JP3939414B2 - 高強度アルミニウム合金製ねじおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度の６０００系アルミニウム合金製ねじおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製構造物の組立てに用いる鋼製ねじ（ボルトを含む、以下ねじで代表する）は、強度的には問題ないが、腐食環境では電食が起きるためＺｎまたはＮｉをめっきして用いられる。しかしめっきが剥がれたり或いは腐食環境が特に悪いときは電食を防止することができない。鋼製のねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５１-1991 「鋼製ボルト・小ねじの機械的性質」で規格されている。ステンレス製ねじはアルミニウム合金と相性が良く電食し難いので、Ａ６０６３合金の窓用サッシを始めとする多くのアルミニウム合金製構造物に用いられている。ステンレス製ねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５４-1985 「ステンレス鋼製耐食ねじ部品の機械的性質」で規格されている。
【０００３】
ところで、近年、地球資源の有効活用、省エネルギー、環境の清浄化等の観点から、材料のリサイクルが強く叫ばれている。
アルミニウムは、原料のボーキサイトを精錬し地金にするには莫大な電気エネルギーを要するが、アルミニウムは低融点のためアルミスクラップの再溶解にはそれほどエネルギーを要さずリサイクル効果が大きい。
しかし、アルミニウム合金製構造物のスクラップは、そのまま再溶解すると鋼製またはステンレス製ねじが溶解するため、得られるアルミニウム合金の純度が低下する。ねじを外して再溶解するのは手間を要しリサイクル効果が半減する。
【０００４】
前記再溶解による純度低下の問題はアルミニウム合金製ねじを用いることにより解決でき、現にアルミニウム合金製ねじは市販されている。リサイクルの点からは、例えば、Ａ６０６３合金製窓用サッシには、同じ６０００系合金のねじを使用することが望ましい。アルミニウム合金製ねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」で規格されている。
【０００５】
一方、自動車産業では省エネルギーや環境清浄化に対して努力が続けられ、その最も有力な対策は、車体をアルミ化して軽くすることに落ち着きつつある。
アルミ車体の構造は、プレス加工板に強度メンバーを兼用させた従来のモノコック式から、骨となる形材にボディーを載せるスペースフレーム式が検討されている。前記形材には高強度で押出性にも優れるＪＩＳ−Ａ６０００系合金が採用される公算が高い。形材とボディの接合には、従来の抵抗スポット溶接に代わって信頼性が高く省エネ的なねじを用いた機械的接合が大々的に採用される見通しである。アルミ車体の自動車にもリサイクル性が要求され、そこには当然アルミ合金製ねじが使用され、その合金には形材と同じ６０００系合金が望ましい。
【０００６】
ところで、ＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」には、アルミニウム合金製ねじとして、ＡＬ１（Ａ５０５２）、ＡＬ２（Ａ５０５６）、ＡＬ３（Ａ６０６１）、ＡＬ４（Ａ２０２４）、ＡＬ５（７Ｎ０１）、ＡＬ６（Ａ７０７５）の６種類が規格化されている。
ねじ（ボルトを含む）の規格を表１に示す。
【０００７】
【表１】
（注）▲１▼Ｍ４のねじり強さ、単位：Ｎ・Ｍ。ねじり強さは各ねじ径ごとに規定 されている。
【０００８】
次に、前記ねじの従来の製造工程を示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記工程で作製した従来のねじを窓用サッシや自動車に用いる場合の問題点は次の通りである。
(1)ＡＬ１（Ａ５０５２）は６０００系合金ではないのでリサイクル性に劣る。切削加工材は強度が低く（３００Ｎ／ｍｍ2 以下）、加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は強度が低い（３００Ｎ／ｍｍ2 以下）。
(2)ＡＬ２（５０５６）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。切削加工材はコストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪いので加工中に割れ易い。
(3)ＡＬ３（Ａ６０６１）については、切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(4)ＡＬ４（Ａ２０２４）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(5)ＡＬ５（Ａ７Ｎ０１）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(6)ＡＬ６（Ａ７０７５）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
【００１０】
前記ねじ規格の中に６０００系合金を求めるとＡＬ３がある。
ＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）は、引張強さ３２０Ｎ／ｍｍ2 、耐力２５０Ｎ／ｍｍ2 、伸び７％、ねじり強さ（Ｍ４）１．４Ｎ・ｍが規格値である。
自動車の組立構造に用いられるねじには、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び６％以上が要求され、ねじり強さは従来のボルト・ナット式からタッピングねじ式に移行する傾向が見られるためＡＬ３の規格値の１０％以上高い値が望まれている。さらに、錆びないこと、低コストなことも望まれる。
