(57)【要約】耐食性及びその強度、耐力、伸び等の機械的特性が好ましいアルミニウムの組織状態を形成したアルミ合金製塑性加工品を得る。  塑性加工により形成される肉盗み領域２２と、この肉盗み領域２２の両端に形成されるリブ領域２１とからなり、断面が略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状となる塑性加工部を備えたアルミニウム合金製塑性加工品を、塑性加工により発生する最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在している歪み部位２３を有する塑性加工部２とし、この歪み部位２３を、肉盗み領域２２とリブ領域２１との境界において、塑性加工部２の表面近傍に位置させ、再結晶化されていないアルミニウム（元素記号：Ａｌ）の未再結晶組織Ｎで構成し、又は、未再結晶組織Ｎと、再結晶化されるが、その結晶粒が５００μｍ以下であるアルミニウムの微細結晶組織Ｍとで構成する。
2016129127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工により形成される肉盗み領域と、この肉盗み領域の両端に形成されるリブ領域とからなり、断面が略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状となる塑性加工部を備えたアルミニウム合金製塑性加工品であって、
前記塑性加工部に、前記塑性加工により発生する最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在している歪み部位を有し、
前記歪み部位が、前記肉盗み領域と前記リブ領域との境界であって、前記塑性加工部の表面近傍に位置し、
前記歪み部位が、再結晶化されていないアルミニウム（元素記号：Ａｌ）の未再結晶組織で構成され、又は、前記未再結晶組織と、再結晶化されるが、その結晶粒が５００μｍ以下である前記アルミニウムの微細結晶組織とで構成される、
ことを特徴とするアルミニウム合金製塑性加工品。
【請求項２】
銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなる組成であって、
前記リブ領域の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、前記肉盗み領域の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、前記リブ領域の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したときに、前記マンガンの含有量（質量％）が下記［数１］の関係式を満たす、
【数１】
2016129127.tif 000007
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製塑性加工品。
【請求項３】
自動車用部品である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金製塑性加工品。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のアルミニウム合金製塑性加工品を製造するアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法であって、
溶解鋳造を施し、前記溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、溶体化処理、水焼き入れ処理及び人工時効硬化処理を施す、
ことを特徴とするアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
【請求項５】
前記人工時効硬化処理は、時効処理温度が１７０℃以上２１０℃以下、時効処理時間が０．５時間以上１８時間以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
【請求項６】
前記溶体化処理は、溶体化処理温度が５２０℃以上５６０℃以下であり、
前記水焼き入れ処理は、水焼き入れ処理温度が７０℃以下である、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
【請求項７】
前記塑性加工は、押出加工、鍛造加工および圧延加工から選ばれる１種又は２種以上の組み合わせである、
ことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか１項に記載のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
【請求項８】
請求項４から請求項７の何れか１項に記載のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法を用いて得られる、
ことを特徴とする自動車用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の鋳塊から製造したアルミニウム合金製塑性加工品、その製造方法及び自動車用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の鋳塊から製造したアルミニウム合金製塑性加工品が、車両、船舶、航空機、自動車又は自動二輪等の輸送機の構造材（部品）として使用されている。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、加工性に優れ、高強度で、耐食性も備えているからである。
例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の一種であるＡ６０６１が、サスペンションアーム等の自動車部品に多用されている。しかし、車体の軽量化を目的として、Ａ６０６１よりも更に軽量な材料が要請されている。これに対応するため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム系合金の高強度化を通じ、必要な合金量を減らすことが試みられている。
例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の高強度化を図るため、過剰Ｓｉ量としたり、Ｃｕ元素の添加量を増加したりすることが試みられている。特に、Ｃｕ元素の添加量の増加は、Ｍｇ２Ｓｉの析出を促進させるので強度が向上し、また、Ｃｕ元素がマトリクスに固溶して強度が向上するので、高強度化において有効な手段となる可能性がある。しかし、Ｃｕ元素量が０．０５％以上になると、粒界腐食の感受性が高くなるので、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を腐食環境下で使用した際に、応力腐食割れが引き起こされる恐れがある。
従来の技術として、クロム、マンガン、ジルコニウム等の遷移元素を添加し、結晶粒径や晶出物を微細化することで粒界腐食や応力腐食割れを防ぎ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の耐食性の向上を図ることが知られている。
例えば、高強度高靱性アルミニウム合金鍛造材を提供することを目的として、下記特許文献１に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．６％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．６〜１．８％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％を含むとともに、Ｆｅを０．３０％以下に規制し、Ｍｎ：０．１５〜０．６％、Ｃｒ：０．１〜０．２％、Ｚｒ：０．１〜０．２％の一種または二種以上を含み、更に、水素：０．２５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下とし、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳造されたアルミニウム合金鋳塊を、５３０〜６００℃の温度で均質化熱処理した後に、熱間鍛造して鍛造材とし、該鍛造材におけるアルミニウム合金組織中のＭｇ２ＳｉとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ）系の晶出物の合計の面積率を単位面積当たり１．５％以下とすること。
また、高強度高靱性であるとともに、耐食性や耐久性に優れたアルミニウム合金鍛造材を提供することを目的として、下記特許文献２に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．８％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．６〜１．８％を含み、更に、Ｃｒ：０．１〜０．２％およびＺｒ：０．１〜０．２％の一種または二種を含むとともに、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｆｅ：０．３０％以下、水素：０．２５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に各々規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、アルミニウム合金組織の粒界上に存在するＭｇ２ＳｉやＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ）系晶析出物（晶出物や析出物）の平均粒径を１．２μｍ以下とするとともに、これら晶析出物同士の平均間隔を３．０μｍ以上とすること。
これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材は、結晶粒径や晶出物を微細化することによって粒界腐食を防止し、応力腐食割れの発生を抑制する性能を有している。しかし、Ｃｕ元素の添加量の増加により耐食性が悪化するので、発生する腐食減量を抑制することができない。したがって、これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材からなる塑性加工品を薄肉化して軽量化すると、腐食減量で薄くなった肉厚の分だけ確実に強度が低下し、耐久性が悪化する。すなわち、これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材は、厳しい腐食環境での使用に適さないという問題点がある。
また、合金元素量を多くして高強度化し、かつ薄肉化した強度部材用鍛造材であっても、３５０ＭＰａ以上の０．２％耐力が安定して得られる６０００系アルミニウム合金鍛造材および鍛造用素材を提供することを目的として、下記特許文献３に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．８％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．８〜１．８％、Ｃｕ：０．２〜１．０％を含み、Ｓｉ／Ｍｇの質量比が１以上であり、更にＭｎ：０．１〜０．６％、Ｃｒ：０．１〜０．２％およびＺｒ：０．１〜０．２％の一種または二種以上を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、人工時効硬化処理後のアルミニウム合金鍛造材の表面の導電率を４１．０〜４２．５ＩＡＣＳ％とすること。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４４２９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７１６８号公報
