JPH04141542A

JPH04141542A - 押出用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH04141542A
Application number: JP25910890A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Yamaguchi; 山口　敏通; Yoshiro Miyaji; 宮地　義郎
Original assignee: Tostem Corp
Current assignee: Tostem Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コこの発明は、建材及び装飾トリムなどの形材を製造する
ために、押出加工用として用いられる押出用アルミニウ
ム合金に関する。

［従来の技術］Ａ４７ＭｇＳｉ系アルミニウム合金（６０００系アルミ
ニウム合金）は、熱間変形能が良好であり、十分な機械
的強度と良好な冷間加工性とを兼ね備えているため、種
々の複雑形状に成形することができ、押出形材の製造に
最も適した材料とされている。

６０００系アルミニウム合金には、押出加工性と機械的
強度とのバランスを考慮して、種々の組成が存在する。

このうち、６０６３系合金は、機械的強度が１８０〜２
６０　Ｍ　Ｐ　ａの範囲にあり、十分な強度を有すると
ともに、押出加工性に優れているために、建材用サツシ
などの建具の素材として多用されている。

従来の押出用アルミニウム合金は、機械的強度に寄与す
る添加元素であるＭｇ及びＳｉの両者を適正な添加量で
バランスさせ、機械的特性を確保するとともに、可能な
限り押出加工性の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］近時、押出機及び金型の性能が向上するに従いアルミニ
ウム合金形材の押出加工速度がますます増大する傾向に
ある。ところが、押出加工速度を増大させると、金型通
過時の変形抵抗により材料の温度が上昇し、材料が部分
的に溶融するとともに、材料内部と表面との変形速度差
が大きくなりメタルフローが健全な状態で流れず、剪断
力が増大して、形材の表面あるいは突起部分に所謂ティ
アリングという表面割れを生じる。このため、従来の合
金では押出加工速度を無制限に増大することができない
という欠点がある。

さらに、アルミニウム合金形材に対する需要家の要求が
高まり、複雑形状で機械的特性に優れ、かつ、曲げ加工
などの加工性の良好な材料が要望されている。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、機械的特性を低下させることなく、押出加工性に優れ
た押出用アルミニウム合金を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段および作用コＡｌＭｇＳｉ
系アルミニウム合金は、基本的に時効硬化型の合金であ
り、その硬化機構は金属間化合物のＭｇ２Ｓｉの過飽和
固溶体からＧＰゾーン及び中間相の析出に起因するもの
と言われている。

一般に、Ｍｇの添加量を多くすると、化合物Ｍｇ２５１
の析出量が増えて合金が強化される。

ところが、Ｍｇの添加量が過剰になると、過剰Ｍｇ分は
、曲げ加工性および靭性などの機械的特性の改善に寄与
しないばかりか、押出加工性に悪影響を及ぼす。この理
由は、過剰Ｍｇが存在すると、化合物Ｍｇ２５ｉのマト
リックスへの固溶度を著しく減少させるからである。

一方、Ｓｉ分がＭｇ２Ｓｉ形成に必要な量よりも多い場
合には時効硬化は促進される。すなわち、過剰Ｓｉの存
在によっても合金の硬化が促進され、一般に機械的強度
が向上する。従って、Ｍｇ２５ｉ分および過剰Ｓｉ分が
多くなるほど機械的強度の増大がみられる。しかしなが
ら、Ｍｇ２Ｓｉ分および過剰Ｓｉ分が多くなると、材料
の変形抵抗が増大し、押出加工性は逆に低下するという
不都合がある。

このような知見に基づき、本発明者らは、押出用アルミ
ニウム合金につき鋭意研究した結果、強度、靭性、曲げ
加工性などの機械的特性を犠牲にすることな（、押出加
工性に優れ、大きな押出速度で加工することができるア
ルミニウム合金の組成範囲を見出だした。

この発明に係る押出用アルミニウム合金は、Ｍｇを０．
３０重量％以上、Ｓｆを０．６０〜０．７５重量％、そ
れぞれ含有し、がっ、Ｍｇ及びＳｉの含有量が不等式Ｍ
ｇ＋Ｑ、５Ｓｉ≦０．７を満足し、残部が実質的にＡｌ
１からなることを特徴とする。

