(57)【要約】【課題】高強度かつ高耐力であり、しかも、形状精度に優れたアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材を提供すること。【解決手段】アルミニウム合金部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）であって銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）との総量が０．５質量％以下、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とからなるアルミニウム（Ａｌ）合金を４００℃以上５００℃以下の条件に加熱して成形加工する成形工程ＳＴ２と、成形加工したアルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下の冷却速度で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程ＳＴ３とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）であって銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）との総量が０．５質量％以下、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とからなるアルミニウム（Ａｌ）合金を４００℃以上５００℃以下の条件に加熱して成形加工する成形工程と、
成形加工した前記アルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下の冷却速度で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程とを含むことを特徴とする、アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項３】
さらに、前記アルミニウム合金部材を１００℃以上２００℃以下の条件で保持して時効処理する時効処理工程を含む、請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項４】
前記時効処理工程において、前記アルミニウム合金部材を２時間以上時効処理する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項５】
前記冷却工程において、前記アルミニウム合金を空冷する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法によって得られたことを特徴とする、アルミニウム合金部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金部材の製造方法及びアルミニウム合金部材に関し、特に、形状精度に優れたアルミニウム合金部材が得られるアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用及び航空機用などの構造部材においては、高耐力及び高強度化が可能なＡｌ−Ｃｕ系のＪＩＳ２０００系アルミニウム合金、及びＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ系のＪＩＳ７０００系アルミニウム合金が用いられている（例えば、特許文献１参照）。これらのアルミニウム合金では、曲げ加工などの成形加工性を改善するために、加熱しながら剛性を下げて成形する熱間成形や、アルミニウム合金を加熱処理（溶体化処理）により軟化させて成形するＷ成形加工を行った後、再び加熱処理（時効処理）により高強度化させて構造部材用のアルミニウム合金部材が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアルミニウム合金部材の製造方法では、加熱処理による溶体化処理後、成形加工までの常温保持時に自然時効が生じて成形加工前のアルミニウム合金の剛性が徐々に増大する場合がある。このため、従来のアルミニウム合金部材の製造法では、アルミニウム合金の自然時効により成形加工に必要な荷重が増加すると共に、溶体化処理後の冷却によりアルミニウム合金の内部に生じた残留応力に基づくスプリングバックによる変形が生じやすくなり成形加工後に所望の形状精度が得られない場合があった。
【０００５】
また、室温での成形性が良好なアルミニウム合金を用いたり、押出成形の際に生じる熱を利用して溶質原子を固溶化させることで溶体化処理を施さずに人工時効のみで強度を増大させるＴ５処理によるアルミニウム合金部材の製造方法も検討されている。しかしながら、これらの場合であっても、ＪＩＳ７０００系及びＪＩＳ２０００系アルミニウム合金を用いた場合と比較して十分な強度が得られない場合があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高強度かつ高耐力であり、しかも、形状精度に優れたアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部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】
【０００７】