【特許文献３】特開２００４−４３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、塑性加工によって加工歪みが加わったアルミニウム合金に対して溶体化処理を行うことで発生するアルミニウムの再結晶組織の形態が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の強度、耐力及び伸び等の各種の性能に影響を及ぼすことを見いだした。すなわち、溶体化処理によりアルミニウムが粗大に再結晶化する粗大再結晶組織の形態を有するようになると、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の強度、耐力及び伸び等の各種の性能が低下する傾向にあることが分かってきた。また、アルミニウム合金素材の鋳造時の組織状態が、加工歪みが加わった後にも維持されることで、好ましい強度、耐力及び伸び等の各種の性能が得られることも分かってきた。
さらに、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材に含まれる遷移金属であるクロム、マンガン、鉄等の析出物の存在やその種類が、アルミニウムの再結晶化に影響を及ぼすことを突き止めた。アルミニウムの再結晶化時に起こる粒界の移動が、これらの遷移金属の析出物によって阻害される等の影響が出るからである。
本発明は、上記実情に鑑み提案され、加工歪みが加わった後に溶体化処理されても好ましいアルミニウムの組織状態を形成、維持することで、強度、耐力及び伸び等で好ましい性能を得ることのできるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品に係る。そして、高強度化とともに耐食性が向上し、薄肉化を可能にして確実に軽量化することができるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品、その製造方法及び自動車用部品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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、塑性加工により形成される肉盗み領域と、この肉盗み領域の両端に形成されるリブ領域とからなり、断面が略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状となる塑性加工部を備えたアルミニウム合金製塑性加工品であって、前記塑性加工部に、塑性加工により発生する最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在している歪み部位を有し、前記歪み部位が、前記肉盗み領域と前記リブ領域との境界であって、前記塑性加工部の表面近傍に位置し、前記歪み部位が、再結晶化されていないアルミニウム（元素記号：Ａｌ）の未再結晶組織で構成され、又は、前記未再結晶組織と、再結晶化されるが、その結晶粒が５００μｍ以下である前記アルミニウムの微細結晶組織とで構成されることを特徴とする。
上記アルミニウム合金製塑性加工品において、銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなる組成であって、前記リブ領域の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、前記肉盗み領域の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、前記リブ領域の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したときに、前記マンガンの含有量（質量％）が下記［数１］の関係式を満たす、ことを特徴とする。
【数１】
2016129127.tif 000003
また、上記アルミニウム合金製塑性加工品が、自動車用部品であることを特徴とする。
さらに、本発明は、上記アルミニウム合金製塑性加工品を製造するアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法であって、溶解鋳造を施し、前記溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、溶体化処理、水焼き入れ処理及び人工時効硬化処理を施すことを特徴とする。
前記人工時効硬化処理は、時効処理温度が１７０℃以上２１０℃以下、時効処理時間が０．５時間以上１８時間以下であることを特徴とする。
前記溶体化処理は、溶体化処理温度が５２０℃以上５６０℃以下であり、前記水焼き入れ処理は、水焼き入れ処理温度が７０℃以下であることを特徴とする。
前記塑性加工は、押出加工、鍛造加工および圧延加工から選ばれる１種又は２種以上の組み合わせであることを特徴とする。
また、本発明は、上記アルミニウム合金製塑性加工品の製造方法を用いて得られることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、塑性加工によって加工歪みが加わった後に溶体化処理されても、好ましいアルミニウムの組織状態を形成、維持しているので、その強度、耐力及び伸び等で好ましい性能を得ることができる。具体的には、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。また、所定の腐食液中に浸漬させたときの割れ等も確認されず、耐食性に優れている。したがって、高強度化し、耐食性が向上し、薄肉化が可能になるため、必要な合金量を減らして確実に軽量化することができる。このため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金製塑性加工品の用途を拡大することができ、例えば、軽量化への追求が激しい輸送機用途として自動車用部品に好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の例であるサスペンションアームの外観を概略で示す説明図であって、（ａ）は、いわゆるリニアアームの外観を示す概略説明図、（ｂ）は、いわゆるＡアームの外観を示す概略説明図である。
図２は、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の例であるサスペンションアームの縦断面を概略で示す説明図であって、（ａ）は、その断面が略Ｈ字形状であるものを説明する概略説明図、（ｂ）は、その断面が略Ｕ字形状であるものを説明する概略説明図である。
図３は、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の要部（歪み部位）に関し、未再結晶組織及び微細再結晶組織からなる組織状態であることを示す顕微鏡写真である。
図４は、参考例のアルミニウム合金製塑性加工品において、加工歪みが加わった部位の組織状態が粗大再結晶組織となっていることを示す顕微鏡写真である。
図５は、本発明の製造ラインの一例を示す概略説明図である。
図６は、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品（実施例１）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
図７は、従来例のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例１）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
図８は、従来例のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例２）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
図９は、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと引張強度との関係を比較して示したグラフである。
図１０は、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと０．２％耐力との関係を比較して示したグラフである。
図１１は、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと伸び（％）との関係を比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品に関する実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例であるサスペンションアームに関する。本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。
本発明は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すような自動車用部品である直線棒状のリニアアーム１１又は、アルファベットのＡの形に似たＡアーム１２と呼ばれるサスペンションアーム等に適用され得るアルミニウム合金製塑性加工品に係る。図２（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、断面が略Ｈ字形状であり、この略Ｈ字形状の両端部分であるリブ領域２１と、このリブ領域２１を連絡する連絡部分である肉盗み領域２２からなる塑性加工部２を備えて構成される。なお、本発明は、図２（ｂ）に示すように、リブ領域２１ａと肉盗み領域２２ａとからなり、断面が略Ｕ字形状である塑性加工部２ａを備えて構成されるアルミニウム合金製塑性加工品も、特許発明の技術的範囲に含まれる。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、所定の組成からなるアルミニウム合金素材に対して溶解鋳造を施し、溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、溶体化処理、水焼き入れ処理及び人工時効硬化処理を施して製造される。
鋳造品に対して塑性加工が施されることにより、肉盗み領域２２が形成される。肉盗み領域２２が形成されることにより、この肉盗み領域２２の両端にリブ領域２１が形成される。すなわち、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品における塑性加工部２が断面視で略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状に、塑性加工により形成される。なお、略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状は、断面円形又は断面矩形のアルミニウム合金よりも、断面効率と呼ばれる重量当たりの曲げ剛性や曲げ強度において優れる形状である。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、この塑性加工部２において、塑性加工によって発生する加工歪みとして、最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在する歪み部位２３を有している。この歪み部位２３は、肉盗み領域２２とリブ領域２１との境界であって、塑性加工部２の表面近傍に位置している（図２（ｂ）において歪み部位は、２３ａで示される。）。相当歪みとは、有効歪みとも呼ばれ、一般の多軸ひずみ状態において、それまでに受けた塑性変形の大きさを評価し、比較するために計算される歪み値をいう。変形途中の微小時間に生じるひずみ増分について、相当応力と類似の考え方に基づいて相当歪み増分を定義し、この相当歪み増分を積分して相当歪みを求める。一般に、相当歪みによって材料の加工硬化や変形抵抗の変化が決まるとされる。
