JPS63190148A - 構造用Al−Zn−Mg系合金押出材の製造方法 - Google Patents

構造用Al−Zn−Mg系合金押出材の製造方法

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JPS63190148A
JPS63190148A JP1965487A JP1965487A JPS63190148A JP S63190148 A JPS63190148 A JP S63190148A JP 1965487 A JP1965487 A JP 1965487A JP 1965487 A JP1965487 A JP 1965487A JP S63190148 A JPS63190148 A JP S63190148A
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JP
Japan
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alloy
ingot
fatigue strength
temp
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JP1965487A
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Inventor
Miki Kanbayashi
神林 幹
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Furukawa Aluminum Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Aluminum Co Ltd
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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】 〔技術分野〕 本発明は、構造用Al −Zn −Mg系合金押出材の
製造方法に関するもので、特に腐食環境下においても高
い疲1労強度を保持する押出材製造方法に関するもので
ある。
〔従来技術及びその問題点〕
AJ −Zn −Mg系合金例えば7003 、700
5.7NO1等は、強度と溶接性にすぐれ、溶接構造用
材料として広(使用されているが、そのすぐれた特性の
反面、耐食性あるいは耐応力腐食割れ性に劣るため材料
成分あるいは組織の調整ならびに熱処理方法などについ
て検討が加えられ種々の改良がなされてきた。
しかしながら振動による繰返荷重が負荷される構造物と
(に腐食雰囲気下において振動をうける構造物に、本系
合金を使用すると腐食と繰返荷重の重畳作用により著し
く強度すなわち疲労強度が低下するという欠点があり腐
食雰囲気においても高い疲労強度を有する材料の開発が
望まれてきた。
本発明の目的は、一般用途はもちろんのこと腐食雰囲気
においてもすぐれた疲労強度を有する押出材を提供する
ことであり、又その製造方法を見出すことである。
従来本系合金の押出は、工業的には鋳塊を均質化処理後
ストックしておき状況に応じて再加熱して押出加工する
ことが多い、。即ち、一般的に均質化処理後、室温まで
放冷し、その後何らかの手段で再加熱して押出加工され
る。
本発明者はAl −Zn −Mg系合金の耐食性ならび
に耐応力腐食割れ性特に腐食環境下での耐腐食疲労性を
改善するため押出加工に至る熱処理の方法及び条件と押
出後の熱処理さらには材料成分そのものに関する一連の
工程条件について、種々検討を行い、本発明を完成する
にいたった。
即ち、耐応力腐食割れ性の観点より押出材の金属組織は
再結晶による等軸晶組織よりも繊維状の加工組織とする
方が好ましいことはすでに知られているが、従来技術に
よると押出材の肉厚断面全面に亘って加工組織とするこ
とは難しく、表面層は少からず押出時の加工発熱により
肉厚中央部よりも温度上昇し再結晶する。また仮に再結
晶を抑制しえたとしても、従来法ではMgとZnの化合
物が押出材の粒界に連続的に析出し易く耐食性あるいは
耐応力腐食割れ性において十分でなく腐食雰囲気にさら
されると粒界腐食が発生する。そこを起点として繰返荷
重下において亀裂が発生し疲労強度の低下を招くという
結果となる。
アルミニウム合金の疲労強度は材料の結晶粒の大きさに
は依存しないことが従来より指摘されているが、種々調
査した結果、Al −Zn −Mg系合金押出材の疲労
強度は材料組織に依存し押出時の再結晶を抑制し繊維状
