WO2021256571A1 - 高強度・高伸びアルミニウム合金及びアルミニウム合金押出材 - Google Patents

高強度・高伸びアルミニウム合金及びアルミニウム合金押出材 Download PDF

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WO2021256571A1
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aluminum alloy
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elongation
extruded material
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敏晃 大芝
秀彰 福増
佑亮 海老原
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三菱アルミニウム株式会社
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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

Definitions

  • the present invention relates to a high-strength, high-elongation aluminum alloy and an aluminum alloy extruded material.
  • an extruded material of JIS specified 6000 series aluminum alloy in which Mg and Si are added to Al may be used as a bumper of an automobile.
  • 6000 series aluminum alloy extruded material is not always sufficient for structural materials such as bumpers and frame materials, for which further increase in strength is being promoted.
  • 7000 series aluminum alloy extruded material is mass-produced in consideration of the balance between strength and elongation. It is necessary to have a component composition that takes into consideration the properties.
  • Patent Document 1 As an Al-Zn-Mg-Cu alloy extruded material, Zn: 5.0 to 7.5% (mass%, the same applies hereinafter), Mg: 1.6 to 3.3%. , Cu: 1.1 to 2.5%, Cr: 0.30% or less (not including 0%, the same applies hereinafter), Mn: 0.60% or less, Zr: 0.30% or less. It contains one or more of them, Ti: 0.06% or less, B: 0.005% or less, and further limits Fe and Si as unavoidable impurities to 0.25% or less, respectively. Disclosed are W-conditioned or T4 tempered aluminum alloy extruded materials consisting of the balance Al and unavoidable impurities.
  • the present inventors have investigated the optimum component balance of the 7000 series aluminum alloy extruded material for bumper and frame material applications. As a result, it was found that the optimum blending of Mn is important for this type of extruded aluminum alloy. It was confirmed that Mn contributes to making the metal structure after extrusion into a fibrous form in this type of aluminum alloy, and has the effect of increasing the Brass directional density and improving the strength. It was also found that when the Mn content was adjusted to 0.3% by mass or less, the fibrous structure did not develop sufficiently and the strength decreased. It was also found that when the Mn content is adjusted to exceed 0.5% by mass, a coarse intermetallic compound develops and the processability is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a high-strength, high-stretch aluminum alloy and an aluminum alloy extruded material which have high strength suitable for structural materials such as bumpers and frame materials and have excellent elongation. do.
  • the high-strength, high-elongation aluminum alloy of this embodiment has Zn: more than 4.0% to 7.0% or less, Mg: more than 0.9% to 1.3% or less, Zr: in mass%. More than 0.1% to 0.3% or less, Ti: more than 0.01% to 0.1% or less, Cu: more than 0.2% to 0.6% or less, Mn: more than 0.3% to 0. It is characterized by having a composition of 5% or less, a balance Al and unavoidable impurities, and having a tensile strength of 350 MPa or more and an elongation of 13% or more in the extrusion direction of the molded material after extrusion.
  • the high-strength, high-elongation aluminum alloy of this embodiment further has Fe: 0.3% or less, Si: 0.2% or less, Ni: 0.1% or less, V: more than 0.005% to 0. It is characterized in that it is controlled to 05% or less.
  • the Brass directional density in the ODF obtained from the polar diagram measured by the X-ray diffraction measurement is 15 or more.
  • the high-strength, high-elongation aluminum alloy extruded material of this embodiment has Zn: more than 4.0% to 7.0% or less, Mg: more than 0.9% to 1.3% or less, Zr in mass%. : More than 0.1% to 0.3% or less, Ti: More than 0.01% to 0.1% or less, Cu: More than 0.2% to 0.6% or less, Mn: More than 0.3% to 0 It contains 5.5% or less, the balance is composed of Al and unavoidable impurities, and is characterized by having a tensile strength of 350 MPa or more and an elongation of 13% or more in the extrusion direction of the molded material after extrusion.
  • the high-strength, high-elongation aluminum alloy extruded material of this embodiment further contains Fe: 0.3% or less, Si: 0.2% or less, Ni: 0.1% or less, V: more than 0.005%. It is characterized in that it is controlled to 0.05% or less.
  • the Brass directional density in the ODF obtained from the polar diagram measured by X-ray diffraction measurement is 15 or more.
  • the high-strength and high-elongation aluminum alloy according to the present invention since it has high strength and excellent elongation, it is possible to provide a bumper and an aluminum alloy suitable as a bumper reinforcing material or a frame material showing high strength and excellent elongation. Further, if the cross-sectional structure in the extrusion direction has a fibrous structure and the Brass directional density in the ODF obtained from the polar diagram measured by X-ray diffraction measurement is 15 or more, the aluminum alloy has high strength and excellent elongation. Can be provided.
