JP2023095303A - Aluminum alloy material and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金材及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum alloy material and a method for producing the same.
アルミニウム合金は、金属としては密度が小さい、比強度が高い等の特徴を活かし、自動車用部材や航空機用部材、機械部品、構造材料などの種々の用途に用いられている。これらの中でも高い強度を有する5000系合金や6000系合金、7000系合金などのアルミニウム合金は、自動車のボディパネル等に用いられていることが多い。 Aluminum alloys are used in various applications such as automotive parts, aircraft parts, machine parts, and structural materials, taking advantage of their characteristics such as low density and high specific strength as metals. Among these, aluminum alloys such as 5000 series alloys, 6000 series alloys, and 7000 series alloys, which have high strength, are often used for automobile body panels and the like.
例えば特許文献1には、mass%で、Mg:3.0~6.0%、Si:0.1~0.6%、Fe:0.1~1.0%および残部Alを本質的成分としてなり、FeまたはSiを含んだ晶出物の円相当直径の平均が2μm以下、前記晶出物の平均アスペクト比が1.8以下であり、かつ平均結晶粒径が30μm以下である、成形性に優れたAl-Mg系Al合金板が記載されている。
For example, in
近年、省エネルギー及び省資源の観点から、アルミニウム合金の廃材を鋳造原料として再利用し、アルミニウム合金材を作製する技術の重要性が高まっている。しかし、アルミニウム合金の廃材中には、アルミニウム以外に種々の添加元素が含まれている。これらの添加元素の中でも、Fe(鉄)及びSi(シリコン)は、アルミニウム合金から取り除くことが難しい。そのため、アルミニウム合金の廃材を鋳造原料として再利用する場合、リサイクルされたアルミニウム合金材中のFeやSiの含有量が多くなりやすいという問題がある。また、アルミニウム合金材中のFeやSiの含有量が過度に多くなると、アルミニウム合金材中に粗大な晶出物が形成され、アルミニウム合金材の機械的特性等の悪化を招くおそれがある。 BACKGROUND ART In recent years, from the viewpoint of energy saving and resource saving, the importance of techniques for producing aluminum alloy materials by reusing aluminum alloy waste materials as casting raw materials has increased. However, aluminum alloy scraps contain various additive elements in addition to aluminum. Among these additive elements, Fe (iron) and Si (silicon) are difficult to remove from aluminum alloys. Therefore, when the waste aluminum alloy material is reused as a raw material for casting, there is a problem that the content of Fe and Si in the recycled aluminum alloy material tends to increase. Also, if the content of Fe or Si in the aluminum alloy material is excessively high, coarse crystallized substances are formed in the aluminum alloy material, which may lead to deterioration of the mechanical properties of the aluminum alloy material.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、FeやSiの含有量が比較的多い場合であっても良好な特性を備えたアルミニウム合金材及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of this background, and aims to provide an aluminum alloy material having good properties even when the Fe and Si contents are relatively large, and a method for producing the same. be.
本発明の一態様は、Si(シリコン):0.5質量%以上5.0質量%以下及びFe(鉄):0.3質量%以上3.0質量%以下を含むアルミニウム合金からなり、Al母相中に存在する金属間化合物相の円相当径の最大値が5μmを超えるアルミニウム合金材を準備し、
前記アルミニウム合金材に1GPa以上の圧力下でひずみを導入することにより前記金属間化合物相を分断し、前記金属間化合物相の円相当径の最大値を5μm以下とする、アルミニウム合金材の製造方法にある。
One aspect of the present invention is an aluminum alloy containing Si (silicon): 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less and Fe (iron): 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less, and Al preparing an aluminum alloy material in which the maximum value of the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase present in the matrix exceeds 5 μm,
A method for producing an aluminum alloy material, wherein the intermetallic compound phase is divided by introducing strain into the aluminum alloy material under a pressure of 1 GPa or more, and the maximum value of the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase is 5 μm or less. It is in.
前記の態様の製造方法においては、まず、Si及びFeの含有量が前記特定の範囲内であるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金材を準備する。このようなアルミニウム合金材中には、Si及び/またはFeを含む粗大な金属間化合物相が形成される。このアルミニウム合金材に1GPa以上の圧力下でひずみを導入し、いずれかの断面における金属間化合物相の円相当径の最大値が5μm以下となるように金属間化合物相を分断することにより、粗大な金属間化合物相による機械的特性等への影響を低減することができる。また、前記製造方法においては、アルミニウム合金材に高圧下でひずみを導入することにより、アルミニウム合金材におけるAl母相の結晶粒を微細化したり、アルミニウム合金材中の添加元素の再固溶を促進したりすることができる。 In the manufacturing method of the above aspect, first, an aluminum alloy material made of an aluminum alloy having Si and Fe contents within the specific ranges is prepared. A coarse intermetallic compound phase containing Si and/or Fe is formed in such an aluminum alloy material. Strain is introduced to this aluminum alloy material under a pressure of 1 GPa or more, and the intermetallic compound phase is divided so that the maximum value of the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase in any cross section is 5 μm or less. It is possible to reduce the influence of the intermetallic compound phase on the mechanical properties and the like. Further, in the above manufacturing method, by introducing strain into the aluminum alloy material under high pressure, the crystal grains of the Al matrix phase in the aluminum alloy material are refined, and the additional elements in the aluminum alloy material are promoted to redissolve. You can
これらの結果、前記の態様の製造方法によれば、FeやSiの含有量が比較的多い場合であっても良好な特性を備えたアルミニウム合金材を提供することができる。 As a result, according to the manufacturing method of the above aspect, it is possible to provide an aluminum alloy material having good properties even when the Fe and Si contents are relatively large.
