JPH0920950A - 強度と押出性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金および該合金押出材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｍｇ:0.5〜1.0wt ％、Ｓｉ:0.7〜1.3wt ％、
Ｃｕ:0.4〜0.8wt ％、Ｃｒ:0.03wt ％以上0.07wt％未
満、Ｔｉ:0.005〜0.1wt ％、Ｂ:0.0001 〜0.08wt％を含
有し、不純物としてのＭｎ:0.05wt ％以下に制限し、Ｃ
ｒとＭｎの合計量を0.12wt％未満とし、残部Ａｌと不可
避的不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であり、押
出材として使用する。等軸晶からなる内部組織を有す
る。 【効果】 優れた強度特性をそなえ、焼入れ性が良好で
プレス焼入れまたは放冷により十分な強度が得られる。
押出性に優れ、高速押出が可能であり、押出材として車
両用などの構造材として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度と押出性に優れ、
とくに押出材として構造用などの用途に適用されるＡｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金および当該Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金
押出材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】強度、耐食性に優れ、押出加工によって
種々の断面形状に成形できる６０００系のアルミニウム
合金は、車両や陸上構造物などの構造材として広く使用
されているが、車両などの軽量化要求に伴って、強度的
要求がますます厳しくなっており、従来使用されてきた
JIS A 6N01合金、JIS A 6061合金などでは対応が難しく
なってきている。

【０００３】これらの合金は、また、高速押出に耐える
押出性や押出加工直後に押出機の出口で冷却する( プレ
ス焼入れ) ことにより溶体化処理を可能とする焼入れ性
などが必ずしも十分ではなく生産性の面でも問題がある
ため、さらに優れた強度特性をそなえ、押出性、焼入れ
性も良好なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の開発が望まれてい
る。

【０００４】上記の要求に答えるため、これまでいくつ
かのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が提案されている。例え
ば、Ｃｕ:0.2〜0.6 ％を含み、選択成分としてＺｒ:0.1
〜0.2％、Ｃｒ:0.1〜0.3 ％、Ｍｎ:0.1〜0.4 ％のうち
の１種以上を添加した合金（特開平3-247738号公報) 、
Ｚｒ:0.05 〜0.25％、Ｍｎ:0.2〜0.6 ％、Ｃｒ:0.05 〜
0.3 ％、Ｃｕ:0.1〜1.0 ％のうちの１種以上を選択成分
として含む合金（特開平5-247575号公報) が提案されて
いるが、これらの合金の押出材では、内部組織が繊維状
の結晶形態になり易く、十分な押出加工速度が得難い。
また、プレス焼入れ性も悪く、焼入速度が遅い場合には
十分な強度が得られない。

【０００５】Ｃｕ:0.6％を越え0.9 ％以下を含有し、選
択成分としてＣｒ:0.05 〜0.2 ％、Ｍｎ:0.05 〜0.2 ％
を添加する合金（特開平5-339667号公報) もあるが、こ
の合金も押出加工した場合、内部組織が繊維状組織とな
り易く、押出性において十分満足すべきものではない。
また、プレス焼入れ性も悪い。Ｃｕ:0.4〜0.6 ％および
Ｔｉ0.001 〜0.05％を必須合金成分として含有し、結晶
粒の長軸と短軸との比を3 以下、平均結晶粒径を100 μ
m 以下として、優れた曲げ加工性を有する合金も開発さ
れている( 特開平6-25783 号公報) が、この合金は焼入
れ性に問題があり、プレス焼入れにより十分な強度を得
ることが難しい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、押出用Ａｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金における上記従来の問題点を解消す
るために、合金成分とその量的組合わせおよび押出条件
と、押出材の内部組織、強度特性、押出性、焼入れ性の
関連性について多角的な実験、検討を重ねた結果として
なされたものであり、その目的は、特定の合金成分の組
合わせによって、内部組織を等軸晶として押出性を向上
させるとともに、焼入れ性を改善してプレス焼入れを行
う場合はもちろんのこと、積極的な焼入処理を行わない
場合にも溶体化処理が行われるようにし、優れた強度特
性と生産性を得ることができる強度と押出性の優れたＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金および当該合金押出材の製造方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による強度と押出性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ合金は、Ｍｇ:0.5〜1.0 ％、Ｓｉ:0.7〜1.3 ％、Ｃ
ｕ:0.4〜0.8 ％、Ｃｒ:0.03 ％以上0.07％未満、Ｔｉ:
0.005〜0.1 ％、Ｂ:0.0001 〜0.08％を含有し、不純物
としてのＭｎを0.05％以下に制限し且つＭｎとＣｒの合
計量を0.12％未満とし、残部Ａｌおよび不可避的不純物
からなり、押出加工した場合の内部組織が等軸晶組織で
あることを構成上の特徴とし、ＳｉとＭｇの含有比、Ｓ
ｉ／Ｍｇが重量比で0.87〜1.73であることを第２の特徴
とする。

