JPH05105981A - 耐加熱軟化性に優れたアルミニウム合金管材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カークーラーの配管等に用いられる溶接やろ
う付の際の加熱によって軟化し難い耐加熱軟化性アルミ
ニウム合金管材を提供する。 【構成】 (1) Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、Ｍｇ：
０．３〜１．２重量％、Ｚｒ：０．０３〜０．３重量％
を含みかつＺｒ／Ｓｉ比が０．１５以上であり、残部が
Ａｌと不可避的不純物とからなることを特徴とする耐加
熱軟化性に優れたアルミニウム合金管材。 (2) Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、Ｍｇ：０．３〜１．
２重量％、Ｚｒ：０．０３〜０．３重量％を含みかつＺ
ｒ／Ｓｉ比が０．１５以上であり、さらにＣｕ：０．２
〜０．４重量％、Ｃｒ：０．３重量％以下、Ｔｉ：０．
１重量％以下のうちの１種又は２種以上を含み、残部が
Ａｌと不可避的不純物とからなることを特徴とする耐加
熱軟化性に優れたアルミニウム合金管材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車配管用、特にカー
クーラーの配管やブレーキおよびパワーステアリング等
油圧機器用配管に使用されるアルミニウム合金管材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばカークーラーにおいては、その
配管用材料は既にアルミニウム合金管材が用いられてい
るが、冷媒圧力やエンジンからの振動に耐えるため高強
度が必要とされ、エンジンルーム内の狭いスペースに効
率良く配管するために良好な曲げ加工性が必要とされ、
また接続金具を取りつけるための良好な溶接性やろう付
性が必要とされ、且つ長期間の耐久性を保証するため良
好な耐食性も必要とされる。そこで上記の特性を満足す
るカークーラー配管用アルミニウム合金管材として従来
はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０６１合金又は６０６３合金
が用いられており、また強度、加工性、耐食性の良好な
合金（特開昭６３−７９９４２公報）も開示されてい
る。また最近では操舵力の低減のため油圧式パワーステ
アリングが普及しているが、パワーステアリング機構を
装着することにより車体重量はその分増加し、燃料効率
改善のためには軽量化が必要になる。そこでパワーステ
アリング構成部品の一部として現在は鉄製の油圧配管に
アルミニウム合金管材の適用が一部実用化されている
が、要求特性は基本的に上記カークーラー配管用と同様
であるため、パワーステアリング配管用アルミニウム合
金管材としても６０６１合金又は６０６３合金が用いら
れており、上記開示合金にもこれに適用の可能性があ
る。パワーステアリングは現在油圧式が大勢であり、基
本的には油圧機器であることから、現在は実用化に到っ
ていないが、自動車に搭載されるパワーステアリング機
構以外の油圧機器用配管への上記アルミニウム合金管材
の適用も十分可能性があると考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カークーラー配管用途
やパワーステアリングを含む油圧配管用途のアルミニウ
ム合金管材は高強度の要求により素材製造工程において
熱処理を施しているが、配管部品製造工程において管端
に接続用金具を接合するため管材は溶接やろう付により
加熱される。この溶接やろう付の加熱により管材は全体
的乃至は局所的に熱影響を受け、熱影響を受けた部位が
軟化して強度が低下するため、そのままでは配管部品と
しての所定性能を得られず、溶接やろう付後に再度熱処
理を施すことによる強度の回復が必要になっている。本
来は素材製造工程で施されている熱処理を部品製造工程
において再度行わなければならないのは、熱処理に要す
る設備や処理経費が余計に必要になる不利益と共に熱処
理工程に要する手番の分だけ配管部品の生産性を阻害す
る不利益を生じるという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するためになされたもので、溶接やろう付により加熱
されても軟化し難い配管用アルミニウム合金を提供する
ことを目的とする。

【０００５】即ち本発明によるアルミニウム合金管材
は、カークーラー配管用途やパワーステアリング等油圧
配管用途に必要とされる、高強度と曲げ性に代表される
素材加工性や溶接性又はろう付性、および耐食性につい
ての必要特性を満たした上で、溶接やろう付による軟化
を低減したもので、本発明合金管材の一つは、Ｓｉ：
０．２〜０．８重量％、Ｍｇ：０．３〜１．２重量％、
Ｚｒ：０．０３〜０．３重量％を含み、かつＺｒ／Ｓｉ
比が０．１５以上であり、残部がＡｌと不可避不純物と
からなることを特徴とするものである。また本発明合金
管材の他の一つは、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、Ｍ
ｇ：０．３〜１．２重量％、Ｚｒ：０．０３〜０．３重
量％を含み、かつＺｒ／Ｓｉ比が０．１５以上であり、
さらにＣｕ：０．２〜０．４重量％、Ｃｒ：０．３重量
％以下、Ｔｉ：０．１重量％以下のうちの１種または２
種以上を含み、残部がＡｌと不可避不純物とからなるこ
とを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明合金管材はＡｌにＳｉおよびＭｇを添加
することにより金属間化合物Ｍｇ₂ Ｓｉを析出時効して
強度向上効果を得ると共に、ＺｒをＳｉに対するＺｒの
比が０．１５以上となる量を添加することにより、溶接
やろう付による加熱を受けても軟化し難くなる事実を見
出し、またＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉの添加が強度向上等に効果
があることを見出したものである。