本発明は、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び６％以上、ねじり強さがＡＬ３規格値の１０％以上高く、自動車の組立構造に十分耐える機械的性質を有し、しかも錆び難く、低コストの高強度アルミニウム合金製ねじの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＭｇとＳｉは本発明ねじの主要構成元素で、強度向上に寄与する。ＭｇとＳｉが共存するときは、焼入れおよび人工時効硬化処理によってＭｇ2 Ｓｉが析出して強度が向上する。
本発明において、Ｍｇを０．５〜１．５wt％、Ｓｉを０．５〜１．５wt％にそれぞれ規定する理由は、いずれが０．５wt％未満でもその強度が十分向上せず、またいずれが１．５wt％を超えても引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下するためである。
【００１６】
Ｃｕは、Ｍｇ、Ｓｉと共に強度向上に寄与する。その含有量を０．５〜１．５wt％に規定する理由は、０．５％未満ではその効果が十分に得られず、１．５wt％を超えると、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、転造加工性、耐蝕性が低下するためである。
【００１７】
Ｍｎは一部マトリックスに固溶して強度向上に寄与する。また不純物として含有されるＡｌ−Ｆｅ系化合物と結合してＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系のロッド状化合物を形成しヘッダー加工性および転造加工性の向上に寄与する。さらにＭｎはＭｇ2 Ｓｉの析出を促進する。
Ｍｎは０．２wt％未満ではその効果が十分に得られず、１．５wt％を超えると巨大な介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。従ってＭｎは０．２〜０．５wt％含有させる。
【００１８】
Ｔｉまたは／およびＢは鋳造割れ性を改善し、またヘッダー加工性および転造加工性を向上させる。Ｔｉが０．００５wt％未満、或いはＢが０．００１wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｔｉが０．１wt％を超え、或いはＢが０．０５wt％を超えると粗大な介在物が生成して引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。従って、Ｔｉは０．００５〜０．１wt％、Ｂは０．００１〜０．０５wt％含有させる。
【００１９】
Ｚｒは熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、特にヘッダー加工性および転造加工性を向上させる。Ｚｒの含有量は、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、０．２５wt％を超えると粗大な介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
【００２０】
Ｓｃ、希土類元素、Ｖは、いずれも結晶組織の微細化を助長し、また引張強さ、ねじり強さ、ヘッダー加工性、転造加工性を改善する。
Ｓｃ、希土類元素、Ｖを単独で用いる場合は、それぞれ、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｓｃ、希土類元素の含有量が１wt％を超えると、またＶの含有量が０．５wt％を超えると粗大介在物が生成し、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうちの２以上を含有させる場合は、各含有量（wt％）の和が０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｓｃ、希土類元素、Ｖの含有量の和が０．７wt％を超えると粗大介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
【００２１】
希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等のうち１種又は２種以上用いることができ、これらのうちいずれか１種の含有量、あるいは２種以上の合計の含有量が０．０５〜１wt％の範囲であれば良い。
前記諸元素のうちの２種以上を含む合金として、例えば、Ｃｅ、Ｌａを主成分とするミッシュメタル（通常、Ｃｅ４５〜５０wt％、Ｌａ２０〜４０wt％、残部その他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等）と不可避不純物からなる）がある。
前記の各希土類元素やミッシュメタルは、いずれも同等の効果を示すが、価格的には、ミッシュメタルの方が希土類元素単体より安く有利である。
【００２２】
本発明では、前記合金を、常法により、溶解、鋳造し、得られる鋳塊に均質化処理を施したのち、押出、抽伸、または圧延のいずれかの方法により、焼鈍を入れながら、ねじ用素線に加工する。
本発明において、ねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上にする理由は、加工率が４０％未満では、その後の焼鈍で、Ｚｒが添加されているとは言え、結晶粒が粗大化し、ヘッダー加工性および転造加工性が低下し、ねじ加工中に割れ等の欠陥が発生し易くなるためである。ねじ用素線の最終焼鈍後の加工度を４０％以上にすると、Ｚｒとの相乗効果でその後の焼鈍でも結晶粒が粗大化せず、結晶粒は微細なままで、ねじのヘッダー加工および転造加工中に割れ等の欠陥が発生せず、加工が容易に行われる。
【００２３】
ねじ用素線は、ねじ加工などがし易くなるように焼鈍したのち、ヘッダー加工および転造加工によりねじ形状に加工される。次いで焼入れ、人工時効硬化処理を施して強度を高めてねじが完成する。
