JP6395273B2 - Al−Mg−SiおよびAl−Mg−Si−Cu押出用合金の製造方法 - Google Patents
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Description
Al−Mg−Si(−Cu)合金の強度は、主に析出硬化によって得られる。適切な熱処理を行うと、増強析出粒子の微細分散が形成され、これらの析出物が転位の動きを妨げることにより、合金の硬度が向上する。幅広い種類の析出物を形成することができ(R Holmestad et al.,Proc.,第12回アルミニウム合金国際会議,2010年9月5〜9日,日本横浜,p30−39)、実際に形成される析出物の種類は合金組成や加工熱処理に依存する。Al−Mg−Si(−Cu)合金の増強析出の公知の種類はすべて、主にAl、Mg、Si、およびCuの2つ以上の元素から成るという共通の特徴を有する。本発明の明細書の用語では、便宜上、合金化元素Mg、Si、およびCuを「硬化元素」と呼ぶ。
Al−Mg−Si(−Cu)合金は、目的に応じて添加された、または、不純物として存在する他の元素も含有する。本明細書では、便宜上、Mg、Si、またはCu以外の合金化元素はすべて「非硬化元素」と呼ぶ。以下に、もっとも一般的な非硬化元素のいくつかについて、さらに説明する。
鋳造後、通常、Al−Mg−Si(−Cu)合金に均質化熱処理を施す。一般的な均質化作業では、合金を560〜590℃の温度に加熱し、1〜5時間その温度に保つ。合金によっては、上記の範囲を超える温度および時間を加えると有用な場合がある。保持工程の後、合金を強制空気で室温に冷却する。500℃から250℃への典型的な平均冷却速度は、250℃/h〜500℃/hである。
非時効硬化性合金、特にAl−Mn系合金の押出しでは、均質化の後に通常とは異なる冷却を行うことにより、強度及び押出性の最適化を実現できる。分散質濃度を制御することが、これらの合金の強度及び微細構造の制御のために求められ、また、そうした合金のために選択される均質化温度は多くの場合、合金に求められる分散質の量と密接に相関する。しかしながら、固溶体中のMnの量は一般に、分散質中のMnよりも、強度及び微細構造の制御に及ぼす影響は小さい。それでも、固溶体中のMnは、合金の押出性に著しい影響を与える。Mnの溶解性は、温度の低下に伴って低下する。したがって、温度を保持温度から、Mn溶解性が有意に低下する温度にゆっくり変化させ、それにより、多くのMnを固溶体から分散質に移動させる冷却作業を均質化後に行う場合もある。そのような均質化作業は、Al−Mn系合金に関する複数の特許出願に記載されている(G.J.Marshal:国際公開第97/06284号公報、N.C.Parson,A.Maltais:国際公開第2009/149542号公報)。2ステップ均質化手順を用い、第2のステップの温度を、第1のステップの温度より低くすることで、同様の効果を得ることができる(G.Marchand:ノルウェー特許第118817号明細書)。同様の作業原理を用いた同様の手順が、他の非時効硬化性合金について記載されている(戸次洋一郎、東海林了、大島務、西辻孝三:特開昭63−004049号公報)。
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項2〜17にさらに定義されている。
表1の合金1に、2通りの均質化処理を施した。
H1:575℃に急速加熱し、この温度で2時間15分保持した後、強制空気を用いてこの温度から約400℃/hの平均速度で500℃から250℃の温度範囲に急冷。
H2:585℃に急速加熱し、この温度で15分保持し、40℃/hの速度で505℃に冷却した後、強制空気を用いて約400℃/hの平均速度で500℃から250℃の温度範囲に急冷。
表1の合金2に、異なる2通りの均質化処理を施した。
H3:580℃に急速加熱し、この温度で2時間30分保持し、60℃/hで520℃に冷却した後、強制空気を用いて約300℃/hの平均速度で500℃から250℃の温度範囲に急冷。
H4:580℃に急速加熱し、この温度で2時間30分保持し、12℃/hで520℃に冷却した後、強制空気を用いて約300℃/hの平均速度で500℃から250℃の温度範囲に急冷。
表1の合金3に、異なる2通りの均質化処理を施した。
実施例1に記載したH1
H5:585℃に急速加熱し、この温度で10時間保持し、10℃/hで535℃に冷却した後、強制空気を用いて約400℃/hの平均速度で500℃から250℃の温度範囲に急冷。
表1の合金1は、595℃及び575℃で一定時間にわたって均質化し、この温度から水焼入れした。得られた微細構造を光学顕微鏡で自動画像解析すると、非硬化粒子の体積分率が、595℃での均質化後の約0.65%から、575℃での均質化後の約0.80%に増加し、低めの温度で均質化した後に、溶液中の非硬化粒子が大幅な低下を示すことがわかる。
上述の方法によって固溶体から非硬化元素を取り除くことの興味深い副作用は、合金の伝導率が上昇することである。これは、母線のような導体に用いられる合金に特に有用である。熱伝導率は、固溶体中の非硬化元素の含有量によっても影響され、本方法は、ヒートシンクのような製品で熱伝導率を最適化するのに有用である。
Al−Mg−Si(−Cu)系の押出ビレットは通常、鋳造施設で均質化されてから、押出工場に運ばれる。一般に、バッチ式均質炉及び連続式均質炉の2種類の均質炉がある。
バッチ式均質炉での均質化の一般的な手順は、大量のビレットを炉室に投入し、次いで、ビレットを所望の均質化温度に加熱し、炉室で所望の時間にわたってビレットをこの温度に保持するというものである。保持時間経過後、炉で処理したビレットを炉室から取り出して冷却する。冷却は通常、冷却室で行い、そこでバッチを強制空気で急冷する。
連続式均質炉は通常、加熱領域、保持領域、冷却領域の3つの部分に分けられる。押出インゴットの素材はそれぞれ、炉の領域を通って移動される。図3は連続式均質炉の概略図である。通常のレイアウトでは、加熱領域及び保持領域は同じ部屋にあり、加熱領域には十分な加熱能力を、保持領域には金属温度を所望の温度に保つ十分なヒータを備える。冷却領域は通常、別の部屋にあり、素材は保持領域の最終部に到達すると、保持領域から冷却領域に運ばれる。
