JP3769646B2 - Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金の加工方法、詳しくは、特定の成分組成を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を鋳造後、鍛造（プレスを含む）又は圧延加工等の塑性加工を施すＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金の加工方法及び該塑性加工して得られる加工品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム鋳造合金の代表的なものに、Ｓｉを５〜７重量％含有し鋳造性を向上させたＪＩＳ ＡＣ２Ｂ，ＡＣ４Ｃなどが知られているが、これらの合金は、稀に鍛造用として使用されることはあるが、あくまでも鋳造用を目的とした合金である。また特開平４−１９２９４２号公報や特開平５−１８８１９１号公報に記載されているような鋳造と鍛造を組み合わせた、いわゆる鋳鍛造法と呼ばれる方法でＳｉを含むアルミニウム系合金によりスクロール（冷凍機などのコンプレッサー部品で複雑な形状をしている）を製造することも知られている。
【０００３】
一方、ＷＯ ９６／０６１９７には、本発明の合金と一部組成が重複するダイカスト用アルミニウム鋳造用合金が優れた機械的性質、特に機械強度あるいは耐磨耗性を有することは開示されているが、かかる合金が鋳造性に優れ、比較的低温度で加工ができることについては知られていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、鋳造性に優れ、比較的低温度で加工ができ、加工変形抵抗を小さくして大型製品の鍛造も可能になる他、プレス金型の寿命を延ばすことができると共に、作業の効率化が図れるアルミニウム系合金の加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、アルミニウム鋳造用合金に亜鉛を１０〜２５重量％含有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のアルミニウム合金が、比較的低温度で加工ができ、加工変形抵抗が小さく、大型製品の鍛造も可能であり、さらに鋳造性も良好であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち本発明は、重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：４〜１２％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．２％、Ｆｅ：０〜１．０％を含み、残部がＡｌと不可避不純物質からなることを特徴とする鋳造と加工性に優れたＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金を１２０℃〜３８０℃、好ましくは２００〜３５０℃で鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工をすることを特徴とするＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法やかかる加工方法により得られる加工品に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる合金、すなわち以下に説明する成分・組成からなる合金が、従来のアルミニウム鋳造合金には知られていない、優れた加工性を有するものであり、特に従来のアルミニウム鋳造合金の鋳造性を損なわずに、低い温度で加工ができる、ということを見出したことにより、従来不可能とされていた大型の製品にもかかる合金が適用でき、用途の拡大が期待できるものである。
【０００８】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｚｎ（亜鉛）を１０〜２５重量％、より好ましくは１３〜１５重量％含有している。Ｚｎは初晶内に固溶し室温では強度や硬さを向上させる効果があり、また、Ｚｎを含むことによって１２０℃から急激に軟化し加工変形抵抗が著しく低下し、加工性を向上させることができる。Ｚｎの好ましい範囲は１０重量％〜２５重量％で１０重量％未満では加工性が向上せず、２５重量％を超えると脆くなり加工性が低下すると共に、熱間割れが生じやすい。
【０００９】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｓｉ（ケイ素）を４〜１２重量％含有している。Ｓｉは鋳造性を向上させる効果があり、ＺｎとＡｌとが共存すると３元共晶を形成する。Ｓｉが１２重量％を超えると粗大な初晶Ｓｉが晶出し加工性が著しく低下する。また、４重量％未満では鋳造性が低下し凝固時の欠陥が多くなる。したがって、Ｓｉの好ましい範囲は４〜１２重量％で、さらに７〜９重量％がより好ましい。また、ＺｎとＳｉの量比のバランスによっては熱間割れが生じやすくなる傾向があるので、ＳｉはＺｎ１００重量部に対し１６〜１２０重量部使用することが望ましい。
【００１０】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｃｕ（銅）を０．０５〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．０重量％含有している。Ｃｕは強度と硬度の向上に効果的であり、その含有量が０．０５重量％未満ではその効果が少なく、１．０重量％を越えると金属間化合物を形成し加工性が劣り好ましくない。
【００１１】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｍｎ（マンガン）を０．１〜０．５重量％含有している。Ｍｎを含むことによって、Ｆｅを含む針状の金属間化合物を塊状にし、加工性を向上させる。加工性を向上させるための好ましい範囲は０．１〜０．５重量％で、０．１重量％未満では効果がなく、０．５重量％を超えると脆くなり加工性が低下する。含有量が０．２〜０．４重量％であると、加工性の点でさらに好ましい。
【００１２】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｍｇ（マグネシウム）を０．０２〜０．２重量％含有している。Ｍｇは強度に効果的な役割を果たし、わずかな含有量で強度が向上する。強度を向上させるための好ましい範囲は０．０２重量％〜０．２重量％で、０．０２重量％未満では効果がなく、０．２重量％を超えると脆くなり、加工性が低下する。含有量が０．０４〜０．１重量％であると、強度の点でさらに好ましい。
【００１３】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｆｅ（鉄）が０〜１．０重量％含まれている。Ｆｅが多く含まれると針状の金属間化合物が粗大に晶出し、加工性が低下する。したがって、本発明のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金としては、Ｆｅを含まないものが望ましいが、実際には不可避的に微量、例えば０．０１重量％程度含まれることが多い。本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金におけるＦｅの許容含量は１重量％以下であり、好ましくは０．６重量％以下である。
【００１４】
本発明に用いられるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、上記各範囲の合金成分を含んでなり、残部はアルミニウム及び不可避不純物からなる。不可避不純物としては、合金成分そのものに含まれている不純物や、合金作製時に混入する不純物等があり、工業用原料から合金を作製する場合、通常０．１〜０．２重量％含まれることが多い。
【００１５】
上記のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金を用いる本発明の合金加工方法は、かかる鋳造と加工性に優れた合金を１２０℃〜３８０℃で塑性加工をすることを特徴とするものである。３８０℃を越える温度でも鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工をすることができるが、一般的にプレス金型や圧延ロールなどの材質は鉄鋼系で３８０℃を超えると硬さの低下や繰り返しの熱応力が原因で発生する型割れなどが発生し、他方、１２０℃未満の温度で鍛造加工又は圧延加工等の塑性加工をすると、加工品に割れが発生するなど適切な製品が得られないことから、上記のように１２０℃から３８０℃という低温度範囲で加工することが好ましく、更に２００℃から３５０℃が経済的にみてより好ましい。
【００１６】
【実施例】
次に本発明合金の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
第１表に示される化学組成をもったアルミニウム合金を黒鉛坩堝で溶製し、４０×２０×２００ｍｍの金型に鋳造し、続いて４００℃で２時間溶体化処理を行った。これらの試料のＮｏ．１〜Ｎｏ．７は本発明に用いられる合金（以下「本発明合金」という）であり、試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１７は比較のために調製された合金（以下「比較合金」という）であり、試料Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９は、それぞれ実用化されているＪＩＳ ＡＣ４ＣＨ規定の鋳造用アルミニウム合金ＡＣ４Ｃ及びＪＩＳ ＡＣ８Ａ規定の鋳造用アルミニウム合金（以下「従来合金」という）である。比較合金及び従来合金は、いずれも本発明合金の成分範囲から外れたものである。
【００１７】
【表１】