歪み部位２３は、図３に示すように、塑性加工が施され、加工歪みが加わった後の溶体化処理によっても、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）の再結晶化が起こっていない未再結晶組織Ｎを有している。また、塑性加工が施され、加工歪みが加わった後の溶体化処理によってアルミニウムが再結晶化して形成される最大径（最大長さ）が５００μｍ以下の結晶粒からなる微細結晶組織Ｍを有している。未再結晶組織Ｎを構成する結晶粒の粒径は、微細結晶組織Ｍを構成する結晶粒の１〜１／２倍である。図３中の黒枠内部が、微細結晶組織Ｍを示し、黒枠外部が未再結晶組織Ｎを示している。
すなわち、歪み部位２３は、未再結晶組織Ｎ及び微細結晶組織Ｍで構成されている。このような組織形態により、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、後述するように、その強度、耐力及び伸び等の各種の性能が優れている。なお、未再結晶組織とは、アルミニウム合金素材に対して溶解鋳造が施されたときに生成された結晶が、再結晶化されないでそのまま残っている組織をいう。図３において、晶出物が粒界に存在していることが認められる。本発明の歪み部位２３が未再結晶組織Ｎのみからなるアルミニウム合金製塑性加工品も、その強度、耐力及び伸び等の各種の性能が優れ、特許発明の技術的範囲に含まれる。
また、再結晶化とは、溶体化処理が施されることにより、加工歪みが加わっている部位で生成される結晶をいう。図４に参考例として、加工歪みが加わった部位が、溶体化処理によりアルミニウムが粗大に再結晶化し、粗大再結晶組織Ｌと呼ばれる組織形態になった顕微鏡写真を示す。粗大再結晶組織Ｌを構成する結晶粒の粒径は、未再結晶組織Ｎを構成する結晶粒の１０〜５０倍となる。このような組織形態を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品は、後述するように、その強度、耐力及び伸び等の性能が、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品に比べて劣っている。
また、粗大再結晶組織Ｌは、耐食性という観点からも好ましくない。粒界腐食が粒界に沿って進展するため、結晶粒が粗大であればあるほど、腐食によって深い切り欠が形成されてしまう。すなわち腐食減量が増加してしまうからである。
したがって、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位２３が、再結晶化されていないアルミニウムの未再結晶組織Ｎのみで構成されている形態を含む。さらに、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位２３が、この未再結晶組織Ｎと、その結晶粒の最大径が５００μｍ以下の再結晶化されたアルミニウムの微細結晶組織Ｍとで構成されている形態を含む。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の歪み部位２３が、図３に示すような未再結晶組織Ｎ、及び微細結晶組織Ｍからなる理由は、以下のとおりであると考えられる。
歪み部位２３において未再結晶組織Ｎが形成されるのは、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成に含まれるクロム、マンガン、鉄等の遷移金属系の微細析出物で、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされて固定されるからである。これにより、アルミニウムの結晶粒界が、溶体化処理によっても移動することができず、鋳造時に生成された結晶が、再結晶化されないでそのまま残る。アルミニウムの結晶粒界が確実にピンニングされて固定されるのは、歪み部位２３のアルミニウムの加工歪みの量が所定量以下（例えば、相当歪みとして４．０ｍｍ／ｍｍ以下）の場合である。
歪み部位２３において微細結晶組織Ｍが形成されるのは、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成に含まれるクロム、マンガン、鉄等の遷移金属系の微細析出物で、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされ、移動が抑制されるからである。これにより、アルミニウムの結晶粒界は、溶体化処理によっても移動することが抑制され、再結晶化される場合であっても、その結晶粒の最大径が５００μｍ以下にとどまる。さらに、強度、耐力及び伸び等の各種の性能が特に優れ、好ましい形態となるアルミニウム合金製塑性加工品である場合、アルミニウムの再結晶化された結晶粒の最大径は１００μｍとなる。すなわち粗大化することがなくなる。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成において、歪み部位２３のアルミニウムの加工歪みの量が所定量以下であれば、特に、相当歪みとして４．０ｍｍ／ｍｍ以下であれば、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされ、移動が抑制されることが確認できる。結晶粒の大きさ（粒径）は、例えば光学顕微鏡写真上での切片法により測定することができる。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金である。その組成は、銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなる。
Ｓｉは、Ｍｇと共存してケイ化マグネシウム（組成式：Ｍｇ２Ｓｉ）系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｓｉを後述するＭｇの量に対してＭｇ２Ｓｉを生成する量を越えて過剰に添加することにより、時効処理後の最終製品の強度がさらに高まるため、Ｓｉの含有量は０．９５質量％以上が望ましい。一方、Ｓｉの含有量が１．１５質量％を越えると、Ｓｉの粒界析出が多くなり、粒界脆化が生じ易く、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性が低下する恐れがある。また、Ｓｉの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越える恐れがある。したがって、Ｓｉの含有量は、０．９５質量％〜１．１５質量％の範囲にするのが好ましい。
Ｍｇは、Ｓｉと共存してＭｇ２Ｓｉ系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量が０．８質量％よりも少ないと、析出強化の効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｍｇの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性が低下する恐れがある。また、Ｍｇの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越えるおそれがある。したがって、Ｍｇの含有量は、０．８質量％〜１．１５質量％の範囲にするのが好ましい。
Ｃｕは、Ｍｇ２Ｓｉ系析出物の見かけの過飽和量を増加させ、Ｍｇ２Ｓｉ析出量を増加させることにより、最終製品の時効硬化を著しく促進させる。Ｃｕの含有量が０．５質量％を越えると、鋳塊の鍛造加工性、及び最終製品の靭性が低下し、さらに耐食性が低下する恐れがある。したがって、Ｃｕの含有量は、０．５質量％以下の範囲にする必要がある。一方、Ｃｕの含有量が０．１５質量％よりも少ないと、Ｍｇ２Ｓｉ系析出物の見かけの過飽和量を増加させ、Ｍｇ２Ｓｉ析出量を増加させる効果が十分に得られない恐れがある。
ＭｎはＡｌＭｎＳｉ相として晶出し、晶出しないＭｎは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｍｎの含有量が０．４質量％よりも少ないと、そのような効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｍｎの含有量が０．６質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、本発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｍｎの含有量は、０．４質量％〜０．６質量％の範囲にするのが好ましい。
特に、Ｍｎの含有量（質量％）は、０．４質量％〜０．６質量％である。さらに、リブ領域２１の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、肉盗み領域２２の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、リブ領域２１の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したとき（図２（ａ）、（ｂ）に例示される塑性加工部２の断面形状を参照）、下記［数２］の関係式を満たす。そのようなＭｎの含有量とすることにより、遷移金属系の微細析出物により、アルミニウムの結晶粒界をピンニングし、再結晶化を抑制する効果を好適に得ることができる。
【数２】
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ＣｒはＡｌＣｒＳｉ相として晶出し、晶出しないＣｒは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｃｒの含有量が０．１質量％よりも少ないと、そのような効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｃｒの含有量が０．２質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、本発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｃｒの含有量は、０．１１質量％〜０．１９質量％の範囲にするのが好ましい。
Ｆｅは、合金中でＡｌ、Ｓｉと結合して晶出するとともに、結晶粒の粗大化を防止する。Ｆｅの含有量が０．２質量％より少ないと、そのような効果が得られなくなる恐れがある。また、Ｆｅの含有量が０．３質量％を越えると、粗大な金属間化合物を生成するようになり、塑性加工性が悪化する恐れがある。したがって、Ｆｅの含有量は、０．２質量％〜０．３質量％にするのが好ましい。
Ｚｎは不純物として扱われる。Ｚｎの含有量は０．２５質量％を超えるとアルミニウムの腐食自体が促進され、耐食性が劣化するため、０．２５質量％以下にするのが好ましい。
