WO2016132994A1 - アルミニウム合金加工材及びその製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金加工材及びその製造方法 Download PDF

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aluminum alloy
treatment
processed material
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政仁 谷津倉
劼 ▲けい▼
慎吾 小泉
茂 岡庭
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日本軽金属株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy processed material and a manufacturing method thereof.
  • Aluminum alloy is an alloy mainly composed of aluminum.
  • Aluminum (Al) is a relatively light metal, but high-purity aluminum is very soft, so Cu (copper), Mn (manganese), Si (silicon), Mg (magnesium), Zn (zinc), Ni ( By forming an alloy with an additive such as nickel), characteristics such as desired strength, toughness, and ductility can be improved.
  • Al—Zn—Mg—Cu alloys are high strength alloys, and are utilized in various fields by taking advantage of the lightness and strength of aluminum alloys.
  • Patent Document 1 discloses an aircraft product composed of an aluminum alloy for the purpose of obtaining a good balance between toughness and static mechanical properties.
  • the technique of this document discloses adjusting the concentration and the like of the additive element for the purpose of obtaining a good balance of toughness, static mechanical properties, corrosion resistance, and elongation at break.
  • Patent Document 1 discloses that the toughness is improved by satisfying a condition such as Mg / Cu ⁇ 2.4 for the additive element of the aluminum alloy.
  • the main object of the present invention is to provide a high-strength aluminum alloy processed material and a method for producing the same.
  • Zn 9% by mass or more and 11% by mass or less
  • Mg 2.0% by mass or more and less than 2.8% by mass
  • Cu more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less
  • Cr 0.02 mass% or more and 0.30 mass% or less
  • the balance consists of Al and unavoidable impurities, the Mg and Cu contents satisfy the relationship Mg / Cu ⁇ 2.5, and the total content of Zr and Cr is 0.12% by mass or more and 0.42%.
  • an aluminum alloy processed material characterized by having a plastic working structure and having a mass% or less.
  • the processed aluminum alloy material further contains Mn: 0.05% by mass or more and 0.32% by mass or less, and the total content of Zr, Cr, and Mn is 0.8. It is characterized by being 12 mass% or more and 0.42 mass% or less.
  • Zn 9% by mass or more and 11% by mass or less
  • Mg 2.00% or more and less than 2.80% by mass
  • Cu more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less
  • Zr 0.08% by mass or more and 0.25% by mass or less
  • Cr 0.02% by mass or more and 0.30% by mass or less
  • the balance is made of Al and inevitable impurities
  • the contents of Mg and Cu are as follows: The relationship of Mg / Cu ⁇ 2.5 is satisfied, and the total content of Zr and Cr is 0.12% by mass or more and 0.42% by mass or less.
  • Plastic working, solution treatment, quenching treatment and aging treatment Are provided sequentially, and the manufacturing method of the aluminum alloy processed material characterized by the above-mentioned is provided.
  • Mn in the above method for producing an aluminum alloy processed material, Mn; 0.05 mass% to 0.32 mass% is further contained, and the total content of Zr, Cr, and Mn is 0.12 mass% or more and 0.42 mass% or less.
  • thermoforming in the above-described method of manufacturing an aluminum alloy processed material, as plastic processing, hot extrusion with an extrusion ratio of 5 to 100 and ingot temperature of 300 to 450 ° C., 440 to 470 Solution treatment to be held at °C, quenching treatment to cool the range from 450 °C to 100 °C at a cooling rate of 1000 °C / min, aging treatment from 100 °C to 180 °C for 10 hours to 30 hours.
  • ⁇ Aluminum alloy processed material> Zn: 9% by mass or more and 11% by mass or less, Mg: 2.0% by mass or more and less than 2.8% by mass, Cu: more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less , Zr: 0.08% by mass or more and 0.25% by mass or less, Cr: 0.02% by mass or more and 0.30% by mass or less, with the balance being made of Al and unavoidable impurities, including Mg and Cu
  • the amount satisfies the relationship of Mg / Cu ⁇ 2.5, and the total content of Zr and Cr is 0.12% by mass or more and 0.42% by mass or less, and has a plastic working structure.
  • the aluminum alloy processed material of this embodiment is a high-strength aluminum alloy processed material.
  • the content of Zn (zinc) is 9% by mass or more and 11% by mass or less.
  • the content of Mg is 2.0% by mass or more and 2.8% by mass or less. More preferably, the Mg content is 2.2% by mass or more and 2.8% by mass or less.
  • the aluminum alloy processed material of this embodiment has a Cu (copper) content of more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less.
  • An aluminum alloy containing the above elements is subjected to an aging treatment after solution treatment, so that Zn and Mg form Zn—Mg-based precipitates (compounds such as MgZn 2 ).
  • Mg and Cu form Al—Cu—Mg-based precipitates (compounds such as Al 2 CuMg). Precipitation strengthening due to these precipitates contributes to the strength of the aluminum alloy.
