(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下質量％でＭｇ：０．３０〜１．００％，Ｓｉ:０．６０〜１．４０％含有するとともに化学量論組成としてのＭｇ２Ｓｉの値が０．６０〜１．４０％であり、かつ過剰Ｓｉ量の値が０．３０〜１．００％であり、
Ｆｅ：０．１０〜０．４０％，Ｍｎ：０．３０％以下であるとともに（Ｆｅ＋Ｍｎ）の値が０．１０〜０．６５％の範囲であり、
Ｃｕ：０．１０〜０．４０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１０％であり、さらにＳｒ：０．１０％以下の範囲で含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、
扁平再結晶の押出方向の平均粒径が１００μｍ以下で、かつ、再結晶組織の結晶粒の押出方向の長さＬ１と厚さ方向の長さＬ２とのアスペクト比Ｌ１／Ｌ２が４．０以上であることを特徴とする耐衝撃性に優れる高強度アルミニウム合金押出材。
【請求項２】
請求項１記載のアルミニウム合金押出材の製造方法であって、
押出加工直後に平均冷却速度１５０℃／ｍｉｎ以下にて冷却し、その後に人工時効処理することを特徴とする耐衝撃性に優れるアルミニウム合金押出材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度でありながら耐衝撃性に優れるとともに押出加工直後の空冷にて良好な焼入れ性を有するアルミニウム合金押出材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度のアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系の７０００系アルミニウム合金が知られている。
しかし、７０００系アルミニウム合金は自然時効型合金であり、押出成形から曲げ加工やプレス加工までの間に硬くなり、生産上の課題が生じやすい。
そこで、自然時効が殆どなく、また７０００系アルミニウム合金に認められる耐応力腐食割れも発現しにくいＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０００系アルミニウム合金の開発が進められている。
これまでに焼入れ性が良好で、高強度のアルミニウム合金としては特許文献１〜３等が提案されている。
特許文献１は、Ｍｇ：０．４５〜０．７５％，Ｓｉ：０．４５〜０．８０％，過剰Ｓｉ：０．１〜０．４％，Ｍｎ：０．１５〜０．４０％，Ｃｒ：０〜０．１％の合金組成である。
特許文献２は、Ｍｇ：０．４〜０．８％，Ｓｉ：０．３〜０．９％，Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｎ，Ｃｒ及びＺｒの合計量を０．０９５％以下にし、３μｍ以上の長さを有するＭｇ２Ｓｉ晶出物が５０個／ｍｍ２以上有するものである。
特許文献３は、Ｍｇ：０．３〜１．５％，Ｓｉ：０．２〜１．５％，Ｃｕ：０．１％以下，Ｍｎ：０．１５％以下，Ｆｅ：０．１５％以下，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ：０．１％以下で、結晶粒アスペクト比が５．０以下の材料である。
これらに開示する押出材は、いずれも押出加工直後の空冷（プレス端焼入れ）では耐力値（０．２％）が２４０ＭＰａ未満であり、特許文献２は水冷にて２５０ＭＰａレベルの強度が出ているものの、耐衝撃性に劣るものと推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２５１２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２８５２７２号公報
【特許文献３】特開２００５−１０５３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、耐衝撃性に優れるとともに良好な焼入れ性を有する高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る耐衝撃性に優れる高強度アルミニウム合金押出材は、以下質量％でＭｇ：０．３０〜１．００％，Ｓｉ:０．６０〜１．４０％含有するとともに化学量論組成としてのＭｇ２Ｓｉの値が０．６０〜１．４０％であり、かつ過剰Ｓｉ量の値が０．３０〜１．００％であり、Ｆｅ：０．１０〜０．４０％，Ｍｎ：０．３０％以下であるとともに（Ｆｅ＋Ｍｎ）の値が０．１０〜０．６５％の範囲であり、Ｃｕ：０．１０〜０．４０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１０％であり、残部がＡｌ及び不可避的不純物であることを特徴とする。
【０００６】
また、上記合金組成において、さらにＳｒ：０．１０％以下の範囲にて添加してもよい。
【０００７】
本発明において、成分範囲を上記のように設定した理由は次のとおりである。
＜Ｍｇ，Ｓｉ＞
Ｍｇ及びＳｉ成分は強度と耐衝撃性に大きな影響を与えるとともに、押出性にも影響する。
Ｍｇ：０．３０〜１．０％，Ｓｉ：０．６０〜１．４０の範囲に設定し、化学量論組成としてのＭｇ２Ｓｉの値が０．６０〜１．４０％、かつ過剰Ｓｉ量が０．３０〜１．００％の範囲が好ましい。
本発明においては、化学量論組成Ｍｇ２Ｓｉに対する過剰Ｓｉが押出性を低下させずに強度を向上させることに着目し、Ｓｉ量をＭｇの量に対して多く設定した。
ただし、過剰Ｓｉ量が多くなりすぎると耐衝撃性が低下するので、過剰Ｓｉ量の上限を１．００％とした。
なお、Ｓｉは０．６０〜１．４０％の範囲で、好ましくは下限が０．８０％以上、さらに好ましくは０．９０％以上がよい。