Ｚｒは不純物として扱われる。Ｚｒの含有量は０．０５質量％を超えると、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、塑性加工後の加工品の強度低下を招くため、０．０５質量％以下にするのが好ましい。
Ｔｉは、結晶粒の微細化を図る上で有効な合金元素である。さらに、Ｔｉによって、連続鋳造棒に鋳塊割れなどが発生するのを防止することができる。Ｔｉの含有量が０．０１２質量％よりも少ないと、微細化効果が得られない恐れがある。一方、Ｔｉの含有量が０．０３５％質量％を越えると、粗大なＴｉ化合物が晶出し、靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｔｉの含有量は、０．０１２質量％〜０．０３５質量％の範囲にするのが好ましい。
ＢもＴｉと同様に、結晶粒の微細化に有効な元素である。Ｂの含有量が０．０００１質量％よりも少ないと、微細化効果が得られない恐れがある。一方、Ｂの含有量が０．０３質量％を越えると、靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｂの含有量は、０．０００１質量％〜０．０３質量％の範囲にするのが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で規定されるリブ領域２１や肉盗み領域２２の形状を備え、その合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲で特定される。
すなわち、本発明は、リブ領域２１や肉盗み領域２２を有するアルミニウム合金製塑性加工品であって、そのリブ領域２１や肉盗み領域２２の形状が、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で特定される。かつ、本発明は、その合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲で特定されるものが特許発明の技術的範囲となる。
このとき、歪み部位２３がアルミニウムの未再結晶組織Ｎ及び微細結晶組織Ｍからなり、粗大再結晶組織Ｌが認められない本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品を得ることができる。そして、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。また、所定の腐食液中に浸漬させたときの割れ等も確認されず、耐食性に優れている。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の用途は、車両、輸送機の構造材とすることが好ましい。例えば、自動車部品、自動二輪部品、船舶部品、航空機部品、電車、貨物の車両部品などを挙げることができる。
さらに、アルミニウム合金製塑性加工品の自動車部品とし、アッパーアーム、ロアアーム、ナックル、コントロールアーム、ロアリンク、サブフレーム、コンプレッションロッド、トランスバースリンク等を挙げることができる。これらの部品における略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状のリブ領域や肉盗み領域に相当する部分の形状は、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で規定される関係式を満たしている。
また、これらの部品は、その全体を本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品から製造することもできるが、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品と他の部材を組み合わせ、又は接合して部品として製造することができる。すなわち本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品を部品の一部として用いることもできる。
以下、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の好ましい製造方法について説明していく。
まず、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成を構成する各元素が、その含有量の範囲内となるように調整され、溶解されているアルミニウム合金溶湯から、アルミニウム合金鋳塊を鋳造する。この場合、水平連続鋳造法、縦型連続鋳造法、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、ホットトップ鋳造法、気体加圧連続鋳造法、気体加圧ホットトップ連続鋳造法等の溶解鋳造法の何れを選択しても、鋳造することができる。健全な鋳塊を得るため、鋳造温度７５０±５０℃、鋳造速度２４０±５０ｍｍ／分の条件で鋳造することが好ましい。
次に、得られた鋳塊に対し、４７０℃〜５４０℃で均質化処理を施す。この温度範囲で均質化処理を施すことにより、鋳塊の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされ、その後の時効処理によって必要とされる強度が得られるからである。均質化処理における保持時間を、３〜１０時間とすることができる。
均質化処理後に塑性加工を施し、必要に応じて、機械加工により所定の大きさに加工する。塑性加工は、加工時の素材の加熱温度を所定の範囲とする加工方法であれば、従来の塑性加工方法を用いることができる。
例えば、押出加工、鍛造加工又は圧延加工等の加工法を用いることができる。加工後の組織の再結晶を抑制して強度向上を図るため、素材の加熱温度を、〔４３０＋塑性加工率（％）〕℃以上５５０℃以下の範囲に制御することが望ましい。塑性加工率を条件に入れた温度とすることで粗大再結晶の発生をより抑制し、その後の時効処理で強度をより一層向上させることができる。
塑性加工率（％）は、押出加工の場合、〔（変形を受ける断面積）÷（初期断面積）×１００〕（％）で定義することができる。鍛造加工の一種の据込加工の場合、〔（変形した高さ）÷（初期高さ）×１００〕（％）で定義することができる。また、多段で複数回の工程を経る塑性加工品の素材の加熱温度は、その最終形状についての塑性加工率（％）を上記式の条件に入れて算出すればよい。複雑な形状の塑性加工品の素材の加熱温度は、各部ごとの塑性加工率（％）を算出し、その平均値を上記式の条件に入れて算出すればよい。
塑性加工後は、溶体化処理、水焼入れ、および時効処理を施す。用途に応じ、例えば、車両、船舶、航空機、自動車あるいは自動二輪等の輸送機の構造材（部品）に必要とされる強度および耐食性を得るためである。
溶体化処理は、５２０〜５６０℃の範囲とするのが好ましい。溶体化温度が５２０℃未満であると、Ｍｇ２Ｓｉなどが十分に固溶せず、その後の時効処理によって必要とされる強度が得られない恐れがある。また、溶体化温度が５６０℃を超えると、バーニング（局部溶解）が発生する恐れがある。また、溶体化処理の保持時間を、２〜６時間とすることができる。
溶体化処理後の水焼入れ処理は、水温を７０℃以下とする条件で行うのが好ましい。また、水焼入れ処理は水冷が望ましい。水温が７０℃を超えた場合、焼入れの効果が得られずに、その後の時効処理によって必要な強度が得られない恐れがある。
その後、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は必要に応じてさらに機械加工、例えば切削加工、曲げ加工、絞り加工などが施され、車両、船舶、航空機、自動車あるいは自動二輪等の輸送機の構造材（部品）などに仕上げられる。
溶解鋳造したアルミニウム合金鋳塊の組織について説明する。鋳塊の結晶粒径の大きさは、塑性加工、その後の時効処理を施して得られるアルミニウム合金製塑性加工品の強度に大きく影響する。鋳塊におけるアルミニウムの結晶粒径が大きいと塑性加工後の強度向上が得られないため、結晶粒径の大きさを平均値で３００μｍ以下にすることが好ましく、さらに好ましくは２５０μｍ以下とする。なお、アルミニウムの結晶粒径の大きさは、例えば光学顕微鏡写真上での切片法により測定することができる。
鋳塊のＤＡＳ（デンドライトアームスペース、Ｄｅｎｄｒｉｔｅ  Ａｒｍ  Ｓｐａｃｅ）の大きさも、平均値で４０μｍ以下にする必要があり、好ましくは２０μｍ以下とする。ＤＡＳの大きさが４０μｍを超えると塑性加工、その後の時効処理を施して得られるアルミニウム合金製塑性加工品の強度が低下するからである。なお、ＤＡＳの大きさは、例えば、一般社団法人軽金属学会発行の『軽金属（１９８８年）、ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１、ｐ．４５』に記載の『デンドライトアームスペーシングの測定方法』に従って測定することができる。
鋳塊の晶出物を含め、本願で記載される晶出物とは、ＡｌＭｎＳｉ相、Ｍｇ２Ｓｉ相、ＦｅおよびＣｒを含む２次相が、アルミニウムの結晶粒界に粒状や片状の形で晶出したものをいう。晶出物の平均粒径は、８μｍ以下であれば塑性加工性に影響を与えないため、８μｍ以下にする必要があり、好ましくは６．８μｍ以下にするのがよい。なお、晶出物の大きさは、例えば、顕微鏡を有した画像解析装置（ルーゼックス、Ｌｕｚｅｘ：登録商標）でミクロ組織を同定し、個々の晶出物の断面積を円に換算したときの直径として測定できる。
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の好ましい製造方法に基づいて構成した製造ラインの一例を、図５を用いて説明する。
製造ラインは、合金溶解炉３１、鋳造装置３２、均質化処理炉３３、素材予備加熱装置３４、鍛造装置３５、機械加工装置３６、溶体化処理炉３７、焼き入れ装置３８、時効処理炉３９、酸洗装置４０、ショットブラスト装置４１、最終機械加工装置４２、および検査装置４３から構成されている。
合金溶解炉３１は、その炉内で合金組成を調整し、所定の温度に合金溶湯を保持する装置である。溶解保持炉、溶湯清浄装置を設けてもよい。
鋳造装置３２は、合金溶湯を凝固させて鋳塊を得る装置である。冷却水温度、冷却水量などの冷却能を調整することによって凝固速度を調整することができる。
均質化処理炉３３は、その炉内に鋳塊を挿入し、鋳塊に均質化処理を施す装置である。炉内を所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
鋳塊は適当な成形加工、たとえば押出加工、機械加工、切断加工により、素材に加工される。
素材予備加熱装置３４は、成形する素材に対して予め加熱処理を施す装置である。
鍛造装置３５は、成形孔を有する上金型下金型を配置し、鋳塊を成形用素材として成形孔内にセットし、金型を上下稼動して塑性加工する装置である。必要に応じて、金型の成形孔に潤滑材塗布処理、素材に潤滑材塗布処理を施すための潤滑材噴霧装置を設けてもよい。
機械加工装置３６は、塑性加工された成形品に切削、穴あけ、面取りなどの機械加工を施す装置である。製品仕様によっては省略することができる。
溶体化処理炉３７は、塑性加工された成形品に溶体化処理を施す装置である。炉内が所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
焼き入れ装置３８は、高温状態の成形品を急冷する装置である。一定温度範囲に制御された水中に、成形品を投入して急冷する。