  • the high-strength and high-elongation aluminum alloy extruded material according to the present invention since it has high strength and excellent elongation, it is suitable as a bumper and a bumper reinforcing material or a frame material which exhibits high strength and excellent elongation. Can be provided. Further, if the cross-sectional structure in the extrusion direction has a fibrous structure and the Brass azimuth density in the ODF obtained from the polar diagram measured by X-ray diffraction measurement is 15 or more, the aluminum alloy has high strength and excellent elongation. Extruded material can be provided.
  • the aluminum alloy exhibiting high strength and high elongation according to the present embodiment has Zn: more than 4.0% to 7.0% or less, Mg: more than 0.9% to 1.3% or less, and Zr in mass%. : More than 0.1% to 0.3% or less, Ti: More than 0.01% to 0.1% or less, Cu: More than 0.2% to 0.6% or less, Mn: More than 0.3% to 0 It contains 5.5% or less and has a composition in which the balance consists of Al and unavoidable impurities.
  • the aluminum alloy of the present embodiment in addition to the above composition, it is preferable to control one or more of Fe, Si, Ni, and V in mass% within the range shown below. Fe: 0.3% or less, Si: 0.2% or less, Ni: 0.1% or less, V: more than 0.005% to 0.05% or less. Further, the aluminum alloy of the present embodiment preferably has a tensile proof stress of 350 MPa or more and an elongation of 13% or more in the extrusion direction of the molded material after extrusion. In addition, when the content of the component element is expressed as more than 4.0% to 7.0% or less in the present specification, the content of the target component element exceeds 4.0% and 7.0%. It means that it is contained below.
  • the aluminum alloy according to this embodiment has Zn of more than 4.0% and 7.0% or less. Is contained, and more than 0.9% and 1.3% or less of Mg is contained. Zn and Mg generate MgZn 2 in the structure and contribute to the improvement of the strength of the aluminum alloy. When the Mg content exceeds 1.3% and the Zn content exceeds 7.0%, the plastic workability is remarkably lowered, and the practicality of the aluminum alloy of the present embodiment is lowered. In addition, since the rate of billet cracking during casting increases, the yield is significantly reduced.
  • the Zn content is more preferably in the range of 5.30% or more and 6.50% or less, and further preferably 5.40% or more and 6.30% or less.
  • the Mg content is more preferably 1.0% or more and 1.30% or less, and further preferably 1.10% or more and 1.26% or less.
  • Cu More than 0.2% to 0.6% or less Cu contributes to the improvement of the strength of the aluminum alloy according to this embodiment. If the Cu content is 0.2% by mass or less, sufficient strength cannot be obtained in the aluminum alloy of the present embodiment. When the Cu content exceeds 0.6%, billet cracking occurs during casting and the yield is significantly reduced.
  • the Cu content is more preferably in the range of 0.30% or more and 0.50% or less, and further preferably 0.33% or more and 0.41% or less.
  • Mn More than 0.3% to 0.5% or less Mn makes it easier to obtain a fibrous structure in the structure after extrusion when the extruded material is manufactured from the aluminum alloy of the present embodiment.
  • Mn has the effect of improving the Brass directional density in the extruded material.
  • the Mn content is 0.3% or less, the development of the Brass orientation is insufficient and sufficient strength cannot be obtained.
  • the Mn content exceeds 0.5%, coarse intermetallic compounds are generated and the plastic workability is deteriorated.
  • the Mn content is more preferably in the range of 0.31% or more and 0.45% or less, and further preferably 0.33% or more and 0.43% or less.
  • Zr More than 0.1% to 0.3% or less
  • Ti More than 0.01% to 0.1% or less
  • Zr has an effect of facilitating the acquisition of a fibrous structure in the structure after extrusion.
  • Zr has the effect of improving the Brass directional density in the extruded material.
  • the Zr content is more preferably in the range of 0.11% or more and 0.20% or less, and further preferably 0.15% or more and 0.2% or less.
  • Ti has the effect of miniaturizing the cast structure and has the effect of improving the extrudability.
  • the Ti content is more preferably in the range of 0.015% or more and 0.055% or less.
  • Fe 0.3% or less Si: 0.2% or less
  • Ni 0.1% or less
  • Fe, Si, and Ni are elements contained as being derived from bare metal, but a more preferable content range of these is Fe: 0. 3% or less, Si: 0.2% or less, Ni: 0.1% or less.
  • Fe is an element that contributes to the miniaturization of crystal grains and improves the strength by mainly forming an Al—Fe-based intermetallic compound. However, if it is contained in excess of the upper limit, the ductility is lowered.
  • Si has the effect of solid-solving and strengthening in the aluminum base material, but if it is contained in excess of the upper limit, the ductility is lowered.
  • the content Fe + Si which is the sum of the contents of Fe and the content of Si, is in the range of less than 0.4%.
  • Ni is an element that has the effect of refining crystal grains and suppressing the formation of abnormally coarse-grown grains, and improves the strength, but if it exceeds 0.1%, the ductility is significantly reduced.
  • Ni is more preferably controlled at 0.05% or less.
  • V More than 0.005% to 0.05% or less V has the effect of refining the cast structure and the effect of improving the Brass directional density. If the V content is 0.005% or less, sufficient effects cannot be obtained in both the miniaturization effect and the brass directional density improving effect. When the V content exceeds 0.05%, coarse intermetallic compounds are generated and the plastic workability is deteriorated.
