WO2017002304A1 - アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線 - Google Patents

アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線 Download PDF

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章 今井
泰誠 山崎
大根田 進
章 竹平
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昭和電線ケーブルシステム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy wire manufacturing method and an aluminum alloy wire, and more particularly to an aluminum alloy wire manufacturing method and an aluminum alloy wire suitable for use in a wire harness.
  • Al—Mg—Si based alloys (6000 based aluminum alloys) have been applied as aluminum wires for wire harnesses (for example, Patent Documents 1 to 12).
  • the Al—Mg—Si based alloy is a precipitation strengthened aluminum alloy in which Mg 2 Si is precipitated in an aluminum alloy by performing an aging treatment at the final stage of the manufacturing process, thereby increasing the mechanical strength.
  • the aging treatment is performed, for example, by holding at a high temperature of 150 ° C. or higher for 1 hour or longer.
  • an ultrafine wire having a wire diameter of 0.5 mm or less is suitable for the use of the wire harness.
  • the workability of the ultrafine wire is difficult to obtain, and it is difficult to obtain a good ductility.
  • the precipitates in the Al—Mg—Si alloy are effective for increasing the strength, but become a factor of reducing the ductility.
  • this deposit can also become a factor (starting point of a disconnection) which causes a disconnection.
  • An object of the present invention is to easily produce an aluminum alloy wire having characteristics suitable for use in a wire harness and to improve the productivity, and an aluminum alloy having characteristics suitable for use in a wire harness Is to provide a line.
  • the method for producing an aluminum alloy wire according to the present invention includes: (A) a step of dissolving an aluminum alloy containing 0.40 to 0.55% by mass of Mg and 0.45 to 0.65% by mass of Si, with the balance being Al and inevitable impurities; (B) casting the molten aluminum alloy and rolling to form a rough drawn wire; (C) applying a solution treatment to the rough drawn wire; (D) drawing the rough drawn wire after the solution treatment to form a drawn wire having a wire diameter of 0.5 mm or less; (E) performing a heat treatment so that internal strain is removed without substantially precipitating Mg 2 Si.
  • An aluminum alloy wire according to the present invention includes an aluminum alloy containing 0.40 to 0.55 mass% Mg and 0.45 to 0.65 mass% Si, with the balance being Al and inevitable impurities.
  • An aluminum alloy wire, The alloy is substantially free of Mg 2 Si precipitates.
  • an aluminum alloy wire having characteristics suitable for the use of the wire harness can be easily manufactured, and the productivity is remarkably improved.
  • FIG. 1 is a flowchart showing an aluminum alloy wire manufacturing process according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the aluminum alloy wire manufacturing method according to the present embodiment includes steps S1 to S5.
  • Step S1 is a step of melting the aluminum alloy.
  • the aluminum alloy to be melted contains 0.40 to 0.55% by mass of Mg and 0.45 to 0.65% by mass of Si, with the balance being Al and inevitable impurities. Inevitable impurities are 0.32% by mass or less of Fe, 0.01% by mass or less of Cu, 0.01% or less of Mn, 0.01% by mass or less of Ti, and 0.003% by mass or less of V. .
  • Step S2 is a step of casting the molten aluminum alloy melted in step S1 and rolling it to form a rough drawn wire.
  • Step S2 is performed by, for example, the Properti method (continuous casting and rolling method).
  • the wire diameter of the rough drawn wire is, for example, ⁇ 8.0 to 10.0 mm.
  • Step S3 is a step of subjecting the rough drawn wire formed in step S2 to a solution treatment.
  • the solution treatment is a treatment (so-called solid solution) in which an alloy component (Mg, Si, etc.) not dissolved in the aluminum alloy is dissolved.
  • the solution treatment, the compound formed in step S2 typically Mg 2 Si is dispersed, the internal structure of the wire rod material is uniform (homogeneous process).
  • the solution treatment is performed, for example, by holding at 500 to 600 ° C. for 0.5 to 10 hours and then rapidly cooling.
  • the solution treatment in step S3 can be performed after wire drawing in step S4, but is preferably performed before wire drawing as in the present embodiment.
  • high-temperature heat treatment is performed in a bobbin winding or bundle form, so that there is a risk that the wires stick to each other and break when they are peeled off.