本発明のアルミニウム合金部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）であって銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）との総量が０．５質量％以下、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とからなるアルミニウム（Ａｌ）合金を４００℃以上５００℃以下の条件に加熱して成形加工する成形工程と、成形加工した前記アルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下の冷却速度で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
このアルミニウム合金部材の製造方法によれば、アルミニウム合金が所定量のマグネシウム、亜鉛及び銅又は銀を含有するので、アルミニウム合金の成形性が向上し、溶体化処理を施さずに成形することが可能となる。そして、チタニウムは溶湯の結晶粒を微細化する効果があるため、強度を向上させることが可能となる。このアルミニウム合金は、成形後の冷却時に３０℃／秒以下の冷却速度で冷却しても高強度及び高耐力を維持することができるので、冷却に伴う熱歪み及び残留応力の発生を防ぐことができ、成形加工時の形状精度の低下を防ぐことが可能となる。したがって、高強度かつ高耐力であり、しかも、形状精度に優れたアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法を実現することができる。
【０００９】
本実施の形態のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記アルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下をさらに含有することが好ましい。この構成により、アルミニウム合金の結晶粒の粗大化を抑制し、強度、応力腐食割れに対する耐性、及び疲労寿命を改善する効果がある。
【００１０】
本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、さらに、前記アルミニウム合金部材を１００℃以上２００℃以下の条件で保持して時効処理する時効処理工程を含むことが好ましい。この方法により、アルミニウム合金に析出物が生成し、アルミニウム合金の強度が向上する。
【００１１】
本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記時効処理工程において、前記アルミニウム合金部材を２時間以上時効処理することが好ましい。この方法により、時効によるアルミニウム合金の強度が向上する。
【００１２】
本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記冷却工程において、前記アルミニウム合金を空冷することが好ましい。この方法により、アルミニウム合金を容易かつ安価に冷却することができる。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金部材は、上記アルミニウム合金部材の製造方法によって得られたことを特徴とする。
【００１４】
このアルミニウム合金部材によれば、所定量のマグネシウム、亜鉛、銅又は銀、及びチタニウムを含有するアルミニウム合金を用いて製造されるので、アルミニウム合金の成形性が向上し、溶体化処理を施さずに成形することが可能となる。そして、このアルミニウム合金は、成形後の冷却時に３０℃／秒以下の冷却速度で冷却冷却しても高強度及び高耐力を維持することができるので、冷却に伴う熱歪み及び残留応力の発生を防ぐことができ、成形加工時の形状精度の低下を防ぐことが可能となる。したがって、高強度かつ高耐力であり、しかも、形状精度に優れたアルミニウム合金部材を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高強度かつ高耐力であり、しかも、形状精度に優れたアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法のフロー図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金と一般的なアルミニウム合金の冷却温度と冷却時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
自動車用及び航空機用などの構造部材としては、ＪＩＳ７０００系アルミニウム合金などの比強度に優れたアルミニウム合金が広く用いられている。このようなアルミニウム合金においては、十分な成形性及び形状精度を得るためには成形加工前（又は成形加工後）に所定温度に加熱処理してアルミニウム合金を軟化させるＷ処理又は溶体化処理が必要となり、また十分な強度を得るためには溶体化処理後のアルミニウム合金を急冷する必要がある（例えば、３０℃／秒以上）。
【００１８】
本発明者らは、所定の組成のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金を熱間成形することにより、十分な成形性及び形状精度が得られるだけでなく、成形加工後のアルミニウム合金を冷却してもアルミニウム合金の強度の低下を防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。なお、以下においては、アルミニウム合金の鋳塊を熱間押出して製造する押出形材のアルミニウム合金部材を例に説明するが、本発明は、鋳塊を熱間圧延及び熱間プレスして製造する圧延板のアルミニウム合金部材の製造にも適用可能である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法のフロー図である。