  • the V content is more preferably in the range of 0.01% or more and 0.04% or less, and further preferably 0.01% or more and 0.03% or less.
  • the Zn content is 5.40% or more and 6.30% or less
  • the Mg content is 1.10% or more and 1.26% or less
  • the Cu content is 0.33% or more and 0. .41% or less
  • Mn content 0.33% or more and 0.43% or less Zr content 0.15% or more and 0.20% or less
  • Fe + Si content which is the sum of Fe content and Si content If less than 0.4 is satisfied at the same time, aluminum alloys and aluminum alloy extruded materials having particularly high strength and excellent elongation can be provided.
  • ingots are formed from a molten aluminum alloy by a semi-continuous casting method so as to have the above-mentioned predetermined composition.
  • the obtained ingot is homogenized to obtain an extrusion billet.
  • the homogenization treatment temperature is preferably 400 ° C. or higher and 500 ° C. or lower
  • the homogenization treatment time is preferably 1 hour or more and 20 hours or less
  • forced cooling by a fan is desirable for cooling after taking out from the furnace after the homogenization treatment.
  • These treatment conditions are general treatment conditions applied to Al—Zn—Mg-based aluminum alloys.
  • the billet is heated prior to extrusion, and the heating temperature is preferably 460 ° C. or higher and 560 ° C. or lower. More preferably, the temperature is 480 ° C or higher and 540 ° C or lower.
  • An atmospheric furnace, an induction heating furnace, or the like can be used for heating the billet.
  • Hot extrusion can be performed in a predetermined shape using a billet heated to a predetermined temperature. By heating the billet to the above temperature range and performing hot extrusion, the main orientation of the texture can be controlled to the Brass orientation.
  • the extrusion ratio is 20 or more, and that the wall thickness in the cross-sectional shape of the extruded profile is 10 mm or less in order to control the main orientation of the texture to the Brass orientation.
  • it is cooled to room temperature (70 ° C. or lower) by fan air cooling, and then cut to a predetermined length to obtain an extruded material.
  • the obtained extruded profile is subjected to a two-stage aging treatment. In this aging treatment, the first stage is held in a temperature range of 90 ° C. or higher and 130 ° C. or lower for 1 hour or more and 12 hours or less, and the second stage is held in a temperature range of 130 ° C. or higher and 170 ° C. or lower for 1 hour or more and 12 hours or less. ..
  • the aluminum alloy constituting the extruded material produced as described above has a tensile proof stress of 350 MPa or more and an elongation of 13% or more in the extrusion direction. Further, the extruded material made of the aluminum alloy has a fibrous structure in which crystal grains are elongated in the extrusion direction, and has a Brass directional density of 15 or more.
  • a method for measuring the Brass directional density X-ray diffraction measurement is performed on the surface of the extruded material by the Schulz reflection method to create incomplete pole diagrams of ⁇ 100 ⁇ , ⁇ 110 ⁇ , and ⁇ 111 ⁇ .
  • the ODF direction density distribution function
  • the extruded material is made of the above-mentioned aluminum alloy, it has good extrudability and castability, and has sufficient tensile strength and elongation, so that it is suitable as a bumper for automobiles, a bumper reinforcing material, or a frame material. Can be used for.
  • Aluminum alloy ingots having the compositions shown in Tables 1 and 2 and having a diameter of 300 to 330 mm were produced according to a semi-continuous casting method, and the obtained ingots were homogenized at 450 to 500 ° C. for 10 to 16 hours. After that, it was taken out from the furnace and forced air cooling was performed by a fan. These extrusion billets are heated to 510 to 530 ° C.
  • a hollow extrusion material having a square cross section (extrusion ratio of about 30) having a width of 150 mm, a height of 150 mm, and a wall thickness of 4.5 mm is extruded by hot extrusion.
  • the product was manufactured by cooling to room temperature by air cooling with a fan.
  • FIG. 1 shows the shape of an aluminum alloy extruded material (hollow extruded material).
  • a tensile test piece 2 and a disk-shaped test piece 3 for X-ray diffraction measurement were collected from the upper surface portion 1A of the square cross section shown in FIG. 1 and used for various measurements described below.
  • test piece of the aluminum alloy extruded material had the shape of the JIS regulation No. 5 test piece, and was taken from the upper surface of the square cross section of the hollow extruded material so that the extrusion direction and the tensile direction were parallel to each other as shown in FIG. The crosshead speed was 5 mm / min.
  • Measurement of elongation The fracture surfaces of each test piece after the tensile test were matched, and the change in the distance between the gauge points drawn before the tensile test was measured to determine the elongation.
  • Aggregate organization As shown in FIG. 1, a disk test piece having a diameter of 40 mm was cut out from the upper surface of the square cross section of each hollow extruded material, and X-ray diffraction measurement was performed on the surface of the cut out test piece on the outer surface side of the hollow extruded material. Incomplete pole diagrams of 100 ⁇ , ⁇ 110 ⁇ , and ⁇ 111 ⁇ were created. The X-ray diffraction measurement was performed using RINT2200 manufactured by Rigaku Co., Ltd.