  • the content of the above elements is less than 9% by mass of Zn, less than 2.0% by mass of Mg, and 0.8% by mass or less of Cu, precipitation strengthening cannot be sufficiently performed outside the lower limit range, and the aluminum alloy Less than desired strength. If the content of the above elements is more than 11% by mass of Zn, more than 2.8% by mass of Mg and more than 1.2% by mass of Cu, the crystallized product formed during casting becomes coarse and homogeneous. The solution cannot be sufficiently solidified by the heat treatment or solution treatment, and the stress concentration on the crystallized material remaining after the heat treatment serves as a starting point for fracture, thereby reducing the elongation of the aluminum alloy.
  • Zn, Mg, and Cu are elements that contribute to strength, but it has been confirmed that strengthening with Zn-Mg-based precipitates maximizes the strength of the Al alloy.
  • the alloy components it is necessary to consider the contribution of castability and strength per added amount.
  • Zn has a high density, and when added excessively, the specific strength is lowered. Therefore, the Zn content is preferably 11% by mass or less from the viewpoints of castability and specific strength.
  • the contents of Mg and Cu are preferably 3.2% by mass ⁇ Mg + Cu ⁇ 4.2% by mass.
  • the content of Mg + Cu is less than 3.2% by mass, the amount of Mg—Cu-based precipitates is insufficient.
  • the content of Mg + Cu exceeds 4.2% by mass, a coarse crystallized product is formed, and a crystallized product that cannot be dissolved by the solution treatment exists after the heat treatment. Decreases.
  • the ratio of Mg and Cu represented by Mg / Cu is 2.5 or more. More preferably, Mg / Cu is 2.5 or more and 3.5 or less.
  • An aluminum alloy with high strength can be obtained by strengthening with a Zn—Mg precipitation phase, which is the main strengthening phase, and further strengthening with an Al—Cu—Mg precipitation phase.
  • Mg / Cu is less than 2.5, Mg is consumed for the formation of Al-Cu-Mg based precipitates, and the amount of deposited Zn-Mg based precipitates acting more effectively on the strength is relatively small.
  • the content of Zr (zirconium) is 0.08% by mass to 0.25% by mass.
  • the aluminum alloy processed material of this embodiment has a Cr (chromium) content of 0.02 mass% or more and 0.30 mass% or less.
  • the aluminum alloy processed material of this embodiment may further contain Mn: 0.05% by mass or more and 0.32% by mass or less.
  • the total content of Zr, Cr, and Mn is not less than 0.12% by mass and not more than 0.42% by mass.
  • the pinning effect is sufficient. It cannot be obtained and cannot contribute to strength.
  • the content of the above elements is more than 0.20% by mass of Zr and more than 0.30% by mass of Cr, the coarse crystallized product is formed at the time of casting, and the elongation of the aluminum alloy is lowered. To do.
  • Al—Cr-based dispersed particles and Al—Mn-based dispersed particles have an effect of enhancing stress corrosion cracking resistance, but Cr is less than 0.02 mass% and Mn is less than 0.05 mass%. This effect cannot be obtained sufficiently. This effect is attributed to the fact that Al—Cr-based dispersed particles and Al—Mn-based dispersed particles supplement hydrogen atoms.
  • the balance other than the above elements is made of Al and inevitable impurities.
  • the aluminum alloy contains other elements as unavoidable impurities derived from aluminum ingots. If the content of inevitable impurities is 0.15% by mass or less for Si, 0.20% by mass or less for Fe, and more preferably 0.10% by mass or less for both, the effect of the present invention is not hindered. preferable.
  • Ti and B may be added as a fine agent of the cast structure in order to prevent cracking of the ingot.
  • ⁇ Method for producing aluminum alloy processed material> Zn: 9% by mass or more and 11% by mass or less, Mg: 2.0% by mass or more and less than 2.8% by mass, Cu: more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less Zr: 0.08% by mass or more and 0.25% by mass or less, Cr: 0.02% by mass or more and 0.30% by mass or less,
  • the balance consists of Al and unavoidable impurities, the Mg and Cu contents satisfy the relationship Mg / Cu ⁇ 2.5, and the total content of Zr and Cr is 0.12% by mass or more and 0.42%.
  • a high-strength aluminum alloy processed material having the above composition and subjected to plastic processing, solution treatment, quenching treatment, and aging treatment in sequence. can be manufactured.
  • plastic processing examples include rolling, forging, extrusion, and drawing.
  • the plastic working is preferably hot working for forming a processed structure.
  • the most preferable plastic working is hot extrusion under conditions where the extrusion ratio is 5 to 100 and the ingot temperature is 300 ° C. to 450 ° C. This is because the conditions are suitable for allowing the processed structure to remain until after the heat treatment. Further, after the extrusion process, plastic processing such as drawing or cutting may be performed in order to obtain a predetermined shape or size.
