JP5409125B2 - 耐ｓｃｃ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）に優れたＪＩＳ（日本工業規格）７０００系のアルミニウム合金押出材に関する。
７０００系のアルミニウム合金押出材の分野にあっては、Ｚｎ、Ｍｇの主成分量およびＣｕ等の添加量を調整することにより、自動車部品であるバンパリィンホースなどの構造材として必要な強度を確保することはできる。
この場合にＺｎ、Ｍｇを適宜添加すると、強度は上昇するが、耐ＳＣＣ性が低下することが知られている。
その理由として必要な強度を確保するためにＺｎ、Ｍｇを添加すると、結晶粒界には鋳造工程における凝固後の冷却時に晶出物が晶出し、押出材製造工程における押出直後の冷却時に粒界析出物が析出し、粒内と粒界の電位差が拡大することによって、応力腐食割れが発生する環境にさらされたときに粒界の晶出物、析出物が溶出し、割れが発生すると考えられている。
特許文献１、２等には合金組成成分範囲を制御し、ＰＦＺ（無析出帯）を制御することで耐ＳＣＣ性を改善した技術を開示するが、その改善効果が未だ不十分であった。
この場合にＺｎ、Ｍｇを適宜添加すると、強度は上昇するが、耐ＳＣＣ性が低下することが知られている。
その理由として必要な強度を確保するためにＺｎ、Ｍｇを添加すると、結晶粒界には鋳造工程における凝固後の冷却時に晶出物が晶出し、押出材製造工程における押出直後の冷却時に粒界析出物が析出し、粒内と粒界の電位差が拡大することによって、応力腐食割れが発生する環境にさらされたときに粒界の晶出物、析出物が溶出し、割れが発生すると考えられている。
特許文献１、２等には合金組成成分範囲を制御し、ＰＦＺ（無析出帯）を制御することで耐ＳＣＣ性を改善した技術を開示するが、その改善効果が未だ不十分であった。
本発明は、耐ＳＣＣ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材及びその製造方法の提供を目的とする。
本発明に係る耐ＳＣＣ性に優れる７０００系のアルミニウム合金押出材は、押出ダイスから押し出されてくる押出直後の押出材温度が５８０〜６６０℃の範囲で、その後に２０℃／ｍｉｎ〜５０℃／ｍｉｎの冷却速度で押出材温度が１００℃以下になるまで冷却し、金属組織の結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が透過型電子顕微鏡による観察測定で１，０００〜１０,０００ヶ／μｍ２存在していることを特徴とする。
ここで、耐力が、３００〜５５０ＭＰａの範囲であるのが好ましい。
７０００系のアルミニウム合金押出材は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ添加量を調整することにより、バンパリィンホースなどの構造材として必要な強度を確保する必要があるが、質量％で、Ｍｇ添加量を０．８〜１．５％、Ｚｎ添加量を５．５〜７．０％、Ｃｕ添加量を０．０５〜０．３％に設定するのがよい。
その他の添加成分としては、Ｍｎ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．２％を単独または混合して添加し結晶粒を微細化したり、再結晶を抑えることも耐ＳＣＣ性の改善に寄与することは公知である。
また、ビレット鋳造時の結晶粒の微細化には、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％添加すると効果があることは公知である。
これに対して本発明の特徴は、７０００系アルミニウム合金押出材の耐ＳＣＣ性はアノード型ＳＣＣであるので、粒内−粒界の電位差が大きいと粒界の晶出物、析出物が溶出することで割れが発生することから、金属組織の結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が１，０００〜１０,０００ヶ／μｍ２存在するようにした点にあり、これにより、粒内−粒界の電位差が小さくなり、耐ＳＣＣ性が向上する。
このように、結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が所定量存在するようにするには、押出ダイスから押し出されてくる押出直後の押出材温度が５８０〜６６０℃の範囲で、その後に２０℃／ｍｉｎ〜５０℃／ｍｉｎの冷却速度で押出材温度が１００℃以下になるまで冷却するとよく、押出材を押出成形後に２段時効処理する工程において１段目の熱処理温度が７０〜１００℃の範囲で２段目の熱処理温度が１４０〜１７０℃の範囲にするとよい。
本発明において製造条件を上記のように設定した理由は次のとおりである。
（１）押出直後の押出材温度が５８０℃未満であると溶体化処理が不十分であり、その後の熱処理によって粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しなく、耐力が３００ＭＰａ未満になる。
