JPH08144031A

JPH08144031A - 強度と成形性に優れたＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金中空形材の製造方法

Info

Publication number: JPH08144031A
Application number: JP31754394A
Authority: JP
Inventors: Akira Ichinose; 晃市之瀬
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】強度、成形性、耐ＳＣＣ性、耐食性が要求され
る複雑形状の薄肉中空部材に適した、強度、成形性に優
れたＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系中空形材。【構成】ｗｔ％で、Ｚｎ：４．０〜６．５，Ｍｇ：０．
４〜１．８，Ｃｕ：０．１〜０．５，Ｚｒ：０．１〜
０．５を含み、さらにＭｎ：０．０５〜０．２０，Ｃ
ｒ：０．０５〜０．２０の１種以上を含み、Ｆｅ＋Ｓｉ
≦０．６で、Ｆｅ／Ｓｉ≧１．５で、残部がＡｌと不可
避的不純物とからなり、不可避的不純物が各々０．０５
以下で、その合計が０．１５以下のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系
合金鋳塊を４２０〜５２０℃で２〜２４時間均質化熱処
理し、その後４３０〜５２０℃で押出し、押出し時に微
霧を噴霧して１０〜５０℃／ｓで常温まで冷却し、その
後、人工時効処理として一段目を９０〜１１０℃で２〜
１２時間、二段目を１２０〜１７０℃で５〜２４時間の
条件で熱処理する、強度と成形性に優れたＡｌ−Ｚｎ−
Ｍｇ系合金中空形材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度と成形性に優れた
Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金中空形材およびその製造方法に
関するものであり、例えば、自動車のバンパーリインホ
ースメント、サイドドアビーム、またはスペースフレー
ム等に適した、複雑断面形状の押出が可能で、強度、成
形性、耐応力腐食割れ性、耐食性を要求される中空形材
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境に対する配慮および省エ
ネルギーの観点から、自動車の各種部材に対する軽量化
の要求が高まっている。その代表的な例が板材であるボ
デーシート材で一部アルミ化が実現されている。一方、
バンパーリインホースメントやドアビーム等の形材はア
ルミ化して軽量化すると、ブレ慣性モーメントを低減さ
せることができ、操縦安定性が向上する。また、素材自
体が軽量であるため、車種に応じた形状設計が可能とな
るという利点からも、アルミ化が強く要望されている。

【０００３】ところで、バンパーリインホースメントや
ドアビーム等の自動車部材には、強度曲げ加工等の成形
性、耐応力腐食割れ性（以下、耐ＳＣＣ性という）、耐
食性が優れていることが要求される。さらに上記自動車
部材の製造方法において、優れた押出性（生産性）で複
雑な断面形状の中空形材であり、さらに軽量化を図るた
めに薄肉とする製造方法が要求されている。したがっ
て、これらの部材に用いる材料に対しては大型の形材は
もちろん、押出比の大きい小型薄肉の中空形材の押出加
工が可能であることが要求されている。

【０００４】従来合金では、押出比の大きい小型薄肉の
中空形材にはＪＩＳ６０００系合金が用いられていた
が、バンパーリインホースメントやドアビーム等の自動
車部材としては強度が不足していた。また、強度や耐食
性が要求される押出形材にはＪＩＳ７Ｎ０１合金やＪＩ
Ｓ７００３合金が用いられていたが、ＪＩＳ７Ｎ０１合
金では成形性、耐ＳＣＣ性が劣り、ＪＩＳ７００３合金
では強度が十分とはいえないという問題があるととも
に、６０００系および７０００系も熱処理型合金である
ために溶体化処理時の焼入歪による断面変形等の問題
や、フラット面の曲げ等の製造方法が確立していないの
で２次加工の曲げ等で不具合を生じて工業製品として成
立しない等の問題が生じていた。

【０００５】上記問題を解決するために、特開平５−１
７１３２８号公報には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を、押
出の直後で材料温度が５００℃以上の状態で水焼入れを
し、その後人工時効を行い、押出後発生する再結晶組織
を少なくとも表層部から１００μｍ以下の範囲に制限
し、押出材肉厚の内部の組織を主として繊維状組織とす
ることによって、割れ発生のないアルミニウム合金材料
を得ることができるという、曲げ加工性に優れたアルミ
ニウム合金薄肉中空形材およびその製造方法が提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載の発明によると、アルミニウム合金材料を押出し
た後に発生する再結晶組織を少なくとも表層部から１０
０μｍ以下の範囲に制限するとあり、その方法としてプ
レス水焼入れを採用しているため、依然として押出後発
生する再結晶組織層を完全になくすことはできなかっ
た。