以下に、合金の組成をこのような成分範囲とした理由に
ついて、各成分元素ごとに説明する。

Ｍｇは、合金の高強度化に必要な必須の基本成分であり
、Ｓｉと共に添加することにより化合物Ｍｇ２５ｉをつ
くり、合金の時効硬化に寄与する。

合金が所望の強度レベルを得るには、Ｍｇ含有量を０．
３０重量％以上とする必要がある。しかし、Ｍｇ含有量
が多くなりすぎると、化合物Ｍｇ２Ｓｉが増大するとと
もに、過剰Ｍｇ分を生じ、押出加工性が損なわれる。Ｍ
ｇ含有量の下限値を、従来の６０６３系アルミニウム合
金の下限値よりも更に下げた理由は、化合物Ｍｇ２Ｓｉ
の生成量を必要最小限度に止めるためである。

Ｓｉは、合金の高強度化に必要な必須の基本成分であり
、Ｍｇと共に添加することにより化合物Ｍｇ２Ｓｉをつ
くり、合金の時効硬化に寄与する。

合金が所望の強度レベルを確保しつつ、成形性の向上を
図るためには、Ｓｉ含有量を０．６０〜０．７５重量％
の範囲とする必要がある。上限値を０．７５重量％とじ
たのは、この値を越える領域では過剰Ｓ１分が多くなり
、変形抵抗が増大し、形材の押出限界速度が急激に低下
するからである。

下限値を０．６０重量％としたのは、所望の強度レベル
を得るためである。

不等式Ｍｇ＋〇、５Ｓｉ≦０．７を満足する領域に限定
したのは、Ｍｇ含有量の下限値を０．３０重量％とした
のに対して、上限値を決めるためである。等式Ｍｇ＋０
．５Ｓｉ＝０．７は、（０，４０重量％Ｍｇ、０．６０
重量％Ｓｉ）。

（０，３５重量％Ｍｇ、０．７０重量％Ｓｉ）。

（０，３０重量％Ｍｇ、０．７５重量％Ｓｉ）の３点を
含むものであり、これは第１図中の曲線Ｂで表わした形
材の押出限界速度が毎秒２０１ｍの曲線に最も近似する
直線式であるからである。従って、不等式Ｍｇ＋０．５
Ｓｉ≦０．７を満足する領域は、形材の押出限界速度が
毎秒２０＋ｅ＋ａ以上となる場合に相当する。

不可避的不純物には、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ。

Ｎｉ、Ｚｎ、Ｖ、Ｂ、Ｎａなどがあげられる。このうち
Ｆｅは主要な不純物であり、通常、少なからぬ量が合金
中に含まれている。

Ｆｅは、合金中に多量に含まれると、合金の押出加工性
に悪影響を及はすので、その量は少ないほうがよい。Ｆ
ｅ含有量が０．２重量％以上の領域では押出加工性を損
なうことを見出だしたので、Ｆｅ含有量は０．２重量％
未満とすることが望ましい。しかし、微量Ｆｅの存在は
、成形性をかえって向上させることもあるので、含有量
をゼロとすべきでない。通常、Ｆｅの下限値は０．１０
重量％であることが望ましい。

Ｔｉは、一般に組織の微細化に寄与して成形性を向上さ
せるが、過剰に存在すると、粗大な晶出物を生成し、逆
に成形性を低下させるので、０．０３重量％以下の含有
量であることが望ましい。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｖ、Ｂ、Ｎａなどの不純物は
、過剰に存在すると、粗大な晶出物を生成し、成形性を
低下させるので、Ｆｅ及びＴｉ以外のこれら不純物の総
量を０．１５重量％未満とすることが好ましい。

なお、Ｃｕを若干量添加すると、色調が変化し、表面仕
上りが美麗な形材を製造することができる。

［実施例コ以下、この発明の種々の実施例について具体的に説明す
る。

実施例１第２図に示す横断面を有する形材を熱間押出し、本発明
の合金と従来の合金とを比較検討し、各種成分の含有量
が押出加工速度に及ぼす影響について調べるとともに、
引張強度、靭性及び曲げ加工性などの機械的諸特性につ
いても調査した。形材の概略寸法は、幅が３５１１％フ
ランジ部分が幅６■■×厚さ　１３Ｈｍｓフランジ部分
におけるフィンの幅１■×高さ１．５ｍｍでピッチが１
１１％ステ一部分の厚さが１１である。直径７５■×長
さ２５０　ａｍのビレットを、５００トンプレスの押出
加工機を用いて押出温度４５０℃で、押出比４２の条件
で押し出した。