  • homogenization treatment for homogenizing crystallization segregated during casting and for forming Al-Zr, Al-Cr and Al-Mn precipitates ( (HO treatment) is more preferable. This is because this process affects the plastic workability and the formation of the processed structure.
  • the holding conditions at 460 ° C. (450 ° C. to 470 ° C.) for 24 hours, the elution elements such as Zn, Mg, and Cu can be homogenized and sufficient strength can be obtained by the subsequent heat treatment.
  • the holding temperature is increased too much, it may melt excessively.
  • the temperature rising rate is more preferably 50 ° C./h or less. When the rate of temperature rise is fast, the particle spacing of Al—Zr, Al—Cr, and Al—Mn precipitates becomes wide, and recrystallization becomes easier during the solution treatment. That is, the heating rate is controlled to maintain the processed structure after the solution treatment.
  • solution treatment After the plastic working, solution treatment is performed.
  • the crystallized material is dissolved in the matrix by keeping the plastic working material at a high temperature.
  • the holding temperature during the solution treatment is preferably in the range of about 440 ° C to about 470 ° C. If the holding temperature is too high, local melting occurs and the strength of the plastic working material is reduced. On the other hand, if the holding temperature is low, Zn, Mg, and Cu cannot be sufficiently dissolved, so that sufficient precipitation strengthening cannot be obtained in the subsequent aging treatment.
  • a quenching process is performed after the solution treatment.
  • the quenching process is quickly cooled to room temperature by water cooling.
  • the cooling rate is preferably in the range of 450 ° C. to 100 ° C. at a rate of 1000 ° C./min or more, and then naturally aged at room temperature for 2 days.
  • An aging treatment is performed after the quenching treatment.
  • the plastic working material after quenching is heated and held at about 100 ° C. to about 180 ° C., so that Zn, Mg, and Cu, which are supersaturated in the parent phase, are converted into a Zn—Mg compound and Al. -Precipitating finely and uniformly as a Mg-Cu compound and improving the strength of the plastic working material. If solution treatment or quenching treatment is not performed, the amount of Zn, Mg, Cu dissolved in supersaturation in the matrix is insufficient, and the amount of compounds that precipitate during aging treatment is reduced, improving strength. Is lacking.
  • the aging treatment conditions (T6) for obtaining the highest strength are, for example, 100 to 180 ° C. for 10 to 30 hours, more preferably 110 to 120 ° C. for 12 to 25 hours.
  • the heat treatment of T73, T74, T76 can be selected.
  • Zn 9% by mass or more and 11% by mass or less
  • Mg 2.0% by mass or more and less than 2.8% by mass
  • Cu more than 0.8% by mass and 1.2% by mass or less
  • Zr 0.08% by mass or more and 0.25% by mass or less
  • Cr 0.02% by mass or more and 0.30% by mass or less
  • Mn 0.05% by mass or more and 0.32% by mass or less
  • the balance is made of Al and inevitable impurities
  • the Mg and Cu contents satisfy the relationship Mg / Cu ⁇ 2.5
  • the total content of Zr, Cr and Mn is 0.12 mass.
  • % To 0.42% by mass is a method for producing an aluminum alloy processed material characterized by sequentially performing plastic working, solution treatment, quenching treatment and aging treatment.
  • Mn manganese
  • Al-Zr-based dispersed particles, or Al-Cr-based dispersed particles, and Al-Mn-based dispersed particles are formed, and the grain boundaries move. A so-called pinning effect that suppresses and suppresses recrystallization occurs.
  • the extrusion ratio is 5 to 100
  • the ingot temperature is 300 to 450 degreeC hot extrusion process, and it hold
  • a solution treatment, a quenching treatment in which a range of 450 ° C. to 100 ° C. is cooled at a cooling rate of 1000 ° C./min or more, and an aging treatment at 100 ° C. to 180 ° C. for 10 hours to 30 hours are sequentially performed.
  • the main crystal grain structure of the aluminum alloy processed material is a processed structure such as a fibrous structure.
  • a recrystallized structure may be generated in the structure of the outer peripheral portion.
  • it is preferable to control the thickness of the recrystallized to 1.0 mm or less.
  • the aluminum alloy processed material according to the above-described embodiment can be used as a component such as leisure goods such as sports, industrial equipment, and automotive parts.
  • Sample materials were obtained by extruding the respective ingots of the components A to J described above.
  • the extruded material had a diameter of 25 mm and was formed by two vertical and indirect extrusion methods.
  • the extrusion conditions were an extrusion ratio of 52, an ingot temperature of 380 ° C., and an extrusion speed of 1 m / min.
  • solution treatment was performed.
  • the solution temperature was 460 ° C. for 2 hours. Thereafter, it was quickly cooled with water and naturally aged at room temperature for 3 days (quenching treatment). Thereafter, artificial aging was performed at 120 ° C. for 24 hours.
  • compositions of Examples A and B satisfy the provisions of the present invention.
