JPH10245650A

JPH10245650A - 溶接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金

Info

Publication number: JPH10245650A
Application number: JP6540097A
Authority: JP
Inventors: Takashi Oka; 貴志岡; Masakazu Hirano; 正和平野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】継手強度が高く、溶接割れの起こりにくい溶
接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を得る。【解決手段】Ｍｇ０．４〜０．８重量％、Ｓｉ０．４
〜１．０重量％、Ｃｕ０．１５〜０．５重量％、Ｔｉ
０．００５〜０．２重量％を含有し、残部Ａｌ及び不可
避不純物からなり、さらにＭｇ含有重量％をＸ、Ｓｉ含
有重量％をＹとしたときＹ≧（１／１．７３）Ｘ＋０．
１５の関係を満たすＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。必要に応
じてＭｎ０．０５〜０．６重量％、Ｃｒ０．０５〜０．
３重量％、Ｚｒ０．０５〜０．３重量％のうち１種以上
を合計で０．９重量％以下含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接を施される部
品に使用される溶接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金は鉄に比べ比重が約１
／３と軽量であるため、鉄からアルミニウム合金に材料
を置換し、軽量化を計る例が数多くある。自動車のフレ
ームをはじめ、近年では、ドーム等の大型建築構造体に
もアルミニウム合金が採用され、その軽さと、断面形状
の自由度の高さから需要が伸びてきている。又、このよ
うな構造材として使用される場合、部材同士の接合法と
して、溶接は避けて通れないものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金は鉄に比べ溶接が困難であり、熟練の技能が
要求されていた。このため、溶接性に優れるアルミニウ
ム合金の開発が強く望まれている。本発明はかかる問題
点に鑑みてなされたものであり、継手強度が高く、溶接
割れの起こりにくい溶接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を提
供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶接用Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を開発すべく、種々の研究を行
い、その結果、Ｍｇ／Ｓｉ比が溶接性に大きく影響する
こと、そしてＭｇ₂Ｓｉの化学量論比よりＳｉリッチ側
の特定の組成領域で溶接性が大きく向上することを見い
だした。また、Ｃｕの添加はＭｇ₂Ｓｉの分布を均一微
細にして強度を向上させる効果があるが、反面過剰の添
加は溶接性を阻害することを見いだし、本発明の溶接用
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を完成した。

【０００５】すなわち、本発明に係る溶接用Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金は、Ｍｇ０．４〜０．８重量％、Ｓｉ０．
４〜１．０重量％、Ｃｕ０．１５〜０．５重量％、Ｔｉ
０．００５〜０．２重量％を含有し、残部Ａｌ及び不可
避不純物であり、さらにＭｇ含有重量％をＸ、Ｓｉ含有
重量％をＹとしたときＹ≧（１／１．７３）Ｘ＋０．１
５の関係を満たすことを特徴とする。また、この溶接用
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、強度、延性及び溶接性の向
上のため必要に応じてＭｎ０．０５〜０．６重量％、Ｃ
ｒ０．０５〜０．３重量％、Ｚｒ０．０５〜０．３重量
％のうち１種以上を合計で０．９％以下含有することが
できる。なお、本発明において、不可避不純物としては
Ｆｅ０．３５重量％以下、その他の不純物は単体で０．
０５重量％以下でかつ総量で０．１５重量％以下に規制
する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る溶接用Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金の成分添加理由及び組成限定理由につ
いて説明する。

【０００７】Ｍｇ、Ｓｉ先に述べたように、Ｍｇ₂Ｓｉの化学量論比に対してＳ
ｉを相当量過剰に添加したとき溶接性が向上する。その
Ｍｇ、Ｓｉの割合は、Ｍｇ含有重量％をＸ、Ｓｉ含有重
量％をＹとしたときＹ≧（１／１．７３）Ｘ＋０．１５
を満たす範囲である。これよりＭｇリッチ側、すなわち
Ｙ＜（１／１．７３）Ｘ＋０．１５では、Ｓｉによる溶
接性の向上効果が不十分となる。

【０００８】一方、ＭｇはＳｉと結合しＭｇ₂Ｓｉを形
成することにより合金強度を向上させる。この効果を発
揮するには、Ｍｇの添加量は０．４重量％以上が必要で
ある。しかし、Ｍｇの含有量が０．８重量％を越えると
上記の範囲を満たしていても溶接性を低下させる。従っ
て、Ｍｇの含有量は０．４重量％以上、０．８重量％以
下とする。また、Ｓｉは、上述したようにＭｇ₂Ｓｉを
形成して合金強度を向上させる効果がある。しかし、Ｓ
ｉの添加量が０．４重量％未満では材料の強度を向上さ
せることができず、１．０重量％を超えると材料の延性
を阻害するとともに溶接性を低下させる。従って、Ｓｉ
の含有量は０．４重量％以上、１．０重量％以下とす
る。