【０００７】本発明合金管材の添加元素の含有量および
Ｚｒ／Ｓｉの比を上記の如く限定したのは、次の理由に
よるものである。 Ｓｉ：ＳｉはＭｇと共に時効析出処理により極めて微細
な金属間化合物Ｍｇ₂ Ｓｉを形成し強度を向上する効果
を有する。しかし、Ｓｉ添加量が０．２重量％未満では
十分な強度が得られず、０．８重量％を超えるとＳｉの
過剰析出により曲げ加工や拡管加工等の素材加工性が低
下する。 Ｍｇ：Ｍｇはマトリックス中に固溶して強度を向上する
と同時に、Ｓｉと共に時効析出処理により極めて微細な
Ｍｇ₂ Ｓｉを析出して強度を更に向上する効果を有す
る。しかし、Ｍｇ含有量が０．３重量％未満では十分な
強度が得られず、１．２重量％を超えると押出性や曲げ
加工や拡管加工等の素材加工性が低下する。 Ｚｒ：ＺｒはＡｌを含む金属間化合物Ａｌ₃ Ｚｒを形成
して再結晶を抑制し熱影響により軟化し難くすると共
に、結晶粒を微細にして曲げ加工や拡管加工等の素材加
工性を向上する効果を有する。しかし、Ｚｒ含有量が
０．０３重量％未満では十分な軟化低減効果は得られ
ず、０．３重量％を超えるとＡｌ₃ Ｚｒの過剰析出によ
り、軟化低減効果が飽和すると共に素材加工性が低下す
る。 Ｚｒ／Ｓｉ：Ｚｒ／Ｓｉ比は本発明合金管材において軟
化低減効果を得るのに必要なＺｒ添加量を決定する因子
であり、Ｚｒ／Ｓｉ比が０．１５未満ではＺｒ含有量が
０．０３重量％以上であったとしてもＳｉの影響により
軟化低減効果は得られない。 Ｃｕ：ＣｕはＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の微細
な析出物を生じ材料の強度を向上させると共に、自然電
位を貴にして耐食性を更に向上させる効果を有する。し
かし、Ｃｕ含有量が０．２重量％未満では自然電位を貴
にする効果を得られず、強度の改善効果も得られない。
０．４重量％を超えると曲げ加工や拡管加工等の素材加
工性が低下すると共に、自然電位が上がり過ぎて自己腐
食性が顕著になる恐れがある。 Ｃｒ、Ｔｉ：Ｃｒ、Ｔｉは強度向上の効果があるがその
上限を超えると押出性を阻害する。特にＣｒは０．３重
量％を超えると粗大なＡｌ−Ｃｒ化合物が出来易くな
り、曲げ加工性や拡管加工等の素材加工性を損なうばか
りか、強度の向上効果も飽和するため上記のように制限
を設けたものである。

【０００８】

【実施例】以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。 〔実施例１〕表１に示す組成の各種合金を溶解し、直径
１７５mmのビレットを水冷鋳造し、得られたビレットを
４５０〜４８０℃で２時間の均質化処理後、押出ダイス
温度４８０〜５１０℃に調整した熱間押出法により外径
２２．２mm×内径１８．２×肉厚２．０mmの管に押出
し、すぐに水冷した。次いで拡管を抽伸加工により外径
１９．０mm×内径１５．５mm×肉厚１．７５mmとした後
１４０℃×８時間の人工時効処理を行った。以上の工程
で製造して得た管に対して、機械的性質、曲げ加工性、
拡管加工性、耐加熱軟化性を評価した結果を表２に示
す。各特性の評価方法は次の通りである。機械的性質は
引張試験による引張強さ、０．２％耐力、伸びで表し
た。曲げ加工性は実際の曲げ加工に供されているのと同
じ引張曲げ（ストレッチベンド）法により、実用上最も
厳しい加工条件である曲げ半径３０mmで曲げ角度１８０
°とする条件で行い、異常なく曲がった場合を○、管が
割れてしまったり管表面に肌荒れを生じた場合を×で評
価した。拡管加工性は、管内部へ鉄製の軸を圧入して拡
管する方法により、圧入する軸の直径を段階的に大きく
して、管に亀裂を生じるまで行い、亀裂を生じた軸直径
の１段階小さい直径を管内径Ｄの倍数に置き換え限界拡
管率として表した。限界拡管率が大きいほど拡管加工性
は良好となる。耐加熱軟化性は、管の加熱を実際の接合
加工により再現することとし、図１(a) に示すごとく管
(1) の端部へＪＩＳ３００３合金製押出形材を切削加工
により作製した接続金具(2) を勘合し、接合部の周囲に
ろう材とするＪＩＳ４０４５合金線材(3) を巻付け、塩
化Ｚｎを主成分とするフラックスを塗布し、全体を酸素
−アセチレンを用いたトーチで加熱してろう材を溶融
し、図１(b) に示すフィレット(4) を形成してろう付を
行う方法において、トーチ火力、トーチ火口と管の距
離、加熱位置を常に一定にして管に加わる熱影響が相対
的に供試材料間で同じになる様にした。ろう付後接合部
の管断面にて硬さを測定し、従来合金と硬さの値を比較
して高ければ耐加熱軟化性を改善する効果を得られたこ
とになるため○で表記し、従来合金と同等か従来合金以
下であれば耐加熱軟化性を改善していないため×で表記
した。なお、本実施例では加熱の再現をトーチろう付で
行ったが、溶接で行っても管の受ける熱影響には変わり
なく、熱源には係わらない。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【表２】

