(57)【要約】【課題】複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造部材を効率的に製造することができる流動応力が低いアルミニウム合金押出材であって、高強度であると共に陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金押出材を提供する。また、複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造材であって、高強度であると共に陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金鍛造材も提供する。更に、これらのアルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金鍛造材の簡便かつ効率的な製造方法を提供する。【解決手段】Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０〜０．２質量％、Ｃｒ：０〜０．２質量％、Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、断面組織観察において、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率が０．１％以下であること、を特徴とするアルミニウム合金押出材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
断面組織観察において、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率が０．１％以下であること、を特徴とするアルミニウム合金押出材。
【請求項２】
押出方向（Ｌ方向）の引張特性において、引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であること、
を特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金押出材。
【請求項３】
以下の関係式（１）で求められる光沢度保持率が４５％以上であること、を特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金押出材。
光沢度保持率＝（硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚略５μｍの陽極酸化皮膜を形成させた後の光沢度／鏡面研磨後の光沢度）×１００  （１）
【請求項４】
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
断面組織観察において、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率が０．１％以下であること、を特徴とするアルミニウム合金鍛造材。
【請求項５】
引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であること、を特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金鍛造材。
【請求項６】
以下の関係式（１）で求められる光沢度保持率が４５％以上であること、
を特徴とする請求項４又は５に記載のアルミニウム合金鍛造材。
光沢度保持率＝（硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚略５μｍの陽極酸化皮膜を形成させた後の光沢度／鏡面研磨後の光沢度）×１００  （１）
【請求項７】
アルミニウム合金のビレットを押出加工してアルミニウム合金押出材を製造する方法であって、
前記アルミニウム合金は、
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
前記押出加工を施した前記ビレットに溶体化処理を施した後、８０℃以下の水温で水冷すること、
を特徴とするアルミニウム合金押出材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のうちのいずれかに記載のアルミニウム合金押出材に対して鍛造処理を施し、再結晶組織を形成させること、
を特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複雑形状の鍛造部材を得るためのアルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金鍛造材並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は軽量であることに加えて優れた強度及び加工性等を有していることから、自動車、自転車、産業機械及びＯＡ機器等の種々の部材として使用されているが、アルミニウム合金部材に複雑形状が要求される場合、製造工程の効率化や低コスト化に加え、最終的に得られるアルミニウム合金部材の強度、信頼性及び表面外観等を考慮する必要がある。
【０００３】
これに対し、例えば、特許文献１（特開平９−１２５１８１公報）においては、Ｓｉ：３〜１１％、Ｆｅ：０．０２〜０．５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、またはこれにＣｕ：０．１〜１．２％を含有し、更にＭｎ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％のうちの１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする鍛造用アルミニウム合金、が提案されている。