Claims (16)
- Al−Mg−Si(−Cu)押出用合金を製造する方法であって、
該押出用合金は、最初に押出ビレットに鋳造されており、
0.20〜1.50質量%のSiと、
0.25〜1.50質量%のMgと、
0.05〜0.50質量%のFeと、
0.00〜1.00質量%のCuと、
0.00〜1.00質量%のMnと、
0.00〜0.50質量%のCrと、
0.00〜0.50質量%のZnと、
0.00〜0.20質量%のTiと、
随伴不純物及び残部にAlと
からなり、
前記押出ビレットを、520〜620℃の均質化温度T1に加熱し、前記均質化温度T1 で保持し、その後で、前記押出ビレットを前記均質化温度T1から温度T2に冷却、またはT2より低い温度T3に冷却し、次いでT2に再加熱してから、150℃/h以上の速度で冷却を開始し、前記温度T2が前記均質化温度T1より少なくとも10℃低く、前記温度T 2 が505℃より高く、前記均質化温度T1から、前記温度T2で始まる150℃/h以上の速度での冷却開始までの時間が最短30分、最長20時間である方法。 - 前記温度T2が、硬化元素Si、Mg、およびCuに関して、前記押出用合金のソルバス温度未満であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記ビレットが、前記均質化温度T1から前記温度T2に単調に冷却されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記温度T2で最長20時間の保持時間が適用されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記均質化温度T1から、前記温度T2後の急冷開始までの平均中間冷却速度が、150℃/h未満であるが、4℃/h超であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記平均中間冷却速度を得る中間冷却シーケンスが
− 前記温度T2への連続冷却
− 前記温度T2への段階的冷却
− 前記温度T2への急冷と、その後の前記温度T2での保持
− 前記温度T2より低い前記温度T3への冷却と、その後の前記温度T2への再加熱
であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 前記合金の組成が、
Si:0.30〜0.6質量%
Fe:0.10〜0.30質量%
Mg:0.35〜0.6質量%
の範囲内にあり、かつ、以下の元素を以下の最大濃度
Cu:0.10質量%
Mn:0.10質量%
Cr:0.05質量%
Zn:0.15質量%
Ti:0.10質量%
以内で含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記合金の組成が、
Si:0.20〜0.6質量%
Mg:0.45〜0.9質量%
の範囲内にあり、かつ、以下の元素を以下の最大濃度
Fe:0.35質量%
Cu:0.10質量%
Mn:0.10質量%
Cr:0.10質量%
Zn:0.10質量%
Ti:0.10質量%
以内で含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記合金の組成が、
Si:0.50〜0.9質量%
Mg:0.40〜0.7質量%
の範囲内にあり、かつ、以下の元素を以下の最大濃度
Fe:0.35質量%
Cu:0.30質量%
Mn:0.50質量%
Cr:0.30質量%
Zn:0.20質量%
Ti:0.10質量%
以内で含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記合金の組成が、
Si:0.40〜0.8質量%
Cu:0.15〜0.40質量%
Mg:0.8〜1.2質量%
Cr:0.04〜0.35質量%
の範囲内にあり、かつ、以下の元素を以下の最大濃度
Fe:0.7質量%
Mn:0.15質量%
Zn:0.25質量%
Ti:0.15質量%
以内で含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記合金の組成が、
Si:0.7〜1.3質量%
Mn:0.40〜1.0質量%
Mg:0.6〜1.2質量%
の範囲内にあり、かつ、以下の元素を以下の最大濃度
Fe:0.50質量%
Cu:0.10質量%
Cr:0.25質量%
Zn:0.20質量%
Ti:0.10質量%
以内で含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 加熱室と冷却室とを含み請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を促進するバッチ式の設備であって、
加熱および保持のための炉に、前記押出ビレットを前記温度T2または前記温度T3に冷却し、次いで前記温度T2に再加熱するための手段が設けられていることを特徴とする設備。 - 加熱室と冷却室とを含み請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を促進するバッチ式の設備であって、
前記均質化温度T1から前記温度T2に冷却するための中間冷却ステーションが設けられていることを特徴とする設備。 - 加熱室または加熱領域と、保持領域と、冷却領域とを含み請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を促進する連続式の設備であって、
前記加熱領域と前記保持領域との間の空気の流れが制限または遮断されていることを特徴とする設備。 - 加熱室または加熱領域と、保持領域と、冷却領域とを含み請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を促進する連続式の設備であって、
周囲空気を前記保持領域に送り込み、前記押出ビレットを前記均質化温度T1から前記温度T2に冷却する手段が設けられていることを特徴とする設備。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を促進する連続式の設備であって、
加熱領域と、保持領域と、中間冷却領域と、冷却領域とから成ることを特徴とする設備。
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