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部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）であって銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）との総量が０．５質量％以下、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とからなるアルミニウム（Ａｌ）合金を４００℃以上５００℃以下に加熱して耐圧性の型枠から押し出す押出工程ＳＴ１と、型枠から押し出したアルミニウム合金を所望の形状に成形加工する成形工程ＳＴ２と、成形加工したアルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下の冷却速度で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程ＳＴ３と、冷却したアルミニウム合金部材を１００℃以上２００℃以下に保持して時効処理する時効処理工程ＳＴ４と、時効処理したアルミニウム合金部材に表面処理及び塗装を施す後工程ＳＴ５とを含む。
【００２１】
なお、図１に示す例では、成形工程ＳＴ２の前に押出工程ＳＴ１を実施する例について説明するが、アルミニウム合金を４００℃以上５００℃以下に加熱して熱間成形により成形工程ＳＴ２を実施できれば必ずしも押出工程ＳＴ１は実施する必要はない。また、図１に示した例では、冷却工程ＳＴ３の後に時効処理工程ＳＴ４及び後工程ＳＴ５を実施する例について説明するが、時効処理工程ＳＴ４及び後工程ＳＴ５は必要に応じて実施すればよい。以下、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法に用いられるアルミニウム合金について詳細に説明する。
【００２２】
（アルミニウム合金）
アルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格及びＡＡ規格を含むＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系組成及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系組成を有する７０００系アルミニウム合金（以下、単に、「７０００系アルミニウム合金」ともいう）を用いる。この７０００系アルミニウム合金を用いることにより、例えば、Ｔ５−Ｔ７における１２０℃以上１６０℃以下での６時間以上１６時間以下の条件での人工時効処理を施すことにより、強度が０．２％耐力で４００ＭＰａ以上となる高強度のアルミニウム合金部材を得ることができる。
【００２３】
アルミニウム合金としては、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）であって銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）との総量が０．５質量％以下、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とからなる組成のものを用いる。このような組成のアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム合金部材の強度を０．２％耐力で４００ＭＰａ以上とすることができる。また、アルミニウム合金は，ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、又はマンガン（Ｍｎ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含有することが好ましい。
【００２４】
チタニウム（Ｔｉ）は、アルミニウム合金の鋳造時においてＡｌ３Ｔｉを形成し、結晶粒を微細化する効果があるので、アルミニウム合金の全質量に対して０．０１質量％以上が好ましい。また、０．０５質量％以下であれば応力腐食割れに対する耐性が向上する。チタニウムの含有量としては、０．０１質量％以上０．０５質量％以下が好ましい。
【００２５】
マグネシウム（Ｍｇ）は、アルミニウム合金部材の強度を向上させる元素である。マグネシウム（Ｍｇ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度を向上する観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、１．６質量％以上であり、また押出加工の際の押出圧力を低減すること及び押出速度の向上など押出材の生産性を向上する観点から、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量は２．６質量％以下であり、１．９質量％以下が好ましい。以上を考慮すると、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、１．６質量％以上２．６質量％以下の範囲であり、１．６質量％以上１．９質量％以下の範囲が好ましい。
【００２６】
亜鉛（Ｚｎ）は、アルミニウム合金部材の強度を向上させる元素である。亜鉛（Ｚｎ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度を向上する観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、６．０質量％以上であり、６．４質量％以上が好ましく、また粒界析出物ＭｇＺｎ２が減少して耐応力腐食割れに対する耐性が向上する観点から、７．０質量％以下である。以上を考慮すると、亜鉛（Ｚｎ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、６．０質量％以上７．０質量％以下の範囲であり、６．４質量％以上７．０質量％以下の範囲が好ましい。
