JP7044863B2

JP7044863B2 - Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材

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Publication number: JP7044863B2
Application number: JP2020502856A
Authority: JP
Inventors: 克彦塩月
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JPWO2019167469A1; WO2019167469A1

Description

本発明は、Ｃｕ及びＮｉを含有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材に関する。

近年、自動車等の車両について、更なる軽量化が求められており、車両の構造材の材料としてアルミニウム合金が採用されるようになっている。ボディパネルや足回り等の材料としては、強度や耐食性に優れ、塗装焼き付けによって硬化するべークハード性を備えた熱処理型の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金）が用いられるようになっており、強度や成形性を向上させるためにＣｕを添加した合金が開発されている。

車両のボディパネルや足回り等の構造材は、一般に、プレス成形、鍛造等によって成形された素材が時効処理されることによって製造されており、構造材の材料として用いられるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金には、強度に加え、成形のための高い伸びも要求される。そのため、高強度と伸びとを兼ね備えるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金を開発すべく、化学組成をはじめとする種々の検討がなされている。

例えば、特許文献１には、自動車車体パネルの製造に好適なアルミニウム合金材料であって、アルミニウム合金材料の総重量に基づき、Ｓｉ：０．６～１．２ｗｔ％、Ｍｇ：０．７～１．３ｗｔ％、Ｚｎ：０．２５～０．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．０２～０．２０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１～０．２５ｗｔ％、Ｚｒ：０．０１～０．２０ｗｔ％、ならびに残り：Ａｌおよび付帯元素、を含み、アルミニウム合金材料は、２．３０ｗｔ％≦（Ｓｉ＋Ｍｇ＋Ｚｎ＋２Ｃｕ）≦３．２０ｗｔ％という不等式を満たす、アルミニウム合金材料が記載されている。

特表２０１６－５２２３２０号公報

車両の構造材等として用いられるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、車両の軽量化と衝突安全性とを両立させる観点等から、より高い強度が求められている。Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金としては、Ｃｕの添加量が比較的多く、伸びを確保しつつベークハード性を向上させた６１１１合金等の他に、Ｃｕの添加量を抑えた６０６１合金等もある。しかし、いずれの合金についても、Ｃｕの増量等によって強化を図ると、耐食性が悪化して、糸状腐食、応力腐食割れ等を生じ易くなるため、構造材の耐久性が損なわれる問題がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、高い強度と良好な耐食性を兼ね備えるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下、Ｍｇ：０．３質量％以上１．５質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、Ｎｉ：０．３質量％以上２．３質量％以下を含有し、Ｆｅ、Ｃｒ及びＴｉからなる群より選択される１種以上の元素を、Ｆｅ：０．３質量％以下、Ｃｒ：０．１５質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下で任意に含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が３３０ＭＰａ以上であり、引張破断伸びが１０％以上である。

本発明によれば、高い強度と良好な耐食性を兼ね備えるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材を提供することができる。

Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金からなる供試材の透過電子顕微鏡像である。Ｎｉを添加したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金からなる供試材の透過電子顕微鏡像である。

以下、本発明の一実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材について説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材を、単に「アルミニウム合金材」ということがある。

＜Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材＞
本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、Ｍｇ及びＳｉが添加されたアルミニウム基合金に、Ｃｕ及びＮｉが更に添加された化学組成を有する。すなわち、このアルミニウム合金材は、Ｎｉを添加したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金に相当する。Ｎｉを添加することによって、母相の耐食性を低下させるＣｕを増量することなく、高強度化を図ることができるため、高い強度と良好な耐食性を兼ね備えるアルミニウム合金材を得ることができる。ここで、アルミニウム合金材の化学組成の詳細について説明する。

［Ｓｉ：０．１～２．０質量％］
アルミニウム合金材におけるＳｉの量は、０．１質量％以上２．０質量％以下とする。Ｓｉは、Ｍｇ_２Ｓｉ系のβ”相ないしβ’相や、ＡｌＭｇＳｉＣｕ系のＱ’相を形成して析出強化に寄与する。また、Ｓｉの添加によって、鋳造時の溶湯の湯流れが改善する効果が得られる。Ｓｉの量が０．１質量％未満であると、溶湯の湯流れが悪くなるし、析出強化により十分な強度が得られない虞がある。一方、Ｓｉの量が２．０質量％を超えると、伸びや成形性が悪くなる虞がある。これに対し、Ｓｉの量が前記の範囲であれば、高い強度と良好な伸びとを両立させることができる。

