JPS62214150A - 冷間鍛造用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は焼入後に冷間（常温）にて加工し、しかるのち
に、人工時効して使用する構造部材に用いるアルミニウ
ム合金、特に、冷間鍛造性に優れたアルミニウム合金に
関する。

（従来の技術） 従来鍛造材として構造部材に用いられるアルミニウム合
金としてはＡ１１−Ｃｕ系およびＡｎ−Ｚｎ　−Ｍ　ｇ
系合金が、その高い強度ゆえに、使用される場合が多い
。一方、Ａｎ−Ｍｇ−３ｉ系合金は前記Ａｎ−Ｃｕ系合
金等に比べ強度はやや劣るものの、耐食性、加工性等に
優れることから中強度の構造部材等に広く使用されてき
ている。これらへ文−Ｍｇ−３ｉ系合金（例えば、ＪＩ
Ｓ６０６１合金、６１５１合金等）の材料は素材（板、
棒もしくは鍛造ブロック）を熱間て鍛造するか、素材を
完全に焼鈍軟化させた状態において冷間で鍛造し、それ
らを焼入後、人工時効を施すか、もしくは施さずに、最
終的な製品形状に機械加工もしくは簡単な成型加工を施
して仕上げている。

例えば、カメラの鏡筒、遅動靴用スパイク等の部品は押
出棒、管あるいは鋳造棒を素材として使用し、これを完
全焼鈍軟化状態で冷間にて型鍛造を行ない、その後、溶
体化、水焼入れ、人工時効処理等をそれぞれ施して最後
に切削加工にて最終製品形状に什−１；ばている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、焼入前に最終製品形状もしくはそれに近い形状
に加工を行なっても焼入時もしくはそれに続く機械加工
時に焼入歪を生じ、充分な寸法精度が得られない場合が
多く、特に、肉厚の薄い製品において問題となっていた
。

また、ＪＩＳ　　６０６１合金、６１５１合金等のＡｌ
−Ｍｇ−３ｉ系合金は焼入後室温に放置すると自然時効
硬化し、通常焼入後４〜１０日でＨｖ７０程度の硬さと
なり、以後もその硬さは漸増する。このため、焼入後に
強い冷間加工を施すことは困難てあった。

それゆえ、これまでにＡｎ−Ｍｇ−３ｉ系合金の焼入後
の自然時効を遅らせる研究が行なわれてきており、例え
ば、特開昭６０．１３８０３９号においてはＪＩＳ　　
６１５１相当合金にＳｎを添加して自然時効を遅滞させ
る方法が開示されている。しかしながら、Ｓｎ添加によ
る自然時効遅滞効果は主にＡＵ−Ｃｕ系合金では顕著に
認められるが、Ａｎ−Ｍｇ−３ｉ系合金ではその効果は
比較的小さく、充分なものではなかった。

本発明は焼入後でも従来の完全焼鈍材と同等の成形性を
有し、かつ、人工時効処理後では従来材の人工時効処理
後と同等の性能を有するアルミニウム合金を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するためのＬ段） 本発明者は上記目的を達成するためＡｎ−Ｍｇ−Ｓｉ系
合金の時効挙動を広範囲かつ詳細に検討した結果、以下
の知見を得た。

Ａ党−Ｍ　ｇ　−Ｓ　ｉ系三元合金において、ＭｇとＳ
ｉはＭ　ｇ　２　Ｓ　１となりやすく、事実上へ見−Ｍ
　ｇ　２　Ｓ　を擬二元合金、またはＡ見−Ｍ　ｇ　ｚ
　Ｓ　ｔ−Ｓｉもしくはへ交−Ｍｇ２Ｓｉ−Ｍｇ擬三元
合金として扱われる。この場合のＭ　ｇ　ｚ　Ｓ　ｓ量
および擬三元合金におけるＳｉ量、Ｍｇ量（それぞれ擬
二元合金に対する過剰Ｓｉ量、過剰Ｍｇ量と呼ぶ）のい
ずれもが自然時効硬化および人工時効硬化を促進する効
果を持っている。この過剰Ｓｉ量および過剰Ｍｇ量を少
なくし、特に、自然時効硬化促進能の大きいＳｉ量をＭ
ｇ量より少なくすることにより焼入後の自然時効硬さを
低くし、さらに、ＣｕとＳｎおよびＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎの
遷移元素群の内の１種以上を同時に添加することにより
高温の人工時効の強度を増大させることができる。この
場合Ｃｕ添加は人工時効後の強度増大を目的としている
が、Ｃｕの単独添加は自然時効における硬度増大をもた
らして加工性を低下させる。しかし、ＳｎとＣｒ、Ｚｒ
、Ｍｎの遷移元素の内の１種以上を同時に添加すること
により焼入後の常温におけるＣｕの析出が抑制され、か
つ、人工時効後の強度が増大することが見いだされた。

