JP2023161784A - Aluminum alloy forging and method for manufacturing the same - Google Patents

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卓也 荒山
Takuya Arayama
佳文 木村
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Abstract

To provide an aluminum alloy forging having excellent mechanical properties at normal temperature.SOLUTION: An aluminum alloy forging of the present invention, in component ranges of Cu: 0.3 mass% to 1.0 mass%, Mg: 0.8 mass% to 1.8 mass%, Si: 0.9 mass% to 1.9 mass%, Mn: 0.3 mass% to 1.2 mass%, Fe: 0.2 mass% to 0.3 mass%, Zn: 0.26 mass% to 1.0 mass%, Cr: 0.05 mass% to 0.3 mass%, Ti: 0.012 mass% to 0.035 mass%, B: 0.001 mass% to 0.03 mass%, and Zr: 0.05 mass% or less, has the relationship Fe/Mn of less than 1.2, and the remainder of aluminum alloy forging made of Al and inevitable impurities. In an area where the maximum principal stress is applied, the average crystal grain size is 20 to 40 μm, a ratio of large-angle grain boundaries having a crystal orientation difference 15° or more is 27% or less, and 0.2% proof stress is 380 MPa or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、アルミニウム合金鍛造品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy forged product and a method for manufacturing the same.

近年、アルミニウム合金は、軽量性を生かして各種製品の構造部材としての用途が拡大しつつある。例えば、自動車の足廻りやバンパー部品では、今まで高張力鋼が用いられてきた。一方、近年は高強度アルミニウム合金材が用いられるようになっている。 In recent years, aluminum alloys have been increasingly used as structural members for various products due to their light weight. For example, high-strength steel has been used until now for automobile suspension and bumper parts. On the other hand, in recent years, high-strength aluminum alloy materials have come to be used.

また、自動車部品、その中でも、例えばサスペンション部品には、専ら鉄系材料が使用されていた。一方、近年は軽量化を主目的として、アルミニウム材料又はアルミニウム合金材料に置き換えられることが多くなってきた。 In addition, iron-based materials have been used exclusively for automobile parts, especially suspension parts. On the other hand, in recent years, aluminum materials or aluminum alloy materials have been increasingly replaced with the main purpose of reducing weight.

これらの自動車部品では、優れた耐食性、高強度及び優れた加工性が要求されることから、アルミニウム合金材料としてAl-Mg-Si系合金、特にA6061が多用されている。そして、このような自動車部品は、強度の向上を図るため、アルミニウム合金材料を加工用素材として塑性加工の1つである鍛造加工を行って製造される。 Since these automobile parts require excellent corrosion resistance, high strength, and excellent workability, Al--Mg--Si alloys, especially A6061, are often used as aluminum alloy materials. In order to improve the strength, such automobile parts are manufactured by performing forging, which is one type of plastic working, using aluminum alloy material as a working material.

また、最近では、コストダウンを図る必要があるため、押出をせずに鋳造部材をそのまま素材として鍛造した後、溶体化処理と人工時効処理を行う処理(T6処理)して得たサスペンション部品が実用化され始めており、さらなる軽量化を目的として、従来のA6061に代わる高強度合金の開発が進められている(例えば、特許文献1~3を参照。)。 In addition, recently, due to the need to reduce costs, suspension parts obtained by forging cast members as raw materials without extrusion, and then subjecting them to solution treatment and artificial aging treatment (T6 treatment). It has begun to be put into practical use, and high-strength alloys are being developed to replace the conventional A6061 with the aim of further reducing weight (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開平5-59477号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-59477 特開平5-247574号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-247574 特開平6-256880号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-256880

近年のCO排出量の削減の観点より、自動車の軽量化が求められている中、アルミニウムの需要は増加傾向にある。但し、鉄鋼材からの代替としては更なる高強度化が必要となる。一方、高強度化の1つの手法として、塑性加工及び溶体化処理工程において再結晶組織になることを抑制し、結晶粒径を微細化することが知られている。 In recent years, demand for aluminum has been increasing as automobiles have been required to be lighter in weight from the perspective of reducing CO 2 emissions. However, as a substitute for steel materials, even higher strength is required. On the other hand, as one method for increasing the strength, it is known to suppress the formation of a recrystallized structure in the plastic working and solution treatment steps and to refine the crystal grain size.

しかしながら、上述したAl-Mg-Si系の高強度合金は、鍛造及び熱処理工程において加工組織が再結晶し、粗大結晶粒が発生することにより、十分な高強度を得ることができないという問題があった。そのため、粗大再結晶粒生成防止のため、Zr(ジルコニウム)を添加して再結晶を防止しているものがある(例えば、上記特許文献1,2を参照。)。 However, the above-mentioned Al-Mg-Si-based high-strength alloy has the problem that it is unable to obtain sufficiently high strength due to the recrystallization of the worked structure during the forging and heat treatment processes and the generation of coarse crystal grains. Ta. Therefore, in order to prevent the formation of coarse recrystallized grains, there are some that add Zr (zirconium) to prevent recrystallization (for example, see Patent Documents 1 and 2 above).

しかしながら、Zrを添加することは、再結晶防止に効果があるものの、次のような問題点があった。
(1)Zrの添加により、Al-Ti-B系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、鋳塊自体の結晶粒が粗くなり、塑性加工後の加工品(鍛造品)の強度低下を招く。
(2)鋳塊自体の結晶粒微細化効果が弱められるため、鋳塊割れが発生し易くなり、内部欠陥が増加し、歩留まりが悪化する。
(3)Zrは、Al-Ti-B系合金と化合物を形成し、合金溶湯を貯留する炉の底に化合物が堆積し、炉を汚染すると共に、製造した鋳塊においてもこれら化合物が鋳塊中に粗大に晶出し、強度を低下させる。
However, although adding Zr is effective in preventing recrystallization, it has the following problems.
(1) The addition of Zr weakens the grain refinement effect of the Al-Ti-B alloy, making the crystal grains of the ingot itself coarser, leading to a decrease in the strength of the processed product (forged product) after plastic working. .
(2) Since the grain refining effect of the ingot itself is weakened, cracks in the ingot tend to occur, internal defects increase, and yield deteriorates.
(3) Zr forms compounds with Al-Ti-B alloys, and the compounds accumulate at the bottom of the furnace where the molten alloy is stored, contaminating the furnace, and these compounds are also present in the manufactured ingots. Coarse crystallization occurs in the inside, reducing strength.

このように、Zrの添加は、再結晶防止に効果があるものの、強度の安定性を維持するのが困難であった。 Thus, although the addition of Zr is effective in preventing recrystallization, it is difficult to maintain the stability of strength.

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、常温における機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造品及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of this technical background, and an object of the present invention is to provide an aluminum alloy forged product with excellent mechanical properties at room temperature and a method for manufacturing the same.

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。 The present invention provides the following means to solve the above problems.

本発明の第1態様に係るアルミニウム合金鍛造品は、Cu:0.3質量%~1.0質量%、Mg:0.8質量%~1.8質量%、Si:0.9質量%~1.9質量%、Mn:0.3質量%~1.2質量%、Fe:0.2質量%~0.3質量%、Zn: 0.26質量%~1.0質量%、Cr:0.05質量%~0.3質量%、Ti:0.012質量%~0.035質量%、B:0.001質量%~0.03質量%、Zr:0.001質量%以上、0.05質量%以下の成分範囲において、Fe/Mnの関係が1.2未満であり残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有す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、前記アルミニウム合金鍛造品の最大主応力がかかる部分において、平均結晶粒径が20~40μmであり、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、0.2%耐力が380MPa以上である。 The aluminum alloy forged product according to the first aspect of the present invention includes Cu: 0.3% by mass to 1.0% by mass, Mg: 0.8% by mass to 1.8% by mass, and Si: 0.9% by mass to 1.9 mass%, Mn: 0.3 mass% to 1.2 mass%, Fe: 0.2 mass% to 0.3 mass%, Zn: 0.26 mass% to 1.0 mass%, Cr: 0.05% by mass to 0.3% by mass, Ti: 0.012% by mass to 0.035% by mass, B: 0.001% by mass to 0.03% by mass, Zr: 0.001% by mass or more, 0 An aluminum alloy forged product composed of an aluminum alloy having an alloy composition in which the Fe/Mn relationship is less than 1.2 and the balance is Al and unavoidable impurities in a component range of .05% by mass or less, wherein the aluminum In the part of the alloy forged product where the maximum principal stress is applied, the average grain size is 20 to 40 μm, the ratio of large-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and the yield strength is 0.2%. It is 380 MPa or more.