【０００４】
上記特許文献１の鍛造用アルミニウム合金においては、合金成分の組合せ等を検討した結果、熱間鍛造性に優れ、複雑な形状に鍛造加工した場合にも割れを生じることがなく、切削性、耐食性にも優れた鍛造用アルミニウム合金を提供することができる、としている。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００５−２９８８７１号公報）においては、Ｓｉ：０．４〜２．０重量％、Ｍｇ：０．４〜２．０重量％と、更にＦｅ，Ｍｎ，Ｃｒから選ばれた１種以上を合計で０．５〜２．０重量％を含み、残部が不可避不純物を含むＡｌからなるアルミニウム合金粉末と、アルミナを１０〜２５重量％とを混合した固化成形材であって、室温でのヤング率が８０ＧＰａ以上であり、水焼入れ処理後の室温引張強度が３００ＭＰａ以上であり、かつ、伸びが５％以上である、ことを特徴とする塑性加工用アルミニウム合金、が提案されている。
【０００６】
上記特許文献２の塑性加工用アルミニウム合金においては、自転車部品、釣具、ゴルフクラブやスノーボード等の高機能部材として有用な高引張強度、高ヤング率を有し、伸びに関しても、従来品はアルミナの含有量が１０重量％であっても５％未満であるのに対し、当該発明ではアルミナの含有量が１０重量％以上であっても８％に達し、延性に優れ、塑性加工性に適している、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１２５１８１公報
【特許文献２】特開２００５−２９８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の鍛造用アルミニウム合金は、４０００系アルミニウム合金の組成を基に合金成分を検討したものであり、高い信頼性が求められる重要な構造部材として使用する場合には引張強さや耐力が十分であるとは言い難い。また、上記特許文献２の塑性加工用アルミニウム合金についても引張強さの目標値が３００ＭＰａとなっており、例えば、５００ＭＰａ以上の引張強さが要求されるような動力伝達用部材等には使用することが困難である。
【０００９】
加えて、上記特許文献１の鍛造用アルミニウム合金及び上記特許文献２の塑性加工用アルミニウム合金においては、共に表面外観について考慮されておらず、良好な表面光沢が要求される部材には十分に特性が担保されているとは言い難い。
【００１０】
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造部材を効率的に製造することができる流動応力が低いアルミニウム合金押出材であって、２０００系アルミニウム合金よりも高強度であり、陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金押出材を提供することにある。また、本発明は、複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造材であって、２０００系アルミニウム合金よりも高強度であり、陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金鍛造材を提供することも目的としている。更に、本発明は、これらのアルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金鍛造材の簡便かつ効率的な製造方法を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、アルミニウム合金の組成及び組織について鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するアルミニウム合金に対して、母材結晶粒界に存在する析出物の占有面積率を低減すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
【００１２】
即ち、本発明は、
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
断面組織観察において、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率が０．１％以下であること、
を特徴とするアルミニウム合金押出材、を提供する。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金押出材においては、アルミニウム合金の中でも極めて高い引張強さ及び耐力を有する超々ジュラルミン（Ａ７０７５アルミニウム合金）と比較して、主としてＣｕ及びＭｇの含有量を低減し、Ｚｎの含有量を増加させている。当該成分の最適化によって、Ａ７０７５からの強度低下を最小限に留めつつ、２０００系アルミニウム合金よりも優れた鍛造性（低い流動応力）が実現されている。
【００１４】
加えて、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物（金属間化合物）の占有面積率を０．１％以下とすることで、陽極酸化皮膜形成後の表面の光沢度が高い値を示す。
【００１５】
本発明のアルミニウム合金押出材においては、押出方向（Ｌ方向）の引張特性において、引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であること、が好ましい。アルミニウム合金押出材がこれらの引張特性を有することで、アルミニウム合金部材として重要な構造部材に使用した場合であっても、十分な強度、耐力及び疲労特性を担保することができる。