本発明は」二記知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明はＭｇ　０．２〜１．５　ｗｔ％、Ｓｉ
０．１〜０．８ｗｔ％、Ｃｕ　０．１〜２．０　ｗｔ％
、Ｓｎ０．０２〜１．５　ｗ　ｔ％を含有し、かつ、Ｍ
ｇ含有量がＳｉ含有量より多く、さらに、Ｃｒ０．０５
〜０．４ｗｔ％、Ｚ　ｒ　０．０２〜０．２５ｗｔ％、
Ｍｎ０００５〜１．４ｗｔ％のうちから選ばれた１種も
しくは２種以上を含有し、残部がＡＵおよび不可避不純
物よりなることを特徴とする冷間鍛造用アルミニウム合
金 及び Ｍ　ｇ　０．２〜１．５　ｗ　ｔ％、Ｓ　ｉ　　０．１
〜０．８　ｗｔ％、Ｃｕ　　Ｉｌ、Ｌ−２，０ｗ　ｔ％
、　Ｓ　ｎ　　０．１１２〜１．５　　ｗ　ｔ％を含有
し、かつ、Ｍｇ含右１４がＳｉ含有量より多く、さらに
、Ｃｒ　０．０５〜０．４ｗ　ｔ％、Ｚｒ１１．０２〜
０．２５ｗ　ｔ％、Ｍｎ　Ｉｌ、［１５〜１．４　ｗｔ
％のうちから選ばれた１種もしくは２種以上とＰｂ０．
１〜１．２　ｗｔ％、Ｂ　ｉ　　０．１〜１．２　ｗｔ
％のいずれか１種もしくはその両者を同時に含有し、か
つ、Ｐｂ＋Ｂ　ｉ　＋Ｓｎ≦２．５ｗｔ％であることを
特徴とする冷間鍛造用アルミニウム合金を提供するもの
である。

以下に各添加元素の成分量を限定した理由を述べる。

Ｓｉは本発明のアルミニウム合金の強度に大きく寄グー
する元素て、Ｍ　ｇ　２　Ｓ　ｔを形成するとともに過
剰Ｓｉは特に自然時効を促進する。Ｓｉ含有量０．１ｗ
ｔ％未満ては人工時効後の強度が充分でなく、また、　
０．８ｗｔ％を越えると焼入後の自然時効硬化が大きく
冷間加工性を低下させるとともに、ＡＭ−Ｃｕ−３ｉ系
金属間化合物の生成量を増大させて材料の靭性を低下さ
せる。また、Ｓｉ量がＭｇ量以上になると過剰Ｓｉ量か
増大し、焼入後の冷間加工性に劣る。

ＭｇはＳｉとＭ　ｇ　２　Ｓ　ｔを形成して、Ｓｉと同
様に、本発明アルミニウム合金の強度に大きく寄与する
か、含有量が０．２ｗｔ％未満では人工時効後の強度が
低くて不充分であり、また１、５ｗｔ％を越えると過剰
Ｍｇｉが増大するとともに焼入後常温においてＡ文−Ｃ
ｕ　−Ｍ　ｇ系の析出物を生成して自然時効硬化を促進
し加工性を低下させる。