本発明の第2態様に係るアルミニウム合金鍛造品の製造方法は、上記態様に係るアルミニウム合金鍛造品の製造方法であって、前記アルミニウム合金鍛造品と同じ組成の合金溶湯を形成する合金溶湯形成工程と、前記合金溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯を冷却し凝固してアルミニウム合金鋳塊を形成する鋳造工程と、前記アルミニウム合金鋳塊に、370℃以上、560℃以下の温度で4時間以上、10時間以下保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、前記均質化熱処理工程後のアルミニウム合金鋳造品に、加熱温度450℃以上、560℃以下で鍛造加工を行う鍛造工程と、前記鍛造工程で得られた鍛造品に、530℃以上、560℃以下の処理温度で0.3時間以上、3時間以下保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、前記溶体化処理工程後5秒以上、60秒以内に鍛造品の全ての表面を焼き入れ水に接触させ、1分以上、30分以内の間、水槽内で焼き入れを行う焼き入れ処理工程と、前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に170℃以上、210℃以下の加熱温度で0.5時間以上、7時間以下の間、時効処理を行う時効処理工程と、を有する。 A method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to the above aspect, comprising a molten alloy forming step of forming a molten alloy having the same composition as the aluminum alloy forged product. and a casting step of cooling and solidifying the molten aluminum alloy obtained in the molten alloy forming step to form an aluminum alloy ingot, and applying the aluminum alloy ingot at a temperature of 370° C. or higher and 560° C. or lower for 4 hours. As described above, the homogenization heat treatment step is performed to perform homogenization heat treatment for 10 hours or less, the forging step is performed to forge the aluminum alloy cast product after the homogenization heat treatment step at a heating temperature of 450° C. or more and 560° C. or less, and A solution treatment step in which the forged product obtained in the forging step is subjected to solution treatment at a treatment temperature of 530 ° C. or higher and 560 ° C. or lower for 0.3 hours or more and 3 hours or less, and 5 after the solution treatment step. A quenching process in which all surfaces of the forged product are brought into contact with quenching water for at least 60 seconds and quenched in a water bath for at least 1 minute and up to 30 minutes, and after the quenching process. and an aging treatment step of aging the forged product at a heating temperature of 170° C. or higher and 210° C. or lower for 0.5 hours or more and 7 hours or less.

本発明によれば、常温における機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造品を提供できる。 According to the present invention, an aluminum alloy forged product with excellent mechanical properties at room temperature can be provided.

本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金鋳造品を製造するための水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of the vicinity of a mold of a horizontal continuous casting apparatus for producing an aluminum alloy cast product according to an embodiment of the present invention. 図1に示す水平連続鋳造装置の冷却水キャビティ付近の要部を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part near a cooling water cavity of the horizontal continuous casting apparatus shown in FIG. 1. FIG. 水平連続鋳造装置の冷却壁部の熱流束を説明する説明図である。It is an explanatory view explaining heat flux of a cooling wall part of a horizontal continuous casting machine. 実施例で作製したアルミニウム合金鍛造品の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an aluminum alloy forged product manufactured in an example.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、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が実際と同じであるとは限らない。また、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、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その効果を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
Note that the drawings used in the following explanations may show characteristic parts enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may not be the same as the actual one. do not have. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within a range without changing the effect. .

[アルミニウム合金鍛造品]
先ず、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品について説明する。
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、Cu:0.3質量%~1.0質量%、Mg:0.8質量%~1.8質量%、Si:0.9質量%~1.9質量%、Mn:0.3質量%~1.2質量%、Fe:0.2質量%~0.3質量%、Zn: 0.26質量%~1.0質量%、Cr:0.05質量%~0.3質量%、Ti:0.012質量%~0.035質量%、B:0.001質量%~0.03質量%、Zr:0.001質量%以上、0.05質量%以下の成分範囲において、Fe/Mnの関係が1.2未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有す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、アルミニウム合金鍛造品の最大主応力がかかる部分において、平均結晶粒径が20~40μmであり、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、0.2%耐力が380MPa以上である。
[Aluminum alloy forged products]
First, an aluminum alloy forged product according to an embodiment of the present invention will be described.
The aluminum alloy forged product of this embodiment includes Cu: 0.3% by mass to 1.0% by mass, Mg: 0.8% by mass to 1.8% by mass, and Si: 0.9% by mass to 1.9% by mass. %, Mn: 0.3% by mass to 1.2% by mass, Fe: 0.2% by mass to 0.3% by mass, Zn: 0.26% by mass to 1.0% by mass, Cr: 0.05% by mass % to 0.3 mass%, Ti: 0.012 mass% to 0.035 mass%, B: 0.001 mass% to 0.03 mass%, Zr: 0.001 mass% or more, 0.05 mass% An aluminum alloy forged product composed of an aluminum alloy having an alloy composition in which the Fe/Mn relationship is less than 1.2 and the balance consists of Al and unavoidable impurities in the following component ranges: In the part where the maximum principal stress is applied, the average grain size is 20 to 40 μm, the ratio of large-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and the 0.2% proof stress is 380 MPa or more. .

本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、MgとSiを含む点で6000系アルミニウム合金の鍛造品に相当する。 The aluminum alloy forged product of this embodiment corresponds to a 6000 series aluminum alloy forged product in that it contains Mg and Si.

(Cu:0.3質量%以上、1.0質量%以下)
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、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性を向上させることができる。
(Cu: 0.3% by mass or more, 1.0% by mass or less)
Cu has the effect of finely dispersing Mg-Si compounds in aluminum alloys and improving the tensile strength of aluminum alloys by precipitating as Al-Cu-Mg-Si compounds such as Q phase. has. When the Cu content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged product at room temperature can be improved.

(Mg:0.8質量%以上、1.8質量%以下)
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(MgSi)、またはQ相を始めとするAl-Cu-Mg-Si系化合物(AlCuMgSi)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。また、MgSiは、アルミニウム合金中でのCuAl相の生成を抑制する作用がある。CuAl相の生成が抑制されることによって、アルミニウム合金鍛造品の耐食性が向上する。Mgの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性とともに耐食性を向上させることができる。
(Mg: 0.8% by mass or more, 1.8% by mass or less)
Mg has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. Mg dissolves solidly in the aluminum matrix, or precipitates as Mg-Si compounds (Mg 2 Si) such as β'' phase, or Al-Cu-Mg-Si compounds (AlCuMgSi) such as Q phase. This contributes to strengthening the aluminum alloy. Mg 2 Si also has the effect of suppressing the generation of the CuAl 2 phase in the aluminum alloy. By suppressing the generation of the CuAl 2 phase, the aluminum alloy forging The corrosion resistance of the product is improved. By having the Mg content within the above range, it is possible to improve the corrosion resistance as well as the mechanical properties at room temperature of the aluminum alloy forged product.

(Si:0.9質量%以上、1.9質量%以下)
Siは、Mgと同様にアルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性と共に耐食性を向上させる作用を有する。但し、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、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性と共に耐食性を向上させることができる。
(Si: 0.9 mass% or more, 1.9 mass% or less)
Like Mg, Si has the effect of improving the mechanical properties and corrosion resistance of aluminum alloy forged products at room temperature. However, if Si is added excessively to the aluminum alloy, coarse primary Si grains may crystallize, which may reduce the tensile strength of the aluminum alloy. When the Si content is within the above range, the mechanical properties and corrosion resistance of the aluminum alloy forged product at room temperature can be improved while suppressing the crystallization of primary Si.

(Mn:0.3質量%以上、1.2質量%以下)
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、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性を向上させることができる。
(Mn: 0.3% by mass or more, 1.2% by mass or less)
Mn increases the tensile strength of aluminum alloys by forming fine grain crystals containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si and Al-Mn-Cr-Fe-Si. It has the effect of improving When the Mn content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged product at room temperature can be improved.

(Fe:0.2質量%以上、0.3質量%以下)
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、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性を向上させることができる。
なお、Fe/Mnの関係が1.2未満である。Fe/Mnの関係が1.2未満であることによって、1.5μm以上のAlFeSi系化合物の晶出を抑制することができ、機械的特性を向上することができる。
(Fe: 0.2% by mass or more, 0.3% by mass or less)
Fe is present in fine particles containing 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 substance, it has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. When the content of Fe is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged product at room temperature can be improved.
Note that the Fe/Mn relationship is less than 1.2. When the Fe/Mn relationship is less than 1.2, crystallization of AlFeSi-based compounds of 1.5 μm or more can be suppressed, and mechanical properties can be improved.