前記製造方法においては、まず、Siの含有量及びFeの含有量が前記特定の範囲内であり、金属間化合物相を含むアルミニウム合金材を準備する。アルミニウム合金材は、例えば、DC鋳造によって作製された鋳塊やビレットであってもよい。また、アルミニウム合金材は、例えば、DC鋳造によって作製された鋳塊等に、さらに熱間加工及び/または冷間圧延を施してなる展伸材であってもよい。アルミニウム合金材には、その作製過程において、均質化処理や焼鈍などの熱処理が施されていてもよい。 In the manufacturing method, first, an aluminum alloy material having an Si content and an Fe content within the specific ranges and containing an intermetallic compound phase is prepared. The aluminum alloy material may be, for example, an ingot or billet produced by DC casting. Further, the aluminum alloy material may be, for example, a wrought material obtained by hot-working and/or cold-rolling an ingot or the like produced by DC casting. The aluminum alloy material may be subjected to heat treatment such as homogenization treatment and annealing during the production process.
アルミニウム合金材は、少なくとも、Si:0.5質量%以上5.0質量%以下及びFe:0.3質量%以上3.0質量%以下を含むアルミニウム合金から構成されている。すなわち、アルミニウム合金材は、例えば、Si:0.5質量%以上5.0質量%以下及びFe:0.3質量%以上3.0質量%以下を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。アルミニウム合金材中のSiの含有量及びFeの含有量を前記特定の範囲とすることにより、前記アルミニウム合金材の鋳造原料としてアルミニウム合金の廃材を使用する場合においても、化学成分の調整を容易に行うことができる。 The aluminum alloy material is composed of an aluminum alloy containing at least Si: 0.5 mass % or more and 5.0 mass % or less and Fe: 0.3 mass % or more and 3.0 mass % or less. That is, the aluminum alloy material contains, for example, Si: 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less and Fe: 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less, and the balance is Al and unavoidable impurities. It may have chemical constituents. By setting the content of Si and the content of Fe in the aluminum alloy material to the above-mentioned specific ranges, it is possible to easily adjust the chemical components even when using aluminum alloy scrap as a casting raw material for the aluminum alloy material. It can be carried out.
アルミニウム合金材中のSiの含有量は0.6質量%超え5.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以上5.0質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以上5.0質量%以下であることがさらに好ましい。この場合には、Si量の調整がより容易となるため、前記アルミニウム合金材の鋳造原料として使用し得るアルミニウム合金の廃材の範囲をより広げることができる。 The Si content in the aluminum alloy material is preferably more than 0.6% by mass and 5.0% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, and 2.0% by mass. More preferably, the content is not less than 5.0% by mass and not more than 5.0% by mass. In this case, it becomes easier to adjust the amount of Si, so that the range of aluminum alloy waste materials that can be used as the casting raw material for the aluminum alloy material can be further expanded.
また、アルミニウム合金材中のSiの含有量が多くなると、鋳造時に形成される金属間化合物相のサイズをより大きくするとともに、金属間化合物相の数をより多くすることができる。そして、このようなアルミニウム合金材に高圧下でひずみを導入することにより、ひずみが導入された後のアルミニウム合金材により多数の金属間化合物相を形成することができる。その結果、アルミニウム合金材の強度をより向上させることができる。 Further, when the Si content in the aluminum alloy material increases, the size of the intermetallic compound phases formed during casting can be increased, and the number of intermetallic compound phases can be increased. By introducing strain into such an aluminum alloy material under high pressure, a large number of intermetallic compound phases can be formed in the aluminum alloy material after strain is introduced. As a result, the strength of the aluminum alloy material can be further improved.
アルミニウム合金材中のFeの含有量は、0.5質量%以上3.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上3.0質量%以下であることがより好ましい。この場合には、Fe量の調整がより容易となるため、前記アルミニウム合金材の鋳造原料として使用し得るアルミニウム合金の廃材の範囲をより広げることができる。 The Fe content in the aluminum alloy material is preferably 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less. In this case, the amount of Fe can be adjusted more easily, so that the range of aluminum alloy scraps that can be used as the raw material for casting the aluminum alloy material can be further expanded.
また、アルミニウム合金材中のFeの含有量が多くなると、鋳造時に形成される金属間化合物相のサイズをより大きくするとともに、金属間化合物相の数をより多くすることができる。そして、このようなアルミニウム合金材に高圧下でひずみを導入することにより、ひずみが導入された後のアルミニウム合金材に、より多数の微細な金属間化合物相を形成することができる。その結果、アルミニウム合金材の強度をより向上させることができる。 Further, when the Fe content in the aluminum alloy material increases, the size of the intermetallic compound phases formed during casting can be increased, and the number of intermetallic compound phases can be increased. By introducing strain into such an aluminum alloy material under high pressure, more fine intermetallic compound phases can be formed in the aluminum alloy material after strain is introduced. As a result, the strength of the aluminum alloy material can be further improved.