  • the conditions were set for standardization using non-oriented samples. From the obtained incomplete pole diagrams of ⁇ 100 ⁇ , ⁇ 110 ⁇ , and ⁇ 111 ⁇ , using general-purpose ODF analysis software (StandardODF ver.2.4) using the iterative series expansion method, the ODF (Expanded order 22) is used. The azimuth density distribution function) was obtained.
  • the directional density was defined as the Brass directional density.
  • the texture was determined according to the following criteria. A: Brass directional density 17 or more and B: Brass directional density 15 or more and less than 17 C: Brass directional density 14 or more and less than 15 D: Brass directional density less than 14
  • Productivity Samples were prepared from each aluminum alloy having each composition shown in Tables 1 and 2 above, but as a result of adding various elements to the aluminum alloy, casting cracks occurred in some of the samples. In addition, some samples had extrusion defects (defective shape / dimensions, etc.). The productivity of each sample was evaluated in the following three stages of A, B, and C. Productivity evaluation A: Good castability and extrudability, and sufficient productivity. B: It has castability and extrudability that can be produced, but the yield is inferior due to poor dimensions and poor appearance. C: Productivity is significantly inferior (cannot be manufactured) due to casting cracks, excessive extrusion load, etc.
  • Table 3 shows the results of the comprehensive judgment based on the following criteria, taking into consideration the mechanical characteristics, the judgment of the texture, and the productivity.
  • Comprehensive judgment A It is particularly excellent in proof stress and elongation, satisfies the texture, and has good productivity.
  • B It is particularly excellent in yield strength, stretches, satisfies the texture, and has good productivity.
  • C Satisfies proof stress, elongation, texture, and has good productivity.
  • D Satisfied with yield strength, elongation, and texture, but slightly inferior in productivity.
  • E One or more of the yield strength, elongation, and aggregate structure do not reach the target, or the productivity is significantly inferior.
  • the sample of Comparative Example 1 shown in Table 2 was a sample in which the Zn content and the Mg content were more than the desired range, but as shown in Table 3, the elongation was small and the yield was inferior due to poor appearance.
  • the sample of Comparative Example 2 was a sample in which the Cu content was more than the desired range, but billet cracking during casting occurred and an extrusion billet could not be obtained.
  • the sample of Comparative Example 3 was a sample in which the Mn content and the Zr content were more than the desired range, but the elongation was small and the yield was inferior due to poor appearance.