(Cr:0.05質量%以上、0.3質量%以下)
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、アルミニウム合金鍛造品の常温における機械的特性を向上させることができる。
(Cr: 0.05% by mass or more, 0.3% by mass or less)
Cr improves the tensile strength of aluminum alloys by forming fine grain crystals containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Cr-Fe-Si and Al-Fe-Cr. It has the effect of causing When the Cr content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged product at room temperature can be improved.

(Ti:0.012質量%以上、0.035質量%以下)
Tiは、アルミニウム合金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、アルミニウム合金鍛造品に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%以下である。
(Ti: 0.012 mass% or more, 0.035 mass% or less)
Ti has the effect of refining the crystal grains of the aluminum alloy and improving the stretchability. If the Ti content is less than 0.012% by mass, there is a risk that the effect of grain refinement 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 stretchability may deteriorate. Furthermore, if a large amount of coarse crystallized substances containing Ti are mixed into an aluminum alloy forged product, the toughness may be reduced. Therefore, the content of Ti is 0.012% by mass or more and 0.035% by mass or less. The Ti content is preferably 0.015% by mass or more and 0.030% by mass or less.

(B:0.001質量%以上、0.03質量%以下)
Bは、アルミニウム合金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。
上述したTiと共にBをアルミニウム合金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鍛造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0.001質量%以上、0.03質量%とする。Bの含有率は、好ましくは0.005質量%以上、0.025質量%である。
(B: 0.001% by mass or more, 0.03% by mass or less)
B has the effect of refining the crystal grains of the aluminum alloy and improving the stretchability.
By adding B to the aluminum alloy together with the above-mentioned 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 crystal grain refinement 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 may be mixed into the aluminum alloy forged product as inclusions. Furthermore, if a large amount of coarse crystallized substances containing B are mixed into the final aluminum alloy product, the toughness may be reduced. Therefore, the content of B is 0.001% by mass or more and 0.03% by mass. The content of B is preferably 0.005% by mass or more and 0.025% by mass.

(Zn:0.26質量%以上、1.0質量%以下)
Znは1.0質量%以下であれば、Al母相中に固溶され、固溶強化としてアルミニウム合金鍛造品の強度の向上に寄与する。Znの含有率が1.0質量%を超えるとMgZnが生成し、Al母相から粒界に析出することで粒界腐食を起こし、アルミニウム合金鍛造品の耐食性の低下につながる。またZnが固溶していることで再結晶抑制効果があるが、0.26質量%未満であると再結晶抑制効果が不十分である一方、1.0質量%を超えて添加され、MgZnが生成し固溶量が減少すると再結晶が発生しやすくなる。また、MgがZnと化合してMgZnを形成してMgがZnに持っていかれると、その分、MgSiの量が減ってしまうため、MgSiによる結晶粒微細化効果が低下してしまう。このため、Znの含有率は、1.0質量%以下とすることが好ましい。
(Zn: 0.26% by mass or more, 1.0% by mass or less)
If Zn is 1.0% by mass or less, it is dissolved in the Al matrix and contributes to improving the strength of the aluminum alloy forged product as solid solution strengthening. When the Zn content exceeds 1.0% by mass, MgZn 2 is generated and precipitated from the Al matrix to the grain boundaries, causing intergranular corrosion, leading to a decrease in the corrosion resistance of the aluminum alloy forged product. In addition, solid solution of Zn has a recrystallization suppressing effect, but if it is less than 0.26 mass%, the recrystallization suppressing effect is insufficient, while when added in excess of 1.0 mass%, MgZn When 2 is generated and the amount of solid solution decreases, recrystallization becomes more likely to occur. In addition, when Mg combines with Zn to form MgZn 2 and Mg is taken to Zn, the amount of Mg 2 Si decreases, so the grain refinement effect of Mg 2 Si decreases. I end up. Therefore, the Zn content is preferably 1.0% by mass or less.

(Zr:0.001質量%以上、0.05質量%以下)
Zrは、0.05質量%以下であれば、AlZrおよびAl-(Ti,Zr)という形で析出することで、再結晶抑制効果や析出強化によりアルミニウム合金鍛造品の強度の向上に寄与する。ただし、Zrの含有率が0.05質量%を超えると粗大なZr化合物として晶出することによって、アルミニウム合金鍛造品の耐食性の低下につながるおそれがある。このため、Zrの含有率は、0.05質量%以下とする。また、上記の再結晶抑制効果や析出強化による鍛造品の強度の向上の効果を得るためにはZrの含有率は、0.001質量%以上であることが好ましい。
(Zr: 0.001% by mass or more, 0.05% by mass or less)
If Zr is 0.05% by mass or less, it precipitates in the form of Al 3 Zr and Al-(Ti, Zr), which contributes to improving the strength of aluminum alloy forgings by suppressing recrystallization and strengthening precipitation. do. However, if the Zr content exceeds 0.05% by mass, it may crystallize as a coarse Zr compound, leading to a decrease in the corrosion resistance of the aluminum alloy forged product. Therefore, the content of Zr is 0.05% by mass or less. Further, in order to obtain the above-mentioned recrystallization suppressing effect and the effect of improving the strength of the forged product through precipitation strengthening, the Zr content is preferably 0.001% by mass or more.

(不可避不純物)
不可避不純物は、アルミニウム合金鍛造品の原料又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、Ni、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)
Unavoidable impurities are impurities that are unavoidably mixed into the aluminum alloy from the raw materials or manufacturing process of the aluminum alloy forged product. Examples of unavoidable impurities include Ni, Sn, and Be. It is preferable that the content of these unavoidable impurities does not exceed 0.1% by mass.

本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、アルミニウム合金鍛造品の最大主応力がかかる部分の断面組織において、平均結晶粒径が20μm以上、40μm以下であり、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、0.2%耐力が380MPa以上である。 The aluminum alloy forged product of this embodiment has an average crystal grain size of 20 μm or more and 40 μm or less in the cross-sectional structure of the portion of the aluminum alloy forged product where the maximum principal stress is applied, and large-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more. The ratio is 27% or less, and the 0.2% proof stress is 380 MPa or more.

ここで、「平均結晶粒径」とは、電子顕微鏡像やEBSD像において、各結晶粒ごとに、同等の面積を有する円としたときの直径(円相当径)をその結晶粒の粒径として、その平均をとったものを指す。解析ソフトによって自動的に算出されたものでもよい。「平均結晶粒径」は、380個以上の結晶粒の平均をとったものとする。 Here, the "average grain size" refers to the diameter (circle equivalent diameter) when each grain is made into a circle with the same area in an electron microscope image or an EBSD image. , refers to the average value. It may be automatically calculated by analysis software. The "average crystal grain size" is the average of 380 or more crystal grains.

平均結晶粒径が40μmを超えると、ホールペッチ則の関係より、満足した引張、疲労特性を得ることができない。一方、平均結晶粒径が20μm未満では、靭性が悪化し衝撃性が低下する。このため、平均結晶粒径が20μm以上、40μm以下の範囲に制御する必要がある。
また、結晶粒径の標準偏差は30以下であることが好ましい。結晶粒径のばらつきが抑制されていると耐衝撃性が高くなるからである。結晶粒径の標準偏差は25以下であることがより好ましく、20以下であることがさらに好ましい。
If the average grain size exceeds 40 μm, satisfactory tensile and fatigue properties cannot be obtained due to the Hall-Petch law. On the other hand, if the average crystal grain size is less than 20 μm, toughness deteriorates and impact resistance decreases. Therefore, it is necessary to control the average crystal grain size to a range of 20 μm or more and 40 μm or less.
Further, the standard deviation of the crystal grain size is preferably 30 or less. This is because impact resistance increases when variation in crystal grain size is suppressed. The standard deviation of the crystal grain size is more preferably 25 or less, and even more preferably 20 or less.

結晶方位差15%以上の結晶粒界(大角粒界)は、再結晶化の進行程度の指標となる。この比率が27%以下であると再結晶化が十分に抑制されており、優れた機械的特性に繋がる。結晶方位差15%以上の結晶粒界の比率は、EBSD像から得ることができる。 Grain boundaries with a crystal orientation difference of 15% or more (high-angle grain boundaries) serve as an indicator of the degree of progress of recrystallization. When this ratio is 27% or less, recrystallization is sufficiently suppressed, leading to excellent mechanical properties. The ratio of grain boundaries with a crystal orientation difference of 15% or more can be obtained from an EBSD image.

