(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる押出材を得た後、冷間鍛造を行い、次いでＴ６処理を施す工程を含むアルミニウム熱処理材の製造方法であって、前記冷間鍛造を行う前に、前記押出材に冷間引抜き加工を施す工程を含み、前記Ｔ６処理後のアルミニウム熱処理材の平均結晶粒径が５０μｍ以上、１ｍｍ未満であり、前記冷間引抜き加工が、断面減少率１５％以上、６０％以下の引抜き加工を行う工程であることを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金アルミニウム熱処理材の製造方法。
【請求項２】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる押出材を得た後、前記押出材に冷間引抜き加工を行い、次いでＴ６処理を施す工程を含み、前記Ｔ６処理後のアルミニウム熱処理材の平均結晶粒径が５０μｍ以上、１ｍｍ未満であり、前記冷間引抜き加工が、断面減少率１５％以上、６０％以下の引抜き加工を行う工程であることを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金アルミニウム熱処理材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のアルミニウム熱処理材の製造方法であって、前記冷間鍛造が、断面減少率１００％以下で行うことを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金熱処理材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム熱処理材の製造方法であって、Ｓｉ０．５〜１．０質量％、Ｆｅ０．１〜０．３質量％、Ｃｕ０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ０．５〜１．１質量％、Ｔｉ０．００５〜０．２質量％を含有し、さらに、Ｍｎ０．０３〜０．５質量％、Ｃｒ０．０３〜０．３質量％、Ｚｒ０．０３〜０．２質量％の内から少なくとも１種以上であって、その総量が０．０３質量％以上、０．５質量％以下を含有する、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム材であることを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金熱処理材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法であって、前記Ｔ６処理が、溶体化処理５００℃〜５８０℃、水冷、時効処理１６０℃〜２２０℃であることを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金熱処理材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム熱処理材の製造方法であって、前記アルミニウム熱処理材が、光学機器の鏡筒用素材であることを特徴とする、陽極酸化塗装後の外観の均一性に優れた光学部品用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金熱処理材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器の鏡筒等に適用される外観の均一性に優れたアルミニウム合金材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライフル照準スコープや望遠鏡等の光学機器は、レンズを収容する鏡筒を備えている。これらの機器は、主に屋外環境で使用されるため、従来から強度のみならず軽量で耐食性を有するものが望まれていた。その要求を満たすために、例えば、特許文献１では、アルミニウム合金からなる鏡筒が提示されている。
【０００３】
アルミニウム合金は、軽量、且つ強度、耐久性に優れた素材であり、加工や熱処理を施して、所定の形状寸法や機械的性質を有する製品になる。ＪＩＳ６０００系の熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、高い機械的強度を有するので、構造用部品の素材として使用されている。例えば、特許文献２、３では、鋳塊またはその押出材を熱間鍛造した後、Ｔ６処理等の調質処理を施して鍛造製品が製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１８２９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７１６８号公報
