JP3882901B2

JP3882901B2 - Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材

Info

Publication number: JP3882901B2
Application number: JP2002030183A
Authority: JP
Inventors: 貴志岡; 利教目木; 直相浦
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003226928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポートホールダイス等を用いたホローダイ方式で押出成形が可能なＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球の温暖化及びオゾン層の破壊など環境問題の観点から、大気中の炭酸ガス等の増加を抑制するために、自動車の軽量化及び電気自動車の導入などが本格的に検討されている。
この軽量化の一貫として、素材の置換、すなわち従来自動車用構造材に主として使用されてきた鋼板の代わりにアルミニウム合金材の使用が増加している。また、電気自動車においても電池を積載するための重量増加を補償するために車体を軽量化する必要が強く求められている。さらに、長手方向に一定ではあるが自由な断面形状が得られる押出形材は設計の自由度を広げ、最終形状に近い断面形状を得ることで成形性を向上できるなど、アルミニウム合金材の使用が注目され、例えば特開２０００−１７７６２１号公報には、サスペンションサブフレーム（サスペンションフレーム、エンジンクレイドルともいう）の製造にアルミニウム合金押出形材を用いることが記載されている。
【０００３】
ところでＡｌ−Ｍｇ系（５０００系）アルミニウム合金は硬質であるため、一般にポートホール押出ができないものとされており（例えば、社団法人日本アルミニウム協会が2001年10月15日発行の「アルミニウムハンドブック（第６版）」、表7.2.6（P.71）、表7.3.2（P.74）、表7.3.2（p.74）参照）、これまでＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の中空材は、もっぱら板をパイプ状に成形して溶接するか、マンドレル方式でパイプ状に押出成形されている。従って、サスペンションサブフレームの素材としてＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の中空材を用いる場合、溶接パイプ又はマンドレル方式の押出パイプを用いることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶接パイプは押出形材のような断面設計の自由度がなく生産性でも劣り、またマンドレル方式の押出パイプは偏肉が生じやすく、かつ薄肉に成形するのが困難であるという問題がある。
一方、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金をポートホール方式で押出成形する試みも一部になされ、例えば特開平５−７９２４号公報、特開平７−６０３４０号公報、特開平９−５３１３９号公報では、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金のポートホール押出が可能であるとしている。しかし、いずれも特殊なダイス構造又は特殊なビレット調整を必要とする点で実用化に耐え得るものではなく、しかも、前２者は単なるアイデアの開示にとどまり、後者には中空押出材の実施例が開示されていない。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金について、ポートホールダイスに代表される溶着部が形成されるタイプのホローダイスを用いた押出成形を可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ポートホールダイスを用いたＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の押出成形について試行錯誤を重ねたところ、押出材の形状、より詳しくは下記式で定義されるＦ値を適切に設定したものについては、他の系のアルミニウム合金と同様にポートホールダイスを用いた押出が可能であることを見いだした。ここで、断面の全周長とは内外全ての周長の合計を意味し、単位重量とは長さ１ｍ当りの質量を意味する。
Ｆ＝押出形材の断面の全周長（ｍｍ）／単位重量（ｋｇ／ｍ）
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、Ｍｇ：１．５〜５．０％を含有するＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金からなる中空押出形材において、溶着部を有し前記式で定義されるＦ値が４０〜５００であることを特徴とする。
この中空押出形材を用いて、例えばバルジ成形等により前記サスペンションサブフレームを成形することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
前記組成のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材において、Ｆ値が４０未満であると、押出時の押出圧力が低くなり溶着部の溶着が不十分となる。またＦ値が５００を越すと、ダイスのベアリング面の摩擦抵抗が大きくなり、押し詰まった状態となって押出が難しくなる。さらにはダイスにかかる圧力が大きくなり、ダイスの破損につながる。なお、溶着部が形成されるホローダイストとして、ポートホールダイス、スパイダーダイス、ブリッジダイス等がある。
溶着性と押出性の双方を考慮したとき、Ｆ値の好ましい範囲は５０〜４５０、より好ましくは１００〜３００、さらに２００〜３００が好ましい。
【０００８】
上記Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金は、Ｍｇ以外の添加元素として必要に応じて、例えばＴｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕの１種又は２種以上を含み、さらに不可避不純物としてＦｅ、その他の元素を含むことができる。以下、上記Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材における各成分の作用について説明する。
Ｍｇ