時効処理炉３９は、時効処理を施す装置であり、炉内が所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
酸洗装置４０は、成形品を酸溶液で洗浄する装置である。製品仕様によっては省略することができる。
ショットブラスト装置４１は、成形品の表面をショットブラスト処理する装置である。製品仕様によっては省略することができる。
最終機械加工装置４２は、成形品を最終的な形状にするため、切削、穴あけ、面取りなどの機械加工を施す装置である。または、成形品と他の部材を組み合わせたり、接合したりして最終部品の形状とする装置である。製品仕様によっては省略することができる。
検査装置４３は、外観検査や、必要に応じて重量検査などを行う装置である。場合によっては、人間による直接的な目視検査とすることができる。
各装置間は、コンベア、搬送車などの搬送装置によって結ばれているのが好ましい。
【実施例】
【０００９】
次に本発明の実施例を説明する。
下記［表１］に、Ａ６０００系のアルミニウム合金から構成したアルミニウム合金製塑性加工品（比較例１）、出願人が所有する従来のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例２、比較例３）及び、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品（実施例１、実施例２、実施例３）のそれぞれについて、その組成及び塑性加工部の断面形状、リブ領域や肉盗み領域の形状を特定するリブ領域の幅方向長さｘ（ｃｍ）、肉盗み領域の高さ方向長さｙ（ｃｍ）、リブ領域の高さ方向長さｚ（ｃｍ）の値を示した。
【表１】
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比較例１〜３及び実施例１〜３として、それぞれ表１に示した化学成分組成のアルミ合金鋳塊を、ホットトップ鋳造法により、鋳造温度７５０±５０℃、鋳造速度２４０±５０ｍｍ／分の条件で鋳造した。この鋳造により得られた鋳塊に対して４７０℃（保持時間６時間）で均質化処理を行なった。続いて均質化処理を行なった鋳塊を５３０℃に加熱し、熱間鍛造によって、図１に示すような自動車のサスペンションアームの形状（リニアアーム）となるように塑性加工を施した。なお、塑性加工率は５０％であった。次に、この塑性加工品を５３０℃（保持時間４時間）で溶体化処理を行い、６０℃で水焼入れ後、１８０℃（保持時間２〜１５時間の範囲内）又は２００℃（保持時間０．５〜１２時間の範囲内）で時効処理を行った。
なお、加工率５０％の塑性加工及び、その後の５３０℃による溶体化処理により、各実施例及び比較例の鋳塊には、その歪み部位において１．３３ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在されていると考えられる。
比較例１〜３及び実施例１〜３のアルミニウム合金製塑性加工品のそれぞれで、ＪＩＳ１４Ａ号比例試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２０１参照）を採取し、引っ張り強度を測定した。
また、引張試験片を採取した部分の断面にて、光学顕微鏡（順光）によるミクロ組織観察を行い、晶出物の平均粒径を測定した。晶出物の平均粒径の測定法は、画像解析装置（ルーゼックス、Ｌｕｚｅｘ：登録商標）により晶出物が円相当の直径を持つものとして平均粒径を測定した。その後、観察面をエッチング液で腐食させた後、偏光顕微鏡によるミクロ組織観察を行い、アルミニウムの結晶粒径を測定した。
さらに、上記の手順で作成した比較例１〜３及び実施例１〜３に基づくサスペンションアーム部品から、２ｍｍ×４．３ｍｍ×４２．４ｍｍの試験片を切り出し、４．３ｍｍ×４２．４ｍｍの面の中央部に、３点曲げ治具を用いて耐力の９０％に相当する応力を負荷した。負荷の際には、試験片と治具の間を電気的に絶縁にした。純水１リットル当たり、酸化クロム（ＩＶ）３６ｇ、ニクロム酸カリウム３０ｇ、塩化ナトリウム３ｇを溶解し、９５〜１００℃に保持した溶液を腐食液として用意した。この腐食液中に応力を負荷した試験片を１６時間、浸漬した後、試験片を外観観察し、割れが発生しているかどうかについて確認し、割れが発生したものについては、耐食性に劣ると判断した。
比較例１〜３及び実施例１〜３の機械的特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）と晶出物の結晶粒径、耐食性、総合判定からなる評価表を下記［表２］に示す。なお、評価欄の記号（○、△、×）の定義は以下の通りである。
耐食性の判定は、ｎ＝３の試験において、３個のうちすべてで割れがなかったものを○、３個のうち１〜２個で割れが発生したものを△、３個のうちすべてで割れが発生したものを×とした。
機械的特性の判定は、引張強度が３８０ＭＰａ以上の特性、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上の特性、伸びが１０．０％以上の特性を、すべての項目で満たすものを○、１〜２つの項目で満たさないものを△、すべての項目で満たさないものを×とした。
総合判定としては、耐食性及び機械的特性がいずれも○のものを○、耐食性及び機械的特性のいずれか一方が○で、他方が△のものを△、耐食性及び機械的特性がいずれも△、いずれか一方が×及び、いずれも×のものを×とした。
【表２】
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実施例１〜３のように、合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲に収まり、かつ、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすアルミニウム合金製塑性加工品において引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上（特に、１４．０％以上）という好ましい性能を得ることができた。また、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であって、アルミニウムの未再結晶組織又は微細結晶組織で構成されていることが分かった。
一方、合金を構成する各元素の組成のいずれかが上述したような所定の範囲から外れ、かつ、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすことがない比較例１は、引っ張り強度が３３６ＭＰａ、０．２％耐力が３０８ＭＰａ、伸びが１７．２％となった。結晶粒の平均粒径も４５０μｍ程度となって、塑性加工の加工率や、その後の溶体化処理の条件によって、例えば、リブ領域や肉盗み領域中の相当歪みが２．００ｍｍ／ｍｍを超えるようになると、粗大再結晶組織を呈するようになることが分かった（尚、図７も参照）。腐食量が多く、耐食性も良いとはいえなかった。
リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすものの、合金を構成する各元素の組成のいずれかが上述したような所定の範囲から外れる比較例２は、腐食量が少なくて耐食性も良く、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であり、粗大再結晶組織が認められなかったが、引っ張り強度が３６７ＭＰａ、０．２％耐力が３２０ＭＰａ、伸びが１８．０％と、本願の出願人が期待する機械的特性の値をすべて満たしているとはいえなかった。
また、合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲に収まるものの、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たさない比較例３は、腐食量が少なくて耐食性も良く、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であり、粗大再結晶組織が認められなかったが、引っ張り強度が３９２ＭＰａ、０．２％耐力が３３２ＭＰａ、伸びが１０．５％と、本願の出願人が期待する機械的特性の値をすべて満たしているとはいえなかった。
また、図６〜図８において、比較例１〜２及び実施例１における歪み部位に関し、相当歪みの大きさと組織状態との関係を模式的に示したので、これらの図について説明する。これらの図において、（ａ）は、相当歪みが０ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｂ）は、相当歪みが０．６７ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｃ）は、相当歪みが１．２５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｄ）は、相当歪みが２．００ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｅ）は、相当歪みが２．７５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｆ）は、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、それぞれアルミニウム合金製塑性加工品の歪み部位の組織状態を模式的に示している。
図６に示すように、実施例１における歪み部位では、相当歪みが２．０ｍｍ／ｍｍまでの大きさであれば、未再結晶組織Ｎのみから構成される。相当歪みが２．７５ｍｍ／ｍｍの大きさのときに未再結晶組織Ｎと、一部が微細結晶組織Ｍとなる組織状態で構成される。また、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさであっても微細結晶組織Ｍから構成されることが分かる。したがって、相当歪みが０〜４．０ｍｍ／ｍｍの範囲、特に、０〜３．５ｍｍ／ｍｍの範囲で粗大再結晶組織Ｌは認められないことが理解される。
一方、図７に示すように、比較例１における歪み部位では、相当歪みが２、０ｍｍ／ｍｍの大きさで、粗大再結晶組織Ｌが認められてしまった。図８に示すように、比較例２における歪み部位においても、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさになると粗大再結晶組織Ｌが認められてしまった。
また、図９において、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における相当歪みの大きさと引張強度との関係が比較できるようにグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と異なり、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなっても、その引張強度の強さが維持され、優れていることが分かる。特に、自動車部品であるサスペンションアームで数多く認められる相当歪みが１〜３ｍｍ／ｍｍ程度であるときに、実施例１の引張強度は、比較例１及び比較例２に比して極めて優れていると認められる。