また、押出材温度が６００℃を超えると次第に押出材表面に肌荒れが発生し、６６０℃を超えると溶解するため、押出材温度は５８０℃〜６６０℃とし、望ましくは６００℃以下とした。
（２）形材冷却速度は１００℃以下になるまで管理し、冷却速度が２０℃／ｍｉｎ以下になると、焼入れが十分に得られず、その後の熱処理によって粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しない。
また、５０℃／ｍｉｎ以上になると、ＰＦＺに影響を及ぼすことでＳＣＣ性が低下するため、押出材の冷却速度は２０℃／ｍｉｎ以上、５０℃／ｍｉｎ以下とした。
（３）製造条件における２段時効処理時の２段目の熱処理温度が１４０℃以下であると、熱処理時間が長くなり、生産性が低下する。
また、１７０℃を超えると析出物は粗大化するために粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しなく、耐力も３００ＭＰａ未満になる。
そこで、製造条件における２段時効処理時の２段目の熱処理温度は１４０℃以上、１７０℃以下とし、２０時間以内とした。
ここで、耐力が、３００〜５５０ＭＰａの範囲であるのが好ましい。
７０００系のアルミニウム合金押出材は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ添加量を調整することにより、バンパリィンホースなどの構造材として必要な強度を確保する必要があるが、質量％で、Ｍｇ添加量を０．８〜１．５％、Ｚｎ添加量を５．５〜７．０％、Ｃｕ添加量を０．０５〜０．３％に設定するのがよい。
その他の添加成分としては、Ｍｎ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．２％を単独または混合して添加し結晶粒を微細化したり、再結晶を抑えることも耐ＳＣＣ性の改善に寄与することは公知である。
また、ビレット鋳造時の結晶粒の微細化には、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％添加すると効果があることは公知である。
これに対して本発明の特徴は、７０００系アルミニウム合金押出材の耐ＳＣＣ性はアノード型ＳＣＣであるので、粒内−粒界の電位差が大きいと粒界の晶出物、析出物が溶出することで割れが発生することから、金属組織の結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が１，０００〜１０,０００ヶ／μｍ２存在するようにした点にあり、これにより、粒内−粒界の電位差が小さくなり、耐ＳＣＣ性が向上する。
このように、結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が所定量存在するようにするには、押出ダイスから押し出されてくる押出直後の押出材温度が５８０〜６６０℃の範囲で、その後に２０℃／ｍｉｎ〜５０℃／ｍｉｎの冷却速度で押出材温度が１００℃以下になるまで冷却するとよく、押出材を押出成形後に２段時効処理する工程において１段目の熱処理温度が７０〜１００℃の範囲で２段目の熱処理温度が１４０〜１７０℃の範囲にするとよい。
本発明において製造条件を上記のように設定した理由は次のとおりである。
（１）押出直後の押出材温度が５８０℃未満であると溶体化処理が不十分であり、その後の熱処理によって粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しなく、耐力が３００ＭＰａ未満になる。
また、押出材温度が６００℃を超えると次第に押出材表面に肌荒れが発生し、６６０℃を超えると溶解するため、押出材温度は５８０℃〜６６０℃とし、望ましくは６００℃以下とした。
（２）形材冷却速度は１００℃以下になるまで管理し、冷却速度が２０℃／ｍｉｎ以下になると、焼入れが十分に得られず、その後の熱処理によって粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しない。
また、５０℃／ｍｉｎ以上になると、ＰＦＺに影響を及ぼすことでＳＣＣ性が低下するため、押出材の冷却速度は２０℃／ｍｉｎ以上、５０℃／ｍｉｎ以下とした。
（３）製造条件における２段時効処理時の２段目の熱処理温度が１４０℃以下であると、熱処理時間が長くなり、生産性が低下する。
また、１７０℃を超えると析出物は粗大化するために粒内に１５ｎｍ以下の析出物が所定量析出しなく、耐力も３００ＭＰａ未満になる。
そこで、製造条件における２段時効処理時の２段目の熱処理温度は１４０℃以上、１７０℃以下とし、２０時間以内とした。
本発明は、７０００系アルミニウム合金押出材において、金属組織中の粒内と粒界との電位差が小さくなることで耐ＳＣＣ性に優れた材料を得ることができる。
図１の表に示すように、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ成分の添加量を調整し、残部がアルミニウムと不純物からなるビレットを鋳造し、図１の表に示す押出材温度、冷却条件で押出材を押出成形した。