【０００８】また、本発明による強度と押出性に優れた
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金押出材の製造方法は、Ｍｇ:0.5
〜1.0 ％、Ｓｉ:0.7〜1.3 ％、Ｃｕ:0.4〜0.8 ％、Ｃ
ｒ:0.03 ％以上0.07％未満、Ｔｉ:0.005〜0.1 ％、Ｂ:
0.0001 〜0.08％を含有し、不純物としてのＭｎを0.05
％以下に制限し且つＭｎとＣｒの合計量を0.12％未満と
し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、Ｓｉ／Ｍ
ｇの比率を重量比で0.87〜1.73としたアルミニウム合金
鋳塊を、530 〜560 ℃の温度で2 時間以上均質化処理し
たのち、500 〜550 ℃の温度で押出加工し、押出直後、
プレス焼入れを行うか、あるいは積極的な冷却処理を行
わず、その後人工時効を行うことを特徴とする。

【０００９】本発明における合金成分の意義および限定
理由について説明すると、Ｍｇは、Ｓｉと共存してＭｇ
₂ Ｓｉ化合物を形成し、合金の強度を向上させるために
重要な機能を有する。好ましい含有範囲は0.5 〜1.0 ％
であり、0.5 ％未満では強度向上の効果が十分でなく、
1.0 ％を越えて含有すると押出性が低下するとともに押
出材の表面粗度が劣化する。さらに好ましいＭｇの含有
範囲は0.5 〜0.9 ％である。

【００１０】Ｓｉは合金の強度を向上させる最も重要な
元素である。ＳｉはＭｇと共存してＭｇ₂ Ｓｉ化合物を
形成して強度を高めるが、過剰なＳｉは合金の強度向上
にとくに効果的な作用をする。Ｓｉの好ましい含有範囲
は0.7 〜1.3 ％であり、0.7％未満では強度向上の効果
が小さく、1.3 ％を越えると、Ｍｇの場合と同様、押出
性が低下するとともに押出材の表面粗度がわるくなる。
さらに好ましいＳｉの含有範囲は0.7 〜1.1 ％である。

【００１１】Ｃｕは合金の強度向上に寄与する重要な成
分であり、好ましい含有範囲は0.4〜0.8 ％である。0.4
％未満では十分な効果が得られず、0.8 ％を越えると
押出性が著しく低下する。さらに好ましいＣｕの含有量
は0.4 〜0.6 ％の範囲である。Ｃｒは合金の靭性を向上
させるために必要な元素である。好ましい含有範囲は0.
03％以上0.07％未満であり、0.03％未満ではその効果が
小さく、0.07％以上含まれると、押出材に繊維状組織が
発達し、押出性が著しく低下する。また、押出材の焼入
感受性を増大させ、焼入性が低下して、プレス焼入れ、
あるいは放冷で十分な強度が得られなくなる。さらに好
ましいＣｒの含有範囲は0.03〜0.06％である。

【００１２】ＴｉおよびＢは、組織の微細化により強度
向上に役立つ成分であり、好ましい含有量は、Ｔｉ:0.0
05〜0.1 ％、Ｂ:0.0001 〜0.08％の範囲である。それぞ
れ下限未満ではその効果が十分でなく、結晶粒の粗大化
が生じ、機械的性質が劣化し易い。それぞれ上限を越え
て含有されると、粗大晶出物が形成されて押出性が低下
し易い。