Ｓｉの量は、強度等を高くする観点等からは、０．２質量％以上としてもよいし、０．４質量％以上としてもよいし、０．６質量％以上としてもよい。また、Ｓｉの量は、伸びを大きくする観点等からは、１．８質量％以下としてもよいし、１．６質量％以下としてもよいし、１．４質量％以下としてもよい。なお、Ｓｉは、アルミニウム合金材に積極的に添加することが可能であるし、アルミニウム合金材の原料として用いる廃棄物等に予め含まれていてもよい。

［Ｍｇ：０．３～１．５質量％］
アルミニウム合金材におけるＭｇの量は、０．３質量％以上１．５質量％以下とする。Ｍｇは、Ｍｇ_２Ｓｉ系のβ”相ないしβ’相や、ＡｌＭｇＳｉＣｕ系のＱ’相を形成して析出強化に寄与する。Ｍｇの量が０．３質量％未満であると、析出強化により十分な強度が得られない虞がある。一方、Ｍｇの量が１．５質量％を超えると、熱間加工性が悪くなる虞がある。これに対し、Ｍｇの量が前記の範囲であれば、高い強度と良好な熱間加工性とを両立させることができる。

Ｍｇの量は、強度等を高くする観点等からは、０．４質量％以上としてもよいし、０．５質量％以上としてもよいし、０．６質量％以上としてもよいし、０．８質量％以上としてもよいし、１．０質量％以上としてもよい。また、Ｍｇの量は、熱間加工性を向上させる観点等からは、１．３質量％以下としてもよいし、１．１質量％以下としてもよいし、０．９質量％以下としてもよい。

［Ｃｕ：０．０５～３．０質量％］
アルミニウム合金材におけるＣｕの量は、０．０５質量％以上３．０質量％以下とする。Ｃｕは、Ａｌ相を固溶強化すると共に、主にＡｌＭｇＳｉＣｕ系のＱ’相を形成して析出強化に寄与する。Ｃｕの量が０．０５質量％未満であると、Ｃｕの添加により十分な強度が得られない虞がある。一方、Ｃｕの量が３．０質量％を超えると、耐食性が悪くなる。これに対し、Ｃｕの量が前記の範囲であれば、アルミニウム合金材の耐食性を大きく損なわない範囲で高強度化を図ることができる。

Ｃｕの量は、強度を高くする観点等からは、０．１質量％以上としてもよいし、０．２質量％以上としてもよいし、０．３質量％以上としてもよい。また、Ｃｕの量は、耐食性を高くする観点等からは、２．０質量％以下としてもよいし、１．０質量％以下としてもよいし、０．５質量％以下としてもよい。

［Ｎｉ：０．０５～２．３質量％］
アルミニウム合金材におけるＮｉの量は、０．０５質量％を超え２．３質量％以下とする。Ｎｉは、主としてＭｇ_２Ｓｉ系のβ”相ないしβ’相や、ＡｌＭｇＳｉＣｕ系のＱ’相を形成して析出強化に寄与する。一般的なＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金において、これらの中間相は、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕによって形成されるが、０．０２５～１．０ａｔ％（約０．０５～２．３質量％）の有効量のＮｉを添加すると、Ｎｉがβ”相ないしβ’相やＱ’相を形成するようになり、Ｃｕ量を高くしなくとも高強度化を図ることができる。但し、Ｎｉの量が０．０５質量％以下であると、Ｎｉの添加による効果を有意に得ることができない虞が高い。一方、Ｎｉの量が２．３質量％を超えると、晶出物が増え過ぎることによって伸びが小さくなり、アルミニウム合金材の引張破断伸びが、各種の用途に要求される１０％を下回る虞が高い。これに対し、Ｎｉの量が前記の範囲であれば、Ｃｕ量に依存することなく析出強化を図ることが可能であり、アルミニウム合金材の耐食性を損なわず、高い強度と良好な伸びとを両立させることができる。

Ｎｉの量は、強度を高くする観点等からは、０．１質量％以上としてもよいし、０．３質量％以上としてもよいし、０．５質量％以上としてもよい。また、Ｎｉの量は、伸びを高くする観点等からは、２．０質量％以下としてもよいし、１．８質量％以下としてもよいし、１．６質量％以下としてもよい。

［Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ］
アルミニウム合金材は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＴｉからなる群より選択される１種以上の元素を、１．０質量％以下の量で任意に含有してもよい。すなわち、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＴｉは、原料や製造工程等に起因する不可避的不純物として含まれていてもよいし、１．０質量％以下の含有量であれば積極的に添加されていてもよい。

Ｆｅは、鋳造時の焼き付きの抑制や強度の向上等に寄与するが、粗大ないし多量の晶出物を生じた場合に伸びを悪化させ得る。Ｆｅの量は、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、更に好ましくは０．３質量％以下である。Ｆｅは、積極的に添加せず、不可避的不純物として含まれる可能性がある０．１～０．２質量％の範囲以下であることが特に好ましい。

Ｍｎは、結晶粒の微細化や応力腐食割れの抑制等に寄与するため、添加が許容される。Ｍｎの量は、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、更に好ましくは０．３質量％以下、更に好ましくは０．１５質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下、特に好ましくは０．０３質量％以下である。

Ｃｒは、結晶粒の微細化や応力腐食割れの抑制等に寄与するため、添加が許容される。Ｃｒの量は、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、更に好ましくは０．３５質量％以下、更に好ましくは０．２５質量％以下、更に好ましくは０．１５質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下、特に好ましくは０．０３質量％以下である。

Ｚｎは、各種の目的で添加が許容されるが、積極的に添加しないことが好ましい。Ｚｎの量は、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、更に好ましくは０．２５質量％以下、更に好ましくは０．２０質量％以下、更に好ましくは０．１０質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下、特に好ましくは０．０３質量％以下である。

Ｔｉは、結晶粒を微細化し、鋳造割れの防止等に寄与するため、添加が許容される。Ｔｉの量は、好ましくは０．２０質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下である。

［不可避的不純物］
アルミニウム合金材は、原料や製造工程等に起因する不可避的不純物として、他の元素を含有してもよい。不可避的不純物としては、例えば、Ｇａ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ等が挙げられる。不可避的不純物として許容される量は、個々の元素について、０．０５質量％以下、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００５質量％以下である。また、元素の合計について許容される量は、好ましくは０．１５質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下である。

＜Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の製造方法＞
本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、用途に応じた適宜の形状に成形して得ることが可能である。用途毎に要求される機械的特性は、人工時効処理、自然時効、塗装焼き付けによる時効硬化によって得られる。具体的には、本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の製造方法は、前記の化学組成に調整されたアルミニウム合金からなる成形体を成形する成形工程と、成形体を溶体化処理する溶体化処理工程と、溶体化処理した成形体を時効処理する時効処理工程と、を少なくとも含む。

成形工程では、前記の化学組成に調整されたアルミニウム合金を、アルミニウム合金材の用途に応じた形状に成形する。成形は、例えば、圧延加工、プレス加工、押出加工、鍛造加工等の展伸加工、及び、成形型を用いた鋳造のうち、いずれを利用して行ってもよい。成形体の形状は、アルミニウム合金材の用途にもよるが、板等のような一般的な展伸材の形状であってもよいし、ネットシェイプであってもよいし、ニアネットシェイプであってもよい。時効処理工程の前又は後には、ネットシェイプとするための加工や、用途毎に必要となるその他の加工を加えることが可能である。

例えば、自動車のボディパネル等の材料となるアルミニウム合金材は、以下に示すように、材料を板状に成形し、板材を溶体化処理工程、プレス加工工程、時効処理工程に順に供することによって製造することができる。板材は、例えば、Ａｌの地金、Ａｌを含む廃棄物等と、Ｎｉ等の添加元素を含む合金とを溶解させて鋳塊を鋳造し、鋳造した鋳塊に均質化熱処理を施し、均質化熱処理した鋳塊に圧延加工を施すことによって得ることができる。地金等を溶解させた溶湯は、各種の一般的な鋳造法、例えば、半連続鋳造法（ダイレクトチル鋳造法）、水平連続鋳造法、ホットトップ鋳造法、電磁場鋳造法等を用いて鋳造することが可能である。また、均質化熱処理は、一般的な保持温度、保持時間で行うことができる。均質化熱処理は、添加元素の濃度が低い場合等には実施を省略してもよい。