  • compositions of Examples C to J are outside the scope defined by the present invention.
  • the strength of the aluminum alloy test material was evaluated by a tensile test.
  • the tensile test was carried out by processing a JIS14A tensile test piece.
  • the parallel part shape of the test piece was 10 mm in diameter and 60 mm in length, and the distance between the gauge points was 50 mm.
  • the tensile test was performed according to JIS2201. The results of the tensile test are shown in [Table 2].
  • the recrystallized structure produced on the outer peripheral portion of the extruded material was polished with a modified Tucker solution after polishing the extruded LT cross section, observed with a stereomicroscope, and the thickness thereof was measured.
  • SCC resistance stress corrosion cracking resistance
  • a C-ring test piece was manufactured, and a stress corrosion cracking test (SCC test) was performed in accordance with JISH8711.
  • the C-ring test piece had an outer diameter of 19 mm and a thickness of 19 mm.
  • the corrosive solution was 3.5% NaCl, and 30 cycles were carried out with one cycle of immersion in this aqueous solution for 10 minutes and drying for 50 minutes to determine the presence or absence of cracks.
  • a and B satisfy the conditions of 0.2% proof stress, elongation, and SCC resistance, and the overall evaluation passed. From this result, it can be seen that high strength is obtained with the aluminum alloy processed material defined in the present invention.
  • the result of 0.2% yield strength does not satisfy the acceptance criteria. This is because the Zn addition amount is less than the value specified by the Cu, the Cu addition amount is more than the upper limit value specified by the present invention, and the Mg / Cu ratio is outside the range specified by the present invention. This is probably because it was insufficient.
  • the result of elongation does not satisfy the acceptance criteria. This is presumably because the added amount of Zn is larger than the upper limit specified in the present invention, and thus the crystallization part has increased.
  • the result of 0.2% yield strength and elongation does not satisfy the acceptance criteria.
  • the addition amount of Mg is larger than the upper limit value defined in the present invention, the Mg / Cu ratio is outside the range defined in the present invention, and Mg + Cu is larger than the upper limit value defined in the present invention. This is thought to be due to an increase in.
  • the result of 0.2% yield strength does not satisfy the acceptance criteria. This is presumably because the amount of Mg added was less than the lower limit defined in the present invention, the Mg / Cu ratio was outside the range defined in the present invention, and precipitation strengthening was insufficient.
