JPH05247574A - 鍛造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製造方法 - Google Patents

鍛造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製造方法

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JPH05247574A
JPH05247574A JP3976092A JP3976092A JPH05247574A JP H05247574 A JPH05247574 A JP H05247574A JP 3976092 A JP3976092 A JP 3976092A JP 3976092 A JP3976092 A JP 3976092A JP H05247574 A JPH05247574 A JP H05247574A
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JP
Japan
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aluminum alloy
forging
temperature
strength
weight
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JP3976092A
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Inventor
Akira Miyagami
晃 宮上
Osamu Takezoe
修 竹添
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間鍛造時における結晶粒の粗大化を抑制で
きて、高強度のアルミニウム合金鍛造材を得ることがで
きる鍛造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造
材の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る鍛造用アルミニウム合金は、0.
5乃至0.8重量%のMg、0.8乃至1.2重量%のSi、0.4
重量%以下のCu、0.15乃至0.40重量%のMn、0.1乃
至0.20重量%のCr及び0.1乃至0.2重量%のZrを含有
し、残部がAl及び不可避的不純物からなり、導電率
(IACS)が36%以下である。このアルミニウム合金は、
鍛造時における結晶粒の粗大化が少なく、高強度のアル
ミニウム合金鍛造材を得ることができる。また、このア
ルミニウム合金の熱間鍛造時における温度を490乃至570
℃とすることにより、より一層高強度のアルミニウム合
金鍛造材を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はAl−Mg−Si系鍛造
用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製造
方法に関し、特に、軽量であると共に高強度が要求され
る自動車部品用として好適の鍛造用アルミニウム合金及
びアルミニウム合金鍛造材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車及び車両等に使用される各
部品は鉄系の材料により形成されていた。しかし、近
年、軽量化の観点から、これらの各部品の材料としては
アルミニウム及びアルミニウム合金の使用が促進されつ
つある。特に、自動車に関しては、排気ガスによる大気
汚染及び地球温暖化等の懸念が世界的規模で取り上げら
れている。このようにな背景から、自動車の軽量化をめ
ざし、種々の部品がアルミニウム又はアルミニウム合金
により製造されるようになった。
【0003】従来、自動車用部品に使用されるアルミニ
ウム合金としては、耐食性及び強度が優れていることか
ら、一般的にAl−Mg−Si系合金(例えば、6000系
合金)が使用されている。そして、自動車用部品は、強
度向上を図るために、これらの合金を鍛造加工して製造
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Al−Mg−Si系合金には、鍛造及び熱処理工程にお
いて、加工組織が再結晶し、粗大結晶粒が発生するた
め、十分な強度を得ることができないという問題点があ
る。
【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鍛造及び熱処理工程における結晶粒の粗大
化を抑制でき、強度が高い鍛造材を得ることができる鍛
造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製
造方法を提供すること目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鍛造用アル
ミニウム合金は、0.5乃至0.8重量%のMg、0.8乃至1.2
重量%のSi、0.4重量%以下のCu、0.15乃至0.40重
量%のMn、0.1乃至0.20重量%のCr及び0.1乃至0.2
重量%のZrを含有し、残部がAl及び不可避的不純物
からなり、熱間鍛造前の導電率が36%(IACS)以下であ
ることを特徴とする。
【0007】本発明に係るアルミニウム合金鍛造材の製
造方法は、0.5乃至0.8重量%のMg、0.8乃至1.2重量%
のSi、0.4重量%以下のCu、0.15乃至0.40重量%の
Mn、0.1乃至0.20重量%のCr及び0.1乃至0.2重量%