このような工程で加工することにより、ねじの長手方向の結晶粒の平均長さが２００μｍ以下に押さえられる。また引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）の１０％以上高い値にすることができる。
本発明で、ねじの長手方向の結晶粒の平均長さを２００μｍ以下に押さえる理由は、２００μｍを超えると靱性が低下し、ねじの締め付け時に割れたりするためである。前記結晶粒の平均長さは１００μｍ以下が特に望ましい。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
表２のNo.1〜27に示す本発明組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して９ｍｍφの線材とし、この線材を表４に示す製造工程Ａにより３．４６ｍｍφの素線に加工した。次いでこの素線１を切断機２で所定長さに切断し（図１イ）、これをヘッダー加工機３により頭部４を形成し（図１ロ）、ねじ転造加工機５によりねじ部６を形成し（図１ハ、ニ）た。次に５４０℃で１時間加熱後水焼き入れしたのち、１８０℃で８時間人工時効硬化処理を行ってＭ４のねじを製造した。Ｍ４ねじ７の寸法を図２に示す。
なお、加工性の悪いものは、前記頭部形成時に、頭部の付け根や十字溝部に割れが発生し、前記転造加工時に、ねじ部に割れが発生した。
【００２５】
（比較例１）
表３の No.28〜49に示す本発明組成以外のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して９ｍｍφの線材とし、この線材を表４に示す製造工程Ｂにより３．４６ｍｍφの素線とし、この素線を実施例１と同じように加工してＭ４のねじを製造した。
【００２６】
（従来例１）
表３の No.50〜54に示す従来合金（Ａ６０６１、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ２０２４、Ａ７Ｎ０１）を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を比較例１と同じように加工してＭ４のねじを製造した。
【００２７】
得られた各々のねじについて、ねじ加工性（ヘッダー加工性、ねじ転造性）を調べた。また引張試験、ねじり試験、長手方向の断面のミクロ組織観察、腐食試験を行った。結果を表４〜７に示す。
試験、観察方法、或いは良、不良の判定基準を下記に示す。
（１）ヘッダー加工性：ヘッダー加工が問題なくできたもの…良（○）。
ヘッダー加工中割れたもの…………不良（×）。
（２）転造加工性：Ｍ４のねじ加工が問題なくできたもの……良（○）。
Ｍ４のねじ転造中に割れたもの…………不良（×）。
（３）引張特性：図３に示すように、Ｍ４ねじ７を上チャック８と下チャック９で挟んで引張試験した。
引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 以上のもの………良（○）。
引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 未満のもの……不良（×）。
耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 以上のものを…………良（○）。
耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 未満のものを………不良（×）。
伸びが６％以上のもの……………………………良（○）。
伸びが６％未満のもの…………………………不良（×）。
（４）ねじり強さ：図４に示すように、Ｍ４ねじ７を固定治具１０にハンドル１１を回してしっかり固定したのち、Ｍ４ねじ７をトルクメーター１２に取付けたプラスドライバー１３で破断するまで回し、破断時のトルク値（ねじり強さ）を求めた。ねじり強さの基準値はＡＬ３の規格値１．４Ｎ・ｍより１０％以上高い１．５４Ｎ・ｍとした。
ねじり強さが１．５４Ｎ・ｍ以上のもの………良（○）。
ねじり強さが１．５４Ｎ・ｍ未満のもの……不良（×）。
（５）結晶粒長さの測定：図５（イ）、（ロ）に示すように、Ｍ４ねじ７を縦に切断し、その断面を研磨したのち、エッチングして、金属顕微鏡で１４の部分を観察し、各結晶粒の長手方向の長さ１５を５０個の結晶粒について測定した。
平均値が２００μｍ以下のもの…………………良（○）。
平均値が２００μｍを超えたもの……………不良（×）。
（６）腐食試験方法：図６に示すように、Ｍ４ねじ７と同じ材質のナット１６でＡ６０６３合金板（３×１００×１００ｍｍ）１７を締めつけて試験体とし、これをステンレス製の槽１８中の５％食塩水１９中に浸漬した。前記試験体は絶縁性のベークライト台２０上に配置した。
１０００時間経過後、試験体を取出し腐食状況を調べた。
耐食性がＡ６０６１製ボルトと同等のもの………………良（○）。
耐食性がＡ６０６１製ボルトより劣るもの……………不良（×）。
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
【表５】
【００３２】
【表６】
【００３３】
【表７】
【００３４】
【表８】
【００３５】
【表９】
【００３６】
【表１０】
【００３７】
【表１１】
【００３８】
表５〜１１より明らかなように、本発明例のNo.1〜54（表５〜８）はいずれも、加工性、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織、腐食試験において良好な特性を示し、総合的に、従来例の No.77〜86（表１１） より優れるものであった。また製造工程（表４）については、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織に関し、Ａの方がＢより良好な特性を示した。
これに対し、比較例の No.55〜76（表９、１０）は、合金組成が本発明組成外のため、いずれかの特性が不良となり、総合評価に劣るものとなった。
【００３９】
（実施例２）