【００１８】
第２表は、各試料を３００℃に均熱し大谷重工業製の圧延機で圧下率９０重量％まで圧延した加工品の割れの発生状態を試験した結果であり、また１パスの圧下率は５重量％とし連続して行った。なお、割れの発生は目視で判定し、割れが一箇所でも確認されたものは、割れが発生したものとみなした。
【００１９】
また、鋳造性を評価するために、本発明合金、比較合金及び従来合金を再度溶解し、２０φｍｍ×５０ｍｍの金型に融点から５０℃高い温度で鋳造し、金型の温度は１５０℃一定とした。鋳造性は熱間割れの状態と引け巣の観察から判断し、鋳造時に割れや丸棒表面や底部に引けが発生したものは鋳造性が悪いものと判断した。総合評価として圧延時の割れの発生がなく、鋳造性が良好なものを○とした。
【００２０】
第２表より、本発明合金は従来合金に比べ、圧下率９０％という過酷な加工条件でも割れの発生がなく優れた加工性を有すると共に、鋳造時の熱間割れや引けもないことが確認された。
【００２１】
【表２】

【００２２】
実施例２
第３表は、本発明合金と従来合金のアルミニウム合金を黒鉛坩堝で溶製し、４０×２０×２００ｍｍの金型に鋳造し、続いて４００℃で２時間溶体化処理を行った後、１００℃から４００℃の温度で圧下率９０％まで圧延した加工品の割れの発生状態を試験した結果である。また１パスの圧下率は５％とし連続して行った。なお割れの発生は目視で判定し、割れが一箇所でも確認されたものは、割れが発生したものと見なし×とした。また割れの発生がないものを○とした。第３表より、本発明合金は従来合金に比べ低温度でも優れた加工性を有することが明かであるが、１００℃で圧延したときは割れが発生し、４００℃で圧延したときには割れの発生はなかったが、ロールや金型に劣化が認められた。
【００２３】
【表３】

【００２４】
【発明の効果】
本発明によると、今まで加工が困難とされていたＡｌ−Ｓｉ系の鋳造合金の加工が可能となり、鍛造用、鋳造鍛造用および押出し、圧延等の加工もすることができ、加工変形抵抗が小さくなって大型製品の鍛造も可能となり、さらに鋳造性も良好なことから、製品に近い形状に鋳造することができ、従来複数の工程を行っていた加工を大幅に省略することができる。しかも１２０℃〜３８０℃という低温度での加工により、金型寿命も伸びかつ作業の効率化が図れて経済的である。

Claims (4)

1. 重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：４〜１２％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．２％、Ｆｅ：０〜１．０％、を含み、残部がＡｌと不可避不純物質からなる鋳造と加工性に優れた合金を１２０℃〜３８０℃で塑性加工をすることを特徴とするＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法。
2. ２００℃〜３５０℃で塑性加工をすることを特徴とする請求項１記載のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法。
3. 塑性加工が、鍛造加工又は圧延加工であることを特徴とする請求項１又は２記載のＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の加工方法。
4. 重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：４〜１２％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．２％、Ｆｅ：０〜１．０％、を含み、残部がＡｌと不可避不純物質からなるＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金を１２０℃〜３８０℃で塑性加工して得られることを特徴とする加工品。