のZrを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からな
り、導電率が36%(IACS)以下のアルミニウム合金鋳塊
を450乃至570℃の温度で熱間鍛造する工程を有すること
を特徴とする。
【0008】
【作用】本願発明者等は、アルミニウム鍛造材の強度を
向上させるべく種々実験研究を行った。その結果、所定
量のMg,Si,Cu,Mn,Cr及びZrを含有する
と共に、導電率(IACS;純銅焼鈍材の導電率を100とし
たときの導電率、以下、同じ)を従来の鍛造用アルミニ
ウム合金に比して低減したアルミニウム合金は、熱間鍛
造及び熱間処理時に結晶粒が粗大化しにくく、高強度の
鍛造材を得ることができることを見い出した。本発明は
このような実験結果に基づいてなされたものである。
【0009】本発明に係るアルミニウム合金において
は、添加元素として所定量のMg,Si,Cu,Mn,
Cr及びZrを含有する。これらの添加元素は、鍛造か
ら最終製品に至るまでの間に加熱及び冷却を繰り返すこ
とにより固溶及び析出を繰り返す。その結果、アルミニ
ウム合金の組織が変化し、最終製品の強度に影響を与え
る。この場合に固溶及び析出量と電気抵抗とは密接な関
係があるため、熱間鍛造加工前のアルミニウム合金の導
電率を抑制することにより、最終製品の強度を制御する
ことができる。
【0010】次に、本発明に係るアルミニウム合金の各
成分の添加理由及びその組成限定理由について説明す
る。
【0011】Mg,Si Mg及びSiはいずれも析出効果により強度を向上させ
るために必要不可欠の元素である。即ち、Mg及びSi
はアルミニウム合金中におけてMg2Siとして析出
し、アルミニウム合金の強度を向上させる。Mg含有量
が0.5重量%未満の場合は、強度向上効果が十分でな
く、Mg含有量が0.8重量%を超えると押出し加工性及
び鍛造加工性が阻害される。従って、Mg含有量は0.5
乃至0.8重量%とする。
【0012】一方、Si含有量が0.8重量%未満の場合
は、アルミニウム合金の強度向上効果が十分でなく、S
i含有量が1.2重量%を超えると、鍛造性が阻害される
ことがある。従って、Si含有量は0.8乃至1.2重量%と
する。
【0013】Cu Cuは上述したMg2Siにより強度が向上したアルミ
ニウム合金の強度をより一層向上させる作用がある。し
かし、Cu含有量が0.4重量を超えると、アルミニウム
合金の焼入れ感受性、鍛造加工性及び耐食性が低下す
る。従って、Cu含有量は0.4重量%とすることが必要
である。
【0014】Mn,Cr,Zr Mn,Cr,Zrはいずれも結晶粒の粗大化を防止する
元素であり、Mn、Cr及びZrの同時含有により結晶
粒粗大化の抑制効果が大きい。このため、これらの元素
は、本発明において重要な元素である。Mn含有量が0.
15重量%未満、Cr含有量が0.1重量%未満、Zr含有
量が0.1重量%未満ではこの効果は少なく、また、Mn
含有量が0.40重量%、Cr含有量が0.20重量%、Zr含
有量が0.2重量%を超えて含有されると、鍛造加工性を
阻害する。従って、Mnの含有量は0.15乃至0.40重量
%、Cr含有量は0.1乃至0.20重量%、Zr含有量0.1乃
至0.2重量%とする。
【0015】導電率 通常、熱間鍛造加工前のアルミニウム合金の導電率は50
%程度である。本発明においては、アルミニウム合金の
導電率を36%以下と低くすることにより、熱間鍛造加工
及び熱処理工程における再結晶の粗大化を抑制する。
【0016】導電率が36%を超える鋳塊を熱間鍛造して
得たアルミニウム合金鍛造材は、鍛造及び熱処理時にお
いて結晶粒が粗大化しやすく、アルミニウム合金の強度
が低下しやすい。従って、鍛造前のアルミニウム合金の
導電率は36%以下であることが必要である。なお、導電
率は、例えば熱間鍛造前の均質化熱処理工程における処
理条件を制御することにより所望の値にすることができ
る。
【0017】Mg,Si,Cu,Mn,Cr及びZrを
上述の含有量で含有し、その導電率を上述のように制御
したアルミニウム合金に対して熱間鍛造を行って得た鍛
造材は、高い強度を有している。しかし、鍛造時のアル
ミニウム合金の温度及び金型温度、鍛造工程後の溶体化
処理温度並びに時効処理温度等を制御することにより、
アルミニウム合金鍛造材の強度をより一層向上させるこ
とができる。
【0018】この場合に、鍛造温度が450℃未満である
と、熱間鍛造材の結晶粒が粗大化しやすく、強度が低下
しやすい。また、鍛造温度が570℃を超えると、摩擦熱
により局部融解して加工割れを生じやすい。従って、鍛
造温度は450乃至570℃とすることが好ましい。
【0019】金型温度が250℃未満であると、素材温度
が低下してアルミニウム合金が再結晶しやすくなるた
め、熱間鍛造材の結晶粒が粗大化し、強度が低下しやす
い。従って、金型温度は250℃以上であることが好まし
い。
【0020】鍛造後のアルミニウム合金材は、溶体化処
理を施すことにより、より一層強度が向上する。但し、
熱間鍛造の最終製品の形状によっては、例えば高温で鍛
造を終了して、強制急冷しなくても比較的急速に温度が
低下するような場合は、特に溶体化処理を施さなくても
十分な強度を得ることができる。溶体化処理温度が490
℃未満の場合は硬化要素の固容量が少なく、十分な強度
を得ることができない。一方、溶体化処理温度が570℃
を超えると、局部融解しやすくなるので、健全な製品を
得ることが困難になる。従って、溶体化処理を施す場合
は、その処理温度を490乃至570℃とすることが好まし
い。
【0021】また、時効処理を施すことにより、溶体化
処理後のアルミニウム合金を析出硬化させ、これにより
アルミニウム合金の強度を向上させることができる。但