【００２７】
銅（Ｃｕ）は、アルミニウム合金部材の強度と応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性を向上させる元素である。銅（Ｃｕ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度と応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性を向上する観点及び押出成形性の観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、０質量％以上０．５質量％以下である。なお、銅（Ｃｕ）の一部又は全部を銀（Ａｇ）に変えても同様の効果が得られる。
【００２８】
ジルコニウム（Ｚｒ）は、Ａｌ３Ｚｒを形成してアルミニウム合金の強度向上や回復再結晶を阻止し、結晶粒の粗大化を抑制するため応力腐食割れに対する耐性を向上させる効果がある観点、及びファイバー組織を形成するためき裂発生特性が向上し疲労寿命が改善されることがある観点から、アルミニウム合金の全質量に対して０．１５質量％以上が好ましい。また、０．６質量％以下であれば、焼き入れ感受性が鋭くなくなり強度が向上する。ジルコニウム（Ｚｒ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、０．１５質量％以上０．６質量％以下が好ましい。また、ジルコニウム（Ｚｒ）の一部又は全量をクロム（Ｃｒ）又はマンガン（Ｍｎ）に置き換えても同等の効果が得られるため、（Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒ）の合計量が０．１５質量％以上０．６質量％以下を含んでもよい。
【００２９】
不可避的不純物としては、アルミニウム合金の地金及びスクラップなどから必然的に混入する鉄（Ｆｅ）、及び珪素（Ｓｉ）などが挙げられる。不可避的不純物の含有量としては、アルミニウム合金部材の成形性、耐食性及び溶接性などの製品としての諸特性を維持する観点から、鉄（Ｆｅ）の含有量を０．２５質量％以下とし、珪素（Ｓｉ）の含有量を０．０５質量％以下とすることが好ましい。
【００３０】
＜押出工程：ＳＴ１＞
押出工程では、上述した組成の範囲内に調整したアルミニウム合金を溶解させた後、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）などの溶解鋳造法により鋳造して鋳塊（ビレット）とする。次に、鋳造されたアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲（例えば、４００℃以上５００℃以下）に加熱して均質化熱処理（均熱処理）する。これにより、アルミニウム合金の鋳塊中の結晶粒内の偏析などが消失してアルミニウム合金部材の強度が向上する。加熱時間は、例えば、２時間以上である。次に、均質化したアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲（例えば、４００℃以上５００℃以下）で耐圧性の型枠から熱間押出する。
【００３１】
＜成形工程：ＳＴ２＞
成形工程では、押出したアルミニウム合金を４００℃以上５００℃以下の温度範囲で成形加工する。また、成形加工は、押出工程での型枠からの熱間押出と同時に実施してもよく、押出工程後のアルミニウム合金を４００℃以上５００℃以下の温度範囲に維持した状態で実施してもよい。
【００３２】
成形加工としては、アルミニウム合金を所望のアルミニウム合金部材の形状に成形できるものであれば特に制限はない。成形加工としては、例えば、アルミニウム合金の押出形材の長手方向全体又は部分的な曲げ加工、押出形材断面の部分的な潰し加工、押出形材への打抜き加工及び押出形材のトリム加工などの残留応力の発生を伴う塑性加工が挙げられる。これらの成形加工は、１種のみを実施してもよく、２種以上を実施してもよい。
【００３３】
＜冷却工程：ＳＴ３＞
冷却工程では、所望の形状に成形されたアルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下の冷却速度で冷却する。冷却工程での冷却後の温度は、例えば、２５０℃以下である。このような冷却速度で冷却することにより、成形工程での成形加工によってアルミニウム合金内部に生じた残留応力を除去することが可能となるので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。さらに、本実施の形態においては、上述した組成のアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム合金を２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下の冷却速度で冷却した場合であっても、高強度のアルミニウム合金部材を製造することが可能となる。
【００３４】