【０００７】

【問題を解決するための手段】本発明は、このような状
況に対して鋭意研究を行った結果で、その目的とすると
ころは、強度、成形性、耐ＳＣＣ性、耐食性が要求され
る複雑形状の薄肉中空部材に適した、強度、成形性に優
れたＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系中空形材の製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】即ち、本願発明は、Ｚｎ：４．０〜６．５
ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜１．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜
０．５ｗｔ％、Ｚｒ：０．１〜０．５ｗｔ％を含み、さ
らにＭｎ：０．０５〜０．２０ｗｔ％、Ｃｒ：０．０５
〜０．２０ｗｔ％のうち１種または２種を含み、Ｆｅと
ＳｉをＦｅ＋Ｓｉが０．６ｗｔ％以下でかつＦｅ／Ｓｉ
が１．５以上を満足する量を含み、残部がＡｌと不可避
的不純物とからなり、不可避的不純物が各々０．０５ｗ
ｔ％以下で、その合計が０．１５ｗｔ％以下からなるＡ
ｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金鋳塊を４２０〜５２０℃で２〜２
４時間の条件で均質化熱処理し、その後４３０〜５２０
℃で押出を行い、押出時に微霧を噴霧して冷却速度１０
〜５０℃／ｓで常温まで冷却し、その後、人工時効処理
として一段目を９０〜１１０℃で２〜１２時間、二段目
を１２０〜１７０℃で５〜２４時間の条件で熱処理を行
うことを特徴とする強度と成形性に優れたＡｌ−Ｚｎ−
Ｍｇ系合金中空形材の製造方法である。

【０００９】

【作用】本発明におけるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金の添加元
素の添加理由および添加量の限定理由について説明す
る。

【００１０】Ｚｎは機械的性質を向上する効果がある
が、Ｚｎ添加量が４．０ｗｔ％未満ではその効果が発揮
されず、６．５ｗｔ％を越えて添加すると耐ＳＣＣ性、
成形性および押出性が劣化し、生産性が低下する。した
がって、Ｚｎの添加量は４．０〜６．５ｗｔ％とする。

【００１１】Ｍｇも機械的性質を向上する元素である
が、Ｍｇ添加量が０．４ｗｔ％未満ではその効果が少な
く、１．８ｗｔ％を越えて添加すると耐ＳＣＣ性、成形
性および押出性が劣化し、生産性が低下する。したがっ
て、Ｚｎの添加量は０．４〜１．８ｗｔ％とする。

【００１２】Ｃｕは機械的性質を向上するとともに、耐
ＳＣＣ性を向上する効果があるが、Ｃｕ添加量が０．１
ｗｔ％未満ではその効果が発揮されず、０．５ｗｔ％を
越えて添加すると耐食性が劣化する。したがって、Ｃｕ
添加量は０．１〜０．５ｗｔ％とする。

【００１３】Ｚｒは合金中の再結晶粒の粗大化を抑制
し、結晶粒を繊維状組織として組織の安定化を図るとと
もに、曲げ等の成形性を向上する効果がある。しかし、
Ｚｒ添加量が０．１ｗｔ％未満ではその効果が少なく、
０．５ｗｔ％越えて添加すると粗大なＡｌ−Ｚｒ系金属
間化合物が生成して靱性等を劣化する。したがって、Ｚ
ｒ添加量は０．１〜０．５ｗｔ％とする。

【００１４】ＭｎおよびＣｒはその共存状態でアルミニ
ウム合金素地中に微細に分散した繊維状組織の再結晶化
を防止して組織を安定化し、曲げ加工等の成形加工後の
押出材の表面にオレンジピール状の肌荒れが発生するこ
とを防ぐ効果がある。しかし、その添加量がそれぞれ
０．０５ｗｔ％未満ではその効果が少なく、また、それ
ぞれ０．２０ｗｔ％越えて添加するすると、粗大な金属
間化合物を生成したり、焼入れ感受性が増大したりする
ほかに、強度および押出加工性にも悪影響を及ぼす。し
たがって、ＭｎおよびＣｒの添加量はそれぞれ０．０５
〜０．２０ｗｔ％とする。

【００１５】ＦｅおよびＳｉは靱性や機械的性質を向上
する効果があるが、Ｆｅ添加量とＳｉ添加量の合計が
０．６ｗｔ％を越えて含有すると粗大な金属間化合物が
生成するため、Ｆｅ＋Ｓｉの含有量を０．６ｗｔ％以下
とした。また、Ｆｅ／Ｓｉが１．５未満であると、鋳造
後の鋳塊割れや結晶粒の粗大化を防止できないため、Ｆ
ｅ／Ｓｉは１．５以上とする。

