riおよび外周上のCu原子列の個数Niを測定し、これらの測定結果を用いて、以下の式に従い、析出物外周におけるCu原子列の平均間隔を算出する(図1及び図5参照)。 A specific procedure for observing the precipitate at atomic resolution will now be described. The acceleration voltage of the incident electron beam may be selected from a range that allows sufficient transmission through the thin film sample and does not damage the sample more than necessary. In order to observe the atomic structure of the precipitates of the 6000 series aluminum alloy in detail, the incident direction of the electron beam should be the <100> or <310> orientation of the Al matrix phase, where the precipitates including the β'' phase can be easily observed. The orientation is preferable, and the <100> orientation is more preferable so that the correspondence with the lattice arrangement of the Al matrix phase can be easily interpreted. For example, a field containing a large number of precipitates is selected from an observation field with a magnification of 500,000 times, and five of them with different shapes and crystal structures are extracted. Measure the equivalent circle radius r i of each precipitate and the number N i of Cu atomic rows on the outer circumference, and use these measurement results to calculate the average spacing of Cu atomic rows on the outer circumference of the precipitate according to the following formula. (See FIGS. 1 and 5).
ここで、Liは析出物iの円相当半径から算出した円周長である。
さらに、析出物内部に含まれるCu原子列数niを用いることで、析出物外周上のCu原子列数と析出物内部に含まれるCu原子列数の比をNi/niにより求めることができる。
また、Cu原子列がAl母相の(100)面の格子点上に一致しているかどうかは、電子線の入射方位をAl母相の<100>方位とすることによって、TEM像又はSTEM像上から十分に読み取ることができる。格子点位置の解析手法には特に制約はなく、画像解析ソフトを用いても良い。
Here, L i is the circumferential length calculated from the equivalent circle radius of the precipitate i.
Furthermore, by using the number of Cu atomic rows n i contained inside the precipitate, the ratio of the number of Cu atomic rows on the periphery of the precipitate to the number of Cu atomic rows contained inside the precipitate is obtained by N i / ni . can be done.
Further, whether or not the Cu atomic row coincides with the lattice point of the (100) plane of the Al matrix can be determined by setting the incident direction of the electron beam to the <100> direction of the Al matrix using a TEM image or a STEM image. Fully readable from above. There are no particular restrictions on the method of analyzing grid point positions, and image analysis software may be used.
図5は、TEM像における析出物の典型的な形状(左図)及びその原子列配置を模式的に示す平面模式図である。
図中の析出物3に模式的に示した原子列像の配置は実際のSTEM像を再現している。針状形状の析出物はその外周に規則的にCu原子列が配置し、内部のCu原子列もその外周の規則的なCu原子列に対応するように規則的に配置するものが観察されている。
図中の析出物3において、点線で示した“latticex(Cu)”及び“latticey(Cu)”の直線は、Al母相のAl原子列の格子上にCu原子列に配置すること、すなわち、Cu原子列がAl母相のAl原子列位置が一致していることを示すものである。
FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a typical shape (left figure) of a precipitate in a TEM image and its atomic array arrangement.
The arrangement of atomic array images schematically shown in the precipitate 3 in the figure reproduces an actual STEM image. It has been observed that needle-shaped precipitates have regularly arranged Cu atomic rows on the outer circumference, and the Cu atomic rows inside the precipitate are also regularly arranged so as to correspond to the regular Cu atomic rows on the outer circumference. there is
In the precipitate 3 in the figure, the straight lines of "lattice x (Cu)" and "lattice y (Cu)" indicated by dotted lines are arranged in Cu atomic rows on the Al matrix Al atomic row lattice, That is, it indicates that the Cu atomic array matches the Al atomic array position of the Al matrix.
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, specific examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to these examples.
(サンプル作成)
表1に示す合金組成を有するアルミニウム合金をホットトップ型水平連続鋳造法によって鋳造し、直径49mmの円形断面を有する長尺棒状の連続鋳造品を作製した。
(Sample creation)
An aluminum alloy having the alloy composition shown in Table 1 was cast by a hot-top horizontal continuous casting method to produce a long rod-shaped continuous cast product having a circular cross section with a diameter of 49 mm.