【００１６】
また、本発明のアルミニウム合金押出材においては、以下の関係式（１）で求められる光沢度保持率が４５％以上であること、が好ましい。４５％以上の光沢度保持率を有することで、美観が重要視されるアルミニウム合金部材にも好適に用いることができる。
光沢度保持率＝（硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚略５μｍの陽極酸化皮膜を形成させた後の光沢度／鏡面研磨後の光沢度）×１００  （１）
【００１７】
また、本発明は、
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
断面組織観察において、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率が０．１％以下であること、
を特徴とするアルミニウム合金鍛造材、も提供する。
【００１８】
本発明のアルミニウム合金鍛造材の組成及び組織は基本的に本発明のアルミニウム合金押出材と同様であり、本発明のアルミニウム合金押出材に鍛造を施すことによって得ることができる。
【００１９】
本発明のアルミニウム合金鍛造材においては、引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であること、が好ましい。鍛造材の引張特性は鍛造によって形成される組織に影響され、評価する場所や引張方向によって異なる場合が存在するが、本発明のアルミニウム合金鍛造材では任意の領域から切り出した引張試験片の引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であることが好ましい。
【００２０】
本発明のアルミニウム合金鍛造材においては、上述の本発明のアルミニウム合金押出材と同様の光沢度及び光沢度保持率を有することが好ましい。アルミニウム合金鍛造材がこれらの光沢度及び光沢度保持率を有することで、例えば、複雑形状と高い強度に加えて表面の美観が求められる部材に好適に用いることができる。
【００２１】
また、本発明は、
アルミニウム合金のビレットを押出加工してアルミニウム合金押出材を製造する方法であって、
前記アルミニウム合金は、
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、
Ｓｉ：０〜０．２質量％、
Ｃｒ：０〜０．２質量％、
Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であり、
前記押出加工を施した前記ビレットに溶体化処理を施した後、８０℃以下の水温で水冷すること、を特徴とするアルミニウム合金押出材の製造方法、も提供する。
【００２２】
ビレットに上記組成のアルミニウム合金を用いることで、例えば、Ａ７０７５アルミニウム合金よりも流動応力を低くすることができ、比較的容易に押出加工を施すことができる。また、溶体化処理後に８０℃以下の水温で水冷することにより、金属間化合物の析出が抑制され、母材結晶粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率を０．１％以下とすることができる。
【００２３】
更に、本発明は、本発明のアルミニウム合金押出材に対して鍛造処理を施すこと、を特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法、も提供する。
【００２４】
上述のとおり、本発明のアルミニウム合金押出材は流動応力が低くなるように成分が調整されているため、容易に鍛造を施すことができる。また、流動応力が低いことによって、複雑形状を有するアルミニウム合金部材を効率的に製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造部材を効率的に製造することができる流動応力が低いアルミニウム合金押出材であって、２０００系アルミニウム合金よりも高強度であり、陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金押出材を提供することができる。また、本発明によれば、複雑形状を有するアルミニウム合金鍛造材であって、２０００系アルミニウム合金よりも高強度であり、陽極酸化皮膜形成後も良好な表面光沢を維持することができるアルミニウム合金鍛造材を提供することもできる。更に、本発明によれば、これらのアルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金鍛造材の簡便かつ効率的な製造方法を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のアルミニウム合金押出材の組織の模式図である。
【図２】溶体化処理後の冷却速度が遅い場合のアルミニウム合金押出材の組織の模式図である。
【図３】本発明のアルミニウム合金鍛造材の組織の模式図である。
【図４】実施アルミニウム合金押出材１の断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図５】比較アルミニウム合金押出材の断面の走査電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明のアルミニウム合金押出材、アルミニウム合金鍛造材及びこれらの製造方法についての代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００２８】
１．アルミニウム合金押出材