【００１１】表２から明らかなように本発明例No．１〜
６は全て従来例No．１２（６０６３合金）に比較して、
引張強さ、耐力に優れ、また曲げ加工性、拡管加工性、
耐加熱軟化性のいずれにも優れている。これに対し、Ｚ
ｒ／Ｓｉ比が本発明の範囲より小さい比較例No．７は耐
加熱軟化性が悪く、Ｓｉ含有量が本発明の範囲より多い
比較例No．８は曲げ加工性が悪く加工途中で破断し、ま
た耐加熱軟化性も劣る。Ｍｇ含有量が本発明の範囲より
多い比較例No．９は曲げ加工性が悪く加工途中で破断し
た。またＭｇ含有量、Ｓｉ含有量がそれぞれ本発明の範
囲より小さい比較例No．１０、１１は引張強さが劣って
いる。

【００１２】〔実施例２〕表３に示す組成の合金を溶解
し、直径１７５mmのビレットを水冷鋳造し、得られたビ
レットを４５０℃〜４８０℃で２時間の均質化処理後、
押出ダイス温度４８０℃〜５１０℃に調整した熱間押出
法により外径２２．２mm×内径１８．２×肉厚２．０mm
の管に押出し、すぐに水冷した。次いで拡管を抽伸加工
により外径１９．０mm×内径１５．５mm×肉厚１．７５
mmとした後１４０℃×８時間の人工時効処理を行った。
以上の工程で製造して得た管に対して、機械的性質、曲
げ加工性、拡管加工性、加熱軟化特性について実施例１
と同様の方法で評価した結果を表４に示す。

【００１３】

【表３】

【００１４】

【表４】

【００１５】表４から明らかなように本発明例No．２１
〜２４は全て従来例No．１２（６０６３合金）に比較し
て引張強さ、耐力に優れ、また曲げ加工性、拡管加工
性、耐加熱軟化性のいずれにも優れている。これに対
し、Ｚｒ含有量が本発明の範囲より多い比較例No．２５
は曲げ加工性、拡管加工性が劣り、Ｚｒ含有量が本発明
の範囲より少なく、Ｃｕ含有量が本発明の範囲より多い
比較例No．２６は曲げ加工性、拡管加工性、耐加熱軟化
性が劣り、Ｚｒ含有量が本発明の範囲より少なく、Ｔｉ
含有量が本発明の範囲より多い比較例No．２７は曲げ加
工性、拡管加工性、耐加熱軟化性が劣る。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明アルミニウム合
金管材は、従来のアルミニウム合金管材と比較して溶接
やろう付の熱影響による軟化が改善され、且つ副次的効
果として素材強度を向上すると共に曲げ加工性や拡管加
工性の改善効果を有するもので工業上顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム合金管と接続金具の接合における
トーチろう付法を示す図。

【符号の説明】

１ アルミニウム合金管 ２ 接続金具 ３ ろう材 ４ フィレット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、Ｍｇ：
   ０．３〜１．２重量％、Ｚｒ：０．０３〜０．３重量％
   を含みかつＺｒ／Ｓｉ比が０．１５以上であり、残部が
   Ａｌと不可避不純物とからなることを特徴とする耐加熱
   軟化性に優れたアルミニウム合金管材。
2. 【請求項２】 Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、Ｍｇ：
   ０．３〜１．２重量％、Ｚｒ：０．０３〜０．３重量％
   を含みかつＺｒ／Ｓｉ比が０．１５以上であり、さらに
   Ｃｕ：０．２〜０．４重量％、Ｃｒ：０．３重量％以
   下、Ｔｉ：０．１重量％以下のうちの１種または２種以
   上を含み、残部がＡｌと不可避不純物とからなることを
   特徴とする耐加熱軟化性に優れたアルミニウム合金管
   材。