【０００９】なお、上記範囲内では、Ｍｇが少ない領域
の方が優れた溶接性が得られ、また、熱間加工性もよく
なり、複雑な形状の加工が可能で、例えば自動車用部材
としての適用範囲が増す。従って、Ｍｇ含有量は好まし
くは０．６５重量％以下であり、この範囲内で際だって
優れた溶接性を示す。より好ましくはＭｇ含有量は０．
６重量％以下であり、同時にＳｉを０．５〜０．７重量
％の範囲とすることにより、優れた強度と伸び、及び溶
接性を示す押出材、圧延材等を得ることができる。図１
に本発明のＭｇ及びＳｉの組成範囲を図示する。なお、
Ｙ＝（１／１．７３）ＸのラインはＭｇ₂Ｓｉの化学量
論比のラインである。

【００１０】ＣｕＣｕは析出硬化により合金強度を向上させるとともに材
料の延性を向上させる。また、Ｃｕを添加することによ
り、Ｍｇ、Ｓｉによって生成される析出物Ｍｇ₂Ｓｉを
均一微細に分布させる効果がある。しかし、Ｃｕの添加
量が０．１５重量％未満では前記効果を発揮することが
できない。一方、０．５重量％を超えると焼入れ性を低
下させ、かつ溶接性を悪化させる。従って、Ｃｕの含有
量は０．１５重量％以上、０．５重量％以下とする。

【００１１】Ｍｎ、Ｃｒ、ＺｒＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒはビレットの均質化処理時において微
細な金属間化合物として析出し、結晶粒を微細化させる
ことにより、強度、延性及び溶接性を向上させる。しか
し、これらの元素は添加量が増えるとともに焼入れ感受
性を鋭くし、焼入れ性を低下させる。Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ
の添加量がそれぞれ０．０５重量％未満では前記効果を
発揮し得ない。一方、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒの添加量がそれ
ぞれ０．６重量％、０．３重量％、０．３重量％を超え
るか、これらの合計が０．９重量％を超えると、粗大な
金属間化合物が晶出してしまうとともに焼入れ感受性を
鋭くし、所定の合金強度の向上が計れない。従って、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｚｒを添加する場合は、Ｍｎ０．０５〜０．
６重量％、Ｃｒ０．０５〜０．３重量％、Ｚｒ０．０５
〜０．３重量％のうち１種以上を０．９重量％以下とす
る。

【００１２】ＴｉＴｉは鋳造時における結晶粒を微細化することにより、
合金強度を向上させるとともに溶接性を向上させる。こ
の効果を発揮させるにはＴｉ添加量は０．００５重量％
以上とすることが必要である。一方、Ｔｉ添加量が０．
２重量％を超えると前記効果が飽和してしまい、また粗
大な金属間化合物が晶出し所定の合金強度が得られな
い。従って、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．２重量％
とする。

【００１３】不可避不純物ＦｅＦｅはアルミニウム地金に最も多く存在する不純物であ
り、０．３５重量％を超えて合金中に存在すると鋳造時
に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の機械的性質を損
なう。従って、Ｆｅの含有量は０．３５重量％以下に規
制する。その他アルミニウム合金を鋳造する際には地金、添加元素の中
間合金等様々な経路より不純物が混入する。また、混入
する元素も様々であるが、Ｆｅ以外の不純物は単体で
０．０５重量％以下、総量で０．１５％以下であれば合
金の特性にほとんど影響を及ぼさない。従って、これら
の不純物は単体で０．０５重量％以下、かつ総量で０．
１５％以下とする。

【００１４】なお、母材の結晶粒径が小さいほど溶接性
に優れているため、本発明合金の平均結晶粒径は好まし
くは５０μｍ以下とする。本発明に係るＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系合金は、押出材、圧延材、鋳造材、鍛造材等、いず
れの形態であっても優れた溶接性を示す。その製造方法
は、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金とほぼ同様でよく、例
えば押出材の場合、５００〜６００℃×２〜１０ｈｒの
均質化処理を施し、次いで４４０〜５６０℃に再加熱し
た鋳塊を押出加工し、押出直後にファン空冷によるプレ
ス焼入れを施し、その後１８０〜１９０℃×３ｈｒ〜８
ｈｒの時効処理という製造プロセスが例示できる。

