JP6521722B2 - 構造部材用アルミニウム合金材及びその製造方法 - Google Patents
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本発明に係る構造部材用アルミニウム合金材(以下、「Al合金材」という。)は、JIS H 4000:2014に規定されているA6061合金で形成されている。なお、構造部材としては、例えば、船舶、車両、陸上構造物、光学機器などが挙げられるがこれに限定されるものではない。Al合金材は、前記した構造部材(製品)を製造するために製造された半製品である。Al合金材を製品とするには、バリの除去や余分な肉厚の除去、ねじ穴などの形成を行う。このAl合金材は、例えば、熱間鍛造(鋳塊鍛造)、熱間圧延、熱間押出などの熱間加工によって所定の形状に製造される。
{110}//ND方位のP方位、PP方位、RG方位、Goss方位、Brass方位の集合組織の占める割合は、0.2%耐力をより向上させる観点から、44%以上とするのが好ましく、54%以上とするのがより好ましく、65%以上とするのがさらに好ましい。
{110}//ND方位のP方位、PP方位、RG方位、Goss方位、Brass方位の集合組織の占める割合を25%以上とするには、後記する製造方法で述べる熱間加工条件でAl合金材を製造すればよい。
0.2%耐力が320MPa以上の領域は多いほど好ましく、例えば、肉厚の80%以上としてもよく、さらに90%以上としてもよく、100%であってもよい。
0.2%耐力が320MPa以上の領域を肉厚の70%以上とするためには、後記する製造方法で述べる熱間加工条件でAl合金材を製造すればよいが、必要に応じて0.2%耐力が320MPa未満である領域を機械的に除去してもよい。
本発明に係るAl合金材の製造方法は、前記した本発明に係るAl合金材を製造するものである。
本製造方法では、JIS H 4000:2014に規定されているA6061合金を用いる。そして、当該合金に対して、下記を満たす熱間加工条件でAl合金材を製造する。なお、熱間加工としては、前記したように、熱間鍛造(鋳塊鍛造)、熱間圧延、熱間押出などが挙げられる。本製造方法では、この熱間加工に先立って、鋳塊の製造及び均質化熱処理がこの順で行われる。そして、前記した熱間加工に続けて、溶体化処理、焼き入れ、人工時効処理及び高温時効処理などがこの順で行われる。なお、溶体化処理、焼き入れ、人工時効処理及び高温時効処理は任意に行う処理であり、行わなくてもよい。
〔式1〕
μ≦0.08(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
〔式2〕
μ≦−0.1(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
ここで、〔式1〕及び〔式2〕のそれぞれの式において右辺にて算出された値を、本明細書における記載の便宜上、単に「解析値」ということがある。つまり、〔式1〕及び〔式2〕のそれぞれにおいて、「μ≦解析値」となる。
Z因子が109s-1未満の場合に〔式1〕が「μ≦解析値」とならないと、0.2%耐力が320MPa以上の領域が肉厚の70%以上となる製品を製造することができない。
Z因子が109s-1以上の場合に〔式2〕が「μ≦解析値」とならないと、0.2%耐力が320MPa以上の領域が肉厚の70%以上となる製品を製造することができない。
熱間鍛造は、表1に示す初期ひずみ速度(s-1)、温度(K)、Z因子(s-1)、平均加工度(対数ひずみ)、摩擦係数にて行った。なお、熱間鍛造は、軸圧縮により高さ90mmの試料を高さ3.67mm、12.2mm、26.0mmまたは54.6mmに加工した。
そして、溶体化処理は540℃で3時間とし、焼き入れは80℃以下の水中で行い、人工時効処理は180℃で8時間とした。
このようにして作製したNo.2、3、5〜17に係るAl合金材に対し、下記のようにして、引張試験および集合組織(ミクロ組織)の解析を行うとともに、肉厚に対する0.2%耐力が320MPa以上の領域の割合を求めた。
JIS Z 2241:2011に準じて長手方向がLT(Long Transverse)方向となる試験片(Al合金材の中心軸から28mmの位置、且つt/2の試料深さ(なお、tは肉厚を表す。つまり、t/2は肉厚中心部を表す。))を作製し、引張試験を行った。
また、SEM−EBSDにより集合組織の解析を行った。集合組織の解析は、{110}//ND方位のP方位、PP方位、RG方位、Goss方位、Brass方位の集合組織の占める割合、および、粗大な再結晶粒の発生の有無について行った。なお、粗大な再結晶粒とは500μm以上の粒径(最大長)であるものをいう。
これらの解析は、Al合金材の中心から28mmの位置にてL−ST面に対し、試料表面を含む表層部、t/2、t/4、t/8、t/16の試料深さについて行った。
Al合金材の中心軸から28mmの位置にて、t/2の試料深さを中心に所定の厚さをもって採取した試験片と、試料の深さ位置をt/2からずらし、所定の厚さをもって採取した複数の試験片と、を作製し、引張試験を行った。そして、Al合金材の高さ26mmに対する、0.2%耐力が320MPa以上であることが確認された部位の寸法の割合を算出することで、肉厚に対する0.2%耐力が320MPa以上の領域の割合を求めた。
そして、図2は、図1のうち、表1のNo.2、3、5〜17に係るAl合金材の対数ひずみと摩擦係数の関係に注目したグラフである。なお、図2の横軸が対数ひずみεであり、縦軸が摩擦係数μである。図2中の四角枠は、対数ひずみεが0.7以上3以下であり、摩擦係数μが0.15以上0.5以下であることを示している。図2中の「◇」は表1のNo.2、3、5〜9に係るAl合金材に関するプロットであり、「×」は表1のNo.10〜17に係るAl合金材に関するプロットである。
図2をみて分かるように、比較例であるNo.10、13、15、17に係るAl合金材は、図2中の四角枠の外側であったが、その他の比較例に係るAl合金材は当該四角枠の内側にあった。
μ≦0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
つまり、熱間加工を行うにあたり、Z因子が109s-1未満では、
〔式1〕
μ≦0.08(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
を満たし、
Z因子が109s-1以上では、
〔式2〕
μ≦−0.1(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
を満たすようにすればよいことを見出した。
Claims (2)
- JIS H 4000:2014に規定されているA6061合金で形成されており、
{110}//ND方位のP方位、PP方位、RG方位、Goss方位、Brass方位の集合組織の占める割合が25%以上、且つ、
0.2%耐力が320MPa以上の領域が肉厚の70%以上であることを特徴とする構造部材用アルミニウム合金材。 - 請求項1に記載の構造部材用アルミニウム合金材を製造する製造方法であって、
JIS H 4000:2014に規定されているA6061合金に対して、
温度補償ひずみ速度Z因子が105s-1以上1012s-1以下、
対数ひずみεが0.7以上3以下、
摩擦係数μが0.15以上0.5以下であり、
前記Z因子が109s-1未満では、
〔式1〕
μ≦0.08(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
を満たし、
前記Z因子が109s-1以上では、
〔式2〕
μ≦−0.1(log(Z)−log(109))+0.3704ε2−0.1979ε+0.0967
を満たす熱間加工条件で製造することを特徴とする構造部材用アルミニウム合金材の製造方法。
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