図１０において、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における相当歪みの大きさと０．２％耐力との関係が比較できるようにグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と異なり、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなっても、その０．２％耐力の値が維持され、優れていることが分かる。特に、自動車部品であるサスペンションアームで数多く認められる相当歪みが１〜３ｍｍ／ｍｍ程度であるときに、実施例１の０．２％耐力は、比較例１及び比較例２に比して極めて優れていると認められる。
図１１において、実施例１、比較例１及び比較例２で歪み部位における相当歪みの大きさと伸び（％）の関係をグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と同様なレベルで、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなってもその伸び（％）において優れていることが分かる。
したがって、本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、塑性加工によって加工歪みが加わった後に溶体化処理されても、その歪み部位がアルミニウムの未再結晶組織及び微再結晶組織からなり、粗大結晶組織が認められないで良好なアルミニウムの組織状態が形成、維持されている。本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。これにより、高強度化し、耐食性が向上し、薄肉化が可能になるため、必要な合金量を減らして確実に軽量化することができる。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金製塑性加工品の用途を拡大、例えば、軽量化への追求が激しい輸送機用途として自動車用部品に好適に採用されて、その用途をさらに拡大することができるようになる。
【符号の説明】
【００１０】
１１・・リニアアーム
１２・・Ａアーム
２・・・塑性加工部
２１・・リブ領域
２２・・肉盗み領域
２３・・歪み部位
２ａ・・塑性加工部
２１ａ・リブ領域
２２ａ・肉盗み領域
Ｎ・・・未再結晶組織
Ｍ・・・微細結晶組織
Ｌ・・・粗大結晶組織
【図１（ａ）】
2016129127.tif 000008
【図１（ｂ）】
2016129127.tif 000009
【図２（ａ）】
2016129127.tif 000010
【図２（ｂ）】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
2016129127.tif 000014
【図１１】
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【図３】
2016129127.tif 000016
【図４】
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【図６（ａ）】
2016129127.tif 000018
【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
2016129127.tif 000020
【図６（ｄ）】
2016129127.tif 000021
【図６（ｅ）】
2016129127.tif 000022
【図６（ｆ）】
2016129127.tif 000023
【図７（ａ）】
2016129127.tif 000024
【図７（ｂ）】
2016129127.tif 000025
【図７（ｃ）】
2016129127.tif 000026
【図７（ｄ）】
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【図７（ｅ）】
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【図７（ｆ）】
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【図８（ａ）】
2016129127.tif 000030
【図８（ｂ）】
2016129127.tif 000031
【図８（ｃ）】
2016129127.tif 000032
【図８（ｄ）】
2016129127.tif 000033
【図８（ｅ）】
2016129127.tif 000034
【図８（ｆ）】
2016129127.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の鋳塊から製造したアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の鋳塊から製造したアルミニウム合金製塑性加工品が、車両、船舶、航空機、自動車又は自動二輪等の輸送機の構造材（部品）として使用されている。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、加工性に優れ、高強度で、耐食性も備えているからである。
例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の一種であるＡ６０６１が、サスペンションアーム等の自動車部品に多用されている。しかし、車体の軽量化を目的として、Ａ６０６１よりも更に軽量な材料が要請されている。これに対応するため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム系合金の高強度化を通じ、必要な合金量を減らすことが試みられている。
例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の高強度化を図るため、過剰Ｓｉ量としたり、Ｃｕ元素の添加量を増加したりすることが試みられている。特に、Ｃｕ元素の添加量の増加は、Ｍｇ２Ｓｉの析出を促進させるので強度が向上し、また、Ｃｕ元素がマトリクスに固溶して強度が向上するので、高強度化において有効な手段となる可能性がある。しかし、Ｃｕ元素量が０．０５％以上になると、粒界腐食の感受性が高くなるので、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を腐食環境下で使用した際に、応力腐食割れが引き起こされる恐れがある。
【０００３】
従来の技術として、クロム、マンガン、ジルコニウム等の遷移元素を添加し、結晶粒径や晶出物を微細化することで粒界腐食や応力腐食割れを防ぎ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の耐食性の向上を図ることが知られている。
例えば、高強度高靱性アルミニウム合金鍛造材を提供することを目的として、下記特許文献１に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．６％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．６〜１．８％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％を含むとともに、Ｆｅを０．３０％以下に規制し、Ｍｎ：０．１５〜０．６％、Ｃｒ：０．１〜０．２％、Ｚｒ：０．１〜０．２％の一種または二種以上を含み、更に、水素：０．２５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下とし、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳造されたアルミニウム合金鋳塊を、５３０〜６００℃の温度で均質化熱処理した後に、熱間鍛造して鍛造材とし、該鍛造材におけるアルミニウム合金組織中のＭｇ２ＳｉとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ）系の晶出物の合計の面積率を単位面積当たり１．５％以下とすること。
【０００４】
また、高強度高靱性であるとともに、耐食性や耐久性に優れたアルミニウム合金鍛造材を提供することを目的として、下記特許文献２に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．８％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．６〜１．８％を含み、更に、Ｃｒ：０．１〜０．２％およびＺｒ：０．１〜０．２％の一種または二種を含むとともに、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｆｅ：０．３０％以下、水素：０．２５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に各々規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、アルミニウム合金組織の粒界上に存在するＭｇ２ＳｉやＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ）系晶析出物（晶出物や析出物）の平均粒径を１．２μｍ以下とするとともに、これら晶析出物同士の平均間隔を３．０μｍ以上とすること。
これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材は、結晶粒径や晶出物を微細化することによって粒界腐食を防止し、応力腐食割れの発生を抑制する性能を有している。しかし、Ｃｕ元素の添加量の増加により耐食性が悪化するので、発生する腐食減量を抑制することができない。したがって、これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材からなる塑性加工品を薄肉化して軽量化すると、腐食減量で薄くなった肉厚の分だけ確実に強度が低下し、耐久性が悪化する。すなわち、これらのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材は、厳しい腐食環境での使用に適さないという問題点がある。
【０００５】
また、合金元素量を多くして高強度化し、かつ薄肉化した強度部材用鍛造材であっても、３５０ＭＰａ以上の０．２％耐力が安定して得られる６０００系アルミニウム合金鍛造材および鍛造用素材を提供することを目的として、下記特許文献３に次のことが開示されている。
Ｍｇ：０．６〜１．８％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．８〜１．８％、Ｃｕ：０．２〜１．０％を含み、Ｓｉ／Ｍｇの質量比が１以上であり、更にＭｎ：０．１〜０．６％、Ｃｒ：０．１〜０．２％およびＺｒ：０．１〜０．２％の一種または二種以上を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材において、人工時効硬化処理後のアルミニウム合金鍛造材の表面の導電率を４１．０〜４２．５ＩＡＣＳ％とすること。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４４２９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７１６８号公報