【００１６】また、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｂ等の不純物について
は、それぞれが０．０５ｗｔ％以下で、かつ合計で０．
１５ｗｔ％以下であれば、本発明の効果に悪影響をおよ
ぼさないので含有していても差支えない。

【００１７】ところでＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の形材
は、一般に均質化熱処理した鋳塊を熱間押出加工してプ
レス焼入れまたは別途溶体化処理し、その後に人工時効
処理する方法で製造される。本発明は前記の合金を用い
て、この製造の各段階での温度条件や処理時間条件を限
定することにより目的を達成するものである。以下、そ
の製造条件およびその限定理由について説明する。

【００１８】均質化熱処理はＺｒ、Ｍｎ、Ｃｒ等の化合
物を微細均一に分散させるために比較的高温で行う。た
だし５２０℃を越えたり、２４時間を越えて処理すると
析出物が粗大化して押出性、焼入れ感受性等の特性が劣
化する。また、４２０℃未満や、２時間未満の処理では
均質化が不十分である。したがって均質化熱処理は４２
０〜５２０℃×２〜２４時間の条件でおこなうことが望
ましい。

【００１９】押出温度については、押出加工が難しい押
出比の大きな薄肉の中空形材も押出加工できるように４
３０℃以上の高温でおこなう。従来の合金をこのような
高温で押出加工すると、再結晶が進行して粗大な再結晶
粒が生成するため、耐ＳＣＣ性が著しく低下し、また、
粗大な金属間化合物が生成するため、押出加工性、成形
性、耐食性等が悪化する。しかしながら本発明に係わる
組成の合金においては、Ｚｒ添加で再結晶粒のない繊維
状組織とすること、ＭｎとＣｒを微細に分散させること
により再結晶の進行を抑制し、また、Ｆｅ、Ｓｉの含有
量を限定したことにより粗大金属間化合物の生成を抑
え、さらにＣｕ添加で耐ＳＣＣ性を大幅に向上させたこ
とにより、高温での押出加工を可能としている。しか
し、５２０℃を越える温度で押出加工をおこなうと、再
結晶や粗大金属間化合物の生成が進行し各特性が劣化す
る。したがって、本発明において押出加工の温度は４３
０〜５２０℃の温度範囲とする。

【００２０】高温で押出加工する上で、プレス焼入れは
生産性を向上するためには大きく貢献する冷却方法であ
る。一般に焼入れ感受性が鈍感な７０００系合金も、強
度および断面形状の適正性は冷却速度に依存する。しか
し、ファン空冷では冷却速度が遅いので、熱的歪みによ
る断面形状変化は小さいが、人工時効処理後の強度が不
十分である上、形材表面に再結晶組織層が形成されてし
まう。また、水冷は冷却速度が速いので、再結晶組織層
が形成されず、人工時効処理後の強度は十分となるが、
急冷による熱的歪み変化が大きくなるため、断面形状変
化が大きくなるという問題が生じる。したがって、強度
アップと断面形状の適正化とが相反する特性を改善する
ために、ミストスプレーによる１００μｍ以下の微霧
（成分：水）を吹きつけ、冷却速度を１０〜５０℃／ｓ
とし、これによりプレス焼入れが十分におこなえ、その
後の人工時効処理により強度を大幅に上昇させることが
できる。なお、ミストスプレーの微霧の粒径は１００μ
ｍ以下が好ましい。これは粒径が１００μｍを越える
と、均一に冷却されないために特性にムラが生じてしま
うからであり、また、冷却速度が５０℃／ｓを越えてし
まうからである。なお、ミストスプレーの微霧の粒径を
調整する方法は、水量、水圧および市販のノズル（粒径
に合わせて種々タイプがある）を種々変化させることに
より行う。

【００２１】人工時効処理は二段階でおこない、一段目
でＭｇＺｎ₂の微細析出物を均一に分散させ、二段目の
高温時効で粗大なＧＰゾーンあるいは中間層へと成長さ
せる。一段目の人工時効は析出物の粗大化を防ぎつつ、
微細な析出物を十分に均一に分散析出させるために、９
０〜１１０℃で２〜２４時間の条件でおこなう。二段目
の時効処理は一段目より高温でおこなうが、１７０℃を
越える温度でおこなうとＭｇＺｎ₂が粗大に析出し、成
形性、耐食性を劣化する。また、１２０℃未満の温度で
おこなうと、ＧＰゾーンあるいは中間層への成長が不十
分となり、強度が不足する。したがって、二段目の時効
処理は１２０〜１７０℃で５〜２４時間の条件でおこな
うことが望ましい。