  • the sample of Comparative Example 4 was a sample having a Zn content lower than the desired range, but had a low yield strength.
  • the sample of Comparative Example 5 was a sample in which the Mg content and the Cu content were less than the desired range, but the yield strength was small.
  • Comparative Examples 6 and 8 were samples in which the Mn content and the Zr content were less than the desirable ranges, but the Brass directional density was inferior and the yield strength was small.
  • the sample of Comparative Example 7 was a sample having a Ti content lower than the more desirable range, but it was not possible to prepare an extruded material sample because cracks occurred during extrusion.

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Abstract

本発明に係る高強度・高伸びアルミニウム合金は、質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有することを特徴とする。さらに、Ｆｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下を含有することができる。

Description

高強度・高伸びアルミニウム合金及びアルミニウム合金押出材
　本発明は、高強度・高伸びアルミニウム合金及びアルミニウム合金押出材に関する。
　自動車等のバンパーやバンパー補強材、あるいはフレーム材として、ＭｇとＳｉをＡｌに添加したＪＩＳ規定６０００系アルミニウム合金の押出材が使用されることがある。しかし、バンパーやフレーム材などのように、更なる高強度化が推し進められている構造材用途として６０００系のアルミニウム合金押出材は、強度が必ずしも充分ではない問題がある。
　これに対し、ＺｎとＭｇを添加したＪＩＳ規定７０００系のアルミニウム合金押出材であれば、高強度を得られやすいが、７０００系のアルミニウム合金押出材は、強度と伸びのバランスを考慮し、量産性を考慮した成分構成が必要となる。
　例えば、以下の特許文献１には、Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｇ-Ｃｕ合金押出材として、Ｚｎ：５．０～７．５％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１．６～３．３％ 、Ｃｕ：１．１～２．５％ を含有し、さらにＣｒ：０．３０％以下（０％を含まず、以下同じ）、Ｍｎ：０．６０％以下、Ｚｒ：０．３０％以下のうちの１種以上、およびＴｉ：０．０６％以下、Ｂ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有し、さらに不可避不純物としてのＦｅおよびＳｉをそれぞれ０．２５％以下に制限し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＷ調質またはＴ４調質のアルミニウム合金押出材が開示されている。
　また、以下の特許文献２には、Ｍｇの質量％を［Ｍｇ］、Ｚｎの質量％を［Ｚｎ］としたとき、［Ｍｇ］と［Ｚｎ］が下記３式を満たし、５．４３≦［Ｚｎ］≦６．３、［Ｚｎ］／５．３８＋０．１５≦［Ｍｇ］≦［Ｚｎ］／５．３８＋０．３４、１１ ．６８≦［Ｚｎ］＋４．７［Ｍｇ］≦１４、さらに、Ｃｕ：０．１～０．６質量％ 、Ａｇ：０．０１～０．１５質量％の１種又は２種と、Ｔｉ：０．００５～０．０５質量％と、Ｍｎ：０．１～０．３質量％，Ｃｒ：０．０５～０．２質量％，Ｚｒ：０．０５～０．２質量％の１種又は２種以上を含み、残部Ａｌからなるバンパーレインフォース用高強度アルミニウム合金押出材が開示されている。
特許第５０８３８１６号公報 特許第５６３１３７９号公報
　以上説明の背景に基づき、本発明者らは、バンパーやフレーム材用途として７０００系のアルミニウム合金押出材の最適な成分バランスを検討した。その結果、この種のアルミニウム合金押出材においてはＭｎの最適配合が重要であることを見出した。
　Ｍｎはこの種のアルミニウム合金において押出後の金属組織を繊維状にすることに寄与し、Ｂｒａｓｓ方位密度を高め、強度を向上させる効果があることを確認した。
　Ｍｎ含有量を０．３質量％以下に調整すると、繊維状組織が十分に発達せず、強度が低下することも知見した。また、０．５質量％を超えるＭｎ含有量に調整すると、粗大な金属間化合物が発達し、加工性が低下することも知見した。
　本願発明は、上述の背景に鑑み、バンパーやフレーム材などの構造材用途として好適な高強度を有し、優れた伸びを有する高強度・高伸びアルミニウム合金及びアルミニウム合金押出材の提供を目的とする。
（１）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金は、質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有することを特徴とする。
（２）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金は、さらにＦｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下に制御したことを特徴とする。
（３）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金において、Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上であることが好ましい。
（４）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金押出材は質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有することを特徴とする。