板材を成形するための圧延加工は、熱間圧延、冷間圧延、及び、これらの組み合わせのうち、いずれを利用して行ってもよいが、鋳塊を厚さ数ｍｍまで熱間圧延した後、熱間圧延した圧延板を、十分な冷間圧延率、例えば、５０％以上で冷間圧延することが好ましい。十分な冷間圧延率で冷間圧延すると、溶体化処理において、Ｎｉ等の合金成分が固溶し易くなるため、時効析出による効果をより確実に得ることができる。なお、熱間圧延と冷間圧延との間には、中間焼鈍を施してもよいし、中間焼鈍を施さず連続的に圧延を行ってもよい。

なお、板材を得るために施す塑性加工は、アルミニウム合金材に最終的に要求される機械的特性や、熱処理による調質の条件等に応じて適宜の加工度として行うことができる。また、以上の鋳造、均質化熱処理、及び、圧延加工に代えて、ロール式、ベルト式等の直接鋳造圧延法を利用してもよい。直接鋳造圧延法を利用すると、溶湯から直接的に板材を得ることができる。

溶体化処理工程では、成形工程で圧延加工によって成形した板材を、析出相が固溶体に溶解する温度以上、且つ、固相線の温度以下に加熱して保持する。溶体化処理を行うと、溶質原子の母相への固溶量が高くなるため、時効析出による効果を高くすることができる。溶体化処理の保持温度は、通常、４５０℃以上５９０℃以下とするが、特に制限されるものではない。また、溶体化処理の保持時間は、例えば、１０分以上２４時間以下とすることができるが、特に制限されるものではない。溶体化処理した板材は、粒界に析出物が析出するのを抑制する観点等から、水焼入れによって冷却することが好ましい。板材は、冷却後に、例えば、８０℃以上１２０℃以下に保持することによって安定化処理を施してもよい。

プレス加工工程では、板材にプレス加工を施し、ネットシェイプ又はニアネットシェイプの板状の成形体を得る。プレス加工は、温間プレス、冷間プレス、及び、これらの組み合わせのうち、いずれを利用して行ってもよい。温間プレスは、例えば、２３０℃以上３００℃以下で行うことができる。なお、プレス加工工程に供する板材は、予め、適宜の保持温度で予備時効されていてもよいし、室温において自然時効されていてもよい。すなわち、プレス加工を施す板材として、事前に用意されたＴ４材等を用いてもよい。

時効処理工程では、Ｎｉを添加したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金を時効硬化させるために、溶体化処理後の成形体を、析出相が生成する温度以上に保持する。時効処理としては、室温において自然時効硬化させる自然時効処理、熱処理により人工時効硬化させる人工時効処理のいずれを行ってもよい。また、最大強さを得るピーク時効処理、ピーク時効以前の強さを得る亜時効処理、ピーク時効以後の強さを得る過時効処理のいずれを行ってもよい。また、時効処理工程において二段時効を行ってもよいし、時効処理工程においてＴ４材等を一段時効させて二段時効を行ってもよいし、時効処理工程として自然時効を施した後、アルミニウム合金材の表面に樹脂塗料を塗装焼き付けする塗装焼き付け処理において焼き付け硬化させてもよい。

人工時効処理における保持温度は、特に制限されるものではないが、例えば、１００℃以上、好ましくは１４０℃以上、より好ましくは１６０℃以上とすることができる。また、保持温度は、例えば、２５０℃以下、好ましくは２２０℃以下、より好ましくは２００℃以下とすることができる。このような保持温度であれば、溶質原子が拡散し易い状態で析出相が形成されるため、より良好で均一性も高い機械的特性を得ることができる。なお、人工時効処理は、バッチ炉、連続炉等の適宜の熱処理炉を使用して、適宜の保持時間で行うことができる。

また、自動車のサスペンションアーム等の材料となるアルミニウム合金材は、例えば、ネットシェイプ又はニアネットシェイプの成形体を成形し、成形体を溶体化処理工程、時効処理工程に順に供することによって製造することができる。成形体は、例えば、Ａｌの地金、Ａｌを含む廃棄物等と、Ｎｉ等の添加元素を含む合金とを溶解させて鋳塊を鋳造し、鋳造した鋳塊、又は、鋳塊に押出加工を施した押出材に均質化熱処理を施し、均質化熱処理を施した後に、鍛造加工を施すことによって得ることができる。なお、鋳造や均質化熱処理は、前記の板材を得る場合と同様に行うことができる。鋳造法としては、異形連続鋳造法を用いてもよい。