表２のNo.1〜27に示す本発明組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して１０ｍｍφの線材とし、この線材を表９に示す製造工程Ｃにより７．１ｍｍφの素線に加工した。
次にこの素線２１を切断機２で所定長さに切断し（図７イ）、これを丸頭→６角頭の２段階でヘッダー加工して頭部２４を形成し（図７ロ、ハ）、ねじ転造加工機によりねじ部２６を形成し（図７ニ）、次いで５４０℃で１時間加熱後水焼入れしたのち、１８０℃で８時間人工時効硬化処理を行ってＭ８ボルト２７を製造した。Ｍ８ボルト２７の寸法を図８に示す。
なお、加工性の悪いものは、頭部形成時に、頭部の付け根や十字溝部に割れが発生し、転造加工時に、ねじ部に割れが発生した。
【００４０】
（比較例２）
表３の No.28〜49に示す本発明組成以外のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して１０ｍｍφの線材とし、この線材を表９に示す製造工程Ｄにより７．１ｍｍφの素線とし、この素線を実施例２と同じように加工してＭ８のボルトを製造した。
【００４１】
（従来例２）
表３の No.50〜54に示す従来合金（Ａ６０６１、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ２０２４、Ａ７Ｎ０１）を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を比較例２と同じように加工してＭ８のボルトを製造した。
【００４２】
得られた各々のねじについて、ねじ加工性（ヘッダー加工性、ねじ転造性）を調べた。またねじの引張試験、長手方向の断面のミクロ組織観察、腐食試験を実施例１と同じ方法により行った。結果を表１０〜１５に示す。
【００４３】
【表１２】
【００４４】
【表１３】
【００４５】
【表１４】
【００４６】
【表１５】
【００４７】
【表１６】
【００４８】
【表１７】
【００４９】
【表１８】
【００５０】
表１２〜１８より明らかなように、本発明例の No.87〜140(表12〜15) はいずれも加工性、ねじの引張試験、ミクロ組織、腐食試験において良好な特性を示し、総合的に従来例のNo.163〜167(表18) より優れるものであった。また製造工程（表９）については、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織に関し、Ｃの方がＤより良好な特性を示した。
これに対し、比較例のNo.141〜162(表16〜17) は、合金組成が本発明組成外のため、いずれかの特性が不良となり、総合評価に劣るものとなった。
【００５１】
以上、アルミニウム合金製ねじ（ボルトを含む）について説明したが、本発明は、ナット類に適用しても同様の効果が得られ、本発明のねじ（ボルトを含む）と組み合わせて用いることにより、より大きい効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の高強度アルミニウム合金製ねじ（ボルトを含む）は、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）の１０％以上、長手方法の平均結晶粒長さが２００μｍ以下のもので、アルミニウム合金製構造物を接合するためのねじ・ボルトとして十分な引張特性、ねじり強さ、および耐応力腐食割れ性を有し、安定した高い継手強度が得られる。またヘッダー加工性、ねじ転造加工性にも優れ加工が容易である。また本発明のねじは６０００系合金なので、例えば、サッシ、自動車などの６０００系合金製構造物の接合に用いたとき、スクラップの再溶解で純度の低下が少なく、リサイクル性に優れるものである。さらに、本発明のねじは、製造条件を一部規定した通常の製造方法により容易に製造することができる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）〜（ニ）は、Ｍ４ねじの成形加工説明図である。
【図２】Ｍ４のねじの寸法説明図である。
【図３】ねじの引張試験の模式図である。
【図４】ねじり試験機の斜視図である。
【図５】（イ）は結晶粒長さ測定用試験片、（ロ）は結晶粒長さの測定方法の説明図である。
【図６】腐食試験方法の説明図である。
【図７】（イ）〜（ニ）は、Ｍ８ボルトの成形加工説明図である。
【図８】Ｍ８ボルトの寸法説明図である。
【符号の説明】
１ Ｍ４ねじ用素線
２ 切断機
３ ヘッダー加工機
４ Ｍ４ねじの頭部
５ ねじ転造加工機
６ Ｍ４ねじのねじ部
７ Ｍ４ねじ
８ 上チャック
９ 下チャック
１０ 固定治具
１１ ハンドル
１２ トルクメーター
１３ プラスドライバー
１４ Ｍ４ねじの結晶粒長さ測定箇所
１５ 結晶粒の長さ
１６ ナット
１７ Ａ６０６３合金板
１８ ステンレス製の槽
１９ 食塩水
２０ ベークライト台
２１ Ｍ８ボルト用素線
２４ Ｍ８ボルトの頭部
２６ Ｍ８ボルトのねじ部
２７ Ｍ８ボルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度の６０００系アルミニウム合金製ねじおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製構造物の組立てに用いる鋼製ねじ（ボルトを含む、以下ねじで代表する）は、強度的には問題ないが、腐食環境では電食が起きるためＺｎまたはＮｉをめっきして用いられる。しかしめっきが剥がれたり或いは腐食環境が特に悪いときは電食を防止することができない。鋼製のねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５１-1991 「鋼製ボルト・小ねじの機械的性質」で規格されている。ステンレス製ねじはアルミニウム合金と相性が良く電食し難いので、Ａ６０６３合金の窓用サッシを始めとする多くのアルミニウム合金製構造物に用いられている。ステンレス製ねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５４-1985 「ステンレス鋼製耐食ねじ部品の機械的性質」で規格されている。