【特許文献３】特開平９−２４９９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる鍛造製品は、その用途によっては、熱間鍛造ではなく、生産性や加工精度に優れる冷間鍛造で成形加工される。例えば、押出材を冷間鍛造した後、Ｔ６処理を施すことによって鍛造製品が製造され、その後、耐食性及び意匠性を向上させるために、陽極酸化塗装等の表面処理が施される。
【０００６】
しかし、上記の冷間鍛造や熱処理が施される過程において、再結晶が生じて金属組織が大きく変化することがある。冷間鍛造は、所定形状に成形するための加工処理であるが、製品形状に即して必要量の加工が施されるので、加工歪の蓄積が不均一に分布するに至る場合がある。加工歪の蓄積量が大きい領域では、微細な加工組織が得られ、その後の加熱で再結晶が起きても微細組織が維持される。加工歪の蓄積量が小さい領域は、再結晶する駆動力が足りず、結晶組織の回復が生じるに止まる。
それに対して、中程度の加工歪が蓄積された領域では、再結晶により結晶粒の粗大化が生じるため、製品外観や陽極酸化塗装後の製品色調に大きなムラを引き起こし、表面の美観を低下させる。狩猟用ライフルの照準スコープ、天体観測用の望遠鏡などの光学機器は、趣味や娯楽としても使用される製品であるため、製品素材のアルミニウム合金材の色調にムラが生じると、製品外観の意匠性や美観を損ない商品価値を減じることになる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、製品外観や陽極酸化塗装後の製品色調にムラがない優れた意匠性を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の熱処理材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、押出材に所定の加工度で冷間加工を行い、素材全体に十分な加工歪を蓄積した組織とすることにより、それに続いて、Ｔ６処理あるいは冷間鍛造及びＴ６処理を施しても、部分的な結晶粒粗大化が生じることがなく、色調のムラがない美麗な製品外観を呈することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる押出材を得た後、冷間鍛造を行い、次いでＴ６処理を施す工程を含むアルミニウム熱処理材の製造方法であって、前記冷間鍛造を行う前に、前記押出材に冷間加工を施す工程を含み、前記Ｔ６処理後のアルミニウム熱処理材の平均結晶粒径が５０μｍ以上、１ｍｍ未満である光学部品用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金アルミニウム熱処理材の製造方法によって、前記の課題を解決するものである。
【００１０】
本発明は、冷間鍛造を行う前に、押出材に対して冷間加工を行うことにより、素材全体に十分な加工歪が蓄積されるので、それに続いて冷間鍛造を行った後に、Ｔ６処理を施しても、その溶体化処理時に生成される再結晶粒は、微細な加工組織によって粒成長が抑制されて粗大化することがない。そのため、平均結晶粒径を５０μｍ以上、１ｍｍ未満の均一な微細組織が得られ、アルミニウム合金表面の色調にムラが生じず、均一な外観を呈する。
【００１１】
（２）本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる押出材を得た後、前記押出材に冷間引抜き加工を行い、次いでＴ６処理を施す工程を含み、前記Ｔ６処理後のアルミニウム熱処理材の平均結晶粒径が５０μｍ以上、１ｍｍ未満であることを特徴とする、外観の均一性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金アルミニウム熱処理材の製造方法によって、前記の課題を解決するものである。
【００１２】
本発明は、押出材に対して冷間で引抜き加工を行うことにより、素材全体に十分な加工歪が蓄積されるので、それに続いてＴ６処理を施しても、その溶体化処理時に生成される再結晶粒は、微細な加工組織によって粒成長が抑制されて粗大化することがない。そのため、平均結晶粒径を５０μｍ以上、１ｍｍ未満の均一な微細組織が得られ、アルミニウム合金表面の色調にムラが生じず、均一な外観を呈する。
【００１３】
（３）本発明は、前記冷間加工が、断面減少率１５％以上、６０％以下の引抜き加工を行うことが好ましい。
冷間鍛造の前に行う冷間加工は、素材全体に十分な加工歪を付与するために、断面減少率（加工度）を１５％以上で加工することが好ましい。一方、断面減少率が過大であると、変形量の増大により被処理材に割れ等が発生し、加工装置の負荷も大きくなるので、断面減少率６０％以下が好ましい。
【００１４】
（４）本発明は、前記冷間鍛造が、断面減少率１００％以下で行うことが好ましい。