【００２２】以上説明したような本発明の合金組成およ
び製造方法によるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ径中空形材は、水焼
入れレベルの強度とファン空冷レベルの断面形状特性を
兼ね備えるともに、金属組織はすべて押出方向に沿った
繊維状組織となっている。なお、特に過酷な条件での曲
げ等の成形加工を必要とする場合等は、人工時効処理
を、プレス焼入れ、成形加工、人工時効処理の順におこ
なってもよい。この場合の人工時効処理条件も上記処理
条件でよい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２４】表１に示す各組成材料をＤＣ鋳造によりφ
２１９ｍｍの押出用鋳塊に鋳造し、均質化熱処理をそれ
ぞれ表２に示す各条件でおこなった。得られた鋳塊を表
２に示す押出温度までそれぞれを再加熱し、断面が日の
字となる形状（側面部肉厚２．０ｍｍ、中柱部肉厚１．
８ｍｍ）のモデル型に押出加工し、形材をミスト冷却、
ファン空冷、水冷の各方法でプレス焼入れし、冷却速度
を種々変化させた。さらに表２に示す各条件で二段階の
人工時効処理を施した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】上記の工程で得られた形材について、機械
的性質、押出性、押出後の製品形状、曲げ加工性、耐食
性および金属組織を調査した。機械的性質は、ＪＩＳ５
号引張試験片を押出方向（長手方向）から採取して引張
試験をおこない、引張強さ、耐力、伸びにより評価し
た。押出性は、限界ラム速度（ｉｐｍ）から押出速度を
換算するとともに、最大押出圧力を測定して評価した。
押出後の製品形状は、断面形状と長手方向の曲がり、波
についてＪＩＳ特殊級で評価し、規格内良好は○、規格
外は×で表した。曲げ加工性は、得られた形材をドロー
ベンダーにより曲げ半径３００ｍｍに曲げ加工し、その
変形能、加工の可否について総合的に評価し、曲げ良好
は○、しわ、変形が生じたものは△、曲げ不能は×で表
した。耐食性は、塩水噴霧試験で５００時間経過後の腐
食減量で評価し、ＪＩＳ７Ｎ０１と比べて相対評価し、
良好は○、同等は△、不良は×で表した。金属組織は、
再結晶組織が現れておらず全面繊維状組織となっている
ものを○、表層部に再結晶組織が現れているものを△、
粗大再結晶組織が現れているものを×で表した。

【００２８】これらの各特性の試験結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３から明らかなように本発明合金１〜４
は製造方法が異なる比較例５〜８と比べて断面形状や曲
げ加工性が大きく優れている。また、比較例９〜１２の
ように特許請求の範囲からはずれる合金は断面形状は優
れるが、曲げ加工性や耐食性がかなり劣る。したがっ
て、本発明による製造方法は、機械的性質、押出性、断
面形状および金属組織と曲げ加工性に優れた中空形材が
得られることが明らかである。

【００３１】また、本発明例の合金No１と比較例の合金
No５による形材表層部の組織を図１〜２に示す。図１か
ら明らかなように、本発明例には再結晶組織が発生せず
に、金属組織が全て押出方向に沿った繊維状組織となっ
ているのに対して、図２に示した比較例には明らかに表
層部に再結晶組織が発生していることが分かる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
バンパーリインホースメント、ドアビームまたはスペー
スフレームといった自動車用中空部材に要求される各種
の特性にバランスよく優れるとともに、形状的に安定し
た製造が可能となり、また、薄肉の中空形材の押出も可
能となり、生産性が高まり工業上有用な効果をもたらす
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例により得られた中空形材の金
属組織を示す写真である。

【図２】本発明の特許請求の範囲外の製造方法により得
られた中空形材の金属組織を示す写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ：４．０〜６．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．
４〜１．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜０．５ｗｔ％、Ｚ
ｒ：０．１〜０．５ｗｔ％を含み、さらにＭｎ：０．０
５〜０．２０ｗｔ％、Ｃｒ：０．０５〜０．２０ｗｔ％
のうち１種または２種を含み、ＦｅとＳｉをＦｅ＋Ｓｉ
が０．６ｗｔ％以下でかつＦｅ／Ｓｉが１．５以上を満
足する量を含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからな
り、不可避的不純物が各々０．０５ｗｔ％以下で、その
合計が０．１５ｗｔ％以下からなるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系
合金鋳塊を４２０〜５２０℃で２〜２４時間の条件で均
質化熱処理し、その後４３０〜５２０℃で押出を行い、
押出時に微霧を噴霧して冷却速度１０〜５０℃／ｓで常
温まで冷却し、その後、人工時効処理として一段目を９
０〜１１０℃で２〜１２時間、二段目を１２０〜１７０
℃で５〜２４時間の条件で熱処理を行うことを特徴とす
る強度と成形性に優れたＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金中空形
材の製造方法。