  • it is extremely difficult to set the tension and a slight change in tension causes a change in wire diameter or disconnection.
  • the high-temperature heat treatment in a state where the wire diameter before drawing is thick has a low risk, and even if non-uniformity occurs during casting and rolling, there is an advantage that it can be homogenized at an early stage of the process.
  • Process S4 is a process of drawing the drawn wire after the solution treatment to form a drawn material.
  • Step S4 is performed by drawing using a tapered die, for example.
  • the wire diameter of the finally drawn wire is, for example, 0.2 to 0.5 mm.
  • process S4 includes the process of heat-processing (intermediate heat treatment) with respect to the wire drawing material (intermediate wire drawing material) in the middle of wire drawing.
  • intermediate heat treatment is, for example, 100 to 140 ° C.
  • the intermediate heat treatment time becomes longer as the heat treatment temperature is lower.
  • Step S5 is a step in which the internal strain of the wire drawn and hardened in the wire drawing step is removed by heat treatment and softened to improve the ductility (so-called annealing).
  • the heat treatment temperature and heat treatment time in step S5 are set so that the effect of annealing can be obtained, and Mg 2 Si is not substantially precipitated. That is, step S5 is clearly different from the conventional aging treatment in that it is performed so as not to precipitate Mg 2 Si.
  • substantially no Mg 2 Si precipitates includes not only the precipitation at all, but also the case where Mg 2 Si is slightly precipitated.
  • the heat treatment temperature in step S5 is preferably 100 to 140 ° C., more preferably 120 to 140 ° C. This is because if the heat treatment temperature is lower than 100 ° C, it takes a long time for annealing, and if it is higher than 140 ° C, the Mg 2 Si compound is likely to precipitate.
  • the heat treatment time is determined by the relationship with the heat treatment temperature within a range in which the effect of annealing is obtained (the lower the heat treatment temperature, the longer). When the heat treatment time is 100 to 140 ° C., the heat treatment time is set to 3 to 20 hours. It has been confirmed that Mg 2 Si does not precipitate when the heat treatment temperature and the heat treatment time are set in this way.
  • the method of manufacturing an aluminum alloy wire includes (A) 0.40 to 0.55 mass% Mg and 0.45 to 0.65 mass% Si, with the balance being A step S1 for melting an aluminum alloy composed of Al and inevitable impurities, (B) a step S2 for casting and rolling the molten aluminum alloy to form a rough drawn wire, and (C) the rough drawn wire.
  • Step S3 for applying a solution treatment;
  • Step S4 for drawing the rough drawn wire after the solution treatment to form a wire drawn material having a wire diameter of 0.5 mm or less; and
  • E Mg 2 Si.
  • heat-treating step S5 so that the internal strain is removed without substantially precipitating.
  • the aluminum alloy wire produced by the above-described steps S1 to S5 has the same strength and electrical conductivity as the aluminum alloy wire produced by the conventional method having an aging treatment, and the elongation is 7% or more with respect to the ductility. improves. Further, since Mg 2 Si that can be a starting point of disconnection is not substantially precipitated in the alloy, the reliability is also improved. Furthermore, the aging treatment which was considered essential for improving the strength becomes unnecessary. Therefore, an aluminum alloy wire having characteristics suitable for the use of the wire harness can be easily manufactured, and the productivity is remarkably improved.
  • step S1 aluminum alloy wires were produced according to steps S1 to S5. Specifically, in step S1, an aluminum alloy containing 0.5% by mass of Mg and 0.6% by mass of Si, with the balance being Al and inevitable impurities was dissolved. In step S2, a rough drawn wire with a wire diameter of 9.5 mm was formed by the Properchi method. In step S3, after being kept at 550 ° C. for 5.5 hours, a solution treatment for quenching to room temperature was performed.
  • step S4 a wire drawing material having a wire diameter of 0.32 mm was formed by drawing using a die.
  • the intermediate wire was subjected to intermediate heat treatment while being drawn to a wire diameter of 0.32 mm.
  • the intermediate heat treatment temperatures were 140 ° C. (Examples 1 to 3), 130 ° C. (Examples 4 to 6), and 120 ° C. (Examples 7 to 9), and the intermediate heat treatment times were all 10 hours.