の加工組織とすることにより高くなることがわかった。
また、Mgと2口の化合物が押出材の結晶粒界に連続的
に析出するのを抑制することにより腐食に対する抵抗値
が高まり繊維状の加工組織とする効果と重畳して腐食雰
囲気下での疲労強度が著しく向上するとの知見が得られ
た。
すなわち適当な条件の下に、鋳塊を均質化処理すること
によってAJI −Z r系の化合物を微細にかつ均一
に分布させることができ、押出時の再結晶を抑制し、加
工組織が得られる。また鋳塊を均質化処理後、急速冷却
することによりMgとZnの化合物が押出層の押出材の
粒界に連続的に偏析するのを防止できる。さらに鋳塊を
押出しするに当り再加熱するが、昇温速度が小さいとM
gとZnの化合物が押出材の粒界に析出し急冷の効果が
失われてしまうが、昇温速度を選択することにより粒界
析出が抑制される。さらに押出時の鋳塊加熱温度。
押出時の鋳塊温度を選択することにより均質化処理効果
と相まって押出材の再結晶が抑制され表層から肉厚中心
部に亘り加工組織が得られる。
これらの効果により、耐食性、耐応力腐食割れ性が改善
されると同時に、疲労強度も向上し、総合効果として、
腐食疲労強度が著しく向上するとの知見が得られたもの
である。
押出後の冷却条件はMgとZnの化合物の析出状態に影
響するが、鋳塊の均質化処理操作の影響と比較するとそ
れほど顕著でないこともわかった。
本発明は以上の検討の結果による知見にもとづいてなさ
れたものである。
〔問題点を解決するだめの手段及びその作用〕本発明は
、Zn 3〜7 wt%2Mg0.5〜3Wtチ、Zr
O,05〜0.3wt%を含有するAl −Zn −M
g系合金な押出加工するにあたり、鋳塊を400〜55
0℃の温度で2〜48時間均質化処理したのち、50℃
/秒の冷却速度で室温まで冷却し、その後20℃/秒以
上の昇温速度で650〜500℃まで加熱して、その温
度で押出すことを特徴とする腐食疲労強度のすぐれた構
造用AJI −Zn −Mg系合金押出材の製造方法で
ある。
本発明において、AJj −Zn −Mg系合金の添加
元素の作用及びその限定理由は、次のとおりである。
即ち、Znは硬化要素の一つであり、3〜7 wt%(
以下wL%は単にチと記す)添加する。6チ未満では硬
化するに十分ではな(7%を越えると耐食性ならびに耐
応力腐食割れを劣化させるとともに加工性を損う。Mg
も硬化要素の一つであり、0.5〜6チ添加する。0.
5チ未満ではその効果が小さく、6チを越えると耐応力
腐食割れ性を劣化させる。
Zrは0.05〜0.3%添加して、−塊の結晶粒を微
細化するとともに鋳塊の均質化処理により、Al−Zr
の微細な金属間化合物を析出させることによって押出時
の再結晶を抑制し、押出材を繊維組織とする効果がある
が、0.05%未満ではその効果がな(,0,3チを越
えると粗大な金属間化合物が形成され材料の靭性を損う
からである。
次に本発明における各製造条件の作用及びその限定理由
について述べる。鋳塊を400〜550℃で均質化処理
するのは、合金中のZn 、 Mgを鋳塊の結晶粒内に
均一に固溶させ、又Al−Zrの微細な金属間化合物を
析出させるためであり、400℃未満の温度では効果が
なく、550℃を越えるとAlとZrの粗大な金属間化
合物が形成され、押出加工時の再結晶抑制効果が失われ
るからである。均質化処理時間を2〜48時間としたの
は2時間未満ではZn 、 Mgの溶質元素を均一に固
溶させ、かつAlとZ「の化合物を微細て析出させる効
果がない。又48時間を越えるとMとZrの金属間化合
物が粗大化し、押出加工時の再結晶抑制効果がなくなる
からである。
均質化処理後、鋳塊を急冷するのは、MgとZnの化合
物が鋳塊の粒界及び押出層の押出材の粒界に析出するの
を防止するためであり、50℃/秒未満の冷却速度では
その効果が小さい。又、押出加工するに当って鋳塊を再
加熱する場合その昇温速度を20℃/秒以上とするのは
、20’C/秒未満の昇温速度ではMgとZnの化合物
が鋳塊の粒界及び押出層の押出材の粒界に析出するのを
抑制する効果がないからであ゛る。
鋳塊の再加熱時及び押出時の鋳塊温度を350〜500
℃とするのは350℃未満では加工性に劣り押出材の寸
法精度が悪(なる。又500℃を越えると押出材表面が
再結晶し加工組織が得られないからである。
なお、本発明において、Al−Zn−Mg系合金は、Z
n 、 Mg 、 Zrが上記範囲で含有されている合
金であれば適用可能である。即ちAl −Zn −Mg
 −Zr合金、例えば7003合金(Al−5,0〜6
.54Zn−0,50〜1.0%Mg−0,05〜0.
