JP3236480B2 - ポートホール押出が容易な高強度アルミニウム合金 - Google Patents

ポートホール押出が容易な高強度アルミニウム合金

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポートホール押出
が容易な高強度アルミニウム合金に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム及びアルミニウム合金は、
押出材として用いた場合に複雑な断面形状の形材が容易
に得られるため、建材用等の様々な分野において広く利
用されている。このようなアルミニウム合金のうち高強
度アルミニウム合金は、その比強度の高さから様々な分
野における活用が広まっている。このような高強度アル
ミニウム合金としてはJIS2000 系(Al−Cu系)、JI
S5000 系(Al−Mg系)、JIS7000 系(Al−Zn−
Mg系)等が知られている。
【0003】従来、アルミニウムの押出管のような中空
材はポートホールダイスを用いるポートホール押出によ
り製造されている。このポートホール押出は、ポートホ
ールダイスのポート部においてアルミニウムを分離し、
チャンバー部においてこの分離したアルミニウムを再度
結合してウェルド部を形成することにより複雑な形状の
中空な形材を形成するものである。
【0004】しかしながら、例えば、複写機のローラー
のような耐磨耗性が要求されるような部品の製造には、
JIS4000 系のような耐磨耗性アルミニウム合金を用いる
ことが必要であるが、このJIS4000 系アルミニウム合金
はポートホール押出が不可能であった。このような問題
点を解消するため、特開平4−176835号公報では、硼素
を添加したアルミニウム合金を開示している。
【0005】しかしながら、このようなアルミニウム合
金を用いても、ポートホール押出を行った場合、ポート
部において分離されたアルミニウム合金がチャンバー部
において再度接合してウェルド部を形成する際に接合不
良をおこし、健全な中空形状の形材が得られず、従って
ウェルド部を有さないソリッド形状の形材もしくはマン
ドレル管しか製造できず、複雑な形状の中空形材を製造
することは困難であった。
【0006】また、例えば、Al−Mg系合金の場合、
Mg含有量が2重量%を越えると、この合金を用いて形
成された形材におけるウェルド部は、その強度及び靱性
が低下することが報告されている。実際、JIS5052 、50
56、5083合金等で中空形材を製造する場合、ポートホー
ル押出は不可能であり、複雑な形状の中空形材は押出に
よっては製造できなかった。このように、高強度アルミ
ニウム合金は複雑な形状の中空形材を製造できないた
め、その適用範囲が制限されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、高強度ア
ルミニウム合金の場合、押出によってはウェルド部に接
合不良をおこすため、複雑な形状の中空形材を製造でき
なかった。本発明は、このような課題を解決し、ポート
ホール押出が容易な高強度アルミニウム合金を提供する
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、押出加工前の
焼なまし処理により均質化した状態においてHv40以
上のビッカース硬さを有し、かつこの焼きなまし処理後
の塑性加工によりさらにHv20以上のビッカース硬さ
が付与されていることを特徴とするポートホール押出が
容易な高強度アルミニウム合金である。さらに、本発明
は、焼きなまし処理後の塑性加工において40%以上の
加工度を施すことによりHv20以上のビッカース硬さ
が付与される、前記のポートホール押出が容易な高強度
アルミニウム合金である。
【0009】本発明のポートホール押出が可能な高強度
アルミニウム合金においては、以下の作用を有する。従
来の高強度アルミニウム合金の場合、そのままでは熱間
の変形抵抗が大きく、押出加工の際に十分な加工を付与
することができず、ポートホール押出を行うと結合不良
を生じていたが、本発明の高強度アルミニウム合金にお
いては、所定の塑性加工が押出加工前にすでに施されて
いるため、加工エネルギーが蓄積されており、ポート部
において分離されたアルミニウム合金がチャンバー部に
おいて再度接合する際に結合部界面における再結晶を促
進する。その結果、接合不良をおこすことなく健全な中
空形材を製造することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のポートホール押出が容易