【０００３】
ところで、近年、地球資源の有効活用、省エネルギー、環境の清浄化等の観点から、材料のリサイクルが強く叫ばれている。
アルミニウムは、原料のボーキサイトを精錬し地金にするには莫大な電気エネルギーを要するが、アルミニウムは低融点のためアルミスクラップの再溶解にはそれほどエネルギーを要さずリサイクル効果が大きい。
しかし、アルミニウム合金製構造物のスクラップは、そのまま再溶解すると鋼製またはステンレス製ねじが溶解するため、得られるアルミニウム合金の純度が低下する。ねじを外して再溶解するのは手間を要しリサイクル効果が半減する。
【０００４】
前記再溶解による純度低下の問題はアルミニウム合金製ねじを用いることにより解決でき、現にアルミニウム合金製ねじは市販されている。リサイクルの点からは、例えば、Ａ６０６３合金製窓用サッシには、同じ６０００系合金のねじを使用することが望ましい。アルミニウム合金製ねじについてはＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」で規格されている。
【０００５】
一方、自動車産業では省エネルギーや環境清浄化に対して努力が続けられ、その最も有力な対策は、車体をアルミ化して軽くすることに落ち着きつつある。
アルミ車体の構造は、プレス加工板に強度メンバーを兼用させた従来のモノコック式から、骨となる形材にボディーを載せるスペースフレーム式が検討されている。前記形材には高強度で押出性にも優れるＪＩＳ−Ａ６０００系合金が採用される公算が高い。形材とボディの接合には、従来の抵抗スポット溶接に代わって信頼性が高く省エネ的なねじを用いた機械的接合が大々的に採用される見通しである。アルミ車体の自動車にもリサイクル性が要求され、そこには当然アルミ合金製ねじが使用され、その合金には形材と同じ６０００系合金が望ましい。
【０００６】
ところで、ＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」には、アルミニウム合金製ねじとして、ＡＬ１（Ａ５０５２）、ＡＬ２（Ａ５０５６）、ＡＬ３（Ａ６０６１）、ＡＬ４（Ａ２０２４）、ＡＬ５（７Ｎ０１）、ＡＬ６（Ａ７０７５）の６種類が規格化されている。
ねじ（ボルトを含む）の規格を表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】
次に、前記ねじの従来の製造工程を示す。
【発明が解決しようとする課題】
前記工程で作製した従来のねじを窓用サッシや自動車に用いる場合の問題点は次の通りである。
(1)ＡＬ１（Ａ５０５２）は６０００系合金ではないのでリサイクル性に劣る。切削加工材は強度が低く（３００Ｎ／ｍｍ2 以下）、加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は強度が低い（３００Ｎ／ｍｍ2 以下）。
(2)ＡＬ２（５０５６）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。切削加工材はコストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪いので加工中に割れ易い。
(3)ＡＬ３（Ａ６０６１）については、切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(4)ＡＬ４（Ａ２０２４）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(5)ＡＬ５（Ａ７Ｎ０１）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
(6)ＡＬ６（Ａ７０７５）は６０００系でないのでリサイクル性に劣る。また腐食し易い。切削加工材は加工コストが高い。ヘッダー加工・ねじ転造加工材は加工性が悪く加工中に割れ易い。
【００１０】
前記ねじ規格の中に６０００系合金を求めるとＡＬ３がある。
ＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）は、引張強さ３２０Ｎ／ｍｍ2 、耐力２５０Ｎ／ｍｍ2 、伸び７％、ねじり強さ（Ｍ４）１．４Ｎ・ｍが規格値である。
自動車の組立構造に用いられるねじには、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び６％以上が要求され、ねじり強さは従来のボルト・ナット式からタッピングねじ式に移行する傾向が見られるためＡＬ３の規格値の１０％以上高い値が望まれている。さらに、錆びないこと、低コストなことも望まれる。
本発明は、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び６％以上、ねじり強さがＡＬ３規格値の１０％以上高く、自動車の組立構造に十分耐える機械的性質を有し、しかも錆び難く、低コストの高強度アルミニウム合金製ねじの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＭｇとＳｉは本発明ねじの主要構成元素で、強度向上に寄与する。ＭｇとＳｉが共存するときは、焼入れおよび人工時効硬化処理によってＭｇ2 Ｓｉが析出して強度が向上する。
本発明において、Ｍｇを０．５〜１．５wt％、Ｓｉを０．５〜１．５wt％にそれぞれ規定する理由は、いずれが０．５wt％未満でもその強度が十分向上せず、またいずれが１．５wt％を超えても引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下するためである。
【００１６】
Ｃｕは、Ｍｇ、Ｓｉと共に強度向上に寄与する。その含有量を０．５〜１．５wt％に規定する理由は、０．５％未満ではその効果が十分に得られず、１．５wt％を超えると、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、転造加工性、耐蝕性が低下するためである。