アルミニウム合金材中のSiの含有量とFeの含有量との合計は、1.0質量%以上であることが好ましく、1.3質量%以上であることがより好ましく、1.5質量%以上であることがさらに好ましく、2.5質量%以上であることが特に好ましく、3.5質量%以上であることが最も好ましい。アルミニウム合金材中のSiの含有量とFeの含有量との合計を多くすることにより、ひずみを導入する前のアルミニウム合金材中に、より多量の金属間化合物相を形成することができる。そして、かかるアルミニウム合金材に高圧下でひずみを加え、金属間化合物相を分断することにより、最終的に得られるアルミニウム合金材中に金属間化合物相を微細に分散させることができる。その結果、分散強化によりアルミニウム合金材の強度を向上させることができる。 The total content of Si and Fe in the aluminum alloy material is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.3% by mass or more, and 1.5% by mass or more. more preferably, 2.5% by mass or more is particularly preferable, and 3.5% by mass or more is most preferable. By increasing the total content of Si and Fe in the aluminum alloy material, a larger amount of intermetallic compound phase can be formed in the aluminum alloy material before strain is introduced. The intermetallic compound phase can be finely dispersed in the finally obtained aluminum alloy material by applying strain to the aluminum alloy material under high pressure to break the intermetallic compound phase. As a result, the strength of the aluminum alloy material can be improved by dispersion strengthening.
アルミニウム合金材中には、必須成分としてのSi及びFe以外に、任意成分として、Mn(マンガン)、Mg(マグネシウム)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Cr(クロム)、Zr(ジルコニウム)、Ti(チタン)、B(ホウ素)などの元素から選択される1種または2種以上の元素が含まれていてもよい。すなわち、アルミニウム合金材は、2000系合金、3000系合金、4000系合金、5000系合金、6000系合金または7000系合金のうちいずれかのアルミニウム合金であってもよい。 Aluminum alloy materials contain Mn (manganese), Mg (magnesium), Cu (copper), Zn (zinc), Cr (chromium), Zr (zirconium) as optional components in addition to Si and Fe as essential components. , Ti (titanium), and B (boron). That is, the aluminum alloy material may be any one of 2000 series alloys, 3000 series alloys, 4000 series alloys, 5000 series alloys, 6000 series alloys, and 7000 series alloys.
より強度の高いアルミニウム合金材を得る観点からは、前記アルミニウム合金材は、5000系合金、6000系合金または7000系合金のうちいずれかのアルミニウム合金から構成されていることが好ましい。これらのアルミニウム合金からなるアルミニウム合金は、例えば自動車のボディパネル等に好適である。 From the viewpoint of obtaining an aluminum alloy material with higher strength, the aluminum alloy material is preferably made of any one of 5000 series alloys, 6000 series alloys and 7000 series alloys. Aluminum alloys composed of these aluminum alloys are suitable for, for example, body panels of automobiles.
前記アルミニウム合金材が6000系合金から構成されている場合、アルミニウム合金材は、Si:0.6質量%超え5.0質量%以下、Fe:0.3質量%以上3.0質量%以下及びMg:0.25質量%以上1.2質量%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。また、前記アルミニウム合金材が6000系合金から構成されている場合、アルミニウム合金材には、更に、Cu:0.05質量%以上1.0質量%以下、Mn:0.02質量%以上1.0質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.40質量%以下及びZr:0.01質量%以上0.40質量%以下からなる群より選択される1種または2種の元素が含まれていてもよい。また、アルミニウム合金材には、鋳塊組織の微細化を目的として、Ti(チタン):0.01質量%以上0.15質量%以下が含まれていてもよい。アルミニウム合金材中にTi:0.01質量%以上0.15質量%以下が含まれている場合、アルミニウム合金材中には、更に、B(ホウ素):0.0001質量%以上0.05質量%以下が含まれていてもよい。 When the aluminum alloy material is composed of a 6000 series alloy, the aluminum alloy material contains Si: more than 0.6% by mass and 5.0% by mass or less, Fe: 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less, and Mg: 0.25% by mass or more and 1.2% by mass or less may be contained, and the balance may be Al and unavoidable impurities. When the aluminum alloy material is composed of a 6000 series alloy, the aluminum alloy material further contains Cu: 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less, and Mn: 0.02% by mass or more. One or two elements selected from the group consisting of 0% by mass or less, Cr: 0.01% by mass or more and 0.40% by mass or less, and Zr: 0.01% by mass or more and 0.40% by mass or less It may be Further, the aluminum alloy material may contain Ti (titanium): 0.01% by mass or more and 0.15% by mass or less for the purpose of refining the ingot structure. When the aluminum alloy material contains Ti: 0.01% by mass or more and 0.15% by mass or less, the aluminum alloy material further contains B (boron): 0.0001% by mass or more and 0.05% by mass % or less may be included.