成形体を成形するための鍛造加工は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、及び、これらの組み合わせのうち、いずれを利用して行ってもよいが、鋳塊を融点未満の温度で熱間鍛造することが好ましい。十分な加工率で塑性加工を施すと、溶体化処理において、Ｎｉ等の合金成分が固溶し易くなるため、時効析出による効果をより確実に得ることができる。鍛造は、例えば、油圧プレス、縦型プレス、横型プレス、スクリュプレス等による型打鍛造によって行ってもよいし、自由鍛造等によって行ってもよい。鍛造の回数、予備成形や再加熱の有無、閉塞鍛造やバリ出し鍛造の実施の有無は、特に制限されるものではない。

また、成形体は、湯流れ性、鋳造割れに対する耐性等を確保できる化学組成の場合、鋳造成形によって得てもよい。例えば、Ａｌの地金、Ａｌを含む廃棄物等と、Ｎｉ等の添加元素を含む合金とを溶解させて溶湯とし、ダイカスト鋳造法、砂型鋳造法等を利用して成形体を得ることができる。鋳造法としては、０．０５ＭＰａ以下程度の低い圧力をかける低圧鋳造法、数十ＭＰａ程度の高い圧力をかける高圧鋳造法、重力鋳造法等を用いてもよい。

溶体化処理工程では、成形工程で成形した成形体を、析出相が固溶体に溶解する温度以上、且つ、固相線の温度以下に加熱して保持する。その後、時効処理工程では、溶体化処理後の成形体を、析出相が生成する温度以上に保持する。成形体の溶体化処理や時効処理は、前記の板材や板状の成形体の場合と同様の条件で行うことが可能であり、塑性加工度、再結晶の進行度合い、要求される機械的特性等に応じて、適宜の条件とすることができる。

時効処理工程に供して得られるアルミニウム合金材には、用途に応じて、その他の加工や表面処理を施すことができる。アルミニウム合金材は、例えば、構造材と他部材とを接合するための接合部を形成する加工や、他部材と接合するための拡散接合、溶接等の加工や、表面を平滑化する研磨等の加工を施されていてもよい。また、表面には、化成処理、陽極酸化処理、めっき処理等の表面処理や、塗装焼き付け処理を施されていてもよい。

以上の本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の製造方法によると、時効処理が施されたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材が得られる。得られるアルミニウム合金材は、Ｎｉを含む析出相が存在する時効組織を有し、高強度や良好な耐食性を備えたものとなる。また、晶出物の分散によって、切削時に生じる切粉が分断され易くなり、切粉の刃具等への巻き付きが起こり難くなるため、切削加工性が向上したアルミニウム合金材となる。

なお、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の製造方法は、以上に例示した製造方法に限定されるものではなく、化学組成が前記の範囲を満たす限り、その他、適宜の成形、加工、熱処理等を行って、適宜の形態のＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材を製造することが可能である。

＜Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の機械的特性＞
本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、Ｎｉが添加されていることによって、時効硬化後、一般的なＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金と比較して、Ｃｕ量に依存することなく、より高い最大強さや硬さが得られる。Ｎｉが添加されていることによって、耐食性を大きく損なうことなく、任意部位の機械的特性が向上する効果が得られる。

具体的には、アルミニウム合金材は、Ｎｉ等の成分量や結晶組織の制御により、時効処理後の任意部位について測定される引張強さを、例えば、３５０ＭＰａ以上とすることができるし、３６０ＭＰａ以上とすることができる。また、Ｎｉ等の成分量や結晶組織の制御により、時効処理後の任意部位について測定される０．２％耐力を、例えば、３３０ＭＰａ以上とすることができるし、３５０ＭＰａ以上とすることができる。また、引張強さが約３６０～３７０ＭＰａの範囲において、１０％以上～１３％以上の引張破断伸びを得ることができる。

Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材における、引張強さ、０．２％耐力、及び、引張破断伸びは、時効硬化後に、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に規定される試験片、試験機、試験条件を用いた引張試験を行うことにより求めることができる。

＜Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材の用途＞
本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材は、例えば、自動車、自動二輪車等の車両用の構造材として用いることができる。車両用の構造材としては、例えば、ドアインナパネル、ドアアウタパネル、ルーフパネル、ボンネット、トランク、フェンダ、各種ビーム等をはじめとする外装の構造材や、サスペンションアームをはじめとする足回りの構造材が挙げられる。構造材の材料として、Ｎｉを添加したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金を用いると、耐食性を大きく損なうことなく高強度化を図ることができるため、応力腐食割れに対する耐性が高く、高い強度と良好な耐食性を兼ね備える耐久性が高い構造材を得ることができる。