【００１７】
Ｍｎは一部マトリックスに固溶して強度向上に寄与する。また不純物として含有されるＡｌ−Ｆｅ系化合物と結合してＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系のロッド状化合物を形成しヘッダー加工性および転造加工性の向上に寄与する。さらにＭｎはＭｇ2 Ｓｉの析出を促進する。
Ｍｎは０．２wt％未満ではその効果が十分に得られず、１．５wt％を超えると巨大な介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。従ってＭｎは０．２〜０．５wt％含有させる。
【００１８】
Ｔｉまたは／およびＢは鋳造割れ性を改善し、またヘッダー加工性および転造加工性を向上させる。Ｔｉが０．００５wt％未満、或いはＢが０．００１wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｔｉが０．１wt％を超え、或いはＢが０．０５wt％を超えると粗大な介在物が生成して引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。従って、Ｔｉは０．００５〜０．１wt％、Ｂは０．００１〜０．０５wt％含有させる。
【００１９】
Ｚｒは熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、特にヘッダー加工性および転造加工性を向上させる。Ｚｒの含有量は、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、０．２５wt％を超えると粗大な介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
【００２０】
Ｓｃ、希土類元素、Ｖは、いずれも結晶組織の微細化を助長し、また引張強さ、ねじり強さ、ヘッダー加工性、転造加工性を改善する。
Ｓｃ、希土類元素、Ｖを単独で用いる場合は、それぞれ、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｓｃ、希土類元素の含有量が１wt％を超えると、またＶの含有量が０．５wt％を超えると粗大介在物が生成し、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうちの２以上を含有させる場合は、各含有量（wt％）の和が０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、Ｓｃ、希土類元素、Ｖの含有量の和が０．７wt％を超えると粗大介在物が生成して、引張特性、ねじり強さ、ヘッダー加工性、および転造加工性が低下する。
【００２１】
希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等のうち１種又は２種以上用いることができ、これらのうちいずれか１種の含有量、あるいは２種以上の合計の含有量が０．０５〜１wt％の範囲であれば良い。
前記諸元素のうちの２種以上を含む合金として、例えば、Ｃｅ、Ｌａを主成分とするミッシュメタル（通常、Ｃｅ４５〜５０wt％、Ｌａ２０〜４０wt％、残部その他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等）と不可避不純物からなる）がある。
前記の各希土類元素やミッシュメタルは、いずれも同等の効果を示すが、価格的には、ミッシュメタルの方が希土類元素単体より安く有利である。
【００２２】
本発明では、前記合金を、常法により、溶解、鋳造し、得られる鋳塊に均質化処理を施したのち、押出、抽伸、または圧延のいずれかの方法により、焼鈍を入れながら、ねじ用素線に加工する。
本発明において、ねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上にする理由は、加工率が４０％未満では、その後の焼鈍で、Ｚｒが添加されているとは言え、結晶粒が粗大化し、ヘッダー加工性および転造加工性が低下し、ねじ加工中に割れ等の欠陥が発生し易くなるためである。ねじ用素線の最終焼鈍後の加工度を４０％以上にすると、Ｚｒとの相乗効果でその後の焼鈍でも結晶粒が粗大化せず、結晶粒は微細なままで、ねじのヘッダー加工および転造加工中に割れ等の欠陥が発生せず、加工が容易に行われる。
【００２３】
ねじ用素線は、ねじ加工などがし易くなるように焼鈍したのち、ヘッダー加工および転造加工によりねじ形状に加工される。次いで焼入れ、人工時効硬化処理を施して強度を高めてねじが完成する。
このような工程で加工することにより、ねじの長手方向の結晶粒の平均長さが２００μｍ以下に押さえられる。また引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）の１０％以上高い値にすることができる。
本発明で、ねじの長手方向の結晶粒の平均長さを２００μｍ以下に押さえる理由は、２００μｍを超えると靱性が低下し、ねじの締め付け時に割れたりするためである。前記結晶粒の平均長さは１００μｍ以下が特に望ましい。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
表２のNo.1〜27に示す本発明組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して９ｍｍφの線材とし、この線材を表４に示す製造工程Ａにより３．４６ｍｍφの素線に加工した。次いでこの素線１を切断機２で所定長さに切断し（図１イ）、これをヘッダー加工機３により頭部４を形成し（図１ロ）、ねじ転造加工機５によりねじ部６を形成し（図１ハ、ニ）た。次に５４０℃で１時間加熱後水焼き入れしたのち、１８０℃で８時間人工時効硬化処理を行ってＭ４のねじを製造した。Ｍ４ねじ７の寸法を図２に示す。