得られた連続鋳造品に対して、均質化熱処理、鍛造加工、溶体化処理、焼き入れ処理、人工時効処理をこの順で行った。なお、熱間鍛造では、表2(表2A、表2B)に示す条件で予備加熱を行った後に、図6に示すような自動車サスペンションアームの模擬形状へと成形し、その後大気放冷することで模擬鍛造品としてアルミニウム合金鍛造品100を作製した。均質化熱処理、鍛造加工、溶体化処理、焼入れ処理、人工時効処理の各工程の条件を下記の表2(表2A、表2B)に示す。表1の合金1で示した組成の連続鋳造品については条件1~条件3の3種類の条件にてアルミニウム合金鍛造品100を作製した。また、合金2で示した組成の連続鋳造品については条件1にてアルミニウム合金鍛造品100を作製した。条件1~3は、焼入れ処理工程の条件のみが異なる。
「合金1+条件1」のアルミニウム合金鍛造品及び「合金2+条件1」のアルミニウム合金鍛造品については、透過電子顕微鏡観察による構造解析及び引張試験による機械的特性評価を行った。さらに、「合金1+条件2」のアルミニウム合金鍛造品、及び、「合金1+条件3」のアルミニウム合金鍛造品の機械的特性を評価して、焼入れ処理工程の条件の違いの機械的特性への影響を調べた。
The obtained continuous cast product was subjected to homogenization heat treatment, forging, solution treatment, quenching treatment, and artificial aging treatment in this order. In the hot forging, after preheating under the conditions shown in Table 2 (Table 2A, Table 2B), it is formed into a simulated shape of an automobile suspension arm as shown in FIG. 6, and then allowed to cool in the atmosphere. to produce an aluminum alloy forged
For the aluminum alloy forgings of "
(評価)
「合金1+条件1」のアルミニウム合金鍛造品(実施例)及び「合金2+条件1」のアルミニウム合金鍛造品(比較例)について、HAADF-STEM観察を行うことで、5つの析出物の原子構造を解析し、析出物の外周上のCu原子列の平均間隔、外周上のCu原子列数と内部のCu原子列数の比、及び、Al母相の原子列位置と一致するCu原子列の割合を求めた。その結果を表3に示す。析出物の選定にあたっては、倍率50万倍とした観察視野の中で析出物を数多く含む視野を選び、その中から形状および結晶構造が典型的な析出物を選定するという観点で、5つの析出物を選定した。また、機械的特性について後述する手順で評価した。
(evaluation)
HAADF-STEM observation was performed on the aluminum alloy forgings of "
<透過電子顕微鏡観察>
各アルミニウム合金鍛造品に含まれる析出物の観察には、JEM-ARM200F(日本電子株式会社製)を使用し、照射系に搭載された球面収差補正装置(日本電子株式会社製)によって収差補正を行った。アルミニウム合金鍛造品の図6中に示した部位から切り出した1辺10mmの立方体試料に対して、エメリー紙研磨およびArガスを用いたイオンミリングによって、試料厚さが300nm程度になるまで薄片化させ、TEM観察試料を得た。入射電子線の加速電圧は200kVとし、観察方位はAl母相の<100>方向入射とした。観察倍率は2000万倍とし、結像には広角散乱電子を用いることでHAADF-STEM観察を行った。なお、観察領域は析出物の数密度が代表的な値となる領域を対象とした。さらに、電子エネルギー損失分光法(EELS)を用いてEELSスペクトルを取得し、ゼロロスピークとプラズモンピークの強度比から試料厚さを求め、厚さが300nm以下となる箇所のみを対象とした。
Cu原子列同士の平均間隔としては、実施例において3.1nm、比較例において10.5nmと算出できる。同様に、外周上のCu原子列数と内部のCu原子列数の比についても、実施例において1.0、比較例において0.8と算出できる。なお、析出物外周上で観察されたCu原子列については、Al母相といずれも整合するものであった。
また、5つの析出物(No.1~5)の結晶相はそれぞれ、表3に示した準安定相に属するものであった。実施例では、β’’相、Q’相、C相の3種類の準安定相を観察できたのに対して、比較例では、C相を見つけることができず、β’’相及びQ’相の2種類の準安定相のみを観察できた。実施例では、前述のNo.1~5の析出物を含んだ観察視野における578個の析出物のうち、β’’相、Q’相、C相の割合はそれぞれ、8%、18%、74%であった。一方、比較例では、同じく析出物を観察したが、C相を見つけることができなった。本観察視野中の析出物の数密度が代表的な視野から得られたものであることを鑑みると、比較例においては、C相は5%以下であるものと推察される。このように、実施例と比較例とは、準安定相の析出物のうちのC相の割合が大きく異なるものであった。後述するように、実施例は、比較例よりも優れた引張強度及び0.2%耐力を有する。これらの機械的特性の違いはC相の割合の大きな違いに起因する可能性が高いものと推察される。
なお、表3中で2種類の準安定相を記載した析出物はその2種類のいずれの特徴をも有するものであった。
<Transmission electron microscope observation>
A JEM-ARM200F (manufactured by JEOL Ltd.) was used to observe precipitates contained in each aluminum alloy forged product, and aberration correction was performed by a spherical aberration corrector (manufactured by JEOL Ltd.) installed in the irradiation system. gone. A cubic sample with a side of 10 mm cut out from the portion shown in FIG. , TEM observation samples were obtained. The acceleration voltage of the incident electron beam was set to 200 kV, and the viewing direction was set to <100> direction incidence of the Al matrix phase. HAADF-STEM observation was carried out by setting the observation magnification to 20,000,000 times and using wide-angle scattered electrons for image formation. Note that the observation area was the area where the number density of precipitates was a representative value. Furthermore, an EELS spectrum was obtained using electron energy loss spectroscopy (EELS), and the thickness of the sample was obtained from the intensity ratio of the zero-loss peak and the plasmon peak.