冷間加工後、冷間鍛造を行って製品を所定形状及び寸法に成形するが、断面減少率が過大であると、変形量の増大により被処理材に割れ等が発生し、鍛造装置の負荷も大きくなるので、断面減少率１００％以下が好ましい。
【００１５】
（５）本発明は、前記冷間引抜き加工が、断面減少率１５％以上、６０％以下の引抜き加工を行う工程であることが好ましい。
前記冷間引抜き加工は、素材全体に十分な加工歪を付与するために、断面減少率（加工度）を１５％以上で加工することが好ましい。一方、断面減少率が過大であると、変形量の増大により被処理材に割れ等が発生し、加工装置の負荷も大きくなるので、断面減少率６０％以下が好ましい。
【００１６】
（６）本発明は、Ｓｉ０．５〜１．０質量％、Ｆｅ０．１〜０．３質量％、Ｃｕ０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ０．５〜１．１質量％、Ｔｉ０．００５〜０．２質量％、Ｂ０．０００５〜０．０５質量％を含有し、さらに、Ｍｎ０．０３〜０．５質量％、Ｃｒ０．０３〜０．３質量％、Ｚｒ０．０３〜０．２質量％の内から少なくとも１種以上であって、その総量が０．０３質量％以上、０．５質量％以下を含有する、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム材であることが好ましい。
【００１７】
Ｓｉ及びＭｇは、Ｔ６処理時の時効処理によってＭｇ２Ｓｉがマトリックスに析出して、強度を向上させる元素であり、Ｓｉ０．５重量％以上、Ｍｇ０．５質量％以上が必要である。一方、Ｓｉが１．０質量％を超えると、Ｓｉの粒界析出に起因した粒界脆化が生じ易く、加工性を低下させる。Ｍｇが１．１質量％を超えると、析出硬化作用が飽和することに加えて、加工性を低下させる。
【００１８】
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物の晶出物を形成して、強度を上昇させるが、０．３質量％を超えると、伸びや耐食性に悪影響を与えるので、０．１〜０．３質量％とした。
Ｃｕは、固溶強化や析出強化によって強度を上昇させる元素であるが、１．０質量％を超えると耐食性を低下させるので、０．０５〜１．０質量％とした。
Ｔｉは、鋳造組織を微細化させる元素であるが、０．２質量％を超えると靭性を低下させるので、０．００５〜０．２質量％とした。
【００１９】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒは、再結晶粒の成長を抑制し、Ｔ６処理後の微細組織を維持する上で有効な元素である。これらの元素は、鋳造及び均質化処理時に微細な金属間化合物を生成し、溶体化処理によっても固溶せず、Ｔ６処理の溶体化処理時に再結晶粒の粗大化を抑制する作用があるので、０．０３質量％以上を必要とする。その一方で、過多に含有すると、加工性に悪影響があるので、上限をＭｎ０．５質量％、Ｃｒ０．３質量％、Ｚｒ０．２質量％をとし、かつ、それら元素の総量を０．０３〜０．５質量％とした。
【００２０】
（７）本発明は、前記Ｔ６処理が、溶体化処理５００℃〜５８０℃、水冷、時効処理１６０℃〜２２０℃であることが好ましい。溶体化処理は、その後の時効処理時に析出する化合物の成分を十分に固溶させるために、５００℃以上を必要とするが、５８０℃を超えると、バーニング（溶損）が生じるので、５００℃〜５８０℃とした。水冷により過飽和固溶体を形成した後、Ｔ６処理（人工時効）によりＭｇ２Ｓｉ等の微細化合物を析出させるので、時効処理の温度を１６０℃〜２２０℃とした。
【００２１】
（８）本発明は、前記アルミニウム熱処理材が、光学機器の鏡筒用素材であり、陽極酸化塗装後の外観の均一性に優れた光学部品を提供するものである。
【００２２】
（９）本発明は、上記の製造方法によって製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる光学部品を提供するものである。
【００２３】
本発明の熱処理材は、表面外観の意匠性に優れているので、照準スコープ等の趣味や娯楽に使用される光学機器の鏡筒等の素材に適している。陽極酸化塗装をした場合でも、下地が均一な組織からなるので、均一性に優れた外観を呈する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、熱処理型アルミニウム合金において、Ｔ６処理あるいは冷間鍛造及びＴ６処理を施しても部分的な結晶粒粗大化が生じず、それに起因する色調ムラが生じないので、製品外観を損なうことがない。アルミニウム合金材の表面を陽極酸化塗装した後も、優れた意匠性を有するので、光学部品の素材として有用な効果を奏する。また、自転車の駆動シャフト等のように軽量で意匠性を必要とする構造部品の素材にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】冷間加工を施した押出管についてＴ６処理の前後の金属組織を示す図である。