ここで、図２を参照して、本実施の形態に係る冷却工程の冷却条件とアルミニウム合金の強度との関係について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るアルミニウム合金及び一般的なアルミニウム合金の冷却温度と冷却時間との関係を示す図である。なお、図２においては、冷却時間を横軸に示し、アルミニウム合金の温度を縦軸に示している。また、本実施の形態に係るアルミニウム合金の高強度化が可能な冷却温度と冷却時間との関係を示す範囲を実線の曲線Ｌ１の外側（左側）の領域に示し、一般的なアルミニウム合金の高強度化が可能な冷却温度と冷却時間との関係を示す範囲を破線の曲線Ｌ２の外側（左側）の領域に示している。さらに、アルミニウム合金を５００℃及び５５０℃から２℃／秒の冷却速度で冷却した際の冷却曲線Ｌ５，Ｌ６を一点鎖線に示し、アルミニウム合金を５００℃及び５５０℃から３０℃／秒の冷却速度で冷却した際の冷却曲線Ｌ３，Ｌ４を二点鎖線に示している。
【００３５】
図２に示すように、本実施の形態に係るアルミニウム合金においては、３０℃／秒の冷却速度でアルミニウム合金を冷却した場合、５００℃及び５５０℃のいずれの温度からアルミニウム合金を冷却した場合であっても、冷却曲線Ｌ３，Ｌ４が実線の曲線Ｌ１の外側（左側）の領域に存在する。この結果から、本実施の形態に係るアルミニウム合金においては、３０℃／秒の冷却速度で急冷した場合には、アルミニウム合金の強度の低下を防ぐことができることが分かる。
【００３６】
また、本実施の形態に係るアルミニウム合金においては、２℃／秒の冷却速度でアルミニウム合金を冷却した場合、５５０℃からアルミニウム合金を冷却した場合には、冷却曲線Ｌ６が実線の曲線Ｌ１の内側（右側）の領域を通過するのに対し、５００℃からアルミニウム合金を冷却した場合には、冷却曲線Ｌ５が実線の曲線Ｌ１の内側（右側）に入ることがなく、実線の曲線Ｌ１上を通過する。この結果から、本実施の形態に係るアルミニウム合金においては、アルミニウム合金内部の残留応力が残存する冷却速度である３０℃／秒の条件でアルミニウム合金を急冷する必要はなく、５００℃のアルミニウム合金をアルミニウム合金内部の残留応力が解消する冷却速度である２℃／秒の条件で冷却した場合であっても、高強度のアルミニウム合金を得ることが可能となる。これにより、本実施の形態においては、高強度のアルミニウム合金が得られるだけでなく、成形工程で発生したアルミニウム合金内部の残留応力に基づくアルミニウム合金部材の形状精度の低下を防ぐことが可能となることが分かる。
【００３７】
一方で、一般的なアルミニウム合金を用いて同様に加熱して５００℃及び５５０℃からアルミニウム合金を冷却した場合、２℃／秒及び３０℃／秒のいずれの冷却速度でアルミニウム合金を冷却しても、冷却曲線Ｌ３−Ｌ６が破線の曲線Ｌ２の内側（右側）を通過する。したがって、一般的なアルミニウム合金を用いて高強度のアルミニウム合金部材を製造する場合には、３０℃／秒以上の冷却速度でアルミニウム合金を急冷する必要があり、アルミニウム合金の残留応力を解消することはできない。また、一般的なアルミニウム合金を用いて３０℃／秒以下の冷却速度でアルミニウム合金を冷却した場合、アルミニウム合金内部の残留応力を解消できる可能性がある一方、高強度のアルミニウム合金を得ることはできない。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法においては、所定の組成を有するアルミニウム合金を用いるので、熱間成形後に２℃／秒の冷却速度で冷却して残留応力を除去した場合であっても、高強度のアルミニウム合金を製造することが可能となる。したがって、溶体化処理を施さずに高強度のアルミニウム合金部材を容易に製造できるアルミニウム合金部材の製造方法及びアルミニウム合金部材を実現できる。
【００３９】
冷却工程におけるアルミニウム合金の冷却速度としては、上述したように２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下である。冷却速度が２℃／秒以上であれば、図２に示したようにアルミニウム合金の強度の低下を防ぐことができ、冷却速度が１０℃／秒以下であれば、アルミニウム合金内部の熱歪み及び残留応力を十分に除去できるので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。アルミニウム合金の冷却速度としては、上述した効果が一層向上する観点から、３℃／秒以上がより好ましく、４℃／秒以上が更に好ましく、また９℃／秒以下がより好ましく、８℃／秒以下が更に好ましい。
【００４０】
冷却工程では、アルミニウム合金を空冷することが好ましい。これにより、アルミニウム合金を容易かつ安価に冷却することができる。空冷の条件としては、冷却速度が２℃／秒以上３０℃／秒以下、好ましくは２℃／秒以上１０℃／秒以下となるものであれば特に制限はない。空冷の条件としては、例えば、常温（−１０℃以上５０℃以下）の環境下に放置してもよく、常温環境下に放置したアルミニウム合金に送風して冷却してもよい。
【００４１】
＜時効処理工程：ＳＴ４＞
時効処理工程では、アルミニウム合金部材を加熱処理（例えば、１００℃以上２００℃以下）で保持して時効処理する。これにより、自然時効によるアルミニウム合金の剛性の変化が低減して安定するので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。時効処理の温度としては、アルミニウム合金部材の強度の観点から、１００℃以上が好ましく、１２５℃以上がより好ましく、２００℃以下が好ましく、１７５℃以下がより好ましい。
【００４２】
時効処理の時間としては、２時間以上が好ましい。これにより、時効処理によるアルミニウム合金の析出が生じるので、アルミニウム合金部材の強度が向上する。時効処理の時間としては、６時間以上がより好ましく、４８時間以下が好ましく、２４時間以下がより好ましい。
【００４３】
＜後工程：ＳＴ５＞