な高強度アルミニウムは、ポートホール押出が困難な高
強度アルミニウム合金に押出加工前に塑性加工を施して
Hv20以上のビッカース硬さを付与することにより得
られる。ここで用いられるポートホール押出が困難な高
強度アルミニウム合金とは、鋳塊を焼なまし処理により
均質化した状態においてHv40以上のビッカース硬さ
を有するアルミニウム合金である。このようなアルミニ
ウム合金としては、JIS合金中においては、5083合金
(Si:0.40% 以下、Fe:0.40%以下、Cu:0.10%以下、Mn:0.4
0 〜1.0%、Mg:4.0〜4.9%、Cr:0.05 〜0.25% 、Zn:0.25%
以下、Ti:0.15%以下、Al: 残部)を代表とするMgを2
重量%以上含む高Mg濃度の5000系合金、7075合金(S
i:0.40%以下、Fe:0.50%以下、Cu:1.2〜2.0%、Mn:0.30%
以下、Mg:2.1〜2.9%、Cr:0.18 〜0.28% 、Zn:5.1〜6.1
%、Ti:0.20%以下、Al: 残部)を代表とするCuを1重
量%以上かつMgを2重量%以上含む高強度7000系合
金、2014合金(Si:0.50 〜1.2%、Fe:0.7%以下、Cu:3.9
〜5.0%、Mn:0.40 〜1.2%、Mg:0.2〜0.8%、Cr:0.10%以
下、Zn:0.25%以下、Ti:0.15%以下、Al: 残部)及び2024
合金(Si:0.50%以下、Fe:0.50%以下、Cu:3.8〜4.9%、M
n:0.30 〜0.9%、Mg:1.2〜1.8%、Cr:0.10%以下、Zn:0.25
%以下、Ti:0.15%以下、Al: 残部)を代表とするCuを
2.5 重量%以上かつMgを0.5 重量%以上含む高強度20
00系合金が例示される。
【0011】また、これらの合金に限られず、鋳塊の焼
なまし処理により均質化した状態においてビッカース硬
さがHv40以上であれば、主成分、添加元素及び不純
物等に制限はなく、様々なアルミニウム合金を使用する
ことができる。特に、微細な球状分散粒子としてAlと
金属間化合物を形成し、転位を効果的にピンニングする
ことにより加工エネルギーを効果的に蓄積し、結合部界
面における再結晶の駆動力を高める元素、あるいは再結
晶の核生成サイトとして作用する金属間化合物を形成す
る元素等を添加することが好ましい。このような元素と
しては、Zr、W、Ti、Ni、Nb、Ca、Co、M
o、Ta、Mn、Cr、V、La及びその合金であるM
m等が例示される。尚、鋳塊の焼なまし処理により均質
化した状態においてビッカース硬さがHv40未満であ
るアルミニウム合金は、押出前の塑性加工を施さなくて
もポートホール押出が容易である。
【0012】焼きなまし処理による均質化は通常の方法
によって行ってよく、特に制限はない。すなわち、上記
アルミニウム合金鋳塊を加熱して熱処理し、冷却するこ
とにより内部応力を除去して均質化を行う。好ましい加
熱保持温度は 440〜550 ℃であり保持時間は合金系で最
適値を選ぶ。また、冷却は放冷あるいは強制冷却のいず
れで行ってもよい。
【0013】次いでこの均質化したアルミニウム合金鋳
塊に鍛造等の塑性加工を施し加工硬化を生じさせ、Hv
20以上のビッカース硬さを付与する。この加工硬化に
より十分な加工エネルギーが蓄積される。この加工につ
いても、Hv20以上のビッカース硬さを付与できれ
ば、加工温度、加工度、加工方法については制限はない
が、加工度は40%以上であることが好ましい。Hv2
0以上のビッカース硬さが容易に付与されるからであ
る。しかし、一般には40%以上の加工度を与えるには
温度を与えた方が効果的であり、加工法もその後の押出
加工を考えると鍛造法、押出材が柱状形状となる押出加
工等が効率的である。そして、好ましい塑性加工温度は
400℃以下である。これより高いと塑性加工後に再結晶
してしまい、エネルギーが蓄積されにくいからである。
この付与されるビッカース硬さがHv20未満の加工硬
化ではアルミニウム合金に十分なエネルギーを蓄積する
ことができず、所定の効果が得られない。
【0014】
【実施例】以下の表1に示す組成のアルミニウム合金を
通常のDC鋳造法により 177φ×Lのビレットに造塊
し、200mm 長さに切断後、得られたインゴットに表1に
示す均質化処理し、鍛造加工により、長さ方向に 300℃
で据込率40%でつぶして 230φ×120mm とした。次い
で、このインゴットを直径97mm、高さ100mm のビレット
形状に機械加工して押出用の加工硬化が付与された供試
材を得た。この供試材を、ウェルド部を形成するための