The average spacing between Cu atomic rows can be calculated to be 3.1 nm in the example and 10.5 nm in the comparative example. Similarly, the ratio of the number of Cu atomic rows on the outer circumference to the number of Cu atomic rows on the inside can be calculated as 1.0 in the example and 0.8 in the comparative example. Note that the Cu atomic arrays observed on the periphery of the precipitates were all consistent with the Al matrix.
The crystal phases of the five precipitates (Nos. 1 to 5) each belonged to the metastable phases shown in Table 3. In the example, three types of metastable phases, β″ phase, Q′ phase, and C phase, were observed, whereas in the comparative example, the C phase could not be found, and the β″ phase and Q Only two metastable phases of the ' phase could be observed. In the embodiment, the above-mentioned No. Of the 578 precipitates in the field of observation containing 1 to 5 precipitates, the proportions of β'' phase, Q' phase, and C phase were 8%, 18%, and 74%, respectively. On the other hand, in the comparative example, precipitates were also observed, but the C phase could not be found. Considering that the number density of precipitates in this observation field is obtained from a representative field, it is inferred that the C phase is 5% or less in the comparative example. As described above, the proportion of the C phase in the precipitates of the metastable phase was significantly different between the examples and the comparative examples. As will be described later, the examples have superior tensile strength and 0.2% yield strength to the comparative examples. It is speculated that these differences in mechanical properties are highly likely due to the large difference in the ratio of the C phase.
In Table 3, the precipitates having two types of metastable phases had the characteristics of both types.
<機械的特性評価>
実施例及び比較例の機械的特性は、引張試験を行うことで評価した。すなわち、人工時効処理後のアルミニウム合金鍛造品から、図6に示す位置において標点間距離25.4mm、平行部直径6.4mmの試験片を採取し、常温(25℃)において2mm/minの速度で引張試験を行うことによって、各種引張特性を測定した。その結果を表4に示す。また、表4には、「合金1+条件2」のアルミニウム合金鍛造品、及び、「合金1+条件3」のアルミニウム合金鍛造品の各種引張特性の測定結果も示す。
<Mechanical property evaluation>
The mechanical properties of Examples and Comparative Examples were evaluated by performing a tensile test. That is, from the aluminum alloy forging after artificial aging treatment, a test piece having a gauge length of 25.4 mm and a parallel part diameter of 6.4 mm was taken at the position shown in FIG. Various tensile properties were measured by performing tensile tests at speed. Table 4 shows the results. Table 4 also shows measurement results of various tensile properties of the aluminum alloy forgings of "
表4から明らかなように、本発明の析出物構成を有するアルミニウム合金鍛造品は、比較例よりも優れた引張強度及び0.2%耐力を有することが確認できた。すなわち、本発明の製造方法によって、機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造品が得ることが可能となる。
この優れた機械的特性は、析出物の原子スケールの結晶構造に起因するものであると考えられる。すなわち、析出物の外周に配置したCu原子列同士の平均間隔が比較例よりも実施例の方が狭いこと、すなわち、外周により密に配置していることで析出物がより微細分散化されていること、Cu原子列がAl母相の原子列位置(格子のマトリックス上の位置)に配置している割合が比較例よりも実施例の方が高いこと、すなわち、Cu原子列がより安定な位置に配置していることに起因すると考えられる。
本発明は、析出物の原子スケールの結晶構造を制御して機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造品を提供するものである。
As is clear from Table 4, it was confirmed that the aluminum alloy forgings having the precipitate composition of the present invention had superior tensile strength and 0.2% yield strength to those of the comparative examples. That is, the manufacturing method of the present invention makes it possible to obtain an aluminum alloy forged product with excellent mechanical properties.