なお、押出加工機のコンテナの径は８０ＩＩｍである。

第１表は、実施例および比較例に供試した各種組成の合
金を示す成分表示である。組成番号１及び３は、本発明
の実施例として挙げたものであり、本発明の合金の成分
範囲に含まれる。組成番号２及び４は、比較例として掲
げたものであり、６０６３系アルミニウム合金に相当す
る。

第３図及び第４図は、横軸にラム速度をとり、縦軸に実
験度数をとって、ティアリング発生の有無を本発明合金
（組成番号１）および従来合金（組成番号２）について
それぞれ調べたグラフ図である。図中、０印はティアリ
ングの発生が無いものを示し、Ｘ印はティアリングの発
生が有るものを示す。図から明らかなように、従来の６
０６３系合金では押出限界速度（ティアリングが生じな
いラム速度）が毎秒１３１■にすぎなかったが、本発明
合金ではこれを毎秒１９〜２０ｗｍまで向上させること
ができた。因みに、本発明合金では毎秒２４　ａｓのラ
ム速度であってもティアリングを生じない場合があり、
本発明合金の成形性の優秀さがわかる。

第５図及び第６図は、横軸に合金のマグネシウム含有量
をとり、縦軸にラム速度をとって、それぞれシリコン含
有量を０．６重量％一定、０．７重量％一定とし、ティ
アリング発生の有無に及ぼすマグネシウムの影響を本発
明合金について調べたグラフ図である。図中、０印はテ
ィアリングの発生が無いものを示し、Ｘ印はティアリン
グの発生が有るものを示す。図から明らかなように、マ
グネシウム含有量が増加するに伴い押出限界速度が漸次
低下する。また、シリコン含有量が０．６重量％から０
．７重量％に増えると、押出限界速度が低下する。押出
限界速度が毎秒２０■ｌのところに注目してみると、シ
リコン含有量が０．６重量％のときはマグネシウム含有
量が０．４重量％を越えているが、シリコン含有量が０
．７重量％のときはマグネシウム含有量は０．３５重量
％程度である。

第７図は、横軸に合金のシリコン含有量をとり、縦軸に
ラム速度をとって、マグネシウム含有量を０．３重量％
一定とし、ティアリング発生の有無に及ぼすシリコンの
影響を本発明合金について調べたグラフ図である。図中
、０５Ｊはティアリングの発生が無いものを示し、Ｘ印
はティアリングの発生が有るものを示す。図から明らか
なように、シリコン含有量が増加するに従って押出限界
速度が低下する。特に、シリコン含有量が０．７０〜０
．７５重量％を越えると、押出限界速度が急激に低下し
、毎秒２Ｃｌｓｍを下回るようになることがわかる。

第１図は、横軸に合金のシリコン含有量をとり、縦軸に
マグネシウム含有量をとって、両元素の含有量と押出限
界速度との相関をまとめて示すグラフ図である。図中、
曲線Ａは押出限界速度が毎秒１５■に、曲線Ｂは押出限
界速度が毎秒２０ｍｍに、曲線Ｃは押出限界速度が毎秒
２５■にそれぞれ相当する。因みに、シリコン含有量及
びマグネシウム含有量を座標上の点で表現すると、（Ｓ
　ｉ　０．６０重量％、Ｍｇ０．４０重量％）、　　（
Ｓｉ０．７０重量％。

Ｍ　ｇ　０．３５重量％）、　　（Ｓｉ０．７５重量％
、Ｍｇ０．３０重量％）の３点は、すべて曲線Ｂより下
方の領域に位置する。

第８図は、横軸に合金のシリコン含有量をとり、縦軸に
ビッカース硬さをとって、マグネシウム含有量を０．３
重量％一定とし、シリコン含有量が硬さに及ぼす影響を
本発明合金について調べたグラフ図である。図から明ら
かなように、シリコン含有量が増加するに従って時効硬
化の度合いか増太し、硬化することがわかる。