25%Zr)はもちろん、Al −Zn −Mg−zr
金合金、結晶粒の微細化・耐食性等を目的としてMn 
(0,7%以下)Cr(0,25%以下)等を添加した
合金例えばJ I87 NO1合金(Al−4,0〜5
,0チZn−1,0〜2.0 % Mg−0,25%以
下Zr−0,20〜0.71〜石)7005合金(Al
 −4,0〜5.0%Zn −1,0〜1.8 % M
g −0,08〜0.204 Zr−0,20〜0.7
0%Mn−0,06〜0.20 %Cr)等も含むもの
である。
又本発明において、Al −Zn −Mg系合金中に含
まれるSi、Fe、Cu等の不純物は、Si0.30%
以下、Fe0655%以下、Cu0.20%以下、その
他の元素釜々0゜05%以下の範囲であれば、本発明に
影響はない。
更にTi、Bは結晶粒の微細化を目的とし、必要に応じ
てTi0120チ以下、80.1%以下の範囲で添加さ
れても本発明に影響はない。
本発明に係る構造用Al −Zn −Mg系合金押出材
の製造法を前述のごと(行うことにより、腐食環境下に
おける押出材の疲労強度を大巾に改善することができる
〔実施例〕
以下本発明に関する具体的実施例について述べる。
(実施例1) 直径9′り、長さ500mmの成分の異る鋳塊を、それ
ぞれ第1表に示す条件にて夫々処理し、厚さ6mm 、
幅120mmの平角形状に押出し、その後室温まで放冷
しさらに人工時効処理したのち5チ食塩水中にて引張応
力を負荷して疲労試験(引張荷重−零荷重の繰返し試験
)した。その結果を第1表に示す。
第1表から明らかなどと(、本発明の範囲の合金組成及
び条件にて製造した宛1と猶2は、比較法として示した
一5〜遅7に比して高い腐食疲労強度(107回の繰返
応力を負荷したときの破断に至る強度)を示しているこ
とがわかる。
(実施例2) また、直径11“X、長さ600mmの実施例1で使用
した7NOI相当合金鋳塊を、均質化処理条件を変えて
厚さ6mm、幅150mmの平角形状に押出し、その後
室温まで放冷して人工時効処理し、実施例1と同様の方
法にて腐食疲労試験した結果を第2表に示す。
第2表から明らかなごとく、鋳塊の均質化処理条件が、
本発明法により、製造した押出材(1’h8〜16)は
、本発明の範囲外であるN117及びN1118に比し
て高い腐食疲労強度を示すことがわかる。
(実施例5) 第3表は、11“グ、長さ600mmの実施例1で使用
した7N01相当合金鋳塊を470℃にて12時間均質
化処理したのち、冷却速度あるいは昇温速度ならびに押
出時の加熱温度を変化させて、厚さ6mm 、幅150
画の平角形状に押出したのち室温まで冷却し、その後人
工時効処理して実施例1と同様に腐食疲労試験した結果
を示している。
第6表から明らかなどと(、本発明の方法によったNa
19〜洩24の押出材は、本発明法によらない崗25〜
隘28と比較して、腐食疲労強度もしくは板厚の精度に
おいてすぐれていることがわかる。
〔発明の効果〕
上述のように、本発明の製造方法によってっ(られたA
l −Zn −Mg系合金押出材は、腐食環境下におい
て、高い腐食疲労強度を有するため、腐食環境下での構
造物への適用が可能となり、その軽量化に大いに役立つ
ものである。
従って、本発明は、従来限定されていたAJ −Zn−
Mg系合金押出材の用途範囲を拡大する効果を有するも
のである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Zn3〜7wt%、Mg0.5〜3wt%、Zr0.0
    5〜0.3wt%を含有するAl−Zn−Mg系合金を
    押出加工するにあたり、鋳塊を400〜550℃の温度
    で2〜48時間均質化処理したのち、50℃/秒の冷却
    速度で室温まで冷却し、その後20℃/秒以上の昇温速
    度で350〜500℃まで加熱して、その温度で押出す
    ことを特徴とする腐食疲労強度のすぐれた構造用Al−
    Zn−Mg系合金押出材の製造方法。
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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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