【００１５】本発明に係るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を用
いた溶接構造体は、継手効率が高く全体の剛性が増し、
また、ミクロクラックが発生しにくく溶接条件の管理幅
を広くとることができ、工程管理を容易にすることがで
きる。従って、例えば、溶接を用いて接合する自動車用
のフレーム、具体的には例えばスペースフレーム等の構
成材として好適に利用できる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について、比較例（ＪＩ
Ｓ６０６１、ＪＩＳ６０６３）と比較して説明する。表
１に示す組成の１６０ｍｍφ×１５０ｍｍｈのアルミニ
ウム合金ビレットに５８０℃×２ｈｒの均質化処理を行
った。そのビレットを再加熱し、ビレット温度５００
℃、押出速度５ｍ／ｍｉｎで押し出した。このとき、プ
レス焼入れをＪＩＳ６０６１のみ水冷を用いその他につ
いてはファン空冷にて行った。押出材の断面形状は１１
０ｍｍｗ×４ｍｍｔの平板形状にて押し出した。

【００１７】

【表１】

【００１８】その後、押出材には１９０℃×３ｈｒの時
効処理を施し（Ｔ５材）、続いて押出材を切断し同種の
押出材同士を押出方向に垂直な方向を溶接方向として溶
接した。溶接条件は溶接金属にＪＩＳ５３５６の１．２
φのワイヤーを用い、溶接電流２１０Ａ、溶接電圧３０
Ｖ、シールドガスにはＡｒガスを２７ｌ／ｍｉｎの噴出
量で用い、溶接速度は７００ｍｍ／ｍｉｎ、開先形状に
はＩバットを使用し母材間のギャップは０〜１ｍｍにて
ＭＩＧ溶接を行った。

【００１９】溶接の状況を観察するため溶接部のミクロ
組織を観察した（観察部位を図５に示す）。その結果、
Ｎｏ．６（ＪＩＳ６０６１）、Ｎｏ．７（ＪＩＳ６０６
３）では、溶接金属との境界周辺の母材の結晶粒界に溶
接により発生したミクロ的な割れが観察されたのに対
し、Ｎｏ．１〜５の本発明品ではミクロ割れが無く健全
な状態であった。図２〜４に、それぞれＮｏ．１、６、
７の光学顕微鏡組織写真（同倍率）を示す。

【００２０】また、溶接した押出材から溶接ビードが引
っ張り試験片の平行部の中央に引っ張り方向と垂直にな
るようにＪＩＳ５号引張試験片を採取し、時効処理を施
した母材（Ｔ５材）からもＪＩＳ５号引張試験片を採取
した。それらの引張試験片を用いて引張試験を行った結
果を表２に示す。表２に示すように、ＪＩＳ６０６１、
ＪＩＳ６０６３では継ぎ手効率（溶接材部の引張強さ／
母材の引張強さ）が６０％前後なのに対し、本発明品は
６７〜６９％と継ぎ手効率が向上していることが分か
る。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、所定の組成を有するア
ルミニウム合金を用いることにより、継手強度が高く、
溶接割れの起こりにくい溶接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金
を得ることができる。そして、これを構造部材として用
いることにより、溶接欠陥のない継ぎ手効率の高い溶接
構造体を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭｇ、Ｓｉ範囲を示す図である。

【図２】溶接部近傍の光学顕微鏡組織写真であり、表
１のＮｏ．１に対応する。

【図３】同じく溶接部近傍の光学顕微鏡組織写真であ
り、表１のＮｏ．６に対応する。

【図４】同じく溶接部近傍の光学顕微鏡組織写真であ
り、表１のＮｏ．７に対応する。

【図５】図２〜４に示す光学顕微鏡組織写真の観察部
位を説明する図である。

【符号の説明】

１溶接金属２母材３観察部位

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ０．４〜０．８重量％、Ｓｉ０．４
〜１．０重量％、Ｃｕ０．１５〜０．５重量％、Ｔｉ
０．００５〜０．２重量％を含有し、残部Ａｌ及び不可
避不純物からなり、さらにＭｇ含有重量％をＸ、Ｓｉ含
有重量％をＹとしたときＹ≧（１／１．７３）Ｘ＋０．
１５の関係を満たすことを特徴とする溶接用Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金。
【請求項２】Ｍｎ０．０５〜０．６重量％、Ｃｒ０．
０５〜０．３重量％、Ｚｒ０．０５〜０．３重量％のう
ち１種以上を合計で０．９重量％以下含有することを特
徴とする請求項１に記載された溶接用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載された溶接
用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金を用い溶接接合で組み立てられ
た自動車用フレーム。