本実施形態のアルミニウム合金鍛造品が有する380MPa以上の0.2%耐力は、鉄系の金属材料に匹敵する高強度である。 The aluminum alloy forged product of this embodiment has a 0.2% yield strength of 380 MPa or more, which is a high strength comparable to iron-based metal materials.

[アルミニウム合金鍛造品の製造方法]
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の製造方法は、例えば、溶湯形成工程と、鋳造工程と、均質化熱処理工程と、鍛造工程と、溶体化処理工程と、焼き入れ処理工程と、時効処理工程とを経ることによって、上記アルミニウム合金鍛造品を製造することができる。
[Method for manufacturing aluminum alloy forged products]
Next, a method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to the present embodiment will be described.
The method for manufacturing an aluminum alloy forged product of the present embodiment includes, for example, a molten metal forming process, a casting process, a homogenizing heat treatment process, a forging process, a solution treatment process, a quenching process, and an aging treatment process. The above-mentioned aluminum alloy forged product can be manufactured through the following steps.

(溶湯形成工程)
溶湯形成工程は、原料を溶解して組成を調製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。すなわち、Cu:0.3質量%~1.0質量%、Mg:0.8質量%~1.8質量%、Si:0.9質量%~1.9質量%、Mn:0.3質量%~1.2質量%、Fe:0.2質量%~0.3質量%、Zn:0.26質量%~1.0質量%、Cr:0.05質量%~0.3質量%、Ti:0.012質量%~0.035質量%、B:0.001質量%~0.03質量%、Zr:0.001質量%以上、0.05質量%以下の成分範囲において、Fe/Mnの関係が1.2未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなるように調整して6000系アルミニウム合金の溶湯を得る。
原料として1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系のアルミニウム合金のスクラップ材を10%以上使用し、残部がアルミニウム新塊、上記の添加元素であるものを用い、これらを溶解して組成を調製したアルミニウム合金溶湯を得てもよい。
上記組成のアルミニウム合金溶湯を用いてこれ以降の工程を得ることで、再結晶発生がしにくく常温における機械的特性に優れたAl-Mg-Si系アルミニウム合金鍛造品を得ることができる。なお、アルミニウム新塊とは、鉱物から製造されたアルミナに、電解精錬と呼ばれる電気分解を行うことで得られる濃度99%以上のアルミニウムである。
(Molten metal formation process)
The molten metal forming step is a step in which raw materials are melted to obtain a molten aluminum alloy whose composition has been adjusted. The composition of the molten aluminum alloy is the same as the composition of the aluminum alloy forging. That is, Cu: 0.3% by mass to 1.0% by mass, Mg: 0.8% by mass to 1.8% by mass, Si: 0.9% by mass to 1.9% by mass, Mn: 0.3% by mass. % to 1.2 mass%, Fe: 0.2 mass% to 0.3 mass%, Zn: 0.26 mass% to 1.0 mass%, Cr: 0.05 mass% to 0.3 mass%, Fe/ A molten metal of 6000 series aluminum alloy is obtained by adjusting the Mn relationship to be less than 1.2 and the balance being Al and unavoidable impurities.
1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series aluminum alloy scrap materials are used as raw materials for 10% or more, and the remainder is new aluminum ingots and the above additive elements. , these may be melted to obtain a molten aluminum alloy whose composition is adjusted.
By performing the subsequent steps using a molten aluminum alloy having the above composition, it is possible to obtain an Al--Mg--Si based aluminum alloy forged product that is resistant to recrystallization and has excellent mechanical properties at room temperature. Note that the new aluminum ingot is aluminum with a concentration of 99% or more obtained by subjecting alumina produced from minerals to electrolysis called electrolytic refining.

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。また、アルミニウム合金の原料となる元素の単体若しくは元素を2種以上含む化合物を、目的のアルミニウム合金を生成する割合で含む混合物を溶融させることによって成形してもよい。例えば、鋳造工程で生成させるアルミニウム合金の結晶粒径を制御する目的で、TiやBをAl-Ti-Bロッドなどの結晶粒微細化材として混合してもよい。 Molten aluminum alloy can be obtained by heating and melting an aluminum alloy. Alternatively, it may be formed by melting a mixture containing a single element or a compound containing two or more elements serving as raw materials for the aluminum alloy in a proportion that produces the desired aluminum alloy. For example, in order to control the grain size of the aluminum alloy produced in the casting process, Ti or B may be mixed as a grain refiner such as an Al--Ti--B rod.

(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、例えば、水平連続鋳造法を用いることができる。
(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 cast product. For the casting process, for example, a horizontal continuous casting method can be used.

ここで、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を図1及び図2に示す。
なお、図1は、水平連続鋳造装置10の鋳型12付近の一例を示す断面図である。図2は、水平連続鋳造装置10の冷却水キャビティ24付近の要部を拡大した断面図である。
Here, a horizontal continuous casting apparatus that can be used for manufacturing the aluminum alloy casting product of this embodiment is shown in FIGS. 1 and 2.
Note that FIG. 1 is a sectional view showing an example of the vicinity of the mold 12 of the horizontal continuous casting apparatus 10. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the horizontal continuous casting apparatus 10 near the cooling water cavity 24. As shown in FIG.

図1及び図2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。 The horizontal continuous casting apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a molten metal receiving part (tundish) 11, a hollow cylindrical mold 12, and a space between one end side 12a of the mold 12 and the molten metal receiving part 11. It has a refractory plate-like body (insulating member) 13.

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。 The molten metal receiving part 11 is composed of a molten metal inflow part 11a that receives the molten aluminum alloy M obtained in the above-described molten metal forming process, a molten metal holding part 11b, and an outflow part 11c to the hollow part 21 of the mold 12.

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、且つ、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 metal receiving part 11 maintains the upper liquid level of the molten aluminum alloy M at a position higher than the upper surface of the hollow part 21 of the mold 12, and in the case of multiple casting, the aluminum alloy is placed in each mold 12. This is to stably distribute the molten metal M.

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 metal holding part 11b in the molten metal receiving part 11 is poured into the hollow part 21 of the mold 12 from the pouring passage 13a provided in the refractory plate 13. The molten aluminum alloy M supplied into the hollow portion 21 is cooled and solidified by a cooling device 23, which will be described later, and is pulled out from the other end side 12b of the mold 12 as an aluminum alloy rod B, which is a solidified ingot.

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。 A drawer drive device (not shown) that pulls out the cast aluminum alloy rod B at a constant speed may be installed on the other end side 12b of the mold 12. Further, it is also preferable that a synchronous cutting machine (not shown) is installed to cut the continuously drawn aluminum alloy rods B into arbitrary lengths.

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 13 is a member that blocks heat transfer between the molten metal receiver 11 and the mold 12, and is made of, for example, calcium silicate, alumina, silica, a mixture of alumina and silica, silicon nitride, silicon carbide. , graphite, or other materials. Such a refractory plate-like body 13 can also be composed of a plurality of layers made of different constituent materials.

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、若しくはそれらの合金から選ばれる1種又は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 mold 12 is a hollow cylindrical member in this embodiment, and is made of, for example, one material selected from aluminum, copper, or an alloy thereof, or a combination of two or more materials. The material for the mold 12 may be selected from an optimal combination in terms of thermal conductivity, heat resistance, and mechanical strength.

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。 The hollow part 21 of the mold 12 is formed to have a circular cross section in order to make the aluminum alloy rod B to be cast into a cylindrical rod shape, and the mold central axis (central axis) C passing through the center of the hollow part 21 is approximately horizontal. A mold 12 is held along the line.

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1を参照)に向けて鋳型中心軸Cに対して0°~3°(より好ましくは0°~1°)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 circumferential surface 21a of the hollow part 21 of the mold 12 has an angle of 0° to 3° (more preferably 0° to 1°) with respect to the mold center axis C toward the casting direction of the aluminum alloy rod B (see FIG. 1). ) is formed at an elevation angle of That is, the inner circumferential surface 21a is configured to have a tapered cone-like shape toward the casting direction. The angle formed by the taper is the elevation angle.