（１）組織
溶体化処理後に水冷して得られる本発明のアルミニウム合金押出材の組織の模式図を図１に示す。また、溶体化処理後に空冷した場合のアルミニウム合金押出材の組織の模式図を図２に示す。
【００２９】
溶体化処理後に空冷した場合、主として母材結晶粒２の粒界に沿って析出物４が析出し、母材結晶粒２の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の占有面積率は０．１％よりも高くなる。その結果、表面の光沢度が低下することに加え、陽極酸化被膜の形成による光沢度の低下が大きくなる。より具体的には、硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚５μｍの陽極酸化被膜を形成させた場合の光沢度が処理前の４５％未満となってしまう。なお、硫酸浴の組成や陽極酸化皮膜処理の条件等については特に限定されず、従来公知の種々の硫酸浴及び陽極酸化皮膜処理条件を用いればよい。
【００３０】
これに対し、本発明のアルミニウム合金押出材では母材結晶粒２の粒界に析出物４は殆ど析出しておらず、母材結晶粒２の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の占有面積率は全体の０．１％以下となる。その結果、表面の光沢度が高くなることに加え、陽極酸化被膜の形成による光沢度の低下が抑制される。より具体的には、硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚５μｍの陽極酸化被膜を形成させた場合の光沢度が処理前の４５％以上となる。
【００３１】
析出物４の占有面積率を求める方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法で測定すればよい。例えば、アルミニウム合金押出材を任意の断面で切断し、得られた断面試料を光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察することで、観察領域全体に対する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の面積率を求めることができる。ここで、当該面積率の評価が局所領域に限定されることを防ぐため、観察領域は最小でも２０００μｍ２以上とすることが好ましい。なお、観察手法に応じて、断面試料には機械研磨、バフ研磨、電解研磨及びエッチング等を施せばよい。
【００３２】
本発明のアルミニウム合金押出材においては、押出方向（Ｌ方向）の引張特性において、引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であること、が好ましい。ここで、より好ましい引張強さは５２５ＭＰａ以上であり、最も好ましい引張強さは５５０ＭＰａ以上である。また、より好ましい０．２％耐力は４８０ＭＰａ以上であり、最も好ましい０．２％耐力は５００ＭＰａ以上である。更に、より好ましい伸びは１２％以上であり、最も好ましい伸びは１５％以上である。
【００３３】
（２）組成
本発明のアルミニウム合金押出材は、Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０〜０．２質量％、Ｃｒ：０〜０．２質量％、Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなっている。以下、各成分について詳細に説明する。
【００３４】
Ｚｎ：６．０〜７．０質量％
Ｚｎ及びＭｇは、Ｚｎ‐Ｍｇ相として析出し、アルミニウム合金の高強度化に寄与する。Ｚｎの含有量が６．０質量％以上の場合、十分な強度を得ることができ、Ｚｎの含有量が７．０質量％以下であれば、良好な耐食性を得ることができる。本実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、Ｚｎの含有量が、６．０質量％以上７．０質量％以下であり、より好ましく６．２質量％以上６．６質量％以下である。
【００３５】
Ｍｇ：１．２〜１．６質量％
Ｍｇの含有量が１．２質量％以上であれば、十分な強度を得ることができ、Ｍｇの含有量が１．６質量％以下であれば、良好な押出加工性を得ることができる。
【００３６】
Ｍｎ：０．１〜０．４質量％
Ｍｎの含有量を０．１質量％以上とすることで、アルミニウム合金押出材の耐食性を向上させることができ、０．４質量％以下とすることで、アルミニウム合金押出材のファイバー組織化、結晶粒成長及び晶出物の粗大化を抑制することができる。
【００３７】
Ｃｕ：０．１〜０．３質量％
Ｃｕの含有量を０．１質量％以上とすることで、アルミニウム合金押出材の強度及び耐応力腐食割れ性を向上させることができ、０．３質量％以下とすることで、陽極酸化皮膜の黄色化及び耐食性の低下を抑制することができる。
【００３８】
Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％
Ｆｅの含有量が０．０５質量％以上であれば、均質化処理の際に、鋳造組織の粗大再結晶化を抑制できる。鋳塊中に粗大な結晶組織があると、押出加工の際に不均一な変形が生じやすく、押出材を所定の寸法に収めることが困難になる。さらにビレット中に粗大な結晶組織が存在すると、押出後の再結晶化の際に、等軸の再結晶組織であっても、大きさの異なる再結晶粒組織が混在しやすい。このような組織が層状に並ぶことでスジ状に色調差を生じる原因となる。Ｆｅの含有量が０．２質量％以下であれば、Ｆｅが他の元素と化合物を形成して過剰な晶出物が形成されることを抑制できる。