【特許文献３】特開２００４−４３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者らは、塑性加工によって加工歪みが加わったアルミニウム合金に対して溶体化処理を行うことで発生するアルミニウムの再結晶組織の形態が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の強度、耐力及び伸び等の各種の性能に影響を及ぼすことを見いだした。すなわち、溶体化処理によりアルミニウムが粗大に再結晶化する粗大再結晶組織の形態を有するようになると、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の強度、耐力及び伸び等の各種の性能が低下する傾向にあることが分かってきた。また、アルミニウム合金素材の鋳造時の組織状態が、加工歪みが加わった後にも維持されることで、好ましい強度、耐力及び伸び等の各種の性能が得られることも分かってきた。
さらに、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金素材に含まれる遷移金属であるクロム、マンガン、鉄等の析出物の存在やその種類が、アルミニウムの再結晶化に影響を及ぼすことを突き止めた。アルミニウムの再結晶化時に起こる粒界の移動が、これらの遷移金属の析出物によって阻害される等の影響が出るからである。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑み提案され、加工歪みが加わった後に溶体化処理されても好ましいアルミニウムの組織状態を形成、維持することで、強度、耐力及び伸び等で好ましい性能を得ることのできるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の製造方法に係る。そして、高強度化とともに耐食性が向上し、薄肉化を可能にして確実に軽量化することができるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法は、塑性加工により形成される肉盗み領域と、この肉盗み領域の両端に形成されるリブ領域とからなり、断面が略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状となる塑性加工部を備え、前記塑性加工部に、前記塑性加工により発生する最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在している歪み部位を有し、この歪み部位が、前記肉盗み領域と前記リブ領域との境界であって、前記塑性加工部の表面近傍に位置するアルミニウム合金製塑性加工品を製造するアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法であって、前記リブ領域の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、前記肉盗み領域の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、前記リブ領域の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したときに、下記［数１］の関係式を満たすように、前記マンガンの含有量（質量％）が制御された、銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金素材を溶解鋳造し、前記溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、５２０℃以上５６０℃以下の温度で溶体化処理し、溶体化処理後、７０℃以下の温度で水焼き入れ処理し、水焼き入れ処理後、１７０℃以上２１０℃以下の温度で、０．５時間以上１８時間以下の処理時間で人工時効硬化処理することで、前記歪み部位が再結晶化されていないアルミニウム（元素記号：Ａｌ）の未再結晶組織で構成され、又は、前記未再結晶組織と、再結晶化されるが、その結晶粒が５００μｍ以下である前記アルミニウムの微細結晶組織とで構成されるアルミニウム合金製塑性加工品を製造することを特徴とする。
［数１］
マンガン（質量％）＝０．４α｛ｚ／（ｘ＋ｙ）＋０．２５｝
但し、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５
α＝０．８〜０．９
前記塑性加工は、押出加工、鍛造加工および圧延加工から選ばれる１種又は２種以上の組み合わせであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、塑性加工によって加工歪みが加わった後に溶体化処理されても、好ましいアルミニウムの組織状態を形成、維持しているので、その強度、耐力及び伸び等で好ましい性能を得ることができる。具体的には、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。また、所定の腐食液中に浸漬させたときの割れ等も確認されず、耐食性に優れている。したがって、高強度化し、耐食性が向上し、薄肉化が可能になるため、必要な合金量を減らして確実に軽量化することができる。このため、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品の用途を拡大することができ、例えば、軽量化への追求が激しい輸送機用途として自動車用部品に好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の例であるサスペンションアームの外観を概略で示す説明図であって、（ａ）は、いわゆるリニアアームの外観を示す概略説明図、（ｂ）は、いわゆるＡアームの外観を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の例であるサスペンションアームの縦断面を概略で示す説明図であって、（ａ）は、その断面が略Ｈ字形状であるものを説明する概略説明図、（ｂ）は、その断面が略Ｕ字形状であるものを説明する概略説明図である。
【図３】本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の要部（歪み部位）に関し、未再結晶組織及び微細再結晶組織からなる組織状態であることを示す顕微鏡写真である。
【図４】参考例のアルミニウム合金製塑性加工品において、加工歪みが加わった部位の組織状態が粗大再結晶組織となっていることを示す顕微鏡写真である。
【図５】本発明の製造ラインの一例を示す概略説明図である。
【図６】本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品（実施例１）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
【図７】従来例のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例１）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
【図８】従来例のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例２）の歪み部位に関し、歪み量（相当歪み）の大きさと組織状態との関係を模式的に示した模式図である。
【図９】実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと引張強度との関係を比較して示したグラフである。
【図１０】実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと０．２％耐力との関係を比較して示したグラフである。
【図１１】実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における歪み量（相当歪み）の大きさと伸び（％）との関係を比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法に関する実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例であるサスペンションアームに関する。本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。
【００１３】
本発明は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すような自動車用部品である直線棒状のリニアアーム１１又は、アルファベットのＡの形に似たＡアーム１２と呼ばれるサスペンションアーム等に適用され得るアルミニウム合金製塑性加工品に係る。図２（ａ）に示すように、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、断面が略Ｈ字形状であり、この略Ｈ字形状の両端部分であるリブ領域２１と、このリブ領域２１を連絡する連絡部分である肉盗み領域２２からなる塑性加工部２を備えて構成される。なお、本発明は、図２（ｂ）に示すように、リブ領域２１ａと肉盗み領域２２ａとからなり、断面が略Ｕ字形状である塑性加工部２ａを備えて構成されるアルミニウム合金製塑性加工品も、特許発明の技術的範囲に含まれる。
【００１４】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、所定の組成からなるアルミニウム合金素材に対して溶解鋳造を施し、溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、溶体化処理、水焼き入れ処理及び人工時効硬化処理を施して製造される。
鋳造品に対して塑性加工が施されることにより、肉盗み領域２２が形成される。肉盗み領域２２が形成されることにより、この肉盗み領域２２の両端にリブ領域２１が形成される。すなわち、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品における塑性加工部２が断面視で略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状に、塑性加工により形成される。なお、略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状は、断面円形又は断面矩形のアルミニウム合金よりも、断面効率と呼ばれる重量当たりの曲げ剛性や曲げ強度において優れる形状である。
【００１５】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、この塑性加工部２において、塑性加工によって発生する加工歪みとして、最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在する歪み部位２３を有している。この歪み部位２３は、肉盗み領域２２とリブ領域２１との境界であって、塑性加工部２の表面近傍に位置している（図２（ｂ）において歪み部位は、２３ａで示される。）。相当歪みとは、有効歪みとも呼ばれ、一般の多軸ひずみ状態において、それまでに受けた塑性変形の大きさを評価し、比較するために計算される歪み値をいう。変形途中の微小時間に生じるひずみ増分について、相当応力と類似の考え方に基づいて相当歪み増分を定義し、この相当歪み増分を積分して相当歪みを求める。一般に、相当歪みによって材料の加工硬化や変形抵抗の変化が決まるとされる。
【００１６】