（５）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金押出材は、さらにＦｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下に制御したことを特徴とする。
（６）本形態の高強度・高伸びアルミニウム合金押出材において、Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上であることが好ましい。
　本発明に係る高強度・高伸びアルミニウム合金によれば、高い強度と優れた伸びを有するので、高強度かつ優れた伸びを示すバンパーおよびバンパー補強材あるいはフレーム材として好適なアルミニウム合金を提供できる。
　また、押出方向の断面組織が繊維状組織を有し、Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上であるならば、高い強度と優れた伸びを有するアルミニウム合金を提供できる。
　本発明に係る高強度・高伸びアルミニウム合金押出材によれば、高い強度と優れた伸びを有するので、高強度かつ優れた伸びを示すバンパーおよびバンパー補強材あるいはフレーム材として好適なアルミニウム合金押出材を提供できる。
　また、押出方向の断面組織が繊維状組織を有し、Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上であるならば、高い強度と優れた伸びを有するアルミニウム合金押出材を提供できる。
実施例において製造したアルミニウム合金押出材の一例を示す斜視図である。
　以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　本実施形態に係る高強度・高伸びを示すアルミニウム合金は、質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有する。
　本実施形態のアルミニウム合金において、前記組成に加え、質量％にて、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｖのうち、１種または２種以上を以下に示す範囲に制御することが好ましい。
　Ｆｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下。
　また、本実施形態のアルミニウム合金は、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有することが好ましい。
　なお、本明細書において成分元素の含有量について４．０％超～７．０％以下のように表記した場合、対象とする成分元素に関し４．０％を超えて含有し、７．０％以下含有することを意味する。
　Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下
　Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下
　本実施形態に係るアルミニウム合金には、４．０％を超え、７．０％以下のＺｎが含有され、更に、０．９％を超え、１．３％以下のＭｇが含有されている。
　ＺｎとＭｇは、組織内にＭｇＺｎ２を生成し、アルミニウム合金の強度向上に寄与する。Ｍｇ含有量が１．３％を超え、Ｚｎ含有量が７．０％を超えると、塑性加工性が著しく低下し、本実施形態のアルミニウム合金の実用性が低下する。また、鋳造時のビレット割れの発生率が上昇するので歩留まりが著しく低下する。
　Ｚｎの含有量については、５．３０％以上６．５０％以下の範囲がより好ましく、５．４０％以上６．３０％以下が更に好ましい。Ｍｇの含有量については、１．０％以上１．３０％以下の範囲がより好ましく、１．１０％以上１．２６％以下が更に好ましい。
　Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下
　Ｃｕは本実施形態に係るアルミニウム合金の強度向上に寄与する。Ｃｕ含有量が０．２質量％以下では本実施形態のアルミニウム合金において十分な強度が得られない。Ｃｕ含有量が０．６％を超える場合、鋳造時のビレット割れが発生し、歩留まりが著しく低下する。Ｃｕの含有量については、０．３０％以上０．５０％以下の範囲がより好ましく、０．３３％以上０．４１％以下が更に好ましい。
　Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下
　Ｍｎは本実施形態のアルミニウム合金により押出材を製造した場合、押出後の組織において繊維状組織を得やすくする。また、Ｍｎは押出材におけるＢｒａｓｓ方位密度を向上させる効果がある。Ｍｎ含有量を０．３％以下にするとＢｒａｓｓ方位の発達が不十分で十分な強度が得られない。Ｍｎ含有量が０．５％を超える場合、粗大な金属間化合物が発生し塑性加工性が低下する。
　Ｍｎの含有量については、０．３１％以上０．４５％以下の範囲がより好ましく、０．３３％以上０．４３％以下が更に好ましい。
　Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下
　Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下
　Ｚｒは、押出後の組織において繊維状組織を得やすくする効果がある。また、Ｚｒは押出材におけるＢｒａｓｓ方位密度を向上させる効果がある。Ｚｒ含有量を０．１％以下にするとＢｒａｓｓ方位の発達が不十分で十分な強度が得られない。Ｚｒ含有量が０．３％を超える場合、塑性加工性が低下する。Ｚｒの含有量については、０．１１％以上０．２０％以下の範囲がより好ましく、０．１５％以上０．２％以下が更に好ましい。
　Ｔｉは鋳造組織の微細化効果があり、押出成形性を向上させる効果がある。
Ｔｉ：０．０１％以下の場合、微細化効果と押出成形性向上効果の両面において十分な効果が得られない。Ｔｉ含有量が０．１％を超える場合、特性の向上は見られないが、過剰添加によりアルミニウム合金のコストアップにつながる。
　Ｔｉの含有量については、０．０１５％以上０．０５５％以下の範囲がより好ましい。
　Ｆｅ：０．３％以下
　Ｓｉ：０．２％以下
　Ｎｉ：０．１％以下
　ＦｅおよびＳｉ、Ｎｉは地金由来として含有される元素であるが、これらのより好ましい含有範囲はＦｅ：０．３％ 以下、Ｓｉ：０．２％ 以下、Ｎｉ：０．１％以下である。
　Ｆｅは主にＡｌ－Ｆｅ系の金属間化合物を生成することによって結晶粒の微細化に寄与すると共に、強度を向上させる元素である。ただし、上限を超えて含有されると、延性が低下する。
