JP6378937B2 - アルミニウム合金部材の製造方法 - Google Patents
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Description
アルミニウム合金としては、JIS規格及びAA規格を含むAl−Zn−Mg系組成及びAl−Zn−Mg−Cu系組成を有する7000系アルミニウム合金(以下、単に、「7000系アルミニウム合金」ともいう)を用いる。この7000系アルミニウム合金を用いることにより、例えば、T5−T7における120℃以上160℃以下での6時間以上16時間以下の条件での人工時効処理を施すことにより、強度が0.2%耐力で400MPa以上となる高強度のアルミニウム合金部材を得ることができる。
押出工程では、上述した組成の範囲内に調整したアルミニウム合金を溶解させた後、半連続鋳造法(DC鋳造法)などの溶解鋳造法により鋳造して鋳塊(ビレット)とする。次に、鋳造されたアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲(例えば、400℃以上500℃以下)に加熱して均質化熱処理(均熱処理)する。これにより、アルミニウム合金の鋳塊中の結晶粒内の偏析などが消失してアルミニウム合金部材の強度が向上する。加熱時間は、例えば、2時間以上である。次に、均質化したアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲(例えば、400℃以上500℃以下)で耐圧性の型枠から熱間押出する。
成形工程では、押出したアルミニウム合金を400℃以上500℃以下の温度範囲で成形加工する。また、成形加工は、押出工程での型枠からの熱間押出と同時に実施してもよく、押出工程後のアルミニウム合金を400℃以上500℃以下の温度範囲に維持した状態で実施してもよい。
冷却工程では、所望の形状に成形されたアルミニウム合金を2℃/秒以上30℃/秒以下、好ましくは2℃/秒以上10℃/秒以下の冷却速度で冷却する。冷却工程での冷却後の温度は、例えば、250℃以下である。このような冷却速度で冷却することにより、成形工程での成形加工によってアルミニウム合金内部に生じた残留応力を除去することが可能となるので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。さらに、本実施の形態においては、上述した組成のアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム合金を2℃/秒以上30℃/秒以下、好ましくは2℃/秒以上10℃/秒以下の冷却速度で冷却した場合であっても、高強度のアルミニウム合金部材を製造することが可能となる。
時効処理工程では、アルミニウム合金部材を加熱処理(例えば、100℃以上200℃以下)で保持して時効処理する。これにより、自然時効によるアルミニウム合金の剛性の変化が低減して安定するので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。時効処理の温度としては、アルミニウム合金部材の強度の観点から、100℃以上が好ましく、125℃以上がより好ましく、200℃以下が好ましく、175℃以下がより好ましい。
後工程では、冷却したアルミニウム合金部材の耐食性、耐摩耗性、装飾性、光反射防止性、導通性、膜厚均一性、及び作業性などを向上する観点から、表面処理及び塗装を施す。表面処理としては、例えば、アルマイト処理、クロメート処理、ノンクロメート処理、電解メッキ処理、無電解メッキ処理、化学研磨及び電解研磨などが挙げられる。
1.68質量%のマグネシウム(Mg)、6.70質量%の亜鉛(Zn)、0.26質量%の銅(Cu)、0.02質量%のチタニウム(Ti)、0.25質量%のマンガン(Mn)、0.19質量%のジルコニウム(Zr)を含有するアルミニウム(Al)合金を押出し、500℃で加熱処理により成形した。その後、成形したアルミニウム合金を2.45℃/秒の冷却速度で100℃まで冷却してアルミニウム合金部材を製造した。その後、製造したアルミニウム合金部材の任意の位置から採取した米国材料試験規格ASTM E557の平板引張試験片を用い、ASTM E557に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、及び耐力を測定した。その結果、0.2%耐力は、492MPaであり、引張強度が531MPaであった。なお、これらの測定値は、各例とも3つの採取試験片の測定値の平均値とした。結果を下記表1に示す。
1.68質量%のマグネシウム(Mg)、6.70質量%の亜鉛(Zn)、0.26質量%の銅(Cu)、0.02質量%のチタニウム(Ti)、0.25質量%のマンガン(Mn)、0.19質量%のジルコニウム(Zr)を含有するアルミニウム(Al)合金を押出し、500℃で加熱処理により成形した。その後、成形したアルミニウム合金を0.36℃/秒の冷却速度で200℃まで冷却してアルミニウム合金部材を製造した。その後、製造したアルミニウム合金部材の任意の位置から採取した米国材料試験規格ASTM E557の平板引張試験片を用い、ASTM E557に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、及び耐力を測定した。その結果、0.2%耐力は、393MPaであり、引張強度が467MPaであった。なお、これらの測定値は、各例とも3つの採取試験片の測定値の平均値とした。結果を下記表1に示す。
市販の7000系アルミニウム合金(マグネシウム(Mg)の含有量:2.5質量%、亜鉛(Zn)の含有量:5.5質量%、銅(Cu)の含有量:1.6質量%)を用いたこと、及びアルミニウム合金を466℃から100℃以下に35℃/秒で冷却したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム合金部材を製造して評価した。その結果、0.2%耐力は、466MPaであり、引張強度は、532MPaであった。この結果は、実施例1と組成が異なるアルミニウム合金を用いたために、アルミニウム合金の熱安定性が低下したためと考えられる。結果を下記表1に示す。
市販の7000系アルミニウム合金(マグネシウム(Mg)の含有量:2.5質量%、亜鉛(Zn)の含有量:5.5質量%、銅(Cu)の含有量:1.6質量%)を用いたこと、及びアルミニウム合金を400℃から100℃まで2.43℃/秒で冷却したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム合金部材を製造して評価した。その結果、0.2%耐力は、230MPaであり、引張強度は、352MPaであった。この結果は、実施例1と組成が異なるアルミニウム合金を用いたために、アルミニウム合金の熱安定性が低下したためと考えられる。結果を下記表1に示す。
Claims (6)
- 1.6質量%以上2.6質量%以下のマグネシウム(Mg)、6.0質量%以上7.0質量%以下の亜鉛(Zn)、0.5質量%以下の銅(Cu)又は銀(Ag)であって銅(Cu)と銀(Ag)との総量が0.5質量%以下、0.01質量%以上0.05質量%以下のチタニウム(Ti)及び残部がアルミニウム(Al)と不可避的不純物とからなるアルミニウム(Al)合金を400℃以上500℃以下の条件に加熱して、曲げ加工、潰し加工、打抜き加工及びトリム加工から成る群から選択された少なくとも1種の成形加工をする成形工程と、
成形加工した前記アルミニウム合金を2℃/秒以上30℃/秒以下の冷却速度で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程とを含むことを特徴とする、アルミニウム合金部材の製造方法。 - 前記成形加工が曲げ加工である、請求項1に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
- 前記アルミニウム合金は、マンガン(Mn)、クロム(Cr)及びジルコニウム(Zr)のうち1種又は2種以上の合計で0.15質量%以上0.6質量%以下を含有する、請求項1又は請求項2に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
- さらに、前記アルミニウム合金部材を100℃以上200℃以下の条件で保持して時効処理する時効処理工程を含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
- 前記時効処理工程において、前記アルミニウム合金部材を2時間以上時効処理する、請求項4に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
- 前記冷却工程において、前記アルミニウム合金を空冷する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
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