【図２】図１の金属組織を拡大した図である。
【図３】本発明の熱処理材と比較例の熱処理材の金属組織を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に本発明の実施形態について説明する。
（試験例１）押出棒における冷間加工の影響
表１に示す本発明の合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３、比較例の合金Ｎｏ．４の成分組成を有するアルミニウム合金を用いてＤＣ鋳造を行い、直径３２５ｍｍのビレットを得た。このビレットに５６０℃、４時間の均質化処理を施した後、表２に示す試験体Ｎｏ．１〜６を得た。前記試験体を押出加工して、直径６５ｍｍの押出棒（試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．６）と直径５６ｍｍの押出棒（試験体Ｎｏ．５）を得た。前記押出棒に冷間引抜き加工を施して、直径５４ｍｍの引抜材を得た。この引抜き加工による断面減少率（引抜率）は、前者が約３０％、後者が約７％に相当する。前記引抜材に対して、表２に示す熱処理条件により、溶体化処理、水冷、時効処理を施して、Ｔ６処理による熱処理材とした。
前記試験体を長手方向（引抜方向）に２分割し、その断面を研磨した後、エッチングし、その断面組織を観察した。そして、外周から１０ｍｍ深さの部分で平均結晶粒径（ｍｍ）を測定した。平均結晶粒径は、切断法（一定長さで分断される結晶粒の数を計測する方法）で得られた結晶粒数を用いて算出した。さらに、前記試験体の外周から半径の１／２を中心にしてＪＩＳ４号試験片を採取し、引張試験を行い、引張強さ（ＭＰａ）を測定した。平均結晶粒径及び引張強さの測定結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
0006045446.tif 000002
【００２８】
【表２】
0006045446.tif 000003
【００２９】
表２に示すように、断面減少率３０％の試験体は、平均粒径が０．２〜０．４ｍｍであって、微細組織を有しており、外観の色調にムラがなく良好であった。それに対し、断面減少率７％の引抜き加工を行った試験体Ｎｏ．５は、Ｔ６処理の溶体化処理による再結晶過程で結晶粒の粗大化が部分的に起きて、平均粒径が２．０ｍｍであった。そのため、色調にムラが生じており、外観の美観が損なわれていた。
さらに、合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のアルミニウム合金からなる試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、引張強さが３００ＭＰａを超えており、機械的強度の点でも優れた特性を示した。また、溶体化処理が５００℃未満の試験体Ｎｏ．６は、合金Ｎｏ．１からなるアルミニウム合金であっても機械的強度が３００ＭＰａを下回った。
【００３０】
（試験例２）押出管における冷間加工の影響
表１に示す本発明の合金Ｎｏ．１の成分組成を有するアルミニウム合金を用いてＤＣ鋳造を行い、直径３２５ｍｍのビレットを得た。このビレットに５６０℃、４時間の均質化処理を施した後、表３に示す試験体Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０を得た。前記試験体を押出加工して、外径６９．５ｍｍ、内径２８ｍｍの押出管（試験体Ｎｏ．７、Ｎｏ．８）と、外径７３．５ｍｍ、内径２８ｍｍの押出管（試験体Ｎｏ．９）、径７７．５ｍｍ、内径２８ｍｍの押出管（試験体Ｎｏ．１０）を得た。このうち、試験体Ｎｏ．８〜１０の押出管に、冷間引抜き加工を施して、外径６４．５ｍｍ、内径２２ｍｍの引抜管を得た。この引抜き加工による断面減少率（引抜率）は、順に約１０％、約２０％、約３０％に相当する。前記押出材（試験体Ｎｏ．７）及び前記引抜材（試験体Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０）に対して、表３に示すように実施例１と同様の熱処理を施して、Ｔ６処理による熱処理材とした。
前記試験体を長手方向（引抜方向、押出方向）に２分割し、その断面を研磨した後、エッチングし、外周から５ｍｍ深さの部分で切断法により平均結晶粒径（ｍｍ）を測定した。さらに、前記試験体の拡管部から鍛造加工方向にＪＩＳ１３Ｂ号試験片を採取し、引張試験を行い、引張強さ（ＭＰａ）を測定した。平均結晶粒径及び引張強さの測定結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