【００３９】
Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％
ＺｒはＭｎと同様の効果を有し、Ｚｒの含有量を０．０５質量％以上とすることで、アルミニウム合金押出材の耐食性を向上させることができ、０．２質量％以下とすることで、アルミニウム合金押出材のファイバー組織化、結晶粒成長及び晶出物の粗大化を抑制することができる。
【００４０】
Ｓｉ：０〜０．２質量％
Ｓｉの添加によりＡｌ２ＣｕＭｇの析出密度が高まり、強度に寄与する。一方で、Ｓｉは、ＭｇとＭｇ−Ｓｉ系化合物を形成して陽極酸化皮膜形成後の表面美観を損ねるため、０．２質量％以下に規制することが好ましく、表面美観を重視する場合は添加しなくてもよい。
【００４１】
Ｃｒ：０〜０．２質量％
ＣｒはＺｒ及びＭｎと同様の効果を有し、Ｃｒを添加することで、アルミニウム合金押出材の耐食性を向上させることができる。一方で、Ｃｒを０．２質量％よりも多く添加すると、アルミニウム合金押出材のファイバー組織化、結晶粒成長及び晶出物の粗大化が生じるため、０．２質量％以下に規制することが好ましく、表面美観を重視する場合は添加しなくてもよい。
【００４２】
Ｔｉ：０〜０．１５質量％
アルミニウム合金の鋳造組織の結晶が粗大であると押出成形の際に不均一な変形が起こりやすいことに加え、濃度偏析及び再結晶組織の粒径の不均一化が起こりやすいため、Ｔｉは鋳造の際に結晶粒の微細化剤として添加される。一方で、Ｔｉを過剰に添加すると化合物として過剰に晶出して表面美観を損ねるため、添加量の上限規制（０．１５質量％）が必要となる。
【００４３】
２．アルミニウム合金鍛造材
（１）組織
本発明のアルミニウム合金鍛造材の組織の模式図を図３に示す。なお、本発明のアルミニウム合金鍛造材は本発明のアルミニウム合金押出材に鍛造を施すことで容易に得ることができるが、製造方法は特に限定されず、その他のアルミニウム合金材に対して鍛造を施してもよい。
【００４４】
本発明のアルミニウム合金鍛造材では母材結晶粒２の粒界に析出物４は殆ど析出しておらず、母材結晶粒２の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の占有面積率は全体の０．１％以下となる。その結果、表面の光沢度が高くなることに加え、陽極酸化被膜の形成による光沢度の低下が抑制される。より具体的には、硫酸浴による陽極酸化皮膜処理によって膜厚５μｍの陽極酸化被膜を形成させた場合の光沢度が処理前の４５％以上となる。
【００４５】
なお、アルミニウム合金押出材に鍛造を施してアルミニウム合金鍛造材を得る場合、鍛造によって母材結晶粒２の微細化や析出物４の微細化及び分布の均質化が生じるが、これらの効果はアルミニウム合金部材の強度、信頼性及び表面美観の観点からより好ましいものである。
【００４６】
（２）組成
本発明のアルミニウム合金鍛造材は、Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０〜０．２質量％、Ｃｒ：０〜０．２質量％、Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなっている。
【００４７】
各成分の効果及び添加量は上述の本発明のアルミニウム合金押出材と同様であるが、主としてＣｕ、Ｍｇ及びＺｎの含有量の最適化で低い流動応力が実現されており、鍛造によって複雑形状とすることができる。
【００４８】
３．アルミニウム合金押出材の製造方法
本発明のアルミニウム合金押出材の製造方法は、本発明のアルミニウム合金押出材の効果的かつ効率的な製造方法を提供するものであり、押出加工を施したビレットに溶体化処理を施した後、８０℃以下の水温で水冷すること、を特徴とするものである。なお、必要に応じて引張整直や時効処理を施してもよい。以下、当該製造方法の一態様について詳細に説明する。
【００４９】
本発明のアルミニウム合金押出材の製造方法は、アルミニウム合金のビレットを押出加工してアルミニウム合金押出材を製造する方法であって、Ｚｎ：６．０〜７．０質量％、Ｍｇ：１．２〜１．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．４質量％、Ｃｕ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０〜０．２質量％、Ｃｒ：０〜０．２質量％、Ｔｉ：０〜０．１５質量％、を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるビレットを用いる。なお、各成分の役割は上述の通りである。
【００５０】
（均質化処理）
上記の組成を有するビレットに均質化処理を施す。均質化処理によって、元素の濃度偏析が解消され、晶出物が減少する。
【００５１】
均質化処理温度は、４００〜５６０℃で、１時間以上２４時間以内で行うことが好ましい。均質化処理の条件がこの範囲であれば、均質化が十分に行われる。２４時間均質化処理温度が５６０℃を超えると鋳塊の結晶が成長し、押出加工性を低下させたり、押出材の結晶粒を粗大化させたりすると同時に局部的に再結晶組織が粗大化し、再結晶組織の粒径差が大きくなり、陽極酸化皮膜時に模様が発生する原因となる。
【００５２】
均質化処理温度は５４０℃以下がより好ましい。均質化処理を、２４時間を超えて行っても、それ以上の効果は望めなく、製造コストが掛かるのみである。
【００５３】
濃度偏析の解消及び晶出物の固溶を促すためには、４７０℃以上で均質化処理を行うことが好ましく、略５００℃で均質化処理を行うことがより好ましい。均質化処理後の冷却速度が遅いと固溶した元素が析出しやすいため、均質化処理温度〜１５０℃までの平均冷却速度は１００℃／ｈ以上とすることが好ましい。