Siの含有量及びFeの含有量が前記特定の範囲内であり、ひずみが導入される前のアルミニウム合金材中には、鋳造時に形成された金属間化合物相が含まれている。この金属間化合物相には、Fe及びSiのうち少なくとも一方の元素が含まれている。また、アルミニウム合金材中に存在する金属間化合物相の円相当径の最大値は5μmを超える。すなわち、歪みを導入する加工を施す前のアルミニウム合金材中には、円相当径が5μmを超える粗大な金属間化合物相が存在している。ここで、金属間化合物相の円相当径とは、断面における金属間化合物相の面積と等しい面積の円の直径をいう。また、ひずみが導入される前のアルミニウム合金材中には、種々の断面のうちいずれかの1つの断面において5μmを超える円相当径を有する金属間化合物相が含まれていればよい。 The Si content and the Fe content are within the above specific ranges, and the aluminum alloy material before strain is introduced contains an intermetallic compound phase formed during casting. This intermetallic compound phase contains at least one of Fe and Si. In addition, the maximum equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase present in the aluminum alloy material exceeds 5 μm. That is, a coarse intermetallic compound phase having an equivalent circle diameter exceeding 5 μm is present in the aluminum alloy material before being processed to introduce strain. Here, the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase means the diameter of a circle having an area equal to the area of the intermetallic compound phase in the cross section. In addition, the aluminum alloy material before strain is introduced may contain an intermetallic compound phase having an equivalent circle diameter exceeding 5 μm in any one of various cross sections.
なお、ひずみが導入される前のアルミニウム合金材中には、円相当径が5μm以下の金属間化合物相が含まれていてもよい。 The aluminum alloy material before strain is introduced may contain an intermetallic compound phase having an equivalent circle diameter of 5 μm or less.
前記製造方法においては、このようなアルミニウム合金材に、1GPa以上の圧力下でひずみを導入する。この加工により、ひずみが導入される前のアルミニウム合金材中に存在していた粗大な金属間化合物相を、いずれの断面においても円相当径が5μm以下となるように分断し、粗大な金属間化合物相によるアルミニウム合金材の機械的特性等への影響を低減することができる。さらに、前記製造方法においては、アルミニウム合金材に高圧下でひずみを導入することにより、アルミニウム合金材におけるAl母相の結晶粒を微細化することができる。 In the manufacturing method, strain is introduced into such an aluminum alloy material under a pressure of 1 GPa or more. By this processing, the coarse intermetallic compound phase that existed in the aluminum alloy material before the strain was introduced is divided so that the equivalent circle diameter is 5 μm or less in any cross section, and the coarse intermetallic phase It is possible to reduce the influence of the compound phase on the mechanical properties of the aluminum alloy material. Furthermore, in the manufacturing method, by introducing strain into the aluminum alloy material under high pressure, the crystal grains of the Al matrix in the aluminum alloy material can be refined.
前記製造方法においては、これらの効果が相乗的に作用することにより、FeやSiの含有量が比較的多い場合であっても良好な特性を備えたアルミニウム合金材を得ることができる。それ故、前記製造方法によれば、アルミニウム合金の廃材を鋳造原料として再利用し、良好な特性を備えたアルミニウム合金材を得ることができる。 In the manufacturing method, these effects act synergistically, so that an aluminum alloy material having good properties can be obtained even when the Fe and Si contents are relatively large. Therefore, according to the manufacturing method described above, it is possible to reuse aluminum alloy waste materials as casting raw materials to obtain aluminum alloy materials having good properties.
前記製造方法において、アルミニウム合金材にひずみを導入する方法は、種々の態様を採り得る。例えば、前記製造方法においては、アルミニウム合金材を高圧下でせん断変形させることにより、アルミニウム合金材にひずみを導入する方法を採用することができる。このような方法としては、例えば、高圧下でアルミニウム合金材をねじり変形させるHPT(High Pressure Torsion)加工が挙げられるが、HPT加工に限らず、アルミニウム合金材にひずみを導入し、金属間化合物相を分断することができる方法であれば特に限定されることはない。例えば、アルミニウム合金材を高圧下でせん断変形させる方法としては、高圧下でアルミニウム合金材をせん断変形させるHPS(High Pressure Sliding)加工などを採用することもできる。また、アルミニウム合金材にひずみを導入する加工は、例えば室温下において行えばよい。 In the manufacturing method, the method of introducing strain into the aluminum alloy material can take various forms. For example, in the manufacturing method, a method of introducing strain into the aluminum alloy material by shearing the aluminum alloy material under high pressure can be adopted. Examples of such a method include HPT (High Pressure Torsion) processing in which an aluminum alloy material is torsionally deformed under high pressure. is not particularly limited as long as it can be divided. For example, as a method of shearing an aluminum alloy material under high pressure, HPS (High Pressure Sliding) processing for shearing an aluminum alloy material under high pressure can be employed. Further, the processing for introducing strain into the aluminum alloy material may be performed, for example, at room temperature.