【００１３】Ｍｎは、押出加工時の再結晶を抑制し、変
形抵抗を増大させる元素である。また、Ｃｒと同様に押
出材の焼入れ性を低下させる。従って、不純物としての
Ｍｎは0.05％以下に制限することが重要である。Ｍｎ含
有量が0.05％を越えて含有されると、押出性が著しく害
されるとともに、焼入れ性も著しく低下する。ＭｎとＣ
ｒの合計量も合金の押出加工性および焼入れ性に影響
し、合計含有量が0.12％以上になると押出性および焼入
れ性が著しく低下する。従って、ＭｎとＣｒの合計含有
量は0.12％未満に限定することが重要である。

【００１４】ＳｉとＭｇの含有量比は、とくに合金の強
度と焼入れ性に影響を及ぼす。ＳｉはＭｇと結合してＭ
ｇ₂ Ｓｉ化合物を生成して合金の強度を高めるが、過剰
Ｓｉは単体で合金マトリックス中に析出し、合金の押出
性、焼入れ性に影響を与えることなく、Ｍｇ₂ Ｓｉ化合
物よりさらに大きい強度向上効果を有する。強度、押出
性および焼入れ性のバランスの観点から、ＳｉとＭｇの
含有比、Ｓｉ／Ｍｇは、重量比で0.87〜1.73の範囲にす
るのが好ましい。

【００１５】つぎに、本発明の押出材の製造方法につい
て説明すると、上記の組成を有し、Ｓｉ／Ｍｇの含有比
を重量比で0.87〜1.73としたアルミニウム合金鋳塊を、
通常の溶解、鋳造法により製造し、鋳塊を530 〜560 ℃
の温度で2 時間以上均質化処理する。均質化処理温度が
530 ℃未満または2 時間未満の場合には、均質化が十分
に行われず、押出加工の際に合金元素の溶入化が不十分
となり強度が低下し易い。また、粗大な晶出物の分解も
行われ難く靭性が低下する。均質化処理を560℃を越え
る温度で行うと鋳塊の部分溶解のおそれがある。

【００１６】均質化処理後、鋳塊を500 〜550 ℃の温度
に加熱して熱間押出加工し、押出直後、望ましくはプレ
ス焼入れを行う。押出温度が500 ℃未満では押出中にお
いて合金成分の固溶が不十分となり所定の強度が得られ
ない。押出温度が550 ℃を越えると結晶粒が粗大化して
強度を低下させるとともに、部分溶解のおそれも生じ
る。押出材については、望ましくは急速冷却（例えば水
冷）を行うが、積極的な冷却を行わずに放冷した場合に
も、強度低下は小さく、従来合金と同等の強度が得られ
る。冷却後、例えば、170 〜180 ℃の温度で人工時効処
理を行う。

【００１７】

【作用】本発明においては、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の
必須成分として特定量のＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂを含有さ
せ、とくにＣｒ量を特定し、不純物としてのＭｎ量を制
限し、ＣｒとＭｎの合計量を規制することによって、押
出時の繊維状組織の形成を回避し、等軸晶組織として押
出性を改善するとともに、焼入れ性を向上させ、プレス
焼入れ、または放冷により十分な強度特性を与えること
ができる。本発明の好ましい態様によれば、結晶粒の長
軸と短軸との比が2 以下の等軸晶組織を得ることがで
き、押出速度12m/分での押出加工も可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１ 表１に示す組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金
を溶解し、半連続鋳造法により直径330mm の押出用ビレ
ットを製造した。このビレットを550 ℃の温度で5 時間
均質化処理したのち、ビレット温度540 ℃、10m/分の押
出速度で、ポートホール押出法により、外形寸法150mm
×75mm、肉厚2mm の目の字断面形状の形材に押出形成し
た。