  • the result of 0.2% yield strength does not satisfy the acceptance criteria. Since the addition amounts of Zr and Cr are less than the lower limit specified in the present invention, it is considered that the extruded structure was not formed and the desired strength was not obtained.
  • the aluminum alloy processed material satisfying the composition specified in the present invention can obtain higher strength than the aluminum alloy processed material not satisfying the composition specified in the present invention.

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Abstract

　本発明は、より強度の高いアルミニウム合金加工材及びその製造方法を提供することを主な目的とする。　本発明は、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０４質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工組織を有することを特徴とするアルミニウム合金加工材を提供する。

Description

アルミニウム合金加工材及びその製造方法
　本発明は、アルミニウム合金加工材及びその製造方法に関する。
　アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とする合金である。アルミニウム（Ａｌ）は比較的軽い金属であるが、純度の高いアルミニウムは非常に軟らかいため、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）等の添加物によって合金にすることで、所望の強度、靱性、延性等の特性の向上が図られる。
　アルミニウム合金の中でも、いわゆる７０００番台のＡｌ‐Ｚｎ‐Ｍｇ‐Ｃｕ系合金は強度の高い合金であり、アルミニウム合金の軽さと強度を生かして、種々の分野に利用されている。
　特許文献１には、靱性と静的機械的特性とをバランスよく得ることを目的としたアルミニウム合金から構成される航空機用の製品が開示されている。この文献の技術では、靱性、静的機械的特性、耐食性、破断伸びをバランスよく得ることを目的として、添加元素の濃度等を調整することを開示している。特許文献１では、アルミニウム合金の添加元素について、Ｍｇ／Ｃｕ＜２．４等の条件を満たすことで、靱性が向上することを開示している。
特許第４５３５７３１号公報
　しかし一方で、アルミニウム合金が応用される分野によっては、より高い強度の製品が求められることがある。例えば、軽量かつ耐衝撃性の高い製品が求められることがある。
　そこで、本発明は、高強度のアルミニウム合金加工材及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
　本発明によれば、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、
　残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工組織を有することを特徴とするアルミニウム合金加工材が提供される。
　本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム合金加工材において、更にＭｎ；０．０５質量％以上０．３２質量％以下を含有し、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下とすることを特徴とする。
　また本発明によれば、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．００以上２．８０質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工、溶体化処理、焼き入れ処理及び時効処理を順次施すことを特徴とするアルミニウム合金加工材の製造方法が提供される。
　本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム合金加工材の製造方法において、更にＭｎ；０．０５質量％以上０．３２質量％以下を含有し、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下とすることを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム合金加工材の製造方法において、塑性加工として、押出比が５から１００、鋳塊温度が３００℃から４５０℃の熱間押出し加工、４４０℃から４７０℃に保持する溶体化処理、４５０℃から１００℃の範囲を１０００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼き入れ処理、１００℃から１８０℃で１０時間から３０時間の時効処理を順次施すことを特徴とする。
　以下に、本発明の実施形態を説明する。
＜アルミニウム合金加工材＞
　本発明の一実施形態は、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工組織を有することを特徴とするアルミニウム合金加工材である。本実施形態のアルミニウム合金加工材は、高強度のアルミニウム合金加工材である。
（Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ）
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、Ｚｎ（亜鉛）の含有量が、９質量％以上１１質量％以下である。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、Ｍｇ（マグネシウム）の含有量が、２．０質量％以上２．８質量％以下である。より好ましくは、Ｍｇの含有量が、２．２質量％以上２．８質量％以下である。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、Ｃｕ（銅）の含有量が、０．８質量％を超えて１．２質量％以下である。