It is believed that this excellent mechanical property is due to the atomic scale crystal structure of the precipitate. That is, the average spacing between the Cu atomic rows arranged on the outer periphery of the precipitate is narrower in the example than in the comparative example, that is, the precipitates are more finely dispersed by arranging them more densely on the outer periphery. and that the ratio of Cu atomic rows arranged at the atomic row positions of the Al matrix (lattice matrix positions) is higher in the example than in the comparative example, that is, the Cu atomic rows are more stable. This is thought to be due to the placement of the
The present invention provides an aluminum alloy forging having excellent mechanical properties by controlling the atomic scale crystal structure of precipitates.
「合金1+条件2」のアルミニウム合金鍛造品及び「合金1+条件3」のアルミニウム合金鍛造品の各種引張特性の測定結果から、焼入れ処理工程における水没時間及び焼入れ処理終了から人工時効処理を開始するまでの待機時間が、引張強度の向上や0.2%耐力の向上に重要なパラメータであることがわかった。
From the measurement results of various tensile properties of the aluminum alloy forgings of "
以上の結果から、本発明に係るアルミニウム合金鍛造品を製造するためには、Cuの組成、焼入れ処理工程における水没時間及び人工時効処理前の待機時間を所定の条件で行うことが必要であることがわかった。 From the above results, in order to manufacture the aluminum alloy forged product according to the present invention, it is necessary to perform the composition of Cu, the water immersion time in the quenching treatment process, and the waiting time before artificial aging treatment under predetermined conditions. I found out.
10…水平連続鋳造装置
11…溶湯受部(タンディッシュ)
11a…溶湯流入部
11b…溶湯保持部
11c…流出部
12…鋳型
12a…一端側
12b…他端側
13…耐火物製板状体(断熱部材)
13a…注湯用通路
21…中空部
21a…内周面
21b…他端側
22…流体供給管
22a…潤滑材供給口
23…冷却装置
24…冷却水キャビティ
24a…内底面
25…冷却水噴射通路
25a…シャワー開口
26…冷却水供給管
27…冷却壁部
B…アルミニウム合金棒
M…合金溶湯
W…冷却水
100…アルミニウム合金鍛造品
10... Horizontal
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
透過型電子顕微鏡によってAl母相に対して<100>入射で観察した際に観察される金属間化合物からなる析出物として、化学組成にMg、Si、Al及びCuのうちのいずれか2種以上の元素を含み、かつ前記析出物の外周に複数のCu原子列を有し、前記外周に配置する前記Cu原子列間の平均間隔が10nm以下であるものが含まれている、アルミニウム合金鍛造品。 Cu: 0.2% to 0.5% by mass, Mg: 0.6% to 1.2% by mass, Si: 0.4% to 1.25% by mass, Mn: 0.4% by mass to 0.6% by mass or less, Fe: 0.15% by mass to 0.70% by mass, Cr: 0.09% by mass to 0.25% by mass or less, Ti: 0.012% by mass to 0.035% by mass, An aluminum alloy forged product composed of an aluminum alloy whose balance is Al and inevitable impurities,
Two or more of Mg, Si, Al, and Cu in the chemical composition as precipitates composed of intermetallic compounds observed when observing the Al matrix phase with <100> incidence with a transmission electron microscope. and having a plurality of Cu atomic rows on the outer periphery of the precipitate, and an aluminum alloy forged product having an average spacing between the Cu atomic rows arranged on the outer periphery of 10 nm or less. .
The aluminum alloy forged product according to any one of claims 1 to 3, further containing 0.0001 mass% to 0.03 mass% of B.
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