【００１９】押出材が押出機から押し出された直後、常
温の上水を噴射してプレス焼入れした。このときの押出
材の温度は510 〜540 ℃であった。その後、各押出材に
ついて、175 ℃で8 時間の人工時効処理を行った。得ら
れた材料を試験材として、引張強さを測定し、押出割れ
の有無、内部組織を観察した。結果を表２に示す。表２
にみられるように、本発明に従う試験材は、いずれも内
部組織が等軸晶組織で、押出割れが認められず、345MPa
を越える優れた引張強さを示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】比較例１ 表３に示す組成を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウ
ム合金を、実施例１と同様に、溶解、鋳造して、実施例
１と同一寸法の押出用ビレットとし、これらのビレット
について、実施例１と同一の条件で均質化処理、押出加
工、プレス焼入れ、人工時効処理を行った。プレス焼入
れ時における押出材の温度は510 〜540℃であった。得
られた材料を試験材として、実施例１と同様に、引張強
さを測定し、押出材の割れの有無、内部組織を観察し
た。結果を表４に示す。なお、表３において、本発明の
条件を外れたものには下線を付した。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】表４に示されるように、試験材No.7は、Ｓ
ｉ量が少ないため強度が十分でなく、試験材No.8は、Ｓ
ｉ含有量が多過ぎるため押出材に割れが生じた。試験材
No.9は、Ｍｇ量が少ないため強度が劣り、試験材No.10
はＭｇ量が多過ぎるため、押出材に割れが発生した。試
験材No.11 はＣｕ量が少ないため強度が低く、試験材N
o.12 がＣｕ含有量が多過ぎるため、押出性がわるく割
れが生じた。

【００２６】試験材No.13 はＣｒの含有量が多いため、
繊維状組織となり割れが発生し、試験材No.14 はＴｉ量
が過剰なため粗大な晶出物が生じ、引張試験において伸
び不良となり、押出加工時に割れが発生した。試験材N
o.15 はＭｎ量が制限範囲を越えているため、内部組織
が繊維状組織となり、押出性がわるく割れが発生した。
試験材No.16 はＣｒ、Ｂを含有しないため、本発明の合
金元素の組合わせが得られず、焼入れ性が劣り強度が不
十分となった。試験材No.17 は従来のJIS A 6N01合金、
試験材No.18 はJIS A 6061合金であり、いすれも強度が
低い。

【００２７】実施例２、比較例２ 表５に示す組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金
を実施例１と同一の条件で溶解、鋳造したのち、表６に
示す条件で、均質化処理、押出成形、プレス焼入れし、
その後175 ℃で8 時間の人工時効処理を行った。なお、
押出成形材の断面形状および押出速度は実施例１と同一
とした。また表６において、本発明の条件を外れたもの
には下線を付した。得られた試験材について、引張強さ
を測定し、内部組織を観察した。結果を表６に示す。表
６に示されるように、本発明に従う試験材No.19 、No.2
0 は内部組織が等軸晶組織で押出速度12m/分以上の良好
な押出性をそなえ、強度特性も優れている。

【００２８】

【表５】

【００２９】

【表６】

【００３０】表６にみられるように、試験材No.21 、N
o.22 は、均質化処理温度が低くあるいは均質化処理時
間が短いため、均質化が十分に行われず、プレス焼入れ
時に合金成分の溶入が不十分となって強度が劣る。試験
材No.23 は、均質化処理温度が高過ぎるため、ビレット
に局部溶解が生じた。試験材No.24 は、押出温度が低
く、プレス焼入れ時の押出材の温度が500 ℃未満となる
ため、合金成分の溶入が十分でなく強度が劣る。試験材
No.25 は押出温度が高過ぎて、局部溶解が生じた。

【００３１】実施例３ 実施例１において製造された押出用ビレットについて、
実施例１と同一条件で均質化処理を行い、ビレット温度
500 ℃、25m/分の押出速度で6 ×150mm の板状に押出成
形した。押出材が押出機から押し出された後、積極的な
冷却は行わずに放冷を行った。その後、各押出材につい
て、175 ℃で8 時間の人工時効処理を行った。得られた
材料について、引張強さを測定し、押出割れの有無、内
部組織を観察した。結果を表７に示す。表７にみられる
ように、本発明に従う試験材は、いずれも内部組織が等
軸晶組織で、押出割れが認められず、310MPaを越える優
れた引張強さを示した。