なお、加工性の悪いものは、前記頭部形成時に、頭部の付け根や十字溝部に割れが発生し、前記転造加工時に、ねじ部に割れが発生した。
【００２５】
（比較例１）
表３の No.28〜49に示す本発明組成以外のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して９ｍｍφの線材とし、この線材を表４に示す製造工程Ｂにより３．４６ｍｍφの素線とし、この素線を実施例１と同じように加工してＭ４のねじを製造した。
【００２６】
（従来例１）
表３の No.50〜54に示す従来合金（Ａ６０６１、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ２０２４、Ａ７Ｎ０１）を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を比較例１と同じように加工してＭ４のねじを製造した。
【００２７】
得られた各々のねじについて、ねじ加工性（ヘッダー加工性、ねじ転造性）を調べた。また引張試験、ねじり試験、長手方向の断面のミクロ組織観察、腐食試験を行った。結果を表４〜７に示す。
試験、観察方法、或いは良、不良の判定基準を下記に示す。
（１）ヘッダー加工性：ヘッダー加工が問題なくできたもの…良（○）。
ヘッダー加工中割れたもの…………不良（×）。
（２）転造加工性：Ｍ４のねじ加工が問題なくできたもの……良（○）。
Ｍ４のねじ転造中に割れたもの…………不良（×）。
（３）引張特性：図３に示すように、Ｍ４ねじ７を上チャック８と下チャック９で挟んで引張試験した。
引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 以上のもの………良（○）。
引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 未満のもの……不良（×）。
耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 以上のものを…………良（○）。
耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 未満のものを………不良（×）。
伸びが６％以上のもの……………………………良（○）。
伸びが６％未満のもの…………………………不良（×）。
（４）ねじり強さ：図４に示すように、Ｍ４ねじ７を固定治具１０にハンドル１１を回してしっかり固定したのち、Ｍ４ねじ７をトルクメーター１２に取付けたプラスドライバー１３で破断するまで回し、破断時のトルク値（ねじり強さ）を求めた。ねじり強さの基準値はＡＬ３の規格値１．４Ｎ・ｍより１０％以上高い１．５４Ｎ・ｍとした。
ねじり強さが１．５４Ｎ・ｍ以上のもの………良（○）。
ねじり強さが１．５４Ｎ・ｍ未満のもの……不良（×）。
（５）結晶粒長さの測定：図５（イ）、（ロ）に示すように、Ｍ４ねじ７を縦に切断し、その断面を研磨したのち、エッチングして、金属顕微鏡で１４の部分を観察し、各結晶粒の長手方向の長さ１５を５０個の結晶粒について測定した。
平均値が２００μｍ以下のもの…………………良（○）。
平均値が２００μｍを超えたもの……………不良（×）。
（６）腐食試験方法：図６に示すように、Ｍ４ねじ７と同じ材質のナット１６でＡ６０６３合金板（３×１００×１００ｍｍ）１７を締めつけて試験体とし、これをステンレス製の槽１８中の５％食塩水１９中に浸漬した。前記試験体は絶縁性のベークライト台２０上に配置した。
１０００時間経過後、試験体を取出し腐食状況を調べた。
耐食性がＡ６０６１製ボルトと同等のもの………………良（○）。
耐食性がＡ６０６１製ボルトより劣るもの……………不良（×）。
【００２８】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
表５〜１１より明らかなように、本発明例のNo.1〜54（表５〜８）はいずれも、加工性、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織、腐食試験において良好な特性を示し、総合的に、従来例の No.77〜86（表１１） より優れるものであった。また製造工程（表４）については、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織に関し、Ａの方がＢより良好な特性を示した。
これに対し、比較例の No.55〜76（表９、１０）は、合金組成が本発明組成外のため、いずれかの特性が不良となり、総合評価に劣るものとなった。
【００３９】
（実施例２）
表２のNo.1〜27に示す本発明組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して１０ｍｍφの線材とし、この線材を表９に示す製造工程Ｃにより７．１ｍｍφの素線に加工した。
次にこの素線２１を切断機２で所定長さに切断し（図７イ）、これを丸頭→６角頭の２段階でヘッダー加工して頭部２４を形成し（図７ロ、ハ）、ねじ転造加工機によりねじ部２６を形成し（図７ニ）、次いで５４０℃で１時間加熱後水焼入れしたのち、１８０℃で８時間人工時効硬化処理を行ってＭ８ボルト２７を製造した。Ｍ８ボルト２７の寸法を図８に示す。
なお、加工性の悪いものは、頭部形成時に、頭部の付け根や十字溝部に割れが発生し、転造加工時に、ねじ部に割れが発生した。
【００４０】
（比較例２）
表３の No.28〜49に示す本発明組成以外のアルミニウム合金を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を長さ３００ｍｍに切断し、これを５４０℃で４時間均質化処理し、次いで４７０℃で熱間押出して１０ｍｍφの線材とし、この線材を表９に示す製造工程Ｄにより７．１ｍｍφの素線とし、この素線を実施例２と同じように加工してＭ８のボルトを製造した。
【００４１】
（従来例２）