し、常温時効でも時間の経過と共に強度は高くなるので
製品の使用目的によっては、特に時効処理を施さなくて
もよい。時効処理における温度が150℃未満の場合は、
硬化要素となるMg2Siが析出しにくいので、十分な
強度を得ることが困難である。一方、時効処理における
温度が190℃を超えると、析出したMg2Siは粗大化し
やすく、アルミニウム合金鍛造材の強度が低下してしま
う。従って、時効処理を施す場合は、その処理温度を15
0乃至190℃とすることが好ましい。
【0022】なお、Cr含有量を0.2重量%以下とした
本発明に係るアルミニウム合金の鋳塊を450乃至570℃の
温度に加熱し、250℃以上の温度に加熱した金型で鍛造
加工することにより、より一層強度が高いアルミニウム
合金鍛造材を得ることができる。
【0023】
【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。
【0024】下記、表1に示す組成アルミニウム合金を
通常の方法により溶解し、直径が100mmのビレットを鋳
造した。但し、Feは不可避的不純物である。
【0025】
【表1】
【0026】次に、このビレットに均質化熱処理を施し
た。このときの均質化熱処理条件を制御することによ
り、下記表2に示すように、導電率が異なる実施例及び
比較例のアルミニウム合金鋳塊を得た。
【0027】次に、これらの鋳塊に対し、150℃又は300
℃に加熱した金型を使用して、85%の加工率で熱間鍛造
を行った。次いで、鍛造品に対して530℃の温度で1時
間溶体化処理を施した後、この鍛造品を水冷した。その
後、170℃の温度で8時間時効処理を施した。このよう
にして得た実施例及び比較例の鍛造品の組織を観察し、
粗大結晶粒の発生状況を調べた。また、実験例及び比較
例鍛造品からフェデラル試験片を作成し、T61処理を施
した後に引張強さをσB(Kg/mm2)、耐力σ0.2(Kg/m
m2)及び伸びδ(%)を測定した。これらの結果を併せ
て表2に示す。但し、粗大再結晶の発生状況は、鍛造及
び溶体化処理後のマクロ組織を肉眼観察し、その面積率
を求めて評価した。そして、粗大結晶粒の発生量が面積
率で10%以下の場合を◎、11〜30%の場合を○、31〜70
%の場合を△、71%以上の場合を×で示した。
【0028】
【表2】
【0029】この表2から明かなように、導電率が33%
の鋳塊を熱間鍛造した実施例1,2,3はいずれも粗大
結晶粒の発生が少なく、高い強度を得ることができた。
【0030】特に鍛造温度及び金型温度を夫々490℃及
び300℃とした実施例1は、粗大結晶粒の発生が極めて
少なく、最も高い強度を得ることができた。一方、本発
明の特許請求の範囲から外れると比較例1,2,3はい
ずれも粗大結晶粒の発生を十分に抑制することができ
ず、所望の強度を得ることができなかった。
【0031】次に、溶体化処理温度及び時効処理温度の
影響を調べた実施例及び比較例について説明する。下記
表3は溶体化処理温度及び時効処理温度を種々変えた場
合の機械的性質(引張強さσB、耐力σ0.2、及び伸び
δ)を示す。
【0032】
【表3】
【0033】この表3に示すように、溶体化処理温度が
475℃と低い比較例4の場合及び時効処理温度が145℃と
低い比較例5の場合には、実施例4に比べて強度が低
い。また、時効処理温度が195℃と高い比較例6の場合
は、強度の低下が認められた。更に、溶体化処理温度が
585℃と高い場合には、局部融解が発生した。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る鍛造
用アルミニウム合金は、所定量のMg,Si,Cu及び
Crを含有し導電率を36%以下に規制したから、熱間鍛
造加工時における結晶粒の粗大化を抑制でき、高強度の
アルミニウム合金鍛造材を得ることができる。
【0035】また、本発明方法においては、所定量のM
g,Si,Cu及びCrを含有して導電率を36%以下に
規制したアルミニウム合金に対して所定の条件で熱間鍛
造するから、高強度のアルミニウム合金鍛造材を得るこ
とができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.5乃至0.8重量%のMg、0.8乃至1.2重
    量%のSi、0.4重量%以下のCu、0.15乃至0.40重量
    %のMn、0.1乃至0.20重量%のCr及び0.1乃至0.2重
    量%のZrを含有し、残部がAl及び不可避的不純物か
    らなり、熱間鍛造前の導電率が36%(IACS)以下である
    ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 0.5乃至0.8重量%のMg、0.8乃至1.2重
    量%のSi、0.4重量%以下のCu、0.15乃至0.40重量
    %のMn、0.1乃至0.20重量%のCr及び0.1乃至0.2重
    量%のZrを含有し、残部がAl及び不可避的不純物か
    らなり、導電率が36%(IACS)以下のアルミニウム合金
    鋳塊を450乃至570℃の温度で熱間鍛造する工程を有する
    ことを特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記熱間鍛造後のアルミニウム合金材に
    対し、490乃至570℃の温度で溶体化処理を施す工程と、
    150乃至190℃の温度で時効処理を施す工程とを有するこ
    とを特徴とする請求項2に記載のアルミニウム合金鍛造
    材の製造方法。
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