仰角が0°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°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、又は、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 elevation angle is less than 0°, when the aluminum alloy rod B is pulled out from the mold 12, it may be difficult to cast because it will encounter resistance at the other end side 12b, which is the mold outlet. On the other hand, if the elevation angle exceeds 3°, the contact of the inner peripheral surface 21a with the molten aluminum alloy M becomes insufficient, and the heat removal effect from the molten aluminum alloy M and the solidified shell obtained by cooling and solidifying it to the mold 12 decreases. This may result in insufficient coagulation. As a result, re-melting skin may occur on the surface of the aluminum alloy rod B, or casting troubles such as unsolidified molten aluminum alloy M spouting out from the end of the aluminum alloy rod B may occur, which is not preferable.

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、楕円若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。 Note that the cross-sectional shape of the hollow portion 21 of the mold 12 (the planar shape when the hollow portion 21 of the mold 12 is viewed from the other end side 21b) may have a triangular or rectangular cross-sectional shape, for example, in addition to the circular shape of this embodiment. The shape may be selected according to the shape of the aluminum alloy rod to be cast, such as a polygon, a semicircle, an ellipse, or an irregular cross-sectional shape having no axis or plane of symmetry.

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何れか1種又は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 fluid supply pipe 22 for supplying lubricating fluid into the hollow portion 21 of the mold 12 is arranged at one end side 12 a of the mold 12 . The lubricating fluid supplied from the fluid supply pipe 22 can be one or more lubricating fluids selected from gas lubricants and liquid lubricants. When supplying both a gas lubricant and a liquid lubricant, it is preferable to provide separate fluid supply pipes for each. The lubricating fluid supplied under pressure from the fluid supply pipe 22 is supplied into the hollow portion 21 of the mold 12 through the annular lubricant supply port 22a.

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 circumferential surface 21a of the mold 12 from the lubricant supply port 22a. Note that the liquid lubricant may be heated to become a decomposed gas and then supplied to the inner circumferential surface 21a of the mold 12. Alternatively, a porous material may be disposed in the lubricant supply port 22a, and the lubricating fluid may be exuded to the inner circumferential surface 21a of the mold 12 through the porous material.

鋳型12の内部には、アルミニウム合金溶湯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 mold 12, a cooling device 23, which is a cooling means for cooling and solidifying the molten aluminum alloy M, is formed. The cooling device 23 of this embodiment includes a cooling water cavity 24 that accommodates cooling water W for cooling the inner circumferential surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12, and a cooling water cavity 24 and the hollow portion 21 of the mold 12. The cooling water injection passage 25 communicates with the cooling water injection passage 25.

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。 The cooling water cavity 24 is formed in an annular shape so as to surround the hollow part 21 outside the inner peripheral surface 21a of the hollow part 21 inside the mold 12, and is supplied with cooling water W via the cooling water supply pipe 26. Ru.

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内に充満したアルミニウム合金溶湯Mの熱を鋳型12の内周面21aに接触する面から奪って、アルミニウム合金溶湯Mの表面に凝固殻を形成させる。 The inner peripheral surface 21a of the mold 12 is cooled by the cooling water W accommodated in the cooling water cavity 24, so that the heat of the molten aluminum alloy M filled in the hollow part 21 of the mold 12 is transferred to the inner peripheral surface of the mold 12. A solidified shell is formed on the surface of the molten aluminum alloy M by taking it away from the surface that contacts 21a.

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W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。 Further, the cooling water injection passage 25 cools the aluminum alloy rod B by applying cooling water W directly toward the aluminum alloy rod B at the other end side 12b of the mold 12 from the shower opening 25a facing the hollow portion 21. The longitudinal cross-sectional shape of the cooling water injection passage 25 may be, for example, semicircular, pear-shaped, or horseshoe-shaped, in addition to the circular shape of this embodiment.

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、先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、更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 water supply pipe 26 is first stored in the cooling water cavity 24 to cool the inner circumferential surface 21a of the hollow part 21 of the mold 12, and then further cooled. Although the cooling water W in the water cavity 24 is injected from the cooling water injection passage 25 toward the aluminum alloy rod B, it is also possible to configure these to be supplied by cooling water supply pipes of separate systems.

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とアルミニウム合金溶湯M又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 line of the central axis of the shower opening 25a of the cooling water injection passage 25 hits the surface of the cast aluminum alloy rod B to the contact surface between the mold 12 and the refractory plate 13 is calculated as follows: This effective mold length L is preferably, for example, 10 mm or more and 40 mm or less. If this effective mold length L is less than 10 mm, a good film will not be formed, making it impossible to cast. If it exceeds 40 mm, the effect of forced cooling will be reduced, and solidification by the mold walls will become dominant, resulting in mold 12 This is not preferable because the contact resistance with the molten aluminum alloy M or the aluminum alloy rod B becomes large, which may cause cracks on the casting surface or breakage inside the mold, resulting in unstable casting.

これら冷却水キャビティ24への冷却水W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W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。 It is preferable that the supply of the cooling water W to the cooling water cavity 24 and the injection of the cooling water W from the shower opening 25a of the cooling water injection passage 25 can be controlled by control signals from a control device (not shown). .

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。 The cooling water cavity 24 is formed such that the inner bottom surface 24 a near the hollow portion 21 of the mold 12 is parallel to the inner circumferential surface 21 a of the hollow portion 21 of the mold 12 .

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°~3°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°を超えて3°まで傾斜している場合も含む。 Note that parallel here means that the inner circumferential surface 21a of the hollow part 21 of the mold 12 is formed at an elevation angle of 0° to 3° with respect to the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24, that is, the inner This also includes the case where the bottom surface 24a is inclined at more than 0 degrees and up to 3 degrees with respect to the inner circumferential surface 21a.

図2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のアルミニウム合金溶湯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10×10W/m以上、50×10W/m以下の範囲内になるように形成されている。 As shown in FIG. 2, the cooling wall portion 27 of the mold 12, which is the portion where the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24 and the inner circumferential surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12 are opposed, is made of aluminum alloy of the hollow portion 21. It is formed so that the heat flux value per unit area from the molten metal M toward the cooling water W in the cooling water cavity 24 is within the range of 10 × 10 5 W/m 2 or more and 50 × 10 5 W/m 2 or less. There is.

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 cooling wall portion 27 of the mold 12, that is, the distance between the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24 and the inner peripheral surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12 is preferably, for example, 0.5 mm or more and 3.0 mm or less. It is sufficient that the mold 12 is formed so that the diameter is within the range of 0.5 mm or more and 2.5 mm or less. Further, the material for forming the mold 12 may be selected so that the thermal conductivity of at least the cooling wall portion 27 of the mold 12 is within the range of 100 W/m·K or more and 400 W/m·K or less.

図2において、溶湯受部11中のアルミニウム合金溶湯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。 In FIG. 2, the molten aluminum alloy M in the molten metal receiving portion 11 is supplied from one end side 12a of the mold 12, which is held so that the center axis C of the mold is substantially horizontal, through the refractory plate 13, and The aluminum alloy rod B is forcibly cooled at the other end side 12b of 12.

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。 The aluminum alloy rod B is drawn out at a constant speed by a drawer drive device (not shown) installed near the other end side 12b of the mold 12, so that it is continuously cast to form a long aluminum alloy rod B. . The drawn aluminum alloy rod B is cut into a desired length by, for example, a synchronous cutter (not shown).

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 determined, for example, by a method using a photoelectric photometric emission spectrometer (device example: PDA-5500 manufactured by Shimadzu Corporation of Japan) as described in "JIS H 1305". You can check it.

溶湯受部11内に貯留されたアルミニウム合金溶湯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内に供給されるアルミニウム合金溶湯Mの圧力と潤滑油及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 between the liquid level of the molten aluminum alloy M stored in the molten metal receiving part 11 and the height of the upper inner peripheral surface 21a of the mold 12 is 0 mm to 250 mm (more preferably 50 mm to 170 mm). It is preferable that By setting the pressure within such a range, the pressure of the molten aluminum alloy M supplied into the mold 12 and the lubricating oil and the gas vaporized from the lubricating oil are appropriately balanced, so that castability is stabilized.