【００５４】
（押出加工）
次いで、得られたビレットに対して、押出加工を施す。当該押出加工の条件は、押出比を４以上、製品押出速度を３〜２０ｍ／ｍｉｎ、押出温度を３５０〜５００℃とすることが好ましい。押出加工で形成される組織は押出温度及び押出速度に大きく影響される。ここで、押出比、製品押出速度及び押出温度をこれらの範囲とすることで、ファイバー組織を形成させることができる。
【００５５】
（溶体化処理）
次いで、得られたアルミニウム合金押出材に対して溶体化処理を施す。溶体化処理の温度は４００〜５２０℃とすることが好ましい。溶体化処理の温度を４００℃以上とすることで、固溶元素をアルミニウム中に十分に固溶させることができる。また、５２０℃以下とすることで、局部的な共晶融解による押出材の強度及び延性の低下を抑制することができる。
【００５６】
溶体化処理後のアルミニウム合金押出材は、８０℃以下の水温で水冷する。８０℃以下の水温で水冷することで、金属間化合物の析出を抑制し、母材結晶粒２の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の占有面積率を全体の０．１％以下とすることができる。
【００５７】
金属間化合物の析出を効果的に抑制するためには、溶体化処理後の冷却速度を１０００℃／分以上とすることが好ましい。ここで、溶体化処理後のアルミニウム合金押出材を空冷した場合、冷却速度は１００℃／分となるが、８０℃以下の水温で水冷することで、冷却速度を１０００℃／分以上とすることができる。
【００５８】
（時効処理）
次いで、必要に応じて時効処理を施す。時効処理における保持温度は１００〜１８０℃とすることが好ましく、処理時間は１〜３０時間とすることが好ましい。当該処理条件で時効処理を施すことで、析出強化を効率的に発現させることができることに加え、母材結晶粒２の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物４の占有面積率を全体の０．１％以下の状態で維持することができる。なお、より高い強度や耐応力腐食割れ性を得るために、２段階の時効処理を行ってもよい。
【００５９】
時効処理の前処理として、アルミニウム合金押出材に１〜３％の引張整直を施すことが好ましい。溶体化処理後の急冷で固溶元素の固溶度を高め、１〜３％の引張整直を施すことで、焼入れ歪を低減することができる。
【００６０】
４．アルミニウム合金鍛造材の製造方法
本発明のアルミニウム合金鍛造材の製造方法は、本発明のアルミニウム合金鍛造材の効果的かつ効率的な製造方法を提供するものであり、具体的には、本発明のアルミニウム合金押出材に鍛造を施すものである。
【００６１】
上述のとおり、本発明のアルミニウム合金押出材は流動応力が低くなっており、比較的容易に鍛造処理を施すことができる。また、所望のアルミニウム合金部材が複雑形状を有する場合であっても、当該形状を効率的かつ正確に実現することができる。
【００６２】
なお、本発明の効果を損なわない限りにおいて鍛造方法は特に限定されず、従来公知の種々の鍛造方法を用いることができるが、４００℃以上の熱間鍛造で加工組織を残存させることで、引張強さが５００ＭＰａ以上、０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上の引張特性を得ることができる。また、冷間鍛造で微細な等軸状の再結晶粒を得ることができ、陽極酸化皮膜後の外観品位を更に高めることができる。この場合、平均結晶粒径が２００μｍ以下で最大の母材結晶粒径を１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６３】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６４】
≪実施例１、実施例２、実施例３≫
表１に記載の成分を有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金のビレットに対して、押出加工を施した。なお、表１の成分は質量％で示している。押出加工の条件は、押出比５５、ビレット温度４００℃、押出速度５ｍ／ｍｉｎとし、幅１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウム合金押出材を得た。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
得られたアルミニウム合金押出材に対して４５０℃で１時間の溶体化処理を施した後に、３５℃の水を用いて室温まで水冷した。更に、１０５℃で８時間、１５０℃で８時間の人工時効処理を施して、実施アルミニウム合金押出材１，２及び３を得た。
【００６７】
実施アルミニウム合金押出材１，２及び３を切断し、鏡面研磨及びエッチングを施すことによって断面観察試料を調整し、走査電子顕微鏡による組織観察を行った。２０００倍の倍率（観察領域：５６μｍ×４３μｍ）で得られた観察像から、母材結晶粒の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率を求めた。得られた結果を表２に示す。
【００６８】