Ｍｇはアルミニウムのマトリックス中に固溶し、合金強度を向上させる。自動車のフレーム等の構造部材として必要な強度（耐力値σ0.2≧５０ＭＰａ）を得るためには、Ｍｇは１．５％以上の添加が必要である。しかし、５．０％を越えて添加されると溶着が難しくなり、さらに耐応力腐食割れ性が低下し、かつ固溶量が過剰となって伸びδが低下し、優れた成形性が得られない。従って、Ｍｇ含有量は１．５〜５．０％とする。より望ましい範囲は２．０〜４．０％である。
【０００９】
Ｔｉ
Ｔｉは鋳造時における結晶粒を微細化することにより合金強度を向上させるため、添加することが望ましい。この効果を発揮させるには、Ｔｉ添加量は０．００５％以上とすることが必要である。また、０．００５％より少ないと、結晶粒が粗大化して伸びが低下し、優れた成形性が得られない。一方、Ｔｉ添加量が０．２％を超えると前記効果が飽和し、さらに、粗大な金属間化合物が晶出して所定の合金強度及び伸びが得られなくなる。従って、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．２％とし、より望ましくは０．０１〜０．１％、さらに望ましくは０．０１〜０．０５％とする。
【００１０】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ
これらの元素は製造工程における組織制御、すなわち金属間化合物として晶出及び析出して結晶粒の粗大化を防止し、Ｍｇ添加量の多い場合に発生する応力腐食割れを改善するために、必要に応じて１種又は２種以上が添加される。それぞれ、０．０５％、０．０５％、０．０５％、０．０１％以下ではその効果がなく、１．５％、０．５％、０．３％、０．２％を超えると前記効果が飽和するとともに、粗大な金属間化合物が析出して伸びが低下し、成形性を劣化させる。また、Ｃｒは０．５％を越えると押出性を低下させる。
Ｃｕ
Ｃｕは強度を向上させるので、０．５％を上限として必要に応じて添加する。
【００１１】
不可避不純物
不可避不純物のうちＦｅはアルミニウム地金に最も多く含まれる不純物であり、０．７％を超えて合金中に存在すると鋳造時に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の機械的性質を損なう。従って、Ｆｅの含有量は０．７％以下に規制する。また、アルミニウム合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金、化合物等様々な経路より不純物が混入する。混入する元素は様々であるが、Ｆｅ以外の不純物のうちＳｉは０．５％以下、Ｚｎは０．２５％以下、その他の不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば合金の特性にほとんど影響を及ぼさない。従って、これらの不純物は上記の数値以下とする。なお、不純物のうちＢについてはＴｉの添加に伴い合金中にＴｉ含有量の１／５程度の量で混入するが、より望ましい範囲は０．０２％以下、さらに０．０１％以下が望ましい。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に合金記号Ａ〜Ｅとして示すＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金のφ２００ｍｍのビレットに対し、５５０℃×５ｈｒのソーキングを施し、押出温度５００℃とし、ポートホールダイスを用い、力量２０００トンの直接押出プレスにて種々の中空断面形状に押出成形した（試験Ｎｏ．１〜１２）。その断面形状は、Ｎｏ．４〜８と１０〜１２がいずれも口形断面（４、７〜８、１１〜１２は同一断面形状）であり、Ｎｏ．１〜３及びＮｏ．９が図１に示すような異形断面である。各押出形材の全周長、単位重量及びＦ値を表２に示す。
各押出形材について押出性及び溶着性を下記要領で評価した。これらの評価を表２にあわせて示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
押出性；押出速度をｍ／分で評価した。
溶着性；図２に模式的に示すように、各押出形材の中空部（２以上の中空部を有するときは大きい方の中空部）を端面から円錐形の治具にはめ込み、中空部の内周長が３０％増になるまで押し広げた。溶着性の評価は、破断なし又は溶着部以外から破断したものを◎、溶着部より破断したが破断面が全面延性破面であるものを○、溶着部より破断するが脆性破面の割合が１０％未満のものを△、溶着部より破断し脆性破面の割合が１０％以上のものを×とした。
【００１６】
表１に示すように、Ｍｇ含有量及びＦ値が本発明の規定範囲内に入るＮｏ．１〜８の押出形材は押出性及び溶着性が優れ又は実施に耐えるレベルである。しかし、Ｆ値が本発明の規定より小さいＮｏ．９は溶着性が劣り、Ｆ値が本発明の規定より大きいＮｏ．１０とＭｇ含有量が本発明の規定より多いＮｏ．１１は押し出しができず、Ｍｇ含有量が本発明の規定より少ないＮｏ．１２は耐力が小さい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、押出形材のＦ値を４０〜５００の範囲内に設定し、かつＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の組成を所定範囲内に規定することにより、従来ポートホールダイスを用いた押出成形ができないとされていたＡｌ−Ｍｇ系（５０００系）アルミニウム合金でも中空押出形材を製造することができる。この中空押出成形は、先に述べた自動車のサスペンションサブフレームのほか、自動車や鉄道車両、船舶又は建築部材のフレーム等の構造材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で成形した押出形材の断面形状を示す図である。
【図２】実施例の溶着性の試験方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１押出形材
２治具

Claims

Ｍｇ：１．５〜５．０％（質量％、以下同じ）を含有するＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金からなり、溶着部を有し下記式で定義されるＦ値が４０〜５００であることを特徴とするＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材。
Ｆ＝押出形材の断面の全周長（ｍｍ）／単位重量（ｋｇ／ｍ）
請求項１に記載されたＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出形材を用いたサスペンションサブフレーム。