第１図に本発明アルミニウム合金におけるＳｉおよびＭ
ｇの含有量の領域を示す。

Ｃｕは、本発明アルミニウム合金の人「時効後の強度に
寄榮する元素であるか、０．１ｗｔ％未満の含有量では
人工時効後の強度か充分てなく、含有ｉ２．０ｗｔ％を
越えるとＳｎおよびＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎの同時添加による
自然時効抑制が充分でなくなり、自然時効時の強度が増
大して冷間加工性か低下する。

Ｓｎは焼入時の過剰空孔な減少させ、また、主としてＡ
Ｍ−Ｃｕ系析出物を減少させ自然時効状態での硬度を低
下させ、それにより、冷間加工性を改善する。しかし、
Ｓｎ含有’ｆＪ１０．０２　ｗ　ｔ％未満では自然時効
状態ての硬度低下か不充分で冷間加工性か劣り、また、
１．５ｗｔ％を越えると材料中に粗大な低融点化合物を
生成して、特に熱間加工性を低下させる。Ｓｎ含有敬は
好ましくは０、旧〜１．２ｗｔ％である。

Ｃｒ、Ｚｒ、およびＭｎの遷移元素は焼入時にそれぞれ
Ａ見　Ｃｒ、Ａ見３　Ｚ　ｒおよびＡ　ｌ　ｓ　ｕ　ｎ
の微細な析出物として安定に存在し、Ｓｎ添加による自
然時効硬化抑制効果を顕著なものとする。また、これら
の遷移元素は再結晶粒を微細にし強度、靭性な向上させ
る効果も有する。

Ｃｒ　　０．０５〜０．４ｗｔ％、　Ｚ　ｒ　　０．０
２　〜０．２５ｗ　ｔ％およびＭｎ　０．０５〜１．４
ｗｔ％としたのは、それぞれ下限未満ではその効果が小
さく、また、上限を越えて添加すると鋳造時に粗大な金
属間化合物を生じ、材料の靭性を低下させる恐れがある
ためである。

また、本発明のアルミニウム合金を鍛造材もしくは押出
材等で使用し、切削加工する場合が考えられるか、その
場合は、Ｐｂ、Ｂｉをそれぞれ０．１〜１．２ｗｔ％の
範囲内でそのいずれか一方もしくは両者を同時に、かつ
、Ｐｂ＋Ｂ　ｉ　＋Ｓｎ≦２．５ｗｔ％の範囲で添加し
てもよい。Ｐｂ、Ｂｉはそれぞれ微細な低融点の化合物
を当該合金中に生ぜしめ、その切削性を高めるか、それ
ぞれが０．１ｗｔ％未満量では充分な効果が得られず、
逆に１．２％を越えるかまたはＰｂ＋Ｂ　ｉ　＋５ｎＪ
ｉか２．５ｗｔ％を越えると低融点化合物が粗大化し、
靭性および加工性、特に熱間加工性が低下する。

従って、Ｐ　Ｉ＞　＋　Ｂ　ｉ　＋　Ｓ　ｎ　ｌ、ｄは
、好ましくは２．０ｗｔ％以下とする。たたし、Ｐｂお
よび／またはＢｉの添加は本発明のアルミニウム合金の
切削性を向１−．させるが、反面、耐食性を低下させる
恐れがあることから切削加重を行わないものおよび耐食
性を重視する製品にはこれらを添加しないことが好まし
い。

なお、本発明アルミニウム合金の製造は常法に従って行
うことができる。

（実施例） 次に、本発明に係るアルミニウム合金の実施例および比
較例について説明する。

実施例１ 第１表に示す各組成の合金（本発明合金５種、比較合金
５種、従来合金２種）を水冷鋳造して、２４０園■φＸ
４５０ｍｍの鋳塊試料をｔｔ＋た。これら試料はそれぞ
れ５２０℃において２４時間均質化処理を行った後、熱
間押出しく４００℃）により６０謙■φの棒に加工して
供試料とした。

これら供試材を５２０°Ｃにおいて溶体化処理後、室温
に水焼入れし、その後室温（１８〜２３℃）に放置した
場合の硬さの変化および３０１間室温に放置した後Ｔ６
処理（Ａ〜Ｊは１７３℃×７時間、６０６１は１６０℃
ＸｌＢ時間、６１５１は１７７℃ｘ８時間）を施した場
合の機械的性質をそれぞれ第２表に示した。