前記製造方法において、高圧下でひずみが導入されたアルミニウム合金材は、分断された金属間化合物相がAl母相中に微細に分散しているとともに、Al母相の結晶粒が微細化された金属組織を有している。そのため、高圧下でひずみが導入されたアルミニウム合金材は、ひずみを導入する前に比べて高い強度を有している。このようなアルミニウム合金材は、特に高い強度が求められる用途に好適である。 In the above production method, the aluminum alloy material to which strain is introduced under high pressure has the divided intermetallic compound phase finely dispersed in the Al matrix, and the crystal grains of the Al matrix are refined. It has a metallic structure. Therefore, an aluminum alloy material to which strain is introduced under high pressure has higher strength than before strain is introduced. Such an aluminum alloy material is particularly suitable for applications that require high strength.
また、前記製造方法においては、高圧下でひずみが導入されたアルミニウム合金材に展伸加工や熱処理等を行うことにより、アルミニウム合金材を調質してもよい。例えば、前記製造方法においては、アルミニウム合金材中の金属間化合物相を分断した後に、前記アルミニウム合金材に熱間圧延及び冷間圧延のうち少なくとも一方を行ってもよい。 Moreover, in the manufacturing method, the aluminum alloy material may be refined by subjecting the aluminum alloy material to which strain has been introduced under high pressure to stretching, heat treatment, or the like. For example, in the manufacturing method, after the intermetallic compound phase in the aluminum alloy material is separated, the aluminum alloy material may be subjected to at least one of hot rolling and cold rolling.
また、前記製造方法においては、アルミニウム合金材中の金属間化合物相を分断した後に、前記アルミニウム合金材を加熱して焼鈍してもよい。この場合には、アルミニウム合金材中に導入されたひずみを回復させ、アルミニウム合金材の延性をより向上させることができる。 Moreover, in the manufacturing method, the aluminum alloy material may be heated and annealed after the intermetallic compound phase in the aluminum alloy material is divided. In this case, the strain introduced into the aluminum alloy material can be recovered, and the ductility of the aluminum alloy material can be further improved.
また、前記製造方法においては、アルミニウム合金材中の金属間化合物相を分断した後に、前記アルミニウム合金材を溶体化温度以上の温度に加熱した後焼入れして溶体化処理を行うこともできる。この場合には、アルミニウム合金材中に導入されたひずみを回復させるとともに、アルミニウム合金材中の金属間化合物相や析出物をAl母相中に固溶させることができる。これにより、アルミニウム合金材の延性及び強度をバランスよく向上させることができる。 Further, in the manufacturing method, after the intermetallic compound phase in the aluminum alloy material is divided, the aluminum alloy material is heated to a temperature equal to or higher than the solution treatment temperature and then quenched to perform the solution treatment. In this case, the strain introduced into the aluminum alloy material can be recovered, and the intermetallic compound phase and precipitates in the aluminum alloy material can be dissolved in the Al matrix. Thereby, the ductility and strength of the aluminum alloy material can be improved in a well-balanced manner.
アルミニウム合金材が熱処理型合金である場合には、溶体化処理を行った後のアルミニウム合金材に、更に時効処理を行うこともできる。この場合には、アルミニウム合金材の延性を維持しつつ、強度をより向上させることができる。 When the aluminum alloy material is a heat treatable alloy, the aluminum alloy material after solution treatment can be further subjected to aging treatment. In this case, the strength can be further improved while maintaining the ductility of the aluminum alloy material.
前述した製造方法により得られるアルミニウム合金材は、例えば、Si:0.6質量%超え5.0質量%以下及びFe:0.3質量%超え3.0質量%以下を含むアルミニウム合金から構成されており、
Al母相中に金属間化合物相が分散した金属組織を有している。
また、アルミニウム合金材中の金属間化合物相の円相当径は5μm以下である。
The aluminum alloy material obtained by the above-described manufacturing method is composed of an aluminum alloy containing, for example, Si: more than 0.6% by mass and 5.0% by mass or less and Fe: more than 0.3% by mass and 3.0% by mass or less. and
It has a metal structure in which an intermetallic compound phase is dispersed in an Al matrix.
The equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase in the aluminum alloy material is 5 μm or less.
前記製造方法により作製されたアルミニウム合金材においては、ひずみを導入する前に存在していた金属間化合物相が分断され、Al母相中に微細に分散している。さらに、ひずみの導入により、Al母相の結晶粒が微細化されている。このようなアルミニウム合金材の平均結晶粒径は、例えば20μm以下である。なお、アルミニウム合金材の平均結晶粒径は、電子後方散乱回折法により算出される値である。 In the aluminum alloy material produced by the above manufacturing method, the intermetallic compound phase that existed before the strain was introduced is divided and finely dispersed in the Al matrix phase. Furthermore, the introduction of strain refines the crystal grains of the Al matrix. The average grain size of such an aluminum alloy material is, for example, 20 μm or less. The average crystal grain size of the aluminum alloy material is a value calculated by an electron backscatter diffraction method.
アルミニウム合金材は、例えば、2000系合金、3000系合金、4000系合金、5000系合金、6000系合金または7000系合金のうちいずれかのアルミニウム合金から構成されていてもよい。 The aluminum alloy material may be composed of, for example, any one of 2000 series alloys, 3000 series alloys, 4000 series alloys, 5000 series alloys, 6000 series alloys, and 7000 series alloys.