図１の表における各実施例と比較例の時効処理条件を以下に示し、
１段目時効処理条件−２段目時効処理条件の順に示す。
実施例１ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
実施例２ ９５℃，４時間−１５０℃，７時間
実施例３ ９０℃，４時間−１４０℃，１４時間
比較例１ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
比較例２ ９５℃，４時間−１５０℃，７時間
比較例３ ９０℃，４時間−１４０℃，１４時間
比較例４ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
比較例５ ９０℃，６時間−１５０℃，８時間
比較例６ ９０℃，４時間−１３５℃，２０時間
比較例７ ９０℃，４時間−１７５℃，２時間
なお、図１の表中に、製造条件、耐力が管理内にあるものを「○」と表示した。
図１の表における各実施例と比較例の時効処理条件を以下に示し、
１段目時効処理条件−２段目時効処理条件の順に示す。
実施例１ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
実施例２ ９５℃，４時間−１５０℃，７時間
実施例３ ９０℃，４時間−１４０℃，１４時間
比較例１ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
比較例２ ９５℃，４時間−１５０℃，７時間
比較例３ ９０℃，４時間−１４０℃，１４時間
比較例４ ９５℃，４時間−１６０℃，４時間
比較例５ ９０℃，６時間−１５０℃，８時間
比較例６ ９０℃，４時間−１３５℃，２０時間
比較例７ ９０℃，４時間−１７５℃，２時間
なお、図１の表中に、製造条件、耐力が管理内にあるものを「○」と表示した。
評価条件を説明する。
（応力腐食割れ試験方法）
図６に示すように耐力の８０％の応力を３点曲げにより負荷し、クロム酸混合液中に連続浸漬し、割れが発生するまでの時間を評価した。
（腐食環境）
ニクロム酸カリウム：３０ｇ／Ｌ、酸化クロム（６価）：３６ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム ：３ｇ／Ｌ混合液→５０℃に温浴し、連続浸漬した。
（応力負荷用治具）
（１）応力負荷用治具は、アルミ製のコ字型形状で、サンプル（評価材）をセットした後に、ステンレスボルトで締上げて３点曲げし、応力負荷する。
（２）サンプルと応力負荷用治具はアルミナ棒で絶縁し、ステンレスボルトとの電食によるアルミサンプルの溶出により、負荷した応力に影響がないように配慮した。
（３）評価サンプルに負荷した応力は、評価サンプルの厚さ及び、押出方向に連続した部位から引張試験を行って測定したヤング率及び耐力を、以下の式に従って３点曲げ量を決定し、応力を負荷した（ＪＩＳ Ｈ ８７１１準拠）。
（割れ判定方法）
浸漬開始より６、１２、２４、３６、４８、６０、７２ｈｒ後に表面を目視で観察し、明瞭な割れが観察されるか記録した。
割れ発生サイクルが長いほどＳＣＣ性に優れる。７２ｈｒ連続浸漬で明瞭な割れが発生しなかった場合、評価を○とし、それ以外を×とした。
図２は実施例１、図３は実施例２、図４は実施例３、図５は比較例４に相当する結晶粒内の透過型電子顕微鏡写真をそれぞれ示す。
これらの写真を比較すると分かるように、押出材の押出直後の温度、その後の冷却速度を所定内に制御し、人工時効処理の２段目の条件を１４０℃〜１７０℃とした実施例１〜３は粒内析出物がそれぞれ１，４００ヶ／μｍ２、６，８００ヶ／μｍ２、８，５００ヶ／μｍ２で有り、耐ＳＣＣ性に優れることが確認できた。
（応力腐食割れ試験方法）
図６に示すように耐力の８０％の応力を３点曲げにより負荷し、クロム酸混合液中に連続浸漬し、割れが発生するまでの時間を評価した。
（腐食環境）
ニクロム酸カリウム：３０ｇ／Ｌ、酸化クロム（６価）：３６ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム ：３ｇ／Ｌ混合液→５０℃に温浴し、連続浸漬した。
（応力負荷用治具）
（１）応力負荷用治具は、アルミ製のコ字型形状で、サンプル（評価材）をセットした後に、ステンレスボルトで締上げて３点曲げし、応力負荷する。
（２）サンプルと応力負荷用治具はアルミナ棒で絶縁し、ステンレスボルトとの電食によるアルミサンプルの溶出により、負荷した応力に影響がないように配慮した。
（３）評価サンプルに負荷した応力は、評価サンプルの厚さ及び、押出方向に連続した部位から引張試験を行って測定したヤング率及び耐力を、以下の式に従って３点曲げ量を決定し、応力を負荷した（ＪＩＳ Ｈ ８７１１準拠）。
浸漬開始より６、１２、２４、３６、４８、６０、７２ｈｒ後に表面を目視で観察し、明瞭な割れが観察されるか記録した。