　上記の元素を含有するアルミニウム合金を、溶体化後に時効処理することで、ＺｎとＭｇがＺｎ‐Ｍｇ系析出物（ＭｇＺｎ２等の化合物）を形成する。また、Ｍｇ、Ｃｕは、Ａｌ‐Ｃｕ‐Ｍｇ系析出物（Ａｌ２ＣｕＭｇ等の化合物）を形成する。これらの析出物による析出強化がアルミニウム合金の強度に寄与する。
　上記の元素の含有量が、Ｚｎが９質量％未満、Ｍｇが２．０質量％未満、Ｃｕが０．８質量％以下であると、下限範囲外では十分に析出強化できず、アルミニウム合金が所望の強度に満たない。
　上記の元素の含有量が、Ｚｎが１１質量％より多く、Ｍｇが２．８質量％より多く、Ｃｕが１．２質量％より多いと、鋳造時に形成された晶出物が粗大化し、均質化処理や溶体化処理で十分に固溶させることができず、熱処理後に残存する晶出物への応力集中で破断の起点となり、アルミニウム合金の伸びを低下させる。
　なお、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕは上記の通り、強度に寄与する元素であるが、Ｚｎ‐Ｍｇ系析出物による強化が、Ａｌ合金の強度を最も高めることが確認された。
　ただし、合金成分については、鋳造性や添加量当たりの強度の寄与も考慮する必要がある。Ｚｎは密度が高く、過剰に添加すると比強度を低下させる。よって、Ｚｎ量は鋳造性及び比強度の観点から、１１質量％以下とすることが好ましい。
　ＭｇとＣｕの含有量は、３．２質量％≦Ｍｇ＋Ｃｕ≦４．２質量％であることが好ましい。
　Ｍｇ＋Ｃｕの含有量が３．２質量％未満であるとＭｇ‐Ｃｕ系析出物の量が不十分である。Ｍｇ＋Ｃｕの含有量が４．２質量％を超えると粗大晶出物が形成され、溶体化処理で固溶できない晶出物が熱処理後に存在するため、応力集中による破断の起点となり、アルミニウム合金の伸びが低下する。
　更に、Ｍｇ／Ｃｕで表されるＭｇとＣｕの比は２．５以上である。より好ましくは、Ｍｇ／Ｃｕが２．５以上３．５以下である。
　主な強化相であるＺｎ‐Ｍｇ析出相で強化し、さらにＡｌ‐Ｃｕ‐Ｍｇ析出相で強化することで、強度の高いアルミニウム合金が得られる。また、Ｍｇ／Ｃｕが２．５未満では、Ａｌ‐Ｃｕ‐Ｍｇ系析出物の形成にＭｇが消費され、より強度に有効に作用するＺｎ‐Ｍｇ系析出物の析出量が相対的に小さくなる。
（Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ）
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、Ｚｒ（ジルコニウム）の含有量が、０．０８質量％から０．２５質量％である。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、Ｃｒ（クロム）の含有量が、０．０２質量％以上０．３０質量％以下である。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、更にＭｎ；０．０５質量％以上０．３２質量％以下を含有させても良い。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計は、０．１２質量％以上０．４２質量％以下である。
　上記の元素を含有するアルミニウム合金では、均質化処理時に、Ａｌ‐Ｚｒ系の分散粒子、及び又はＡｌ‐Ｃｒ系の分散粒子、Ａｌ‐Ｍｎ系の分散粒子が形成され、結晶粒界の移動を抑制し、再結晶化を抑制する、いわゆるピン止め効果が生じる。これにより、再結晶化を抑制し、塑性加工時に形成された加工組織を、溶体化処理後も維持させることで、アルミニウム合金の強度に寄与する。
　Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計は、０．４２質量％より大きくなると焼入れ感受性が高まり、Ｔ６強度が低下する。特に、押出断面積が大きいものは冷却速度が遅くなるため、強度が得られなくなる。
　上記の元素の含有量が、Ｚｒが、０．０８質量％未満であり、Ｃｒが、０．０２質量％未満であり、Ｍｎが０．０５質量％未満であると、ピン止め効果が十分に得られず、強度に寄与できない。上記の元素の含有量が、Ｚｒが、０．２０質量％より多く、Ｃｒが、０．３０質量％より多いと、鋳造時に上記の粗大な晶出物が形成され、アルミニウム合金の伸びが低下する。
　また、Ａｌ‐Ｃｒ系の分散粒子及びＡｌ‐Ｍｎ系の分散粒子は耐応力腐食割れ性を高める効果があるが、Ｃｒが、０．０２質量％未満、Ｍｎが０．０５質量％未満であると、この効果が十分に得られない。この効果はＡｌ‐Ｃｒ系分散粒子及びＡｌ‐Ｍｎ系の分散粒子が、水素原子を補足することに起因すると考えられる。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材は、上記の元素以外の残部がＡｌと不可避的不純物からなる。アルミニウム合金中には、アルミニウム地金などに由来する不可避不純物として、その他の元素が含まれる。不可避的不純物の含有量は、Ｓｉが０．１５質量％以下、Ｆｅが０．２０質量％以下、更に好ましくは双方ともに０．１０質量％以下であれば、本発明の効果を妨げることがなく好ましい。
　ＴｉとＢは、鋳塊の割れ防止のために鋳造組織の微細剤として添加しても良い。
＜アルミニウム合金加工材の製造方法＞
　本発明の一実施形態は、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、
　残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工、溶体化処理、焼き入れ処理及び時効処理を順次施すことを特徴とするアルミニウム合金加工材の製造方法である。
　本実施形態のアルミニウム合金加工材の製造方法によれば、上記の組成であり、かつ塑性加工、溶体化処理、焼き入れ処理及び時効処理が順次施されることにより、高強度のアルミニウム合金加工材を製造することができる。
（塑性加工）
　塑性加工としては、圧延加工、鍛造、押出加工、引き抜き加工等が挙げられる。塑性加工は、加工組織形成のため、熱間加工であることが好ましい。最も好ましい塑性加工は、押出比が５から１００であり、鋳塊温度が３００℃から４５０℃の条件の熱間押出加工である。これは、加工組織を熱処理後まで残存させるために適した条件であるという理由からである。