  • step S5 the wire rod was subjected to a final heat treatment.
  • the final heat treatment temperatures were 140 ° C. (Examples 1, 4, 7, and 10), 130 ° C. (Examples 2, 5, 8, and 11), and 120 ° C. (Examples 3, 6, 9, and 12).
  • the final heat treatment time was varied in the range of 3 to 10 hours.
  • Step S1 to S4 were performed in the same manner as in Examples 1 to 12 (see FIG. 4 for details), and Step S5 was not performed.
  • Step S5 was not performed.
  • Step S1 to S4 are performed in the same manner as in Examples 1 to 3, and instead of the final heat treatment in Step S5, an aging treatment of 150 ° C. ⁇ 5 hours and 170 ° C. ⁇ 5 hours is performed. Mg 2 Si was precipitated.
  • Aluminum alloy wires for wire harnesses are required to have a tensile strength of 350 MPa or more (evaluation ⁇ ), an elongation of 6% or more (evaluation B or more), and a conductivity of 50% IACS or more (evaluation B or more) in actual use. Is done.
  • the present invention can be applied to the case where a 6000 series aluminum alloy other than the composition shown in the embodiment is used. Further, to produce a wire harness using an aluminum alloy wire of the present invention, no problem even if precipitated Mg 2 Si by heat history during use.

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Abstract

アルミニウム合金線の製造方法は、(A)0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、(B)アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、(C)荒引線材に溶体化処理を施す工程と、(D)溶体化処理後の荒引線材を伸線して、線径0.5mm以下の伸線材を形成する工程と、(E)MgSiが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含む。

Description

アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線
 本発明は、アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線に関し、特にワイヤーハーネスの用途に好適なアルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線に関する。
 近年、自動車の車内配線等に用いられるワイヤーハーネスの分野では、軽量化の観点から、銅電線の代替としてアルミニウム電線が使用されている。車載ワイヤーハーネスは、走行中に絶え間なく振動や衝撃を受けるため、これらに対する耐性が要求される。優れた機械的特性(強度及び展延性(伸び))を有するアルミニウム電線を適用することで、耐衝撃性を向上することができる。
 従来は、ワイヤーハーネス用のアルミニウム電線として、Al-Mg-Si系合金(6000系アルミニウム合金)が適用されている(例えば、特許文献1~12)。Al-Mg-Si系合金は、製造工程の最終段階で時効処理を施すことにより、アルミニウム合金中にMgSiを析出させ、機械的強度を高めた析出強化型のアルミニウム合金である。時効処理は、例えば、150℃以上の高温下で、1時間以上保持することにより行われる。
特表2013-542320号公報 特開2015-96645号公報 特許第5607853号公報 特許第5607854号公報 特許第5607855号公報 特許第5607856号公報 特開2012-229485号公報 特開2013-76168号公報 特開2012-46824号公報 特開2012-214901号公報 特開2011-195962号公報 特開2008-112620号公報
 ところで、ワイヤーハーネスの用途には、線径が0.5mm以下の極細線が好適とされているが、極細線は加工硬化が進むため良好な展延性が得られにくい。しかも、Al-Mg-Si合金中の析出物は、強度を高めるためには有効である一方で、展延性が低下する要因になる。また、この析出物は、断線を引き起こす要因(断線の起点)にもなり得る。
 本発明の目的は、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性を向上できるアルミニウム合金線の製造方法及びワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を提供することである。
 本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法は、
(A)0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、