第９図は、横軸に合金の鉄含有量をとり、縦軸にラム速
度をとって、マグネシウム含有量を０．３３重量％一定
で、かつ、シリコン含有量を０８６７重量％一定とし、
ティアリング発生の有無に及ぼす鉄の影響を本発明合金
について調べたグラフ図である。図中、０印はティアリ
ングの発生が無いものを示し、Ｘ印はティアリングの発
生が有るものを示す。図から明らかなように、鉄含有量
が増加するに従って押出限界速度が漸次低下するが、低
下の割合は比較的小さい。しかし、鉄含有量が０．２重
量％から０．３重量％に増えると、押出限界速度が毎秒
２０ｍｍ近傍まで低下するので、鉄含有量は０．２〜０
．３重量％未満であることが好ましい。

第１０図は、横軸に合金の鉄含有量をとり、縦軸にビッ
カース硬さをとって、マグネシウム含有量を０．３３重
量％一定で、かつ、シリコン含有量を０．６７重量％一
定とし、鉄含有量が硬さに及ぼす影響を本発明合金につ
いて調べたグラフ図である。図から明らかなように、鉄
含有量が増加するに従って時効硬化の度合いが減少し、
時効硬化量が低下することがわかる。特に、鉄含有量が
０．２重量％から０．３重量％に増えると、時効硬化量
の低下の割合いが大きくなることがわかった。

第１１（ａ）図は、横軸に引張強さをとり、縦軸に度数
をとって、本合金の実施例（組成番号３）の引張強さに
ついて調べた結果を示すグラフ図である。また、第１１
（ｂ）図は、横軸に引張強さをとり、縦軸に度数をとっ
て、比較例（組成番号４）の引張強さについて調べた結
果を示すグラフ図である。押出品の全長を３０ｍとして
、二〇前端部、中央部、後端部から試験片をそれぞれ採
取した。なお、１４Ｂ号試験片を用いた。図から明らか
なように、本発明合金は高い引張強さを示し、平均引張
強さで２３．２ｋｇ／ｍｅｎ　２もの値を得ることがで
き、従来の６０６３系合金の規格値（１６ｋｇ／■２以
上）を大幅に越えている。

第１２（ａ）図は、横軸に引張試験時の伸びをとり、縦
軸に度数をとって、本合金の実施例（組成番号３）の伸
びについて調べた結果を示すグラフ図である。また、第
１２（ｂ）図は、横軸に引張試験時の伸びをとり、縦軸
に度数をとって、比較例（組成番号４）の伸びについて
調べた結果を示すグラフ図である。１４Ｂ号試験片を用
いた。

図から明らかなように、本発明合金は伸びが大きく、平
均伸び値で１１％もの値を得ることができ、従来の６０
６３系合金の平均伸び値の９．３％を越えている。

第２表は、組成番号１及び２の合金からなる曲げ試験片
を、それぞれ１２ピースずつ曲げ試験した結果を示す表
である。試験片の板厚を１．８■、曲げ半径を２，０■
とした。なお、試験片の硬さを両者でほぼ同レベルに調
質し、曲げ試験を実施したので、それぞれの硬さを併記
した。第２表から明らかなように、実施例（組成番号１
）の結果は比較例（組成番号２）の結果と比較しても遜
色なく、実施例のほうが低角変曲げにおける割れの発生
か少なくなる傾向にある。このように本発明合金は高い
二次加工性を有することがわかった。

第３表は、組成番号１及び２の合金からなる２ｓｍＵノ
ツチ衝撃試験片（３号試験片）を、それぞれ６ピースず
つ常温で衝撃試験した結果を示す表である。試験片作製
にあたっては、材料を温度１９５℃に１６０分間加熱し
て強制時効処理した。第３表から明らかなように、実施
例（組成番号１）の平均値は２．９５　ｋｇｆ−ｍとな
り、比較例（組成番号２）の平均値１．９０　ｋｇｆ−
ｍよりも実施例のほうが高値を示し、本発明の合金が靭
性に優れていることがわかった。