　また、押出加工の後に、所定の形状や寸法にするために、引き抜き加工等の塑性加工や切削加工を行っても良い。
　なお、塑性加工の前に、鋳造時に偏析した晶出物等を均質化するため、並びに、Ａｌ‐Ｚｒ系、Ａｌ‐Ｃｒ系及びＡｌ‐Ｍｎ系の析出物を形成させるための均質化処理（ＨＯ処理）を施すのがより好ましい。この処理が塑性加工性及び加工組織の形成に影響を与えるためである。
　保持条件を４６０℃（４５０℃から４７０℃）で２４時間とすることで、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕなどの溶出元素を均質化させ、後の熱処理で十分な強度を得ることができる。一方で、保持温度を高め過ぎると過度に溶ける可能性がある。また、昇温速度は、５０℃／ｈ以下がより好ましい。昇温速度が速いとＡｌ‐Ｚｒ系、Ａｌ‐Ｃｒ系、Ａｌ‐Ｍｎ系析出物の粒子間隔が広くなり、溶体化処理時に再結晶化し易くなる。すなわち、溶体化処理後に加工組織を維持するために昇温速度を制御している。
（溶体化処理）
　塑性加工の後で、溶体化処理を行う。溶体化処理では、塑性加工材を、高温に保持することにより、晶出物を母相中に固溶させる。
　溶体化処理時の保持温度は、約４４０℃～約４７０℃の範囲であることが好ましい。保持温度が高すぎると局部溶融が発生し、塑性加工材の強度が低下する。一方で保持温度が低いと、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕが十分に固溶できないため、後の時効処理で十分な析出強化が得られない。
（焼き入れ処理）
　溶体化処理の後で、焼き入れ処理を行う。溶体化処理した塑性加工材を常温まで急冷することにより、母相中に固溶した晶出物が析出するのを抑制し、過飽和状態を維持する。
　焼き入れ処理は、例えば、水冷で室温まで速やかに冷却する。冷却速度は４５０℃から１００℃の範囲を１０００℃／分以上の速度で冷却し、その後室温で２日間自然時効することが好ましい。このような条件で焼き入れ処理を行うことにより、良好な過飽和固溶体とすることができる。
（時効処理）
　焼き入れ処理の後、時効処理を行う。時効処理として、焼き入れ後の塑性加工材を、約１００℃～約１８０℃に加熱保持することにより、母相中に過飽和状態であったＺｎ、Ｍｇ、Ｃｕを、Ｚｎ‐Ｍｇ系化合物及びＡｌ‐Ｍｇ‐Ｃｕ系化合物として微細均一に析出させ、塑性加工材の強度を向上させる。
　溶体化処理や焼き入れ処理を行っていないと母相中に過飽和に固溶しているＺｎ、Ｍｇ、Ｃｕ量が不足し、時効処理の際に析出する化合物の量が減少し、強度の向上が不足する。
　最も高い強度を得るための時効処理条件（Ｔ６）は、例えば、１００℃から１８０℃で１０時間から３０時間、より好ましくは、１１０℃から１２０℃で１２時間から２５時間である。その他の耐食性を重視する場合は、Ｔ７３、Ｔ７４，Ｔ７６の熱処理を選択できる。
　本発明の一実施形態では、上記のアルミニウム合金加工材の製造方法において、塑性加工として、押出比が５から１００、鋳塊温度が３００℃から４５０℃の熱間押出し加工、４４０℃から４７０℃に保持する溶体化処理、４５０℃から１００℃の範囲を１０００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼き入れ処理、１００℃から１８０℃で１０時間から３０時間の時効処理を順次施す。
　本発明の一実施形態は、Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、更にＭｎ；０．０５質量％以上０．３２質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工、溶体化処理、焼き入れ処理及び時効処理を順次施すことを特徴とするアルミニウム合金加工材の製造方法である。
　この製造方法では、Ｍｎ（マンガン）を０．０５質量％以上０．３２質量％以下含有することで、耐応力腐食割れ性を高める効果がある。ＭｎもＡｌ‐Ｃｒ系の分散粒子と同様の効果が得られるため、上述の特性をより向上させることができる。
　上記の元素を含有するアルミニウム合金では、均質化処理時に、Ａｌ‐Ｚｒ系の分散粒子、および又はＡｌ‐Ｃｒ系の分散粒子、Ａｌ－Ｍｎ系の分散粒子が形成され、結晶粒界の移動を抑制し、再結晶化を抑制する、いわゆるピン止め効果が生じる。これにより、再結晶化を抑制し、塑性加工時に形成された加工組織を、溶体化処理後も維持させることで、アルミニウム合金の強度に寄与する。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎの含有量の合計は、０．４２％より、大きくなると焼入れ感受性が高まり、Ｔ６強度が低下する。特に、押出断面積が大きいものは冷却速度が遅くなるため、強度が得られなくなる。
　また本発明の一実施形態では、上記のアルミニウム合金加工材において、塑性加工として、押出比が５から１００、鋳塊温度が３００℃から４５０℃の熱間押出し加工、４４０から４７０℃に保持する溶体化処理、４５０℃から１００℃の範囲を１０００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼き入れ処理、１００℃から１８０℃で１０時間から３０時間の時効処理が順次施されている。
　また、本発明の一実施形態では、アルミニウム合金加工材の主な結晶粒組織は、繊維状組織等の加工組織である。熱処理等を行うと再結晶化がおこり、外周部の組織に再結晶組織が生成する場合があるが、再結晶の厚さを１.０ｍｍ以下に制御することが好ましい。
　上記の実施形態に係るアルミニウム合金加工材は、スポーツ等のレジャー用品、産業機器、自動車用部品等の構成部材等として利用することができる。
　以下に、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（アルミニウム合金試験材の作製）
　下記［表１］のＡ～Ｊの成分の鋳塊を連続鋳造にて得た。鋳塊の直径は２５４ｍｍである。これらの鋳塊をＨＯ処理（４６０℃、２４時間、昇温速度は５０℃／ｈ）した後、８００ｍｍの長さに切断した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のＡ～Ｊの成分の各鋳塊を押出加工することにより供試材を得た。
　押出材の直径は２５ｍｍで２本立、間接押出で実施した。押出条件は、押出比は５２、鋳塊温度３８０℃、押出速度は１ｍ／ｍｉｎであった。
　次いで溶体化処理を行った。溶体化温度は４６０℃で２時間であった。その後、速やかに水冷し、室温で３日間自然時効した（焼き入れ処理）。その後、１２０℃、２４時間で人工時効した。