(B)前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、
(C)前記荒引線材に溶体化処理を施す工程と、
(D)前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径0.5mm以下の伸線材を形成する工程と、
(E)MgSiが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含むことを特徴とする。
 本発明に係るアルミニウム合金線は、0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を伸線したアルミニウム合金線であって、
 合金中にMgSi析出物が実質的にないことを特徴とする。
 本発明によれば、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性が格段に向上する。
実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造工程を示すフローチャートである。 実施例1~6の製造条件及び評価結果を示す図である。 実施例7~12の製造条件及び評価結果を示す図である。 比較例の製造条件及び評価結果を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の一実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造工程を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造方法は、工程S1~S5を含む。
 工程S1は、アルミニウム合金を溶解する工程である。溶解されるアルミニウム合金は、0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、0.32質量%以下のFe、0.01質量%以下のCu、0.01%以下のMn、0.01質量%以下のTi、0.003質量%以下のVである。
 工程S2は、工程S1で溶解されたアルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程である。工程S2は、例えばプロペルチ方式(連続鋳造圧延方式)により行われる。荒引線材の線径は、例えばφ8.0~10.0mmである。
 工程S3は、工程S2で形成された荒引線材に溶体化処理を施す工程である。溶体化処理とは、アルミニウム合金中の溶け込んでいない合金成分(Mg、Si等)を固溶させる処理(いわゆる固溶)である。また、溶体化処理により、工程S2で形成された化合物(代表的にはMgSi)は分散され、荒引線材の内部組織が均一化される(均質処理)。溶体化処理は、例えば500~600℃で0.5~10時間保持した後、急冷することにより行われる。
 工程S3の溶体化処理は、工程S4の伸線後に行うこともできるが、本実施の形態のように伸線前に行うのが好ましい。伸線後の細線の状態で溶体化処理を行う場合、ボビン巻或いは束状で高温熱処理を行うことになるため、素線同士が粘着し、それを剥がす際に断線する危険性がある。また、連続的に高温熱処理を行う場合、張力設定が極めて難しく、少しの張力変動で線径の変化や断線を起こす。これに対し、伸線前の線径の太い状態での高温熱処理ではその危険性が低く、また鋳造、圧延時に不均一性が生じても、工程初期の段階で均質化できるという利点がある。
 工程S4は、溶体化処理後の荒引線材を伸線し、伸線材を形成する工程である。工程S4は、例えば先細りのダイスを用いた引抜加工により行われる。最終的に形成される伸線材の線径は、例えば0.2~0.5mmである。
 工程S4は、伸線途中の伸線材(中間伸線材)に対して熱処理(中間熱処理)を施す工程を含むことが好ましい。中間熱処理を適宜行うことにより、中間伸線材に導入された歪みが除去されるので、その後の伸線加工性が向上する。また、最終的に得られるアルミニウム合金線の伸びも向上する。中間熱処理温度は、例えば100~140℃である。中間熱処理時間は、熱処理温度が低い程、長くなる。
 工程S5は、伸線工程で加工硬化した伸線材の内部歪みを熱処理により除去し、軟化させて展延性を向上させる工程である(いわゆる焼鈍)。工程S5における熱処理温度及び熱処理時間は、焼鈍による効果が得られる範囲で、かつMgSiが実質的に析出しないように設定される。つまり、工程S5は、MgSiを析出させないように行われる点で、従来行われた時効処理とは明確に異なる。
 なお、「実質的にMgSiが析出しない」とは、まったく析出しないことはもちろん、MgSiが若干析出する場合を含む。
 具体的には、工程S5における熱処理温度は、100~140℃であることが好ましく、120~140℃がより好ましい。熱処理温度が100℃より低いと焼鈍に長時間を要し、140℃より高いとMgSi化合物が析出しやすくなるためである。熱処理時間は、焼鈍による効果が得られる範囲で熱処理温度との関係で決まる(熱処理温度が低い程、長くなる)。熱処理時間が100~140℃の場合、熱処理時間は3~20時間に設定される。熱処理温度と熱処理時間をこのように設定した場合、MgSiは析出しないことが確認されている。
 このように、本実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造方法は、(A)0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程S1と、(B)前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程S2と、(C)前記荒引線材に溶体化処理を施す工程S3と、(D)前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径0.5mm以下の伸線材を形成する工程S4と、(E)MgSiが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程S5と、を含む。
 上述した工程S1~S5により製造されたアルミニウム合金線は、時効処理を有する従来の方法で製造されるアルミニウム合金線と同等の強度及び導電率を有する上、展延性に関しては伸びが7%以上に向上する。また、合金中に、断線の起点となりうるMgSiが実質的に析出していないので、信頼性も向上する。さらに、強度向上のために必須と考えられていた時効処理が不要となる。したがって、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性が格段に向上する。