　Ｓｉはアルミニウム母材中に固溶して強化する作用を有するが、上限を越えて含有されると、延性が低下する。
　ＦｅとＳｉの含有量については、Ｆｅの含有量とＳｉの含有量を足し合わせた含有量Ｆｅ＋Ｓｉが０．４％未満の範囲となることが好ましい。
　Ｎｉは結晶粒を微細化するとともに、異常な粗大成長粒の生成を抑制する作用を有する元素であり、強度を向上させるが、０．１％を超えると延性が著しく低下する。Ｎｉはより好ましくは０.０５％以下で管理するのが望ましい。
　Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下
　Ｖは鋳造組織の微細化効果とＢｒａｓｓ方位密度を向上させる効果がある。Ｖ含有量が０．００５％以下では微細化効果とＢｒａｓｓ方位密度向上効果の両方において十分な効果が得られない。Ｖ含有量が０．０５％を超える場合、粗大な金属間化合物が発生し塑性加工性が低下する。Ｖの含有量については、０．０１％以上０．０４％以下の範囲がより好ましく、０．０１％以上０．０３％以下が更に好ましい。
　本実施形態のアルミニウム合金の組成の好ましい範囲において、Ｚｎ含有量５．４０％以上６．３０％以下、Ｍｇ含有量１．１０％以上１．２６％以下、Ｃｕ含有量０．３３％以上０．４１％以下、Ｍｎ含有量０．３３％以上０．４３％以下、Ｚｒ含有量０．１５％以上０．２０％以下、Ｆｅの含有量とＳｉの含有量を足し合わせた含有量Ｆｅ＋Ｓｉが０．４未満を同時に満足する場合、特に高い強度と優れた伸びを有するアルミニウム合金およびアルミニウム合金押出材を提供できる。
　次に、本発明に係るアルミニウム合金の製造方法および該アルミニウム合金を用いて押出材を製造する方法について説明する。
　まず、上述した所定の組成となるようにアルミニウム合金の溶湯から半連続鋳造法により造塊する。得られた鋳塊を均質化処理して、押出用ビレットとする。
　均質化処理温度は４００℃以上５００℃以下が望ましく、均質化処理時間は１時間以上２０時間以下が望ましく、均質化処理後に炉から取り出した後の冷却は、ファンによる強制冷却が望ましい。これらの処理条件はＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系のアルミニウム合金に適用される一般的な処理条件である。
　次いで、押出に先立ってビレットを加熱するが、その加熱温度は４６０℃以上５６０℃以下とするのが望ましい。より好ましくは４８０℃以上５４０℃以下にする。ビレットの加熱は大気炉または誘導加熱炉等を使用できる。
　所定の温度に加熱したビレットを用いて所定の形状に熱間押出を実施できる。ビレットを上記の温度範囲に加熱し、熱間押出を行うことにより、集合組織の主方位をＢｒａｓｓ方位に制御することができる。その際、押出比が２０以上であることが、また、押出形材の断面形状における肉厚が１０ｍｍ以下であることが、集合組織の主方位をＢｒａｓｓ方位に制御する上で好ましい。熱間押出後、ファン空冷にて室温（７０℃以下）まで冷却した後、所定の長さに切断して押出材を得ることができる。押出後、得られた押出形材に対して２段時効処理を施す。この時効処理は、１段目が９０℃以上１３０℃以下の温度範囲で１時間以上１２時間以内保持し、２段目が１３０℃以上１７０℃以下の温度範囲で１時間以上１２時間以内保持する。
　以上説明の如く製造された押出材を構成するアルミニウム合金は、押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有する。
　また、前記アルミニウム合金からなる押出材は、押出方向に結晶粒が伸長した繊維状組織を有し、Ｂｒａｓｓ方位密度が１５以上を示す。ここで、Ｂｒａｓｓ方位密度の測定方法は、押出材の表面に対してＳｃｈｕｌｚの反射法によるＸ線回折測定を行って｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の不完全極点図を作成し、得られた｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の不完全極点図から、反復級数展開法によってＯＤＦ（方位密度分布関数）を求め、得られたＯＤＦから、Ｂｒａｓｓ方位｛１１０｝＜１１２＞に対応する方位密度を出力させ、得られた方位密度をＢｒａｓｓ方位密度とすればよい。
　このため、前述のアルミニウム合金からなる押出材であるならば、押出性および鋳造性が良好であり、十分な引張耐力と伸びを有するので、自動車等のバンパーやバンパー補強材、あるいはフレーム材として好適に用いることができる。
　以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　表１、表２に示す組成を有する直径３００～３３０ｍｍのアルミニウム合金鋳塊を半連続鋳造法に従って作製し、得られた鋳塊について４５０～５００℃で１０～１６時間の均質化処理を行った後、炉から取り出しファンによる強制空冷を行った。これらの押出用ビレットを誘導加熱炉で５１０～５３０℃に加熱し、熱間押出により幅１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの正方形断面（押出比約３０）を有する中空押出材を押出加工直後ファン空冷により室温まで冷却して作製した。
　得られたアルミニウム合金押出材に対し二段時効処理行った。一段目は１００℃～１３０℃で４～６時間処理し、二段目は１４０～１６０℃で４～６時間処理した。
　図１に、アルミニウム合金押出材（中空押出材）の形状を示す。この中空押出材１において、図１に示す正方形断面の上面部１Ａから、引張試験片２とＸ線回折測定用円板状試験片３を採取し、以下に説明する各種の測定に供した。
　「引張耐力の測定」
　ＪＩＳＺ２２４１に準拠し、引張試験を行い、各試験片の引張り耐力を測定した。アルミニウム合金押出材の試験片は、ＪＩＳ規定５号試験片の形状とし、図１に示す通り、押出方向と引張方向が平行となるように、中空押出材の正方形断面の上面部から採取した。クロスヘッド速度は５ｍｍ／ｍｉｎとした。
　「伸びの測定」
　引張り試験後の各試験片の破断面を突き合わせ、引張り試験前に描いておいた標点間距離の変化を測定し、伸びを求めた。
　引張耐力の測定値と伸びの測定値を勘案し、以下の基準で機械的性質を判定した。
　「機械的性質の判定」
　Ａ：耐力４００ＭＰａ以上かつ伸び１６％以上
　Ｂ：耐力３７０ＭＰａ以上かつ伸び１４％以上
　Ｃ：耐力３７０ＭＰａ以上かつ伸び１３％以上
　Ｄ：耐力３５０ＭＰａ以上かつ伸び１３％以上
　Ｅ：耐力３５０ＭＰａ未満もしくは伸び１３％未満
　「集合組織」