割れ発生サイクルが長いほどＳＣＣ性に優れる。７２ｈｒ連続浸漬で明瞭な割れが発生しなかった場合、評価を○とし、それ以外を×とした。
図２は実施例１、図３は実施例２、図４は実施例３、図５は比較例４に相当する結晶粒内の透過型電子顕微鏡写真をそれぞれ示す。
これらの写真を比較すると分かるように、押出材の押出直後の温度、その後の冷却速度を所定内に制御し、人工時効処理の２段目の条件を１４０℃〜１７０℃とした実施例１〜３は粒内析出物がそれぞれ１，４００ヶ／μｍ２、６，８００ヶ／μｍ２、８，５００ヶ／μｍ２で有り、耐ＳＣＣ性に優れることが確認できた。
Claims (3)
- 押出ダイスから押し出されてくる押出直後の押出材温度が５８０〜６６０℃の範囲で、その後に２０℃／ｍｉｎ〜５０℃／ｍｉｎの冷却速度で押出材温度が１００℃以下になるまで冷却し、金属組織の結晶粒内に粒子径１〜１５ｎｍの析出物が透過型電子顕微鏡による観察測定で１，０００〜１０,０００ヶ／μｍ２存在していることを特徴とする耐ＳＣＣ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材。
- 耐力が、３００〜５５０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１記載の耐ＳＣＣ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材。
- 押出ダイスから押し出されてくる押出直後の押出材温度が５８０〜６６０℃の範囲で、その後に２０℃／ｍｉｎ〜５０℃／ｍｉｎの冷却速度で押出材温度が１００℃以下になるまで冷却した７０００系アルミニウム合金の押出材を２段時効処理する工程において１段目の熱処理温度が７０〜１００℃の範囲で２段目の熱処理温度が１４０〜１７０℃の範囲であることを特徴とする耐ＳＣＣ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材の製造方法。
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| JP2009131359A JP5409125B2 (ja) | 2009-05-29 | 2009-05-29 | 耐ｓｃｃ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2009131359A JP5409125B2 (ja) | 2009-05-29 | 2009-05-29 | 耐ｓｃｃ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2009131359A Active JP5409125B2 (ja) | 2009-05-29 | 2009-05-29 | 耐ｓｃｃ性に優れる７０００系アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
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| CN102489973B (zh) * | 2011-12-23 | 2013-08-28 | 东北轻合金有限责任公司 | 轿车保险杠用铝合金空心型材的制造方法 |
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| CN104018038A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-09-03 | 广东豪美铝业股份有限公司 | 一种汽车防撞梁用铝合金及其产品制造方法 |
| CN104071106B (zh) * | 2014-07-22 | 2016-03-23 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 汽车用铝合金保险杠的生产工艺 |
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| JP4977281B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2012-07-18 | アイシン軽金属株式会社 | 衝撃吸収性及び耐応力腐食割れ性に優れた高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
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2009
- 2009-05-29 JP JP2009131359A patent/JP5409125B2/ja active Active
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| CN101899597B (zh) | 2012-07-18 |
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