[実施例]
 実施例1~12では、工程S1~S5に従って、アルミニウム合金線を製造した。具体的には、工程S1において、0.5質量%のMgと0.6質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解した。工程S2において、プロペルチ方式により、線径9.5mmの荒引線材を形成した。工程S3において、550℃で5.5時間保持した後、室温まで急冷する溶体化処理を施した。
 次いで、工程S4において、ダイスを用いた引抜加工により、線径0.32mmの伸線材を形成した。実施例1~9では、線径0.32mmまで伸線する間に、中間伸線材に対して中間熱処理を施した。中間熱処理温度は、140℃(実施例1~3)、130℃(実施例4~6)、120℃(実施例7~9)とし、中間熱処理時間は、いずれも10時間とした。
 最後に、工程S5において、伸線材に最終熱処理を施した。最終熱処理温度は、140℃(実施例1、4、7、10)、130℃(実施例2、5、8、11)、120℃(実施例3、6、9、12)とした。それぞれの実施例において、最終熱処理時間を3~10時間の範囲で変化させた。
[比較例]
 比較例1~4では、工程S1~S4については実施例1~12と同様に行い(詳細は図4参照)、工程S5は行わなかった。比較例5、6では、工程S1~工程S4については実施例1~3と同様に行い、工程S5の最終熱処理に代えて、150℃×5時間、170℃×5時間の時効処理を行い、MgSiを析出させた。
[評価結果]
 実施例1~12及び比較例1~6で得られたアルミニウム合金線について、引張強さ、伸び、導電率を測定し、ワイヤーハーネスの用途としての特性を評価した。また、アルミニウム合金線の横断面において、電子顕微鏡により100μm四方の範囲を観察した。
 アルミニウム合金線の製造条件及び評価結果を図2~図4に示す。図2~4において、引張強さは350MPa以上を「○」、350MPa未満を「×」で示している。伸びは、8%以上を「S」、7%以上8%未満を「A」、6%以上7%未満を「B」、6%未満を「C」で示している。導電率は、53%IACS以上を「S」、52%IACS以上53%IACS未満を「A」、50%IACS以上52%IACS未満を「B」、50%IACS未満を「C」で示している。また、断面観察では、最大結晶粒径が10μm以下である場合を「○」、10μmより大きい場合を「×」で示している。ワイヤーハーネス用のアルミニウム合金線には、実使用上、引張強さ350MPa以上(評価○)、伸び6%以上(評価B以上)、導電率50%IACS以上(評価B以上)であることが要求される。
 図2~図4に示すように、実施例1~12と比較例1~6の比較より、工程S5において最終熱処理を施すことにより、伸びが向上することが確認された。また、実施例1~12と比較例5、6の比較により、時効処理を行わない、すなわちMgSiを析出させなくても同等の引張強さ及び導電率が確保され、伸びについては8%以上に向上することが確認された。特に、120℃で中間熱処理を行い、130℃×5時間又は7時間で最終熱処理を行った場合に、伸びは最も大きくなった。
 以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
 例えば、本発明は、実施の形態で示した組成以外の6000系アルミニウム合金を用いる場合にも適用できる。また、本発明のアルミニウム合金線を用いてワイヤーハーネスを製造し、使用時の熱履歴によってMgSiが析出しても問題ない。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 2015年6月30日出願の特願2015-131922の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

Claims (8)

  1. (A)0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、
    (B)前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、
    (C)前記荒引線材に溶体化処理を施す工程と、
    (D)前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径0.5mm以下の伸線材を形成する工程と、
    (E)MgSiが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金線の製造方法。
  2.  工程(E)における熱処理温度は、100~140℃であ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線の製造方法。
  3.  工程(E)における熱処理温度は、120~140℃であることを特徴とする請求項2に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  4.  工程(E)における熱処理時間は、1~10時間であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  5.  工程(E)における熱処理時間は、3~10時間であることを特徴とする請求項4に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  6.  工程(E)における熱処理時間は、5~7時間であることを特徴とする請求項5に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  7.  工程(D)は、伸線途中の伸線材に対して熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  8.  0.40~0.55質量%のMgと、0.45~0.65質量%のSiを含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を伸線したアルミニウム合金線であって、
     合金中にMgSi析出物が実質的にないことを特徴とするアルミニウム合金線。
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