ブリッジ部を設けたダイスと、標準用としてブリッジ部
を有さないダイスを用いて、ビレット温度450 ℃、押出
速度2m/min の押出条件において押し出し、厚さ5mm、
幅50mmの板材を形成した。すなわち、ブリッジ部を有す
るダイスから得られた板材は図1(a)に示すように真
中にウェルド部が存在している。押出された板材より、
引張方向が押し出し方向と垂直になるように引張試験片
を切り出し、引張試験により押出材のウェルド部におけ
る強度を測定した。この結果を以下の表1に示す。この
時、標準ダイスによるウェルド部のない板材の強度を 1
00としてウェルド部のある板材の強度を比率で表示し
た。
【0015】なお、試験No.5及び12については、押出材
で480 ℃×2時間の溶体化処理後、水焼入れを行い、室
温72時間の自然時効(放冷)と120 ℃×24時間の人工時
効(強制冷却)を施した後引張試験を行い、試験No.6及
び13については、495 ℃×2時間の溶体化処理後、水焼
入れを行い、190 ℃×12時間の人工時効を施した後引張
試験を行った。ビッカース硬度の測定は鋳塊の均質化処
理後(焼鈍状態)と鍛造加工後の鋳塊について測定し
た。
【0016】
【表1】
【0017】上記表1において、ウェルド部の強度判定
基準は以下のように定めた。 ○:ウェルド部が形成され、その強度がウェルド部のな
い板材の強度の80%以上 △:ウェルド部が形成されるが、その強度がウェルド部
のない板材の強度の80%未満 ×:ウェルド部が形成されない。すなわち、図1(b)
に示すように分離して押出されたため、測定不可能であ
る。
【0018】実施例No.1〜6 においては強度が良好なウ
ェルド部が得られた。比較例No.7は加工硬化分が少ない
ためウェルド部の強度が低かった。比較例 No.8、9、
11、13は、塑性加工がまったく施されなかったため押出
時ウェルドされずに押出された。比較例10及び12は塑性
加工が全く施されなかったため、ウェルドされているも
ののウェルド部の強度が低かった。
【0019】
【発明の効果】本発明においては、鋳塊の焼なまし処理
により均質化した状態でHv40以上のビッカース硬さ
を有するポートホール押出が困難である高強度アルミニ
ウム合金に塑性加工を施してHv20以上のビッカース
硬さを付与することにより、ポートホール押出が容易で
ある高強度アルミニウム合金が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウェルド部が正常な押出材試料(a)及び、ウ
ェルドされなかった押出材試料(b)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅沼 徹哉 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 大河内 幸男 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 神尾 一 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 日本軽金属株式会社 グループ技術セ ンター内 (72)発明者 土田 孝之 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 日本軽金属株式会社 グループ技術セ ンター内 (72)発明者 永島 洋 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 日本軽金属株式会社 グループ技術セ ンター内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18 C22F 1/04 - 1/057 B21C 23/00 - 23/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 押出加工前の焼なまし処理により均質化
    した状態においてHv40以上のビッカース硬さを有
    し、かつこの焼きなまし処理後の塑性加工によりさらに
    Hv20以上のビッカース硬さが付与されていることを
    特徴とするポートホール押出が容易な高強度アルミニウ
    ム合金。
  2. 【請求項2】 焼きなまし処理後の塑性加工において4
    0%以上の加工度を施すことによりHv20以上のビッ
    カース硬さが付与される、請求項1記載のポートホール
    押出が容易な高強度アルミニウム合金。
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