アルミニウム合金材が6000系合金から構成されている場合、アルミニウム合金材を構成するアルミニウム合金は、Si:0.6質量%超え5.0質量%以下、Fe:0.3質量%以上3.0質量%以下及びMg:0.25質量%以上1.2質量%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。また、前記アルミニウム合金材が6000系合金から構成されている場合、アルミニウム合金を構成するアルミニウム合金には、更に、Cu:0.05質量%以上1.0質量%以下、Mn:0.02質量%以上1.0質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.40質量%以下及びZr:0.01質量%以上0.40質量%以下からなる群より選択される1種または2種の元素が含まれていてもよい。このアルミニウム合金には、更に、Ti:0.01質量%以上0.15質量%以下が含まれていてもよい。アルミニウム合金中にTi:0.01質量%以上0.15質量%以下が含まれている場合、アルミニウム合金中には、更に、B:0.0001質量%以上0.05質量%以下が含まれていてもよい。 When the aluminum alloy material is composed of a 6000 series alloy, the aluminum alloy constituting the aluminum alloy material contains Si: more than 0.6% by mass and 5.0% by mass or less, Fe: 0.3% by mass or more and 3.0 % by mass or less and Mg: 0.25 mass % or more and 1.2 mass % or less, with the balance being Al and unavoidable impurities. Further, when the aluminum alloy material is composed of a 6000 series alloy, the aluminum alloy constituting the aluminum alloy further contains Cu: 0.05 mass% or more and 1.0 mass% or less, Mn: 0.02 mass% % or more and 1.0 mass% or less, Cr: 0.01 mass% or more and 0.40 mass% or less, and Zr: 0.01 mass% or more and 0.40 mass% or less. element may be included. This aluminum alloy may further contain Ti: 0.01% by mass or more and 0.15% by mass or less. When the aluminum alloy contains Ti: 0.01% by mass or more and 0.15% by mass or less, the aluminum alloy further contains B: 0.0001% by mass or more and 0.05% by mass or less. may be
このようなアルミニウム合金材は、前述したように、その作製過程において粗大な金属間化合物相が分断されているとともにAl母相の結晶粒が微細化されているため、Si及びFeの含有量が比較的多い場合であっても良好な特性を有している。 In such an aluminum alloy material, as described above, the coarse intermetallic compound phase is divided and the crystal grains of the Al matrix are refined during the production process, so the Si and Fe contents are low. It has good characteristics even when it is relatively large.
前記アルミニウム合金材及びその製造方法の実施例を以下に説明する。なお、本発明にかかるアルミニウム合金材及びその製造方法の具体的な態様は、以下に示す実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。 Examples of the aluminum alloy material and the manufacturing method thereof will be described below. It should be noted that specific aspects of the aluminum alloy material and the method for producing the same according to the present invention are not limited to the aspects of the examples shown below, and the configuration may be changed as appropriate within the scope of the present invention. can be done.
(参考例)
本例においては、高圧下でひずみが導入されたアルミニウム合金材の金属組織の例を説明する。本例では、まず、DC鋳造により表1の合金記号A1に示す化学成分を有する鋳塊を作製する。なお、表1中における「Bal.」は残部であることを示す記号である。各元素の含有量は、カントメーターにより測定される値である。
(Reference example)
In this example, an example of the metallographic structure of an aluminum alloy material to which strain is introduced under high pressure will be described. In this example, first, an ingot having the chemical composition indicated by the alloy symbol A1 in Table 1 is produced by DC casting. In addition, "Bal." in Table 1 is a symbol indicating the remainder. The content of each element is a value measured by a cantometer.
次に、アルミニウム合金鋳塊から円板状の試験片を採取する。そして、図1に示すように、一対の治具2(2a、2b)の間に試験片1を挟持する。この状態で、治具2を介して試験片1を厚み方向に圧縮しつつ、一方の治具2aを他方の治具2bに対して相対的に回転させることにより、試験片1をねじり変形させる。以上により、試験片1にせん断ひずみを導入することができる。
Next, a disk-shaped test piece is taken from the aluminum alloy ingot. Then, as shown in FIG. 1, the
本例においては、試験片1に加える圧力は6GPaとし、治具2aの回転速度は1rpmとする。また、試験片1にひずみを導入する加工は、室温環境下で実施すればよい。治具2aの回転数は、表2に示す通りとする。以上により、表2に示す試験材B1を得ることができる。
In this example, the pressure applied to the
なお、試験片1に導入されるひずみの大きさは、相当ひずみ量で表される。相当ひずみ量εeqは、具体的には、試験片1の中心からの距離r(単位:mm)、試験片1の厚みt(単位:mm)及び回転数Nを用い、下記式(1)により算出することができる。各試験材における、中心からの距離が0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm及び5mmである位置における相当ひずみ量の計算値を表2に示す。なお、試験片の厚みtは約1mmである。
The magnitude of the strain introduced into the
図2(a)~図2(f)に、試験材B1における、中心からの距離が0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm及び5mmである位置における光学顕微鏡像をそれぞれ示す。図には示さないが、HPT加工を施す前の試験材B1は、Al母相(α相)中にAl6FeやAl3Feなどの粗大な金属間化合物相が分散された金属組織を有している。一方、図2(a)~図2(f)に示すように、試験材B1の金属組織においては、HPT加工を施す前の試験材B1に存在していた粗大な金属間化合物相が消失しており、Al母相中に金属間化合物相が微細に分散している。また、図2(a)~図2(f)の比較から、試験材B1に導入したひずみの量が大きくなるほど、金属間化合物相の大きさが小さくなることが理解できる。 FIGS. 2(a) to 2(f) show optical microscope images at positions at distances of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm and 5 mm from the center of test material B1, respectively. Although not shown in the figure, the test material B1 before being subjected to HPT processing has a metal structure in which coarse intermetallic compound phases such as Al 6 Fe and Al 3 Fe are dispersed in the Al matrix phase (α phase). are doing. On the other hand, as shown in FIGS. 2(a) to 2(f), in the metal structure of the test material B1, the coarse intermetallic compound phase that existed in the test material B1 before the HPT processing disappeared. The intermetallic compound phase is finely dispersed in the Al matrix phase. Also, from a comparison of FIGS. 2(a) to 2(f), it can be understood that the size of the intermetallic compound phase decreases as the amount of strain introduced into the test material B1 increases.