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。 As the liquid lubricant, vegetable oil, which is a lubricating oil, can be used. Examples include rapeseed oil, castor oil, and salad oil. These are preferable because they have little negative impact 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のアルミニウム合金溶湯Mが固まらずに鋳型12から漏れるおそれがある。
供給量が過多であると、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, there is a risk that the molten aluminum alloy M of the aluminum alloy rod B will not harden and leak from the mold 12 due to insufficient lubrication.
If the supply amount is too large, there is a risk that the excess amount will mix 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を引き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 pulled out from the mold 12, is preferably 200 mm/min or more and 1500 mm/min or less (more preferably 400 mm/min or more and 1000 mm/min or less). This is because, if the casting speed is within this range, the network structure of the crystallized substances formed during casting will be uniform and fine, increasing the resistance to deformation of the aluminum fabric at high temperatures and improving high-temperature mechanical strength. be.

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、アルミニウム合金溶湯Mが固まらずに鋳型12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 shower opening 25a of the cooling water injection passage 25 is preferably 10 L/min or more and 50 L/min or less (more preferably 25 L/min or more and 40 L/min or less) per mold. If the amount of cooling water is less than this, there is a risk that the molten aluminum alloy M will not harden and leak from the mold 12. Furthermore, the surface of the cast aluminum alloy rod B may be remelted to form a non-uniform structure, which may remain as internal defects. On the other hand, if the amount of cooling water is greater than this range, there is a risk that the mold 12 will lose too much heat and solidify midway through.

溶湯受部11内から鋳型12へ流入するアルミニウム合金溶湯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。アルミニウム合金溶湯Mの温度が低すぎると、鋳型12及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、アルミニウム合金溶湯Mの温度が高すぎると、アルミニウム合金溶湯M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 aluminum alloy M flowing into the mold 12 from the molten metal receiver 11 is preferably, for example, 650°C or higher and 750°C or lower (more preferably 680°C or higher and 720°C or lower). If the temperature of the molten aluminum alloy M is too low, there is a risk that coarse crystallized substances will be formed in the mold 12 and in front of the mold 12 and incorporated into the aluminum alloy rod B as internal defects. On the other hand, if the temperature of the molten aluminum alloy M is too high, a large amount of hydrogen gas is likely to be incorporated into the molten aluminum alloy M, and may be incorporated into the aluminum alloy rod B as porosity, creating a cavity inside.

そして、鋳型12の冷却壁部27において、中空部21のアルミニウム合金溶湯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、10×10W/m以上50×10W/m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 cooling wall portion 27 of the mold 12, the heat flux value per unit area from the molten aluminum alloy M in the hollow portion 21 to the cooling water W in the cooling water cavity 24 is 10×10 5 W/m 2 or more 50× By keeping it within the range of 10 5 W/m 2 or less, it is possible to prevent the aluminum alloy rod B from seizing.

鋳型12の冷却壁部27は、アルミニウム合金溶湯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3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 wall portion 27 of the mold 12 receives heat from the molten aluminum alloy M, and performs heat exchange by cooling this heat with the cooling water W accommodated in the cooling water cavity 24. Regarding the state of heat exchange, we focused on the heat flux per unit area, as shown in the explanatory diagram shown in FIG. The heat flux per unit area is expressed by the following equation (1) according to Fourier's law.
Q=-k×(T1-T2)/L...(1)
Q: Heat flux k: Thermal conductivity (W/m・K) of the location through which heat passes (in this embodiment, the cooling wall portion 27 of the mold 12)
T1: Low temperature side temperature of the location where heat passes (in this embodiment, the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24)
T2: Temperature on the high temperature side of the part through which heat passes (in this embodiment, the inner circumferential surface 21a of the hollow part 21 of the mold 12)
L: Section length (mm) of the portion through which heat passes (in this embodiment, the thickness t of the cooling wall portion 27 of the mold 12)

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10×10W/m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50×10W/m以下にすることが好ましい。 Good results were obtained even when the amount of lubricating oil was reduced during casting. Based on the mold material, thickness, and temperature measurement data, the mold was designed so that the heat flux value per unit area was 10 × 10 5 W/m 2 or more. By configuring the 12 cooling wall portions 27, it is possible to prevent the cast aluminum alloy rod B from seizing. Further, it is preferable that the heat flux value per unit area is 50×10 5 W/m 2 or less.

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 make the cooling wall portion 27 of the mold 12 have such a heat flux value range, the mold 12 is set so that the thickness t of the cooling wall portion 27 of the mold 12 is, for example, in the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less. Just form it. Further, the thermal conductivity of at least the cooling wall portion 27 of the mold 12 may be set in a range of 100 W/m·K or more and 400 W/m·K or less.

本実施形態のアルミニウム合金棒B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内に貯留されたアルミニウム合金溶湯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を供給すると共に、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 B of this embodiment, using the above-described horizontal continuous casting apparatus 10, the aluminum alloy molten metal M stored in the molten metal receiving part 11 is poured from one end side 12a of the mold 12 into the hollow part. 21 continuously. Further, the cooling water W is supplied to the cooling water cavity 24, and a lubricating fluid such as lubricating oil is supplied from the fluid supply pipe 22.

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を、冷却壁部27における単位面積当たりの熱流束値が10×10W/m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 aluminum alloy M supplied into the hollow portion 21 is cooled and solidified under the condition that the heat flux value per unit area in the cooling wall portion 27 is 10×10 5 W/m 2 or more to form the aluminum alloy rod B. to be cast. Further, when casting the aluminum alloy rod B, it is preferable that the wall surface temperature of the cooling wall portion 27 of the mold 12 cooled by the cooling water W be 100° C. or less.

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10×10W/m以上の条件で冷却、凝固させることによって、潤滑油のガスとアルミニウム合金溶湯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 conditions where the heat flux value per unit area in the cooling wall portion 27 is 10×10 5 W/m 2 or more. The fixation of reaction products such as carbides due to contact with is suppressed. Thereby, there is no need to cut and remove carbides and the like on the surface of the aluminum alloy rod B, and the aluminum alloy rod B can be manufactured at a high yield.

アルミニウム合金溶湯M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Mのモールド(鋳型12)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。 The casting process for obtaining a cast product from the molten aluminum alloy M is not limited to the above-mentioned horizontal continuous casting method, and any known continuous casting method such as the 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 M to the mold (mold 12), and below, the case where the hot top method is used will be briefly explained.

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)等を備えている。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。 The casting equipment used in the hot top method includes a mold, a molten metal receiver (header), and the like. The molten metal supplied to the molten metal receiving section passes through the tap outlet, the header, the flow rate is adjusted, and enters the almost horizontally installed cylindrical mold, where it is forcibly cooled and solidified on the outer surface of the molten metal. A shell is formed.

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。 Furthermore, cooling water is directly radiated onto the cast product pulled out from the mold, and the cast product is continuously pulled out while solidification of the metal progresses to the inside of the cast product. Generally, a mold is made of a metal member with good thermal conductivity and has a hollow structure for introducing a refrigerant into the mold.

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。 The refrigerant used may be appropriately selected from industrially available refrigerants, but water is recommended from the viewpoint of ease of use.

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及び耐久性の観点から銅やアルミニウムなどの金属、若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。 The mold used in this embodiment is appropriately selected from metals such as copper and aluminum, or graphite from the viewpoint of heat transfer performance and durability in the contact portion with the molten metal. The header is generally made of refractory material and is placed above the mold. The material and size of the header may be appropriately selected depending on the composition range of the alloy to be cast and the dimensions of the cast product, and are not particularly limited.

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。 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 range commonly used in horizontal continuous casting, for example from a range of 200 to 600 mm/min.

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 method described above makes it possible to obtain a uniform metal structure even for medium to large-sized cast products. The diameter of the target cast product is not particularly limited, and bar materials with a diameter of 30 to 100 mm are suitably used.

(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及び準安定相の平衡相への変化を行う工程である。
(Homogenization heat treatment process)
In the homogenization heat treatment process, the aluminum alloy castings obtained in the casting process are subjected to homogenization heat treatment to homogenize the micro-segregation caused by solidification, the precipitation of supersaturated solid solution elements, and the equilibrium phase of the metastable phase. This is the process of changing to.

本実施形態では、鋳造工程で得られた鋳造品を370℃以上、560℃以下の温度で、4時間~10時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、鋳塊の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされるため、その後の時効処理によって必要とされる十分な強度が得られるものとなる。 In this embodiment, a homogenization heat treatment is performed on the cast product obtained in the casting process by holding it at a temperature of 370° C. or higher and 560° C. or lower for 4 to 10 hours. By performing the homogenization heat treatment in this temperature range, the ingot is sufficiently homogenized and the solute atoms are infiltrated, so that sufficient strength required by the subsequent aging treatment can be obtained.