　各中空押出材の正方形断面の上面部より、図１に示す通りφ４０ｍｍの円板試験片を切り出し、切り出した試験片の中空押出材の外面側となる表面に対しＸ線回折測定を行い、｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の不完全極点図を作成した。
　Ｘ線回折測定は、株式会社リガク製ＲＩＮＴ２２００を用いて行った。Ｘ線回折測定の条件は、Ｃｕ管球を用いて、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡで行い、Ｓｃｈｕｌｚの反射法を用い、傾斜角α＝２０～９０°の範囲で測定し、バックグラウンド補正を行い、無配向性試料による規格化を行う条件とした。得られた｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の不完全極点図から、反復級数展開法を用いた汎用ＯＤＦ解析ソフトウェア（Ｓｔａｎｄａｒｄ　ＯＤＦ　ｖｅｒ．２．４）を用い、展開次数２２としてＯＤＦ（方位密度分布関数）を求めた。得られたＯＤＦから、Ｂｒａｓｓ方位｛１１０｝＜１１２＞に対応するよう、Ｂｕｎｇｅの表示法によるオイラー角がφ１＝３５°、Φ＝４５°、φ２＝０°における方位密度を出力させ、得られた方位密度をＢｒａｓｓ方位密度とした。
　得られたＢｒａｓｓ方位密度を勘案し、以下の基準で集合組織を判定した。
　　Ａ：Ｂｒａｓｓ方位密度１７以上
　　Ｂ：Ｂｒａｓｓ方位密度１５以上～１７未満
　　Ｃ：Ｂｒａｓｓ方位密度１４以上～１５未満
　　Ｄ：Ｂｒａｓｓ方位密度１４未満
　「生産性」
　上述の表１、表２に示す各組成の各アルミニウム合金から試料を作製したが、アルミニウム合金に各種元素を添加した結果、一部の試料に鋳造割れを生じた。また、一部の試料は押出欠陥（形状・寸法不良など）を生じた。各試料の生産性について、以下のＡ、Ｂ、Ｃの三段階で評価した。
　生産性の評価
Ａ：良好な鋳造性かつ押出性を有し十分な生産性がある。
Ｂ：生産可能な鋳造性かつ押出性を有しているが、寸法不良や外観不良により歩留まりが劣る。
Ｃ：鋳造割れ、押出荷重が過剰になる等で、生産性が著しく劣る（製造不可）。
　以上の測定結果と判定をまとめて表３に記載する。また、機械的特性と集合組織の判定と生産性を加味し、以下の基準で総合判断した結果を表３に記載する。
　総合判定
Ａ：耐力と伸びにおいて特に優れ、集合組織を満足し、良好な生産性を有する。
Ｂ：耐力において特に優れ、伸び、集合組織を満足し、良好な生産性を有する。
Ｃ：耐力、伸び、集合組織を満足し、良好な生産性を有する。
Ｄ：耐力、伸び、集合組織を満足しているが、生産性がやや劣る。
Ｅ：耐力、伸び、集合組織のうち１項目以上が目標未達であるか、生産性が著しく劣る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１～表３に示す結果が示すように、質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなる実施例１～１６の押出材であるならば、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上を得ることができるとともに、１３％以上の伸びを有することがわかった。
　表１～表３に示す結果が示すように、ＺｎとＭｇとＺｒとＴｉとＣｕとＭｎを上述の範囲含有する上に、Ｆｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下に規定した実施例１～８、１１および１５～１６であれば、引張耐力３７０ＭＰａ以上、伸び１４％以上の優れた特性が得られる。
　表２に示す比較例１の試料は、Ｚｎ含有量およびＭｇ含有量が望ましい範囲より多すぎる試料であるが、表３に示すように伸びが小さく、外観不良により歩留まりが劣る試料となった。
　比較例２の試料は、Ｃｕ含有量が望ましい範囲より多すぎる試料であるが、鋳造時のビレット割れが発生し、押出用ビレットが得られなかった。
　比較例３の試料は、Ｍｎ含有量およびＺｒ含有量が望ましい範囲より多すぎる試料であるが、伸びが小さく、外観不良により歩留まりが劣る試料となった。
　比較例４の試料は、Ｚｎ含有量が望ましい範囲より少ない試料であるが、耐力が小さい試料となった。
　比較例５の試料は、Ｍｇ含有量およびＣｕ含有量が望ましい範囲より少ない試料であるが、耐力が小さい試料となった。
　比較例６、８の試料は、Ｍｎ含有量、Ｚｒ含有量が望ましい範囲より少ない試料であるが、Ｂｒａｓｓ方位密度が劣り、耐力が小さい試料となった。
　比較例７の試料は、Ｔｉ含有量がより望ましい範囲より少ない試料であるが、押出時に割れが発生したため押出材試料を作製することができなかった。
１…中空押出材、１Ａ…上面部、２…引張試験片、３…円板状試料。

Claims (6)

  1. 　質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有する高強度・高伸びアルミニウム合金。
  2. 　前記アルミニウム合金がさらに、Ｆｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の高強度・高伸びアルミニウム合金。
  3. 　Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上である、請求項１または請求項２に記載の高強度・高伸びアルミニウム合金。
  4. 　質量％にて、Ｚｎ：４．０％超～７．０％以下、Ｍｇ：０．９％超～１．３％以下、Ｚｒ：０．１％超～０．３％以下、Ｔｉ：０．０１％超～０．１％以下、Ｃｕ：０．２％超～０．６％以下、Ｍｎ：０．３％超～０．５％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、押出後の成形材の押出方向における引張耐力３５０ＭＰａ以上かつ１３％以上の伸びを有する高強度・高伸びアルミニウム合金押出材。
  5. 　前記アルミニウム合金押出材がさらに、Ｆｅ：０．３％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｖ：０．００５％超～０．０５％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項４に記載の高強度・高伸びアルミニウム合金押出材。
  6. 　Ｘ線回折測定で測定した極点図から得たＯＤＦにおけるＢｒａｓｓ方位密度が１５以上である、請求項４または請求項５に記載の高強度・高伸びアルミニウム合金押出材。
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