図１に、Ｔ６処理による熱処理材について、Ｔ６処理の前後における金属組織を示す。図２に、図１の拡大した金属組織を示す。
図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、Ｔ６処理の前は、いずれの試験体も微細な組織を示している。Ｔ６処理後は、引抜き加工の断面減少率が０％、２０％、３０％の試験体は、ムラが生じていない。表３のとおり、その平均粒径は、０．７ｍｍ以下である。
それに対し、図１（ｂ）、図２（ｂ）から明らかなように、断面減少率１０％の引抜き加工を行った試験体は、Ｔ６処理後は色調にムラが生じている。Ｔ６処理の溶体化処理によって再結晶が生じる過程で結晶粒の粗大化が起きて、平均粒径は、１．４ｍｍに達している。
【００３３】
これらの結果は、断面減少率２０％、３０％の引抜き加工を施すことにより、その後の熱処理が行われても微細組織を維持できる、つまり、引抜き加工により一定量以上の加工歪が付与された場合は、その後のＴ６処理の溶体化処理により再結晶が生じても粗大化が起きないことを示している。
【００３４】
よって、押出材あるいは冷間鍛造材にＴ６処理を施して色調のムラがない外観に優れた熱処理材を得るためには、押出材に対して一定量以上の加工歪を付与する冷間加工（冷間引抜き加工）を施すことが有用であり、その断面減少率として１５％以上が必要であることは明らかである。
【００３５】
以上のことは、最終形状と寸法を実現するために冷間鍛造を行う場合は、冷間鍛造の前に１５％以上の断面減少率により一定量以上の加工歪を付与すれば、その後の冷間鍛造による加工歪が素材全体に均一に分布していなくても、Ｔ６熱処理において粗大化が生じないことを意味する。そこで以下の試験を行った。
【００３６】
（試験例３）押出管における冷間加工及び冷間鍛造の影響
表１に示す本発明の合金Ｎｏ．１の成分組成を有するアルミニウム合金を用いてＤＣ鋳造を行い、直径３２５ｍｍのビレットを得た。このビレットに５６０℃、４時間の均質化処理を施した後、表４に示す試験体Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２を得た。前記試験体を押出加工して、外径５８．５ｍｍ、内径２８ｍｍの押出管（試験体Ｎｏ．１１）と、外径４８ｍｍ、内径２２ｍｍｍの押出管（試験体Ｎｏ．１２）を得た。前者の押出管（試験体Ｎｏ．１１）に、冷間引抜き加工を施して、外径４８ｍｍ、内径２２ｍｍの引抜管を得た。この引抜き加工による断面減少率（引抜率）は、約３０％に相当する。次いで、前記引抜管（試験体Ｎｏ．１１）及び前記押出管（Ｎｏ．１２）に対して、加工度（拡管率）が約３６％で冷間鍛造による拡管処理を施した。その後、表４に示すように実施例２と同様の熱処理を施して、Ｔ６処理による熱処理材とした。
実施例２と同様に、平均結晶粒径（ｍｍ）及び引張強さ（ＭＰａ）を測定した。その測定結果を表４に示す。
【００３７】
【表４】
0006045446.tif 000005
【００３８】
表４に示すように、冷間加工（引抜加工）及び冷間鍛造（拡管）を行った本発明の試験体Ｎｏ．１１は、平均粒径が０．５ｍｍであり、Ｔ６処理後も微細組織を維持していた。それに対し、冷間加工（引抜加工）を行わなかった比較例の試験体Ｎｏ．１２は、Ｔ６処理の溶体化処理により結晶粒粗大化が生じて、平均粒径が５ｍｍに達していた。そのため、色調のムラが生じて外観の美観が損なわれた。
【００３９】
（試験例４）光学部品の製造例
本発明の製造方法により、照準スコープの鏡筒を成形した。押出材に断面減少率３０％の引抜き加工を行った後、冷間鍛造、Ｔ６処理を施した本発明の熱処理材と、押出材に冷間鍛造による拡管加工を行った後、Ｔ６処理を施した比較例の熱処理材について、それぞれのマクロ組織を図３に示す。各熱処理材は、長手方向（押出方向）の全長が２９５ｍｍであった。
図３（ａ）に示すように、本発明の熱処理材は、断面減少率３０％の引抜き加工で十分な加工歪が付与されて均一な微細組織が得られ、その後の冷間鍛造、Ｔ６処理によっても結晶粒の部分的粗大化が発生しないので、製品色調にムラが認められなかった。
それに対して、図３（ｂ）に示すように、引抜き加工を施さなかった比較例は、冷間鍛造による加工歪の分布が素材全体で均一でなく、形状変化のない素材内部であっても圧縮方向に歪を受けて、中程度の加工歪が蓄積するので、その領域では、Ｔ６処理の溶体化処理によって結晶粒粗大化に起因する不均一な結晶粒組織を呈していた。そのため、製品色調に大きなムラが生じて外観が損なわれた。
【図１】
0006045446.tif 000006
【図２】
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【図３】
0006045446.tif 000008