歪み部位２３は、図３に示すように、塑性加工が施され、加工歪みが加わった後の溶体化処理によっても、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）の再結晶化が起こっていない未再結晶組織Ｎを有している。また、塑性加工が施され、加工歪みが加わった後の溶体化処理によってアルミニウムが再結晶化して形成される最大径（最大長さ）が５００μｍ以下の結晶粒からなる微細結晶組織Ｍを有している。未再結晶組織Ｎを構成する結晶粒の粒径は、微細結晶組織Ｍを構成する結晶粒の１〜１／２倍である。図３中の黒枠内部が、微細結晶組織Ｍを示し、黒枠外部が未再結晶組織Ｎを示している。
すなわち、歪み部位２３は、未再結晶組織Ｎ及び微細結晶組織Ｍで構成されている。このような組織形態により、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、後述するように、その強度、耐力及び伸び等の各種の性能が優れている。なお、未再結晶組織とは、アルミニウム合金素材に対して溶解鋳造が施されたときに生成された結晶が、再結晶化されないでそのまま残っている組織をいう。図３において、晶出物が粒界に存在していることが認められる。本発明の歪み部位２３が未再結晶組織Ｎのみからなるアルミニウム合金製塑性加工品も、その強度、耐力及び伸び等の各種の性能が優れ、特許発明の技術的範囲に含まれる。
【００１７】
また、再結晶化とは、溶体化処理が施されることにより、加工歪みが加わっている部位で生成される結晶をいう。図４に参考例として、加工歪みが加わった部位が、溶体化処理によりアルミニウムが粗大に再結晶化し、粗大再結晶組織Ｌと呼ばれる組織形態になった顕微鏡写真を示す。粗大再結晶組織Ｌを構成する結晶粒の粒径は、未再結晶組織Ｎを構成する結晶粒の１０〜５０倍となる。このような組織形態を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金製塑性加工品は、後述するように、その強度、耐力及び伸び等の性能が、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品に比べて劣っている。
また、粗大再結晶組織Ｌは、耐食性という観点からも好ましくない。粒界腐食が粒界に沿って進展するため、結晶粒が粗大であればあるほど、腐食によって深い切り欠が形成されてしまう。すなわち腐食減量が増加してしまうからである。
したがって、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位２３が、再結晶化されていないアルミニウムの未再結晶組織Ｎのみで構成されている形態を含む。さらに、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位２３が、この未再結晶組織Ｎと、その結晶粒の最大径が５００μｍ以下の再結晶化されたアルミニウムの微細結晶組織Ｍとで構成されている形態を含む。
【００１８】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の歪み部位２３が、図３に示すような未再結晶組織Ｎ、及び微細結晶組織Ｍからなる理由は、以下のとおりであると考えられる。
歪み部位２３において未再結晶組織Ｎが形成されるのは、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成に含まれるクロム、マンガン、鉄等の遷移金属系の微細析出物で、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされて固定されるからである。これにより、アルミニウムの結晶粒界が、溶体化処理によっても移動することができず、鋳造時に生成された結晶が、再結晶化されないでそのまま残る。アルミニウムの結晶粒界が確実にピンニングされて固定されるのは、歪み部位２３のアルミニウムの加工歪みの量が所定量以下（例えば、相当歪みとして４．０ｍｍ／ｍｍ以下）の場合である。
【００１９】
歪み部位２３において微細結晶組織Ｍが形成されるのは、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成に含まれるクロム、マンガン、鉄等の遷移金属系の微細析出物で、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされ、移動が抑制されるからである。これにより、アルミニウムの結晶粒界は、溶体化処理によっても移動することが抑制され、再結晶化される場合であっても、その結晶粒の最大径が５００μｍ以下にとどまる。さらに、強度、耐力及び伸び等の各種の性能が特に優れ、好ましい形態となるアルミニウム合金製塑性加工品である場合、アルミニウムの再結晶化された結晶粒の最大径は１００μｍとなる。すなわち粗大化することがなくなる。
【００２０】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成において、歪み部位２３のアルミニウムの加工歪みの量が所定量以下であれば、特に、相当歪みとして４．０ｍｍ／ｍｍ以下であれば、アルミニウムの結晶粒界がピンニングされ、移動が抑制されることが確認できる。結晶粒の大きさ（粒径）は、例えば光学顕微鏡写真上での切片法により測定することができる。
【００２１】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金である。その組成は、銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなる。
【００２２】
Ｓｉは、Ｍｇと共存してケイ化マグネシウム（組成式：Ｍｇ２Ｓｉ）系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｓｉを後述するＭｇの量に対してＭｇ２Ｓｉを生成する量を越えて過剰に添加することにより、時効処理後の最終製品の強度がさらに高まるため、Ｓｉの含有量は０．９５質量％以上が望ましい。一方、Ｓｉの含有量が１．１５質量％を越えると、Ｓｉの粒界析出が多くなり、粒界脆化が生じ易く、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性が低下する恐れがある。また、Ｓｉの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越える恐れがある。したがって、Ｓｉの含有量は、０．９５質量％〜１．１５質量％の範囲にするのが好ましい。
【００２３】
Ｍｇは、Ｓｉと共存してＭｇ２Ｓｉ系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量が０．８質量％よりも少ないと、析出強化の効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｍｇの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性が低下する恐れがある。また、Ｍｇの含有量が１．１５質量％を越えると、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越えるおそれがある。したがって、Ｍｇの含有量は、０．８質量％〜１．１５質量％の範囲にするのが好ましい。
【００２４】
Ｃｕは、Ｍｇ２Ｓｉ系析出物の見かけの過飽和量を増加させ、Ｍｇ２Ｓｉ析出量を増加させることにより、最終製品の時効硬化を著しく促進させる。Ｃｕの含有量が０．５質量％を越えると、鋳塊の鍛造加工性、及び最終製品の靭性が低下し、さらに耐食性が低下する恐れがある。したがって、Ｃｕの含有量は、０．５質量％以下の範囲にする必要がある。一方、Ｃｕの含有量が０．１５質量％よりも少ないと、Ｍｇ２Ｓｉ系析出物の見かけの過飽和量を増加させ、Ｍｇ２Ｓｉ析出量を増加させる効果が十分に得られない恐れがある。
【００２５】
ＭｎはＡｌＭｎＳｉ相として晶出し、晶出しないＭｎは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｍｎの含有量が０．４質量％よりも少ないと、そのような効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｍｎの含有量が０．６質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、本発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｍｎの含有量は、０．４質量％〜０．６質量％の範囲にするのが好ましい。
特に、Ｍｎの含有量（質量％）は、０．４質量％〜０．６質量％である。さらに、リブ領域２１の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、肉盗み領域２２の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、リブ領域２１の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したとき（図２（ａ）、（ｂ）に例示される塑性加工部２の断面形状を参照）、下記［数２］の関係式を満たす。そのようなＭｎの含有量とすることにより、遷移金属系の微細析出物により、アルミニウムの結晶粒界をピンニングし、再結晶化を抑制する効果を好適に得ることができる。
［数２］
Ｍｎ（質量％）＝０．４α｛ｚ／（ｘ＋ｙ）＋０．２５｝
但し、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５
α＝０．８〜０．９
【００２６】
ＣｒはＡｌＣｒＳｉ相として晶出し、晶出しないＣｒは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｃｒの含有量が０．１質量％よりも少ないと、そのような効果が少なくなる恐れがある。一方、Ｃｒの含有量が０．２質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、本発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｃｒの含有量は、０．１１質量％〜０．１９質量％の範囲にするのが好ましい。
【００２７】
Ｆｅは、合金中でＡｌ、Ｓｉと結合して晶出するとともに、結晶粒の粗大化を防止する。Ｆｅの含有量が０．２質量％より少ないと、そのような効果が得られなくなる恐れがある。また、Ｆｅの含有量が０．３質量％を越えると、粗大な金属間化合物を生成するようになり、塑性加工性が悪化する恐れがある。したがって、Ｆｅの含有量は、０．２質量％〜０．３質量％にするのが好ましい。
【００２８】
Ｚｎは不純物として扱われる。Ｚｎの含有量は０．２５質量％を超えるとアルミニウムの腐食自体が促進され、耐食性が劣化するため、０．２５質量％以下にするのが好ましい。
【００２９】
Ｚｒは不純物として扱われる。Ｚｒの含有量は０．０５質量％を超えると、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、塑性加工後の加工品の強度低下を招くため、０．０５質量％以下にするのが好ましい。
【００３０】
Ｔｉは、結晶粒の微細化を図る上で有効な合金元素である。さらに、Ｔｉによって、連続鋳造棒に鋳塊割れなどが発生するのを防止することができる。Ｔｉの含有量が０．０１２質量％よりも少ないと、微細化効果が得られない恐れがある。一方、Ｔｉの含有量が０．０３５％質量％を越えると、粗大なＴｉ化合物が晶出し、靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｔｉの含有量は、０．０１２質量％〜０．０３５質量％の範