第表第表実施例２第１３図は、第２実施例の形材の横断面形状を示す図で
ある。形材の概略寸法は、外寸が１３■ｌＸ１２ｓ量、
厚さが１，０■１、フィンの長さが２．２５ｍ５である
。直径１５２■■×長さ４４０會ｌのビレットを、１５
００）ンブレスの押出加工機を用いて押出温度４３０℃
で、押出比８７の条件で押し出した。なお、押出加工機
のコンテナの径は１６０麿■である。

第１４図は、縦軸にダイス出口側における形材の押出速
度をとり、本発明の実施例（組成番号３）及び比較例（
組成番号４）につきティアリングを生じない限界速度を
調べた結果を示すグラフ図である。図から明らかなよう
に、本発明合金の形材の押出速度の限界値は毎分６３ｍ
にも達し、従来合金の限界値の毎分４０ｍに対して約５
０％も向上させることができた。

実施例３第１５図は、第３実施例の形材の横断面形状を示す図で
ある。形材−の概略寸法は、外寸の長袖が４０ｍｍ、短
軸が２３ｗ＋ｍ、厚さが１．１１、フィンの長さがＨｉ
ｍ■である。直径１５２　ｙｉ層Ｘ長さ５７０　ｍｍの
ビレットを、１５００トンプレスの押出加工機を用いて
押出温度４３０℃で、押出比６４の条件で押し出した第
１６図は、縦軸にダイス出口側における形材の押出速度
をとり、本発明の実施例（組成番号３及び比較例（組成
番号４）につきティアリングを生じない限界速度を調べ
た結果を示すグラフ図である。図から明らかなように、
本発明合金の形材の押出速度の限界値は毎分５２ｍにも
達し、従来合金の限界値の毎分３８ｍに対して約３７％
も向上させることができた。このような複雑形状の形材
であっても高い押出速度で加工することができることが
わかった。

［発明の効果コこの発明によれば、機械的特性を低下させることなく、
押出加工性に優れた押出用アルミニウム合金を提供する
ことができる。特に、本発明合金は、複雑断面形状の形
材を高押出速度で加工することができ、しかも、引張強
さ、靭性、二次加工性などの機械的諸特性に優れている
。

二のため、美麗な表面性状を有する製品を従来合金では
達成されなかったような高能率の押出速度で製造するこ
とができ、生産性の向上を大幅に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は含有成分と押出限界速度との相関を示すグラフ
図、第２図は第１実施例の形材の横断面形状を示す図、
第３図は第１実施例の合金の押出限界速度の説明図、第
４図は従来合金の押出限界速度の説明図、第５図及び第
６図はそれぞれシリコン含有量を一定にしてマグネシウ
ム含有量と押出速度との相関を示すグラフ図、第７図は
マグネシウム含有量を一定にしてシリコン含有量と押出
速度との相関を示すグラフ図、第８図はシリコン含有量
と硬さとの相関を示すグラフ図、第９図は鉄含有量と押
出速度との相関を示すグラフ図、第１０図は鉄含有量と
硬さとの相関を示すグラフ図、第１１（ａ）図は本発明
の実施例の引張強さの結果を示すグラフ図、第１１（ｂ
）図は比較例の引張強さの結果を示すグラフ図、第１２
（ａ）図は本発明の実施例の伸びの結果を示すグラフ図
、第１２（ｂ）図は比較例の伸びの結果を示すグラフ図
、第１３図は第２実施例の形材の横断面形状を示す図、
第１４図は本発明の第２実施例と比較例との形材押出速
度の限界を比較するグラフ図、第１５図は第３実施例の
形材の横断面形状を示す図、第１６図は本発明の第３実
施例と比較例との形材押出速度の限界を比較するグラフ
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｍｇを０．３０重量％以上，Ｓｉを０．６０〜０．７５重量％，それぞれ含有し、かつ、Ｍ
ｇ及びＳｉの含有量が不等式Ｍｇ＋０．５Ｓｉ≦０．７
を満足し、残部が実質的にＡｌからなることを特徴とす
る押出用アルミニウム合金。
（２）Ｍｇを０．３０〜０．３５重量％，Ｓｉを０．６
０〜０．７０重量％それぞれ含有し、残部が実質的にＡ
ｌからなることを特徴とする押出用アルミニウム合金。
（３）さらに、Ｆｅを０．２重量％未満含むことを特徴
とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の押出用
アルミニウム合金。