ただし、鍛造時素材加熱温度、及び溶体化処理温度が高温(例えば、530℃以上)で実施する場合は、鍛造工程、溶体化処理工程でミクロ偏析の均質化が可能であるため、均質化処理工程を省略することも可能である。 However, if the heating temperature of the material during forging and the solution treatment temperature are high (for example, 530°C or higher), it is possible to homogenize micro-segregation in the forging process and solution treatment process. It is also possible to omit the step.

(鍛造工程)
鍛造工程は、鋳造後、また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金型成型する工程である。
(Forging process)
In the forging process, the aluminum alloy casting after casting or homogenization heat treatment is formed into a predetermined size to obtain a forging material, the obtained forging material is heated to a predetermined temperature, and then a press machine is used. This is a process in which the material is molded using pressure.

本実施形態では、鍛造用素材に対して、加熱温度450℃以上、560℃以下で鍛造加工を行って鍛造品(例えば自動車のサスペンションアーム部品等)を得る。この時、鍛造素材の鍛造の開始温度は450℃以上、560℃以下とする。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り、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ためである。 In this embodiment, a forging process is performed on a forging material at a heating temperature of 450° C. or more and 560° C. or less to obtain a forged product (for example, a suspension arm part for an automobile). At this time, the forging starting temperature of the forging material is 450°C or higher and 560°C or lower. This is because if the starting temperature is less than 450°C, the deformation resistance becomes high and sufficient processing is not possible, whereas if it exceeds 560°C, defects such as forging cracks and eutectic melting are likely to 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、鍛造工程で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。
(Solution treatment process)
The solution treatment step is a step in which the forged product obtained in the forging step is heated and turned into a solution, thereby alleviating the strain introduced in the forging step and dissolving the solute elements.

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以上、3時間以下で保持することにより溶体化処理を行う。室温から上述した処理温度までの昇温速度は、5.0℃/分以上であることが好ましい。処理温度が530℃未満であると、溶質元素の固溶が不十分となるおそれがある。一方、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易くなるおそれがある。また、昇温速度が5.0℃/分未満である場合は、MgSiが粗大析出するおそれがある。一方、処理温度が530℃未満である場合は、溶体化が進まず時効析出による高強度化を実現しにくくなるおそれがある。 In this embodiment, the forged product is subjected to solution treatment by holding it at a treatment temperature of 530° C. or higher and 560° C. or lower for 0.3 or more and 3 hours or less. The rate of temperature increase from room temperature to the above-mentioned treatment temperature is preferably 5.0° C./min or more. If the treatment temperature is less than 530°C, there is a possibility that the solid solution of the solute element will be insufficient. On the other hand, if the temperature exceeds 560°C, solid solution of solute elements is further promoted, but eutectic melting and recrystallization may easily occur. Furthermore, if the temperature increase rate is less than 5.0° C./min, there is a risk that Mg 2 Si will be coarsely precipitated. On the other hand, if the treatment temperature is lower than 530° C., solution treatment may not proceed and it may be difficult to achieve high strength due to aging precipitation.

(焼き入れ処理工程)
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。
(Quenching treatment process)
The quenching process is a process in which the forged product in a solid solution state obtained by the solution treatment process is rapidly cooled to form a supersaturated solid solution.

本実施形態では、水(焼き入れ水)が貯留された水槽に鍛造品を投入して、鍛造品を水没させることによって焼き入れ処理を行う。水槽内の水温は、20℃以上、60℃以下であることが好ましい。鍛造品の水槽への投入は、溶体化処理後に5秒以上、60秒以下で鍛造品の全ての表面が水に接触するように行うことが好ましい。鍛造品の水没時間は、鋳造品のサイズによっても異なるが、例えば、1分を超え30分以内の間である。 In this embodiment, the forged product is placed in a water tank in which water (quenching water) is stored, and the forged product is submerged in water to perform the quenching process. The water temperature in the water tank is preferably 20°C or higher and 60°C or lower. It is preferable that the forged product be placed in the water tank so that all surfaces of the forged product come into contact with water for 5 seconds or more and 60 seconds or less after the solution treatment. The submersion time of the forged product varies depending on the size of the cast product, but is, for example, more than 1 minute and less than 30 minutes.

(時効処理工程)
時効処理工程は、鍛造品を比較的低温で加熱保持し過飽和に固溶した元素を析出させて、適度な硬さを付与する工程である。
(Aging treatment process)
The aging treatment process is a process in which the forged product is heated and held at a relatively low temperature to precipitate supersaturated solid solution elements to impart appropriate hardness.

本実施形態では、焼き入れ処理工程後の鍛造品に170℃以上、210℃以下の温度に加熱し、その温度で0.5時間以上、7時間以下で保持することにより時効処理を行う。処理温度が170℃未満、若しくは保持時間が0.5時間未満では、引張強度を向上させるMgSi系析出物が十分に成長できなくなるおそれがある。一方、処理温度が190℃を超える場合、若しくは保持時間が7時間を超える場合、MgSi系析出物が粗大になり過ぎて引張強度を十分に向上させることができなくなるおそれがある。 In the present embodiment, the forged product after the quenching process is heated to a temperature of 170° C. or more and 210° C. or less, and is maintained at that temperature for 0.5 hours or more and 7 hours or less to perform aging treatment. If the treatment temperature is less than 170° C. or the holding time is less than 0.5 hours, there is a risk that Mg 2 Si-based precipitates that improve tensile strength may not be able to grow sufficiently. On the other hand, if the treatment temperature exceeds 190° C. or the holding time exceeds 7 hours, the Mg 2 Si-based precipitates may become too coarse and the tensile strength may not be sufficiently improved.

次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。 Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not particularly limited to these examples.

(実施例1~9及び比較例1~2)
先ず、下記表1に示す合金組成(残部はアルミニウム)のアルミニウム合金を用意した。用意したアルミニウム合金を用いて、直径49mmの断面円形の連続鋳造品を作製した。実施例4~6及び実施例7~8のそれぞれは、実施例1~3と同様な組成であるが、連続鋳造品に対する処理工程の条件が異なる。
(Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 2)
First, an aluminum alloy having the alloy composition shown in Table 1 below (the remainder being aluminum) was prepared. A continuous casting product with a circular cross section and a diameter of 49 mm was produced using the prepared aluminum alloy. Examples 4 to 6 and Examples 7 to 8 each have the same composition as Examples 1 to 3, but the conditions of the treatment process for the continuous casting product are different.

Figure 2023161784000001
Figure 2023161784000001

次に、得られた連続鋳造品に対して、均質化熱処理工程、鍛造加工工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程、人工時効処理工程をこの順で行って、図4に示す形状のアルミニウム合金鍛造品100を得た。均質化熱処理工程、鍛造加工工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程、人工時効処理工程の条件を下記表2に示す。 Next, the obtained continuous casting product is subjected to a homogenization heat treatment process, a forging process, a solution treatment process, a quenching process, and an artificial aging treatment process in this order to obtain an aluminum shape as shown in FIG. An alloy forged product 100 was obtained. The conditions of the homogenization heat treatment process, forging process, solution treatment process, quenching process, and artificial aging process are shown in Table 2 below.

Figure 2023161784000002
Figure 2023161784000002

「評価」
以上のようにして得られた実施例1~9及び比較例1~2の各アルミニウム合金鍛造品について、下記の評価法に基づいて評価を行った。その結果を、下記表3に示す。
"evaluation"
Each of the aluminum alloy forged products of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 2 obtained as described above was evaluated based on the following evaluation method. The results are shown in Table 3 below.

Figure 2023161784000003
Figure 2023161784000003

<常温での引張強さ評価法>
得られたアルミニウム合金鍛造品100の評価部位から、標点間距離25.4mm、平行部直径6.4mmの引張試験片を採取し、該引張試験片の常温(25℃)引張試験を行うことによって、引張強さを測定し、下記判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「〇」・・・常温での0.2%耐力が380MPa以上である。
「×」・・・常温での0.2%耐力が380MPa未満である。
<Tensile strength evaluation method at room temperature>
A tensile test piece with a gage distance of 25.4 mm and a parallel part diameter of 6.4 mm is taken from the evaluation part of the obtained aluminum alloy forged product 100, and a normal temperature (25 ° C.) tensile test is performed on the tensile test piece. The tensile strength was measured and evaluated based on the following criteria.
(Judgment criteria)
"〇"...0.2% yield strength at room temperature is 380 MPa or more.
"x"...0.2% proof stress at room temperature is less than 380 MPa.