これらの結果から、アルミニウム合金材を高圧下でねじり変形させてひずみを導入することにより、鋳塊に存在していたAl6FeやAl3Fe等の粗大な金属間化合物相を分断できることが理解できる。 From these results, it is understood that coarse intermetallic compound phases such as Al 6 Fe and Al 3 Fe present in the ingot can be split by torsionally deforming the aluminum alloy material under high pressure to introduce strain. can.
(実施例)
本例においては、アルミニウム合金圧延板に高圧下でひずみを導入することにより得られるアルミニウム合金材の例を説明する。まず、DC鋳造により表1の合金記号A2に示す化学成分を有する鋳塊を作製する。この鋳塊に熱間圧延及び冷間圧延を行い、アルミニウム合金圧延板を作製する。なお、本例において用いるアルミニウム合金圧延板の調質は、H18である。
(Example)
In this example, an example of an aluminum alloy material obtained by introducing strain into a rolled aluminum alloy plate under high pressure will be described. First, an ingot having the chemical composition indicated by the alloy symbol A2 in Table 1 is produced by DC casting. This ingot is subjected to hot rolling and cold rolling to produce an aluminum alloy rolled plate. The temper of the aluminum alloy rolled sheet used in this example is H18.
次に、アルミニウム合金圧延板から円板状の試験片を採取する。この試験片に、参考例と同様の方法によりせん断ひずみを導入する。本例においては、試験片に加える圧力は2GPaとし、治具の回転速度は1rpmとする。また、試験片にひずみを導入する加工は、室温環境下で実施すればよい。治具の回転数は、1回転または10回転とする。以上により、表3に示す試験材C1及び試験材C2を得ることができる。 Next, a disc-shaped test piece is taken from the rolled aluminum alloy plate. A shear strain is introduced into this test piece by the same method as in the reference example. In this example, the pressure applied to the test piece is 2 GPa, and the rotating speed of the jig is 1 rpm. Moreover, the processing for introducing strain into the test piece may be performed in a room temperature environment. The number of rotations of the jig is set to 1 rotation or 10 rotations. As described above, the test material C1 and the test material C2 shown in Table 3 can be obtained.
また、以上のようにして得られる試験材C1及び試験材C2に溶体化処理を行うことにより、表3に示す試験材D1及び試験材D2を得ることができる。本例においては、溶体化処理における加熱温度は550℃とし、保持時間は30分とする。また、本例においては、加熱が完了した後、直ちに試験材を水に浸漬して水焼入れを行い、試験材の温度が室温となるまで急冷する。 Moreover, the test material D1 and the test material D2 shown in Table 3 can be obtained by subjecting the test material C1 and the test material C2 obtained as described above to solution treatment. In this example, the heating temperature in the solution treatment is 550° C., and the holding time is 30 minutes. Further, in this example, immediately after the heating is completed, the test material is immersed in water and quenched in water, and then rapidly cooled until the temperature of the test material reaches room temperature.
本例においては、表3に示す試験材を用いてJIS Z2241:2011に準拠した方法により引張試験を行うことにより、図3に示す各試験材の応力-ひずみ曲線を取得する。この応力-ひずみ曲線に基づいて各試験材の機械的特性を評価することができる。表3に、応力-ひずみ曲線に基づいて算出した各試験材の引張強さ及び伸びを示す。なお、図3の縦軸は公称応力(単位:MPa)であり、横軸は公称ひずみである。引張試験は室温環境中で行い、引張試験における初期ひずみ速度は3.0×10-3s-1とする。 In this example, the test material shown in Table 3 is used to perform a tensile test in accordance with JIS Z2241:2011 to obtain the stress-strain curve of each test material shown in FIG. Based on this stress-strain curve, the mechanical properties of each test material can be evaluated. Table 3 shows the tensile strength and elongation of each test material calculated based on the stress-strain curve. In addition, the vertical axis of FIG. 3 is the nominal stress (unit: MPa), and the horizontal axis is the nominal strain. The tensile test is performed in a room temperature environment, and the initial strain rate in the tensile test is 3.0×10 −3 s −1 .