後工程では、冷却したアルミニウム合金部材の耐食性、耐摩耗性、装飾性、光反射防止性、導通性、膜厚均一性、及び作業性などを向上する観点から、表面処理及び塗装を施す。表面処理としては、例えば、アルマイト処理、クロメート処理、ノンクロメート処理、電解メッキ処理、無電解メッキ処理、化学研磨及び電解研磨などが挙げられる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法によれば、アルミニウム合金が所定量のマグネシウム、亜鉛及び銅又は銀を含有するので、溶体化処理を施さずに高強度のアルミニウム合金を成形することが可能となる。そして、このアルミニウム合金は、成形後の冷却時に３０℃/秒以下、好ましくは１０℃／秒以下の冷却速度で冷却しても表面の再結晶組織化及び内部の加工組織の結晶粒粗大化を防ぐことが可能となり、高強度を維持することができるので、冷却に伴う熱歪み及び残留応力の発生を防ぐことができる。これにより、０．２％耐力が４３０ＭＰａ以上であり、引張強度が５００ＭＰａ以上のアルミニウム合金を高い形状精度で製造することが可能となる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
１．６８質量％のマグネシウム（Ｍｇ）、６．７０質量％の亜鉛（Ｚｎ）、０．２６質量％の銅（Ｃｕ）、０．０２質量％のチタニウム（Ｔｉ）、０．２５質量％のマンガン（Ｍｎ）、０．１９質量％のジルコニウム（Ｚｒ）を含有するアルミニウム（Ａｌ）合金を押出し、５００℃で加熱処理により成形した。その後、成形したアルミニウム合金を２.４５℃／秒の冷却速度で１００℃まで冷却してアルミニウム合金部材を製造した。その後、製造したアルミニウム合金部材の任意の位置から採取した米国材料試験規格ＡＳＴＭ  Ｅ５５７の平板引張試験片を用い、ＡＳＴＭ  Ｅ５５７に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、及び耐力を測定した。その結果、０．２％耐力は、４９２ＭＰａであり、引張強度が５３１ＭＰａであった。なお、これらの測定値は、各例とも３つの採取試験片の測定値の平均値とした。結果を下記表１に示す。
【００４７】
（比較例１）
１．６８質量％のマグネシウム（Ｍｇ）、６．７０質量％の亜鉛（Ｚｎ）、０．２６質量％の銅（Ｃｕ）、０．０２質量％のチタニウム（Ｔｉ）、０．２５質量％のマンガン（Ｍｎ）、０．１９質量％のジルコニウム（Ｚｒ）を含有するアルミニウム（Ａｌ）合金を押出し、５００℃で加熱処理により成形した。その後、成形したアルミニウム合金を０．３６℃／秒の冷却速度で２００℃まで冷却してアルミニウム合金部材を製造した。その後、製造したアルミニウム合金部材の任意の位置から採取した米国材料試験規格ＡＳＴＭ Ｅ５５７の平板引張試験片を用い、ＡＳＴＭ  Ｅ５５７に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、及び耐力を測定した。その結果、０．２％耐力は、３９３ＭＰａであり、引張強度が４６７ＭＰａであった。なお、これらの測定値は、各例とも３つの採取試験片の測定値の平均値とした。結果を下記表１に示す。
【００４８】
（比較例２）
市販の７０００系アルミニウム合金（マグネシウム（Ｍｇ）の含有量：２．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）の含有量：５．５質量％、銅（Ｃｕ）の含有量：１．６質量％）を用いたこと、及びアルミニウム合金を４６６℃から１００℃以下に３５℃/秒で冷却したこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造して評価した。その結果、０．２％耐力は、４６６ＭＰａであり、引張強度は、５３２ＭＰａであった。この結果は、実施例１と組成が異なるアルミニウム合金を用いたために、アルミニウム合金の熱安定性が低下したためと考えられる。結果を下記表１に示す。
【００４９】
（比較例３）
市販の７０００系アルミニウム合金（マグネシウム（Ｍｇ）の含有量：２．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）の含有量：５．５質量％、銅（Ｃｕ）の含有量：１．６質量％）を用いたこと、及びアルミニウム合金を４００℃から１００℃まで２．４３℃/秒で冷却したこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造して評価した。その結果、０．２％耐力は、２３０ＭＰａであり、引張強度は、３５２ＭＰａであった。この結果は、実施例１と組成が異なるアルミニウム合金を用いたために、アルミニウム合金の熱安定性が低下したためと考えられる。結果を下記表１に示す。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１から分かるように、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法によれば、０．２％耐力及び引張強度に優れるアルミニウム合金が得られることが分かる（実施例１）。これに対して、冷却速度が速すぎる場合及び遅すぎる場合には、０．２％耐力及び引張強度が低下することが分かる（比較例１及び比較例２）。またアルミニウム合金の組成が本実施の形態に係るアルミニウム合金の範囲外となる場合にも、０．２％耐力及び引張強度が低下することが分かる（比較例２及び比較例３）。
【図１】
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【図２】
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