<アルミニウム合金鍛造品の結晶粒径、結晶粒径の標準偏差、及び、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率の測定方法>
実施例1~9及び比較例1~2の各アルミニウム合金鍛造品について、SEM-EBSD装置を用いて平均結晶粒径、結晶粒径の標準偏差、及び、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率の測定を行い、下記判定基準に基づいて評価した。なお、アルミニウム合金鍛造品100の評価部位より7mm×7mm×厚さ2mmの板状体を採取して、これをSEM-EBSD測定試料として用いた。測定条件は、加速電圧を15kV、測定ピッチを0.5μm/px、解析領域を500×500μm、粒界定義角を15°で実施した。これらの結果を上記表3に示す。
(判定基準(平均結晶粒径))
「〇」・・・20μm以上、40μm以下である。
「×」・・・20μm未満、40μm超えである。
(判定基準(結晶粒径の標準偏差))
「〇」・・・30以下である。
「×」・・・30超えである。
(判定基準(結晶方位差15°以上の大角粒界の比率))
「〇」・・・27%以下である。
「×」・・・27%超えである。
<Method for measuring grain size, standard deviation of grain size, and ratio of large-angle grain boundaries with crystal orientation difference of 15° or more of aluminum alloy forgings>
For each aluminum alloy forged product of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 2, the average grain size, standard deviation of the grain size, and large-angle grain boundary with a crystal orientation difference of 15° or more were determined using a SEM-EBSD device. The ratio was measured and evaluated based on the following criteria. Note that a plate-shaped body of 7 mm x 7 mm x 2 mm thickness was taken from the evaluation site of the aluminum alloy forged product 100 and used as a SEM-EBSD measurement sample. The measurement conditions were an accelerating voltage of 15 kV, a measurement pitch of 0.5 μm/px, an analysis area of 500×500 μm 2 , and a grain boundary definition angle of 15°. These results are shown in Table 3 above.
(Judgment criteria (average grain size))
"〇"...20 μm or more and 40 μm or less.
"x": Less than 20 μm, more than 40 μm.
(Judgment criteria (standard deviation of crystal grain size))
"〇"...30 or less.
"×"...Over 30.
(Judgment criteria (ratio of large-angle grain boundaries with crystal orientation difference of 15° or more))
"〇"...27% or less.
"×"...Exceeds 27%.

<総合評価>
常温での0.2%耐力、平均結晶粒径、結晶粒径の標準偏差、15°以上の大角粒界の比率の4つの評価結果を、下記の判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「〇」…4つの評価の全てが「〇」である。
「×」…4つの評価のうち1つ以上が「×」である。
<Comprehensive evaluation>
Four evaluation results were evaluated based on the following criteria: 0.2% proof stress at room temperature, average grain size, standard deviation of grain size, and ratio of large-angle grain boundaries of 15° or more.
(Judgment criteria)
“〇”…All four evaluations are “〇”.
"x"...One or more of the four evaluations is "x".

Zr及びZnを含有し、各元素の含有量が所定の範囲内に設定すると共に、溶湯形成工程、鋳造工程、均質化処理工程、鍛造工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程及び時効処理工程における処理条件が所定の範囲内で各工程を実施して、アルミニウム合金鍛造品を製造することによって、バラつきが抑制された状態で十分に微細化されると共に、再結晶による結晶粗大化が抑制され、かつ、常温において優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鍛造品が得られた。 Contains Zr and Zn, the content of each element is set within a predetermined range, and the process includes a molten metal forming process, a casting process, a homogenizing process, a forging process, a solution treatment process, a quenching process, and an aging process. By manufacturing aluminum alloy forged products by carrying out each step within the predetermined processing conditions, the forged aluminum alloy can be sufficiently refined with variations suppressed, and crystal coarsening due to recrystallization can be suppressed. An aluminum alloy forged product having excellent mechanical properties at room temperature was obtained.

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 continuous casting device 11... Molten metal receiver (tundish)
11a... Molten metal inflow part 11b... Molten metal holding part 11c... Outflow part 12... Mold 12a... One end side 12b... Other end side 13... Refractory plate-shaped body (insulation member)
13a...Mold pouring passage 21...Hollow part 21a...Inner peripheral surface 21b...Other end side 22...Fluid supply pipe 22a...Lubricant supply port 23...Cooling device 24...Cooling water cavity 24a...Inner bottom surface 25...Cooling water injection passage 25a... Shower opening 26... Cooling water supply pipe 27... Cooling wall part B... Aluminum alloy rod M... Alloy molten metal W... Cooling water 100... Aluminum alloy forged product

Claims (2)

Cu:0.3質量%~1.0質量%、
Mg:0.8質量%~1.8質量%、
Si:0.9質量%~1.9質量%、
Mn:0.3質量%~1.2質量%、
Fe:0.2質量%~0.3質量%、
Zn: 0.26質量%~1.0質量%、
Cr:0.05質量%~0.3質量%、
Ti:0.012質量%~0.035質量%、
B:0.001質量%~0.03質量%、
Zr:0.001質量%以上、0.05質量%以下
の成分範囲において、Fe/Mnの関係が1.2未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有す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、
前記アルミニウム合金鍛造品の最大主応力がかかる部分において、平均結晶粒径が20~40μmであり、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、0.2%耐力が380MPa以上である、アルミニウム合金鍛造品。
Cu: 0.3% by mass to 1.0% by mass,
Mg: 0.8% by mass to 1.8% by mass,
Si: 0.9% by mass to 1.9% by mass,
Mn: 0.3% by mass to 1.2% by mass,
Fe: 0.2% by mass to 0.3% by mass,
Zn: 0.26% by mass to 1.0% by mass,
Cr: 0.05% by mass to 0.3% by mass,
Ti: 0.012% by mass to 0.035% by mass,
B: 0.001% by mass to 0.03% by mass,
Zr: In the component range of 0.001% by mass or more and 0.05% by mass or less, the Fe/Mn relationship is less than 1.2, and the balance is composed of an aluminum alloy having an alloy composition consisting of Al and inevitable impurities. An aluminum alloy forged product,
In the portion of the aluminum alloy forged product subjected to the maximum principal stress, the average grain size is 20 to 40 μm, the ratio of large-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and 0.2%. An aluminum alloy forged product with a yield strength of 380 MPa or more.
請求項1に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法であって、
前記アルミニウム合金鍛造品と同じ組成の合金溶湯を形成する合金溶湯形成工程と、
前記合金溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯を冷却し凝固してアルミニウム合金鋳塊を形成する鋳造工程と、
前記アルミニウム合金鋳塊に、370℃以上、560℃以下の温度で4時間以上、10時間以下保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理工程後のアルミニウム合金鋳造品に、加熱温度450℃以上、560℃以下で鍛造加工を行う鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られた鍛造品に、530℃以上、560℃以下の処理温度で0.3時間以上、3時間以下保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後5秒以上、60秒以内に鍛造品の全ての表面を焼き入れ水に接触させ、1分以上、30分以内の間、水槽内で焼き入れを行う焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に170℃以上、210℃以下の加熱温度で0.5時間以上、7時間以下の間、時効処理を行う時効処理工程と、を有する、アルミニウム合金鍛造品の製造方法。
A method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to claim 1, comprising:
a molten alloy forming step of forming a molten alloy having the same composition as the aluminum alloy forging;
a casting step of cooling and solidifying the molten aluminum alloy obtained in the molten alloy forming step to form an aluminum alloy ingot;
A homogenization heat treatment step of performing homogenization heat treatment on the aluminum alloy ingot at a temperature of 370 ° C. or higher and 560 ° C. or lower for 4 hours or more and 10 hours or less;
a forging step of forging the aluminum alloy cast product after the homogenization heat treatment step at a heating temperature of 450° C. or higher and 560° C. or lower;
A solution treatment step in which the forged product obtained in the forging step is subjected to solution treatment at a treatment temperature of 530° C. or higher and 560° C. or lower for 0.3 hours or more and 3 hours or less;
A quenching treatment step in which all surfaces of the forged product are brought into contact with quenching water for 5 seconds or more and within 60 seconds after the solution treatment step, and quenched in a water bath for 1 minute or more and 30 minutes or less; ,
An aging treatment step of subjecting the forged product after the quenching treatment step to an aging treatment at a heating temperature of 170° C. or higher and 210° C. or lower for 0.5 hours or more and 7 hours or less. Production method.
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