また、図3には、試験材C1~C2及び試験材D1~D2との比較のため、ひずみを導入する加工が施されていないアルミニウム合金圧延板(試験材R1、試験材S1)の応力-ひずみ曲線を示す。試験材R1は、ひずみを導入する加工を施す前のアルミニウム合金圧延板である。また、試験材S1は、試験材R1に前述した条件で溶体化処理が施されたアルミニウム合金圧延板である。 In addition, for comparison with the test materials C1 to C2 and the test materials D1 to D2, FIG. A strain curve is shown. The test material R1 is an aluminum alloy rolled plate before being processed to introduce strain. Also, the test material S1 is an aluminum alloy rolled plate obtained by subjecting the test material R1 to the solution treatment under the conditions described above.
また、表3の「平均結晶粒径」欄に示した値は、電子後方散乱回折法により算出された、各試験材のAl母相の平均結晶粒径であり、「金属間化合物相の円相当径の最大値」欄に示した値は、走査型電子顕微鏡による二次電子観察像に基づいて算出された、各試験材中の金属間化合物相の円相当径の最大値である。なお、これらの欄に示した記号「-」は、平均結晶粒径または金属間化合物相の円相当径の最大値を算出していないことを示す。 In addition, the values shown in the "average crystal grain size" column of Table 3 are the average crystal grain sizes of the Al matrix phase of each test material calculated by the electron backscatter diffraction method, and the "intermetallic compound phase circle The value shown in the "maximum equivalent diameter" column is the maximum equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase in each test material, calculated based on the secondary electron image observed with a scanning electron microscope. The symbol "-" shown in these columns indicates that the maximum value of the average grain size or the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase was not calculated.
図3及び表3に示した試験材のうち、溶体化処理を施していない試験材同士を比較すると、ひずみを導入する加工を施した試験材C1及び試験材C2は、ひずみが導入されていない試験材R1に比べて引張強さが格段に高くなっている。従って、これらの結果によれば、アルミニウム合金圧延板に高圧下でひずみを導入する加工を施すことにより、粗大な金属間化合物相の影響を低減し、高い強度を有するアルミニウム合金材が得られることができることが理解できる。 Among the test materials shown in FIG. 3 and Table 3, when comparing test materials that have not been subjected to solution treatment, strain is not introduced in test materials C1 and C2 that have been processed to introduce strain. The tensile strength is significantly higher than that of the test material R1. Therefore, according to these results, it is possible to obtain an aluminum alloy material having high strength by reducing the influence of coarse intermetallic compound phases by subjecting a rolled aluminum alloy sheet to strain-introducing processing under high pressure. I understand what you can do.
また、溶体化処理が施されている試験材同士を比較すると、ひずみを導入する加工を施した試験材D1及び試験材D2は、ひずみが導入されていない試験材S1に比べて引張強さが高くなっている。さらに、試験材D1及び試験材D2は、溶体化処理が施されていない以外は同様の製造方法により作製された試験材C1及び試験材C2に比べて伸びが格段に大きくなっている。 In addition, when comparing the test materials subjected to solution treatment, the test material D1 and the test material D2 subjected to processing to introduce strain have higher tensile strength than the test material S1 to which no strain is introduced. getting higher. Furthermore, the test material D1 and the test material D2 have significantly greater elongation than the test material C1 and the test material C2, which were produced by the same manufacturing method except that they were not subjected to solution treatment.
従って、これらの結果によれば、アルミニウム合金圧延板に高圧下でひずみを導入する加工を施した後、溶体化処理を施すことにより、強度及び伸びの両方に優れたアルミニウム合金材が得られることが理解できる。 Therefore, according to these results, an aluminum alloy material excellent in both strength and elongation can be obtained by subjecting a rolled aluminum alloy sheet to strain-introducing processing under high pressure and then subjecting it to solution treatment. is understandable.
1 試験片
2 治具
1
Claims (8)
前記アルミニウム合金材に2GPa以上の圧力下でひずみを導入することにより前記金属間化合物相を分断し、前記金属間化合物相の円相当径の最大値を5μm以下とする、アルミニウム合金材の製造方法。 A circle of an intermetallic compound phase formed in an Al matrix, made of an aluminum alloy containing Si: 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less and Fe: 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less Prepare an aluminum alloy material with a maximum equivalent diameter exceeding 5 μm,
A method for producing an aluminum alloy material, wherein the intermetallic compound phase is divided by introducing strain into the aluminum alloy material under a pressure of 2 GPa or more, and the maximum value of the equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase is 5 μm or less. .
Al母相中に金属間化合物相が分散した金属組織を有し、
前記金属間化合物相の円相当径の最大値が5μm以下である、アルミニウム合金材。 Made of an aluminum alloy containing Si: more than 0.6% by mass and 5.0% by mass or less and Fe: more than 0.3% by mass and 3.0% by mass or less,
Having a metal structure in which an intermetallic compound phase is dispersed in an Al matrix,
An aluminum alloy material, wherein the maximum equivalent circle diameter of the intermetallic compound phase is 5 μm or less.
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