第ｉ表 ｌ　４ 第２表の結果から明らかなように、本発明合金は焼入後
、室温に放置しても実質的にはほとんど時効硬化せず、
従来合金に比べて著しく柔らかくて冷間加工を容易に施
すことがてき、かつ、人工時効後は従来合金と同等の機
械的性質を有している。他方、本発明の範囲を外れる比
較例は本発明合金に比べ室温放置後の硬さか高いか、ま
たは人り時効処理後の強度が低く、特性的に劣ることは
明らかである。

実施例２ 実施例１の供試材の切削性を、回転数１２５０ｒｐｍ。

切込＆Ｓｉ　〜２　ａｍ、送り０．０１２５〜０．１　
ｍ＋＊／　ｒｅｖの条件にて切削を行い、切削層１００
個当りの重にを測定することにより評価した。評価結果
を第３表に示す。これより明らかなように、本発明合金
は従来合金に比べ切削性が良好であり、特にＰｂ、Ｂｉ
を添加した合金Ｅについては特に切削性に優れることが
わかる。

第３表 （注）評価基準 記　号　　　　　　切削屑重量（ｇ／ｌｏｏ個）０　　
　　　４以下 ０　　　　　４を越え、８以下 八　　　　　　８を越え、３０以下 ×　　　　　　３０より大きい （発明の効果） 本発明のアルミニウム合金は焼入後室温に放置しても時
効硬化せず、焼入れ状態で冷間鍛造を容易に行なうこと
ができ、加工後に人工持効を施すのみで十分な性質が得
られるものである。それゆえ、従来加工後に焼入れを施
していたために生じていた焼入歪等の問題が一切生じな
いという利点を有するアルミニウム合金が得られたこと
になる。

さらに、本発明のアルミニウム合金中、Ｐｂ、Ｂｉを添
加し、その量をＳｎの含有量との関係で所定量に規定し
たものは、切削加工性が特に優れる。

【図面の簡単な説明】

図面、第１図は本発明によるアルミニウム合金のＳｉと
Ｍｇの含有量領域を示す。縦軸にＳｉ、横軸にＭｇそれ
ぞれの含有量ｗｔ％を示し、図中斜線を付して囲った部
分が本発明で規定したＭｇとＳｉの含有量領域である。 また１図中のＭｇＭｇ２５ｉ（％）と付記した線はこの
系において生成するＭ　ｇ２Ｓ　ｉ　ｈｌ＝　（ｗ　ｔ
％）を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｍｇ０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓｉ０．１〜０．８ｗ
   ｔ％、Ｃｕ０．１〜２．０ｗｔ％、Ｓｎ０．０２〜１．
   ５ｗｔ％を含有し、かつ、Ｍｇ含有量がＳｉ含有量より
   多く、さらに、Ｃｒ０．０５〜０．４ｗｔ％、Ｚｒ０．
   ０２〜０．２５ｗｔ％、Ｍｎ０．０５〜１．４ｗｔ％の
   うちから選ばれた１種もしくは２種以上を含有し、残部
   がＡｌおよび不可避不純物よりなることを特徴とする冷
   間鍛造用アルミニウム合金。 ２、Ｍｇ０．２〜１．５ｗｔ％、Ｓｉ０．１〜０．８ｗ
   ｔ％、Ｃｕ０．１〜２．０ｗｔ％、Ｓｎ０．０２〜１．
   ５ｗｔ％を含有し、かつ、Ｍｇ含有量がＳｉ含有量より
   多く、さらに、Ｃｒ０．０５〜０．４ｗｔ％、Ｚｒ０．
   ０２〜０．２５ｗｔ％、Ｍｎ０．０５〜１．４ｗｔ％の
   うちから選ばれた１種もしくは２種以上とＰｂ０．１〜
   １．２ｗｔ％、Ｂｉ０．１〜１．２ｗｔ％のいずれか１
   種もしくはその両者を同時に含有し、かつ、Ｐｂ＋Ｂｉ
   ＋Ｓｎ≦２．５ｗｔ％であることを特徴とする冷間鍛造
   用アルミニウム合金。