JP6501109B2 - アルミニウム合金及び材料、並びに押出材の製造方法 - Google Patents
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特許文献1には、Mg:1.5〜2.0質量%(以下単に%と称する),Zn:7.0〜9.0%,Cu:0.2〜0.4%等からなり、溶体化処理後に冷却速度1000℃/min以上で急冷する高強度アルミニウム合金押出材を開示する。
本材料は引張強さ500〜600MPa級の高強度材料としては優れているが、さらなる高強度材料が要求されている。
特許文献2は、Mg:0.9%〜1.3%,Zn:8.0〜10.0%,Cu:0.45〜0.55%,Zr:0.1〜0.2%のアルミニウム合金からなる押出材を室温に保持後に2段階に加熱処理する製造方法を開示する。
この材料はCu成分量が比較的少なく、強度が500MPa以下で不充分である。
特許文献3は、Mg:1.9〜2.6%,Zn:5.7〜6.7%,Cu:2.0〜2.6%,Zr:0.08〜0.15%を含有し、2段階の均質化処理後に、熱間加工、溶体化焼入れ、冷間加工、時効処理を順に行うことでAl3Zrの析出を制御する技術を開示する。
同公報に開示する材料は、破壊靭性の改善効果は認められるものの、所定の圧延材に限定される。
特許文献4は、Mg:1.0〜1.5%,Zn:5.0〜7.0%,Cu:0.1〜0.3%,Zr:0.05〜0.2%等を含有し、表面再結晶層を制御したアルミニウム合金押出材を開示する。
しかし、同公報に開示する材料は引張強度が500MPa以下と不充分である。
このようなアルミニウム合金の組成は、特許文献1〜4のいずれとも相違し、それらに比較して高強度が得られる。
その態様として本発明に係るアルミニウム合金材料は、上記に記載のアルミニウム合金を450〜550℃の温度にて溶体化処理後に焼入れ処理し、次に圧延率50%以上の冷間圧延及び100〜150℃の温度で人工時効処理することで、金属の折出組織にGP(1)ゾーン又は/及びGP(2)ゾーンを有することを特徴とする。
また、前記金属の折出組織に、さらに母相の結晶格子に対して2層周期のη’相又は/及びη1相と、母相中にAl3Zrを有することを特徴とする。
従来のAl−Zn−Mg−Cu系の合金においては 母相の結晶格子に対して3層周期にη’相、η1相が析出していたのに対して、本発明では上記のように2層周期のη’、η1相となっている。
ここで前駆構造であるGPゾーンのうち、GP(1)ゾーンは、母相の結晶格子に整合した配列を持って析出する溶質の、極めて微細な板状の相である。
その長さは数nmと微細である。
GP(2)ゾーンは母相の結晶格子に対して3次元的に規則的配列を有する。
また、Al3Zrは微細な析出物である。
従って、本発明において他の成分は次のように取り扱う。
Ti成分は合金鋳造時の微細化に寄与することから必要に応じて添加してもよく、添加する場合はTi:0.01〜0.05%の範囲が好ましく、この範囲でTiを添加した合金も本発明に含まれる。
その他の成分は不純物として取り扱い金属組織に影響を与えない範囲にて含有することが許容される。
Fe,Si成分は製造工程にて不可避的に混入する成分であり、いずれも0.2%程度までは許容される。
図1の表に示す各組成のアルミニウム合金を調整及び鋳造し、評価サンプルを押出加工した。
次に図2の表に示す条件で溶体化処理し、水焼入れ(WQ)した後に圧延率約53%の冷間圧延をした。
次に図2の表に基づいて焼戻し(人工時効処理)をした。
このようにして得られた材料の評価結果を図3に示す。
表中に記載の物性値は本発明における目標値を示す。
また、実施例1にて得られた材料の金属組織写真を図4及び図5に示す。
機械的性質はJIS Z2241に基づいて実施した。
結晶粒径は押出方向に沿って鏡面研磨し、測定した。
本発明においては結晶粒径が小さい方が好ましく、平均結晶粒径を50μm以下と設定し、評価した。
その結果、実施例1,2は、合金組成が設定範囲内にあり、図4,図5に示すようにGP(1)ゾーン,GP(2)ゾーン,Al3Zrが析出し、母相の結晶格子に対して2層間毎にη’相が現れているので機械的性質における全ての目標値をクリアしている。
比較例1は、Mg、Zn、Cu、Zrが設定より少ないためGP(1),GP(2),2層のη、Al3Zrの析出がなく、機械的性質の目標を満足しない
比較例2〜7、9、11〜17は、Zn、Cu、Zrが設定より少ないためGP(1),GP(2),2層のη’,Al3Zrの析出がなく、機械的性質の目標を満足しない。
比較例8、10は、Mg、Cu、Zrが設定より少ないためGP(1),GP(2),2層のη’,Al3Zrの析出がなく、機械的性質の目標を満足しない。
比較例18は、Cu、Zrが設定より少ないためGP(1),GP(2),Al3Zrの析出がなく、機械的性質の目標を満足しない。
Claims (3)
- 以下質量%にて、Mg:1.5〜2.0%,Zn:9.0〜11.0%,Cu:2.0〜2.5%,Zr:0.15〜0.25%であり、残部がAl及び不純物からなり、
金属の折出組織にGP(1)ゾーン又は/及びGP(2)ゾーンを有し、さらに母相の結晶格子に対して2層周期のη’相と、母相中にAl 3 Zrを有することを特徴とするアルミニウム合金材料。 - 以下質量%にて、Mg:1.5〜2.0%,Zn:9.0〜11.0%,Cu:2.0〜2.5%,Zr:0.15〜0.25%であり、残部がAl及び不純物からなるアルミニウム合金を450〜550℃の温度にて溶体化処理後に焼入れ処理し、
次に圧延率50%以上の冷間圧延及び100〜150℃の温度で人工時効処理することで、金属の折出組織にGP(1)ゾーン又は/及びGP(2)ゾーンを有し、さらに母相の結晶格子に対して2層周期のη’相と、母相中にAl3Zrを有することを特徴とするアルミニウム合金材料の製造方法。 - 以下質量%にて、Mg:1.5〜2.0%,Zn:9.0〜11.0%,Cu:2.0〜2.5%,Zr:0.15〜0.25%であり、残部がAl及び不純物からなるアルミニウム合金を用いてビレットを鋳造し、
前記ビレットを用いて押出加工及びその直後に急冷又は、押出加工後に温度450〜500℃にて溶体化処理及び焼入れ処理をし、
次に圧延率50%以上の冷間圧延及び100〜150℃の温度で人工時効処理することで、金属の折出組織にGP(1)ゾーン又は/及びGP(2)ゾーンを有し、さらに母相の結晶格子に対して2層周期のη’相と、母相中にAl 3 Zrを有し、引張強さ700MPa以上、耐力値600MPa以上であって、伸びが8%以上有することを特徴とするアルミニウム合金押出材の製造方法。
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