また、Ｍｇは０．３０〜１．００％の範囲で、好ましくは０．３０〜０．９０％、さらに好ましくは０．４０〜０．８０％の範囲である。
＜Ｆｅ，Ｍｎ，Ｚｒ＞
Ｆｅ成分は、再結晶を抑制し、押出軸方向に伸長した再結晶組織を形成することで球状の再結晶組織に比べて割れ伝播が抑制され、延性，耐衝撃性が向上する。
しかし、多いと合金の鋳造時に金属間化合物を多く晶出し、延性が低下するので上限を０．４０％とした。
Ｍｎ及びＺｒは、結晶粒を微細化させ耐衝撃性が向上するが、多すぎると焼入れ感受性が強くなりすぎ、強度等が低下する。
そこで、Ｆｅ：０．１０〜０．４０％の範囲としてＭｎを添加する場合は、０．３０％以下の範囲で添加するのが好ましく、（Ｆｅ＋Ｍｎ）の合計量は、０．１０〜０．６５％の範囲である。
Ｚｒは、０．１０％以下の範囲で添加してもよい。
なお、本発明においてＣｒは不可避的不純物として取り扱い、含有した場合でも０．０５％以下に抑えるのが好ましい。
＜Ｃｕ＞
Ｃｕ成分は強度向上に寄与するが、多くなると耐食性が低下し押出性も低下する。
そこで、Ｃｕ：０．１０〜０．４０％の範囲がよく、好ましくは０．１５〜０．４０％の範囲である。
＜Ｔｉ＞
Ｔｉ成分は、アルミニウム合金の鋳造時の結晶粒微細化に効果があるので、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の範囲で添加する。
＜Ｓｒ＞
Ｓｒ成分は、アルミニウム合金の鋳造時に鋳造組織を微細化させることで押出材の金属組織においても結晶粒を微細化させる。
そこで、Ｓｒは０．１０％以下の範囲で添加するのが好ましい。
Ｓｒは、０．２％耐力値の強度を低下させることなく、耐衝撃性，伸びが向上する。
＜その他の成分＞
本発明において、Ｚｎは不可避的不純物として取り扱うが、少量の添加であれば強度と延びに寄与する。
従って、添加する場合は０．２５％以下の範囲で許容される。
また、他の成分も０．０１％以下の範囲であれば許容される。
【０００８】
本発明に係る耐衝撃性に優れるアルミニウム合金押出材の製造方法は、押出加工直後に平均冷却速度１５０℃／ｍｉｎ以下にて冷却し、その後に人工時効処理することを特徴とする。
このように製造すると、アスペクト比が４．０以上で扁平再結晶の押出方向の平均結晶粒径が１００μｍ以下になる。
【０００９】
本発明における好ましい製造条件は、次のとおりである。
押出加工用の円柱ビレットを鋳造するには、鋳造速度６０ｍｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。
その後にビレットを５６５〜５９５℃の温度で２〜６時間の均質化処理をする。
押出加工時は、ビレット温度を４２０℃以上に予熱し、押出直後に空冷によるプレス端焼入れを行う。
空冷の冷却速度は１５０℃／ｍｉｎ以下、好ましくは５０〜１５０℃／ｍｉｎの範囲がよい。
その後に１８５〜２００℃の温度で、１〜２４時間の人工時効処理を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るアルミニウム合金押出材は、人工時効処理（Ｔ５）後の引張強さ２８０ＭＰａ以上で、０．２％耐力値（Ｔ５）が２４０ＭＰａ以上の高強度でありながらシャルピー衝撃値で２０Ｊ／ｃｍ２以上の耐衝撃性を有する。
また、Ｓｒを０．１％以下の範囲で添加すると、Ｔ５後の０．２％耐力値（Ｔ５）が２８０ＭＰａ以上になり、シャルピー衝撃値及び伸びがさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】評価に用いた合金組成を示す。
【図２】評価サンプルの製造条件を示す。
【図３】評価サンプルの評価結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るアルミニウム合金押出材を試作し比較評価したので、以下説明する。
図１の表に示すアルミニウム合金の組成のビレットを鋳造し、図２の表に示す製造条件にて押出材を製作した。
なお、図２中の鋳造速度は、ビレットの鋳造速度を示す。
評価に用いた押出材は、断面５０ｍｍ×５０ｍｍ，内厚１〜５ｍｍの正方形の中空断面押出形材を用いた。
評価方法は次の通りである。
＜機械的特性＞
ＪＩＳ−Ｚ２２４１に基づいて押出形材よりＪＩＳ−４号引張試験片を作製、ＪＩＳ規格に準拠した引張試験機で引張試験を実施した。
＜耐衝撃性＞
ＪＩＳ−Ｚ２２４２に基づいて押出形材よりＪＩＳ−Ｖノッチ４号試験片を作製、ＪＩＳ規格に準拠したシャルピー衝撃試験機でシャルピー衝撃試験を実施した。
＜結晶粒径＞
供試材に鏡面研磨仕上げを行い、その後エッチング（３％ＮａＯＨ  ４０℃×３ｍｉｎ）を実施し、１００倍、押出軸方向に伸長した再結晶組織の結晶粒の押出方向の長さＬ１と厚さ方向長さＬ２とのアスペクト比Ｌ１／Ｌ２を測定した。
【００１３】
評価結果を図３の表に示す。
表中の評価項目中に示す数字は、目標とした値である。
実施例１〜７はいずれも成分範囲が設定範囲であり、全ての評価項目をクリアしている。
特に実施例６，７は、Ｓｒをそれぞれ０．０１％，０．０３％添加した合金であり、Ｔ５耐力値３４５ＭＰａと３００ＭＰａ以上の高強度を有しながら延びが向上し、シャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上を確保している。
比較例１〜４は、過剰Ｓｉ量（ｅｘＳｉ）が設定より少なく、Ｔ５後の強度を満足していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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