次に、実施アルミニウム合金押出材１から取得した試験片に関して室温にて引張試験を行い、０．２％耐力、引張強度、及び伸びを測定した。引張試験片はＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載の１４号Ａ試験片を用い、平行部が押出方向と平行になるようにした。引張速度はＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、０．２％耐力までを２ｍｍ／ｍiｎ、０．２％耐力以降を５ｍｍ／ｍiｎとした。得られた値を表２に示す。
【００６９】
次に、実施アルミニウム合金押出材１，２及び３に硫酸浴を用いた陽極酸化皮膜処理を施し、膜厚５μｍの陽極酸化皮膜を形成させた。当該陽極酸化皮膜処理を施す前後における光沢度を測定し、光沢度保持率を求めた。各光沢度及び光沢度保持率を表２に示す。
【００７０】
ここで、陽極酸化皮膜処理には１８０ｇ／Ｌの硫酸浴を用い、浴温：１８〜２０℃、電流密度：１．5Ａ／ｄｍ２で膜厚５μｍの陽極酸化被膜を形成させた。また、陽極酸化皮膜処理前おいては、押出形材の表面１ｍｍを面削後、粒度１μｍの酸化マグネシウムからなる研磨剤を用いてバフ研磨仕上げを施し、光沢度を測定した。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
走査電子顕微鏡による組織観察結果の代表例として、実施アルミニウム合金押出材１の走査電子顕微鏡写真を図４に示す。母材結晶粒界への金属間化合物の析出は殆ど認められない。
【００７３】
実施アルミニウム合金押出材１の流動応力を評価するために、φ８．５ｍｍ×１０．５ｍｍの試験片を採取し、圧縮温度３６０℃，４１０℃、歪速度１，５，２０ｓ−１の条件で高温変形抵抗測定試験を行った。各条件で得られた変形抵抗を表３に示す。また、比較としてＡ７０７５アルミニウム合金押出材についても同様の試験を行った。
【００７４】
【表３】
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【００７５】
全ての測定条件で実施アルミニウム合金押出材１の変形抵抗はＡ７０７５アルミニウム合金押出材の変形抵抗よりも低く、実施アルミニウム合金押出材１は優れた鍛造性を有していることが分かる。
【００７６】
≪実施例４≫
表１に記載の成分を有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金のビレットに対して、押出加工を施した。押出加工の条件は、押出比５５、ビレット温度４００℃、押出速度５ｍ／ｍｉｎとし、φ４４ｍｍ材を得た後、４３０℃の熱間鍛造でアルミニウム合金押出材を１２ｍｍ厚に鍛造した。
【００７７】
得られた鍛造材に４５０℃で１時間の溶体化処理を施した後に、３５℃の水を用いて室温まで水冷した。次に、人工時効処理を１２０℃、２４時間で実施し、実施アルミニウム合金鍛造材４を得た。実施例１と同様にして実施アルミニウム合金鍛造材４の母材結晶粒の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率、引張特性、光沢度及び光沢度保持率を評価した。得られた結果を表２に示す。
【００７８】
≪実施例５≫
表１に記載の成分を有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金のビレットに対して、実施例４と同様の押出加工を施した。続いて、３５０℃で１時間の均熱後に、炉冷処理した後に、厚さ１５ｍｍに冷間鍛造し、実施例４と同条件で、溶体化処理と人工時効処理を施し、実施アルミニウム合金鍛造材５を得た。
【００７９】
実施例１と同様にして実施アルミニウム合金鍛造材５の結晶粒の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率、引張特性、光沢度及び光沢度保持率を評価した。得られた結果を表２に示す。
【００８０】
≪比較例１≫
表１に記載の成分を有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金のビレットに対して、押出加工を施した。組成が異なり、溶体化処理後の冷却を空冷としたこと以外は実施例１と同様にして、比較アルミニウム合金押出材を得た。
【００８１】
実施例１と同様にして比較アルミニウム合金押出材の母材結晶粒の粒界に存在する０．０５μｍ２以上の面積を有する析出物の占有面積率、引張特性、光沢度及び光沢度保持率を評価した。得られた結果を表２に示す。
【００８２】
走査電子顕微鏡による組織観察結果の代表例として、比較アルミニウム合金押出材の走査電子顕微鏡写真を図５に示す。母材結晶粒界への金属間化合物の顕著な析出が認められる。
【００８３】
表２の結果から、本発明のアルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金鍛造材は、粒界析出物の占有面積率が極めて少なく（≦０．１％）、４５％以上の光沢度保持率を有している。加えて、実施アルミニウム合金押出材１〜３及び実施アルミニウム合金鍛造材４，５は何れも、引張強さ５００ＭＰａ以上、０．２％耐力４６０ＭＰａ以上、伸び１０％以上の優れた引張特性を有している。
【００８４】
これに対し、溶体化処理から空冷によって得られた比較アルミニウム合金押出材は引張特性の基準（引張強さ５００ＭＰａ以上、０．２％耐力４６０ＭＰａ以上、伸び１０％以上）を満たしているものの、粒界析出物の占有面積率が２．３％となっており、光沢度保持率が低くなっている（３１％）。
【符号の説明】
【００８５】
２・・・母材結晶粒、
４・・・析出物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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