以下、本発明の実施例を示して本発明について具体的に説明を行う。但し、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではない。

本実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材を、ニッケルの添加量を変えて作製し、作製した各供試材について、ニッケルの添加量による影響、時効硬化性、及び、機械的特性について評価した。

供試材としては、表１に「無添加」として示すＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金を基礎組成とし、ニッケルの原子濃度の狙い値を０．０２５～１．０ａｔ％の範囲で変えた展伸材（供試材Ｎｏ．１～５）を作製して用いた。供試材の基礎組成（「無添加」）と、成分の測定値とを表１に示す。

はじめに、各供試材の時効硬化性をＴ６処理時のピーク硬さに基づいて評価した。溶体化処理は、５７５℃で１時間行った。また、人工時効処理は、溶体化処理した供試材を水焼入れした後、２００℃で保持することにより行った。そして、異なる保持時間毎に、人工時効処理した供試材の試験力０．９８Ｎによるマイクロビッカース硬さ（ＨＶ０．１）を測定した。ピーク硬さの測定結果を表２に示す。

表２に示すように、測定の結果、ニッケルの添加量に依存してピーク硬さが向上する傾向が確認された。ニッケルを添加していない基礎組成の供試材（「無添加」）と比較すると、狙い値が０．０２５ａｔ％以上では、いずれも有意な時効硬化が認められ、Ｎｉ量が増大するほど硬さが向上した。但し、ニッケルの固溶限（約０．３ａｔ％）を超える狙い値とした供試材Ｎｏ．３～５では、硬さの上昇が小さくなり、互いの到達ピーク硬さは略同等となった。

図１は、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金からなる供試材の透過電子顕微鏡像である。図２は、Ｎｉを添加したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系アルミニウム合金からなる供試材の透過電子顕微鏡像である。
図１は、Ｎｉを添加していない基礎組成の供試材（「無添加」）の断面の時効組織を透過電子顕微鏡で観察した結果である。また、図２は、ニッケルの狙い値を０．２ａｔ％とした供試材Ｎｏ．２の断面の時効組織を透過電子顕微鏡で観察した結果である。

図１及び図２に示すように、アルミニウム合金の母相中に、多数の析出物が確認された。Ｎｉを添加していない基礎組成の供試材（「無添加」）の組織と、Ｎｉを添加した供試材Ｎｏ．２の組織とを比較すると、供試材Ｎｏ．２の方が、析出物が微細に多数分散した状態を生じていることが確認された。このような状態の析出物を、別途、組成分析した結果、ニッケルの分布が認められた。

次に、各供試材の時効硬化後の機械的特性を評価した。溶体化処理は、５７５℃で１時間行った。また、人工時効処理は、溶体化処理した供試材を水焼入れした後、２００℃で１００分間保持することにより行った。そして、人工時効処理後の供試材を、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に準じた引張試験に供し、引張強さ、０．２％耐力、及び、引張破断伸びを測定した。その結果を表３に示す。なお、「参考値」は、ＪＩＳＨ４０００、４０４０、４０８０、４１００、４１４０等に規定される規格値を参考にした値であり、６０６１－Ｔ６材の規格値全般に基づいて設定した下限値を示す。

表３に示すように、ニッケルの狙い値が０．０２５ａｔ％から１．０ａｔ％まで、Ｎｉ量の増加に伴い、概ね強度が上昇していく傾向が見られる。その一方で、引張破断伸びは、ニッケルの狙い値を１．０ａｔ％とした供試材Ｎｏ．５にて参考値を下回った。本発明に係るアルミニウム合金材におけるＮｉ量は、０．０２５～１．０ａｔ％（約０．０５～２．３質量％）が適切であり、ニッケルの固溶限（約０．３ａｔ％）を考慮すると、求められる機械的特性に応じて、０．０２５～０．３ａｔ％、又は、０．３ａｔ％以上とすることが有効であることが確認された。

Claims

Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下、Ｍｇ：０．３質量％以上１．５質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、Ｎｉ：０．３質量％以上２．３質量％以下を含有し、Ｆｅ、Ｃｒ及びＴｉからなる群より選択される１種以上の元素を、Ｆｅ：０．３質量％以下、Ｃｒ：０．１５質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下で任意に含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が３３０ＭＰａ以上であり、引張破断伸びが１０％以上であるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材。