表３の No.50〜54に示す従来合金（Ａ６０６１、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ２０２４、Ａ７Ｎ０１）を半連続鋳造法で２１９ｍｍφのビレットに鋳造し、得られた鋳塊を比較例２と同じように加工してＭ８のボルトを製造した。
【００４２】
得られた各々のねじについて、ねじ加工性（ヘッダー加工性、ねじ転造性）を調べた。またねじの引張試験、長手方向の断面のミクロ組織観察、腐食試験を実施例１と同じ方法により行った。結果を表１０〜１５に示す。
【００４３】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
表１２〜１８より明らかなように、本発明例の No.87〜140(表12〜15) はいずれも加工性、ねじの引張試験、ミクロ組織、腐食試験において良好な特性を示し、総合的に従来例のNo.163〜167(表18) より優れるものであった。また製造工程（表９）については、ねじの引張試験、ねじり試験、ミクロ組織に関し、Ｃの方がＤより良好な特性を示した。
これに対し、比較例のNo.141〜162(表16〜17) は、合金組成が本発明組成外のため、いずれかの特性が不良となり、総合評価に劣るものとなった。
【００５１】
以上、アルミニウム合金製ねじ（ボルトを含む）について説明したが、本発明は、ナット類に適用しても同様の効果が得られ、本発明のねじ（ボルトを含む）と組み合わせて用いることにより、より大きい効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の高強度アルミニウム合金製ねじ（ボルトを含む）は、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）の１０％以上、長手方法の平均結晶粒長さが２００μｍ以下のもので、アルミニウム合金製構造物を接合するためのねじ・ボルトとして十分な引張特性、ねじり強さ、および耐応力腐食割れ性を有し、安定した高い継手強度が得られる。またヘッダー加工性、ねじ転造加工性にも優れ加工が容易である。また本発明のねじは６０００系合金なので、例えば、サッシ、自動車などの６０００系合金製構造物の接合に用いたとき、スクラップの再溶解で純度の低下が少なく、リサイクル性に優れるものである。さらに、本発明のねじは、製造条件を一部規定した通常の製造方法により容易に製造することができる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）〜（ニ）は、Ｍ４ねじの成形加工説明図である。
【図２】Ｍ４のねじの寸法説明図である。
【図３】ねじの引張試験の模式図である。
【図４】ねじり試験機の斜視図である。
【図５】（イ）は結晶粒長さ測定用試験片、（ロ）は結晶粒長さの測定方法の説明図である。
【図６】腐食試験方法の説明図である。
【図７】（イ）〜（ニ）は、Ｍ８ボルトの成形加工説明図である。
【図８】Ｍ８ボルトの寸法説明図である。
【符号の説明】
１ Ｍ４ねじ用素線
２ 切断機
３ ヘッダー加工機
４ Ｍ４ねじの頭部
５ ねじ転造加工機
６ Ｍ４ねじのねじ部
７ Ｍ４ねじ
８ 上チャック
９ 下チャック
１０ 固定治具
１１ ハンドル
１２ トルクメーター
１３ プラスドライバー
１４ Ｍ４ねじの結晶粒長さ測定箇所
１５ 結晶粒の長さ
１６ ナット
１７ Ａ６０６３合金板
１８ ステンレス製の槽
１９ 食塩水
２０ ベークライト台
２１ Ｍ８ボルト用素線
２４ Ｍ８ボルトの頭部
２６ Ｍ８ボルトのねじ部
２７ Ｍ８ボルト
Claims (4)
- Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじ。
- Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、引張強さが３５０Ｎ／ｍｍ 2 以上、耐力が３００Ｎ／ｍｍ 2 以上、伸びが６％以上、ねじり強さがＪＩＳ−Ｂ−１０５７ -1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値であることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじ。
- Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法。
- Ｍｇ：０．５〜１．５wt％、Ｓｉ：０．５〜１．５wt％、Ｃｕ：０．５〜１．５wt％、Ｍｎ：０．２〜０．５wt％、Ｔｉ：０．００５〜０．１wt％、Ｂ：０．００１〜０．０５wt％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５wt％を含有し、かつ、Ｓｃ、希土類元素、Ｖのうち少なくとも１種を含み、それぞれを単独で添加する場合は、Ｓｃ：０．０５〜１wt％、希土類元素：０．０５〜１wt％、Ｖ：０．０５〜０．５wt％とし、２種類以上を同時に添加する場合は、それぞれの添加量の総和が０．０５〜０．７wt％とし、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られる鋳塊を均質化処理し、次いで、適宜焼鈍を入れながら、押出法、抽伸法、または圧延法のいずれかによりねじ用素線に加工し、このねじ用素線の最終焼鈍後の加工率を４０％以上とし、次いでこのねじ用素線を所定温度で焼鈍したのち、前記素線をねじに成形し、このねじ成形体を溶体化処理後急冷し、次いで人工時効硬化処理を行って、長手方向の結晶粒長さを２００μｍ以下、引張強さを３５０Ｎ／ｍｍ2 以上、耐力を３００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸びを６％以上、ねじり強さをＪＩＳ−Ｂ−１０５７-1989 のＡＬ３（Ａ６０６１−Ｔ６）のねじ強さより１０％以上高い値にすることを特徴とする高強度アルミニウム合金製ねじの製造方法。
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