　表１から理解されるように、実施例Ａ及びＢの組成が、本発明の規定を満足するものである。実施例ＣからＪの組成は、本発明の規定する範囲外のものである。
（アルミニウム合金試験材の特性評価）
　アルミニウム合金試験材の強度を、引張試験により評価した。引張試験はＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片に加工して実施した。試験片の平行部形状は径１０ｍｍ、長さ６０ｍｍとし、標点間距離は５０ｍｍとした。引張試験はＪＩＳ２２０１に準拠して実施した。
　引張試験の結果を［表２］に示す。
　押出材の外周部に生成した再結晶組織は押出ＬＴ断面を研磨後に、改良タッカー液でエッチングし、実体顕微鏡で観察し、その厚さを測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　引張試験では、引張強さ、０．２％耐力、破断伸びを測定した。引張試験では、引張強さが７７０ＭＰａ以上、０．２％耐力が７５０ＭＰａ以上、かつ破断伸びが８％以上であることを基準として、これらを満たすものを合格とした。 　　　　　　　　　
　次いで、上記の引張試験で合格したＡ、Ｂ、Ｃについて、耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）を評価した。
　Ｃリング試験片を製作し、ＪＩＳＨ８７１１に準拠し、応力腐食割れ試験（ＳＣＣ試験）を実施した。Ｃリング試験片は外径１９ｍｍ、厚さ１９ｍｍとした。応力は耐力値の７５％に相当する応力を負荷した。腐食液は３．５％ＮａＣｌであり、この水溶液に、１０分間浸漬、５０分間乾燥を１サイクルとして、３０サイクル実施し、割れの有無を判断した。
　上記の引張特性と耐ＳＣＣ性の目標値を満足したものを、総合評価で合格（○）とした。
　下記の［表３］に、実施例ＡからＪについての、特性評価の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　上記の結果によれば、Ａ及びＢでは、０．２％耐力、伸び、耐ＳＣＣ性の条件を満たし総合評価が合格となった。この結果から、本発明で規定するアルミニウム合金加工材では、高い強度が得られることがわかる。
　Ｃは、耐ＳＣＣ性が満足なものではなかった。これは、Ｃｒの添加量が本発明で規定する下限値未満であるためだと考えられる。
　Ｄは、０．２％耐力の結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｃｕの添加量が本発明で規定する上限値より多く、Ｍｇ／Ｃｕ比が、本発明で規定する範囲外であるため、析出強化が不十分であったためだと考えられる。
　Ｅは、０．２％耐力の結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｃｕの添加量が本発明で規定する上限値より多く、Ｍｇ／Ｃｕ比が、本発明で規定する範囲外であるため、析出強化が不十分であったためだと考えられる。
　Ｆは、０．２％耐力の結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｚｎ添加量が規定する値より少なく、かつ、Ｃｕの添加量が本発明で規定する上限値より多く、Ｍｇ／Ｃｕ比が、本発明で規定する範囲外であるため、析出強化が不十分であったためだと考えられる。
　Ｇは、伸びの結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｚｎの添加量が本発明で規定する上限値より多いため、晶出部が増加したためであると考えられる。
　Ｈは、０．２％耐力と伸びの結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｍｇの添加量が本発明で規定する上限値より多く、Ｍｇ／Ｃｕ比が、本発明で規定する範囲外であり、Ｍｇ＋Ｃｕが本発明で規定する上限値より多いため、晶出部が増加したためであると考えられる。
　Ｉは、０．２％耐力の結果が合格基準を満たしていない。これは、Ｍｇの添加量が本発明で規定する下限値未満であり、かつＭｇ／Ｃｕ比が、本発明で規定する範囲外であり、析出強化が不十分であったためだと考えられる。
　Ｊは、０．２％耐力の結果が合格基準を満たしていない。ＺｒとＣｒの添加量が本発明で規定する下限値未満であるため、押出加工組織が形成されず、所望の強度が得られなかったと考えられる。
　上記の結果から、本発明で規定する組成を満たすアルミニウム合金加工材は、本発明で規定する組成を満たさないアルミニウム合金加工材に比べて、高い強度が得られることがわかる。

Claims (4)

  1. Ｚｎ；９質量％以上１１質量％以下、Ｍｇ；２．０質量％以上２．８質量％未満、Ｃｕ；０．８質量％を超えて１．２質量％以下、Ｚｒ；０．０８質量％以上０．２５質量％以下、Ｃｒ；０．０２質量％以上０．３０質量％以下を含有し、
    残部がＡｌと不可避的不純物からなり、
    前記Ｍｇ，Ｃｕの含有量は、Ｍｇ／Ｃｕ≧２．５の関係を満たし、Ｚｒ、Ｃｒの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下であり、塑性加工組織を有することを特徴とするアルミニウム合金加工材。
  2. 更にＭｎ；０．０５質量％以上０．３２質量％以下を含有し、Ｚｒ、Ｃｒ及びＭｎの含有量の合計が、０．１２質量％以上０．４２質量％以下とすることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金加工材。
  3. 請求項１又は２記載の組成と同一の組成を有するアルミニウム合金に、塑性加工、溶体化処理、焼き入れ処理及び時効処理を順次施すことを特徴とするアルミニウム合金加工材の製造方法。
  4. 塑性加工として、押出比が５から１００、鋳塊温度が３００℃から４５０℃の熱間押出し加工、
    ４４０℃から４７０℃に保持する溶体化処理、
    ４５０℃から１００℃の範囲を１０００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼き入れ処理、
    １００℃から１８０℃で１０時間から３０時間の時効処理を順次施すことを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム合金加工材の製造方法。
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