【００３２】

【表７】

【００３３】比較例３ 実施例３において製造された押出用ビレットを、実施例
３と同一の条件で均質化処理、押出加工および人工時効
処理を行った。押出後の冷却は、実施例３と同様、放冷
とした。得られた材料を試験材として、実施例３と同様
に、引張強さを測定し、押出材の割れの有無、内部組織
の観察を行った。結果を表８に示す。

【００３４】

【００３５】表８に示されるように、試験材No.32 は、
Ｓｉ量が少ないために強度が十分でなく、試験材No.33
は、Ｓｉ含有量が多すぎるため押出材に割れが生じた。
試験材No.34 は、Ｍｇ量が少ないために強度が劣り、試
験材No.35 は、Ｍｇ量が多すぎるため、押出材に割れが
生じるとともに、焼入れ性が低下し、強度の低下を招い
た。試験材No.36 はＣｉ量が少ないため強度が低く、試
験材No.37 はＣｕ含有量が多過ぎるため、押出性が悪く
割れが生じた。

【００３６】試験材No.38 はＣｒの含有量が多いため、
繊維状組織となり割れが発生するとともに、焼入れ性が
悪く、強度低下を招いた。試験材No.39 はＴｉ量が過剰
なため粗大な晶出物が生じ、引張試験において伸び不良
となり、押出加工時に割れが発生した。試験材No.40 は
Ｍｎ量が多く、内部組織が繊維状組織となり、焼入れ性
が悪く、強度低下を招いた。No.41 はＣｒ、Ｂを含有し
ないため、本発明の合金元素の組み合わせが得られず、
焼入れ性が劣り、強度が不十分となった。試験材No.42
は従来のJIS A 6NO1合金、試験材No.43 はJIS A 6061合
金であり、いずれも強度が低い。

【００３７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、優れた
強度特性をそなえ、焼入れ性が良好で、プレス焼入れに
より十分な強度が得られ、改善された押出性を有し、高
速押出を可能とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が提供され
る。当該アルミニウム合金は、押出材として車両構造な
どに好適に使用することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ:0.5〜1.0 ％（重量％、以下同
   じ）、Ｓｉ:0.7〜1.3 ％、Ｃｕ:0.4〜0.8 ％、Ｃｒ:0.0
   3 ％以上0.07％未満、Ｔｉ:0.005〜0.1 ％、Ｂ:0.0001
   〜0.08％を含有し、不純物としてのＭｎを0.05％以下に
   制限し且つＭｎとＣｒの合計量を0.12％未満とし、残部
   Ａｌおよび不可避的不純物からなり、押出加工した場合
   の内部組織が等軸晶組織であることを特徴とする強度と
   押出性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
2. 【請求項２】 ＳｉとＭｇの含有比、Ｓｉ／Ｍｇが重量
   比で0.87〜1.73であることを特徴とする請求項１記載の
   強度と押出性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
3. 【請求項３】 Ｍｇ:0.5〜1.0 ％、Ｓｉ:0.7〜1.3 ％、
   Ｃｕ:0.4〜0.8 ％、Ｃｒ:0.03 ％以上0.07％未満、Ｔ
   ｉ:0.005〜0.1 ％、Ｂ:0.0001 〜0.08％を含有し、不純
   物としてのＭｎを0.05％以下に制限し且つＭｎとＣｒの
   合計量を0.12％未満とし、残部Ａｌおよび不可避的不純
   物からなり、Ｓｉ／Ｍｇの比率を重量比で0.87〜1.73と
   したアルミニウム合金鋳塊を、530 〜560 ℃の温度で2
   時間以上均質化処理したのち、500 〜550 ℃の温度で押
   出加工し、その後人工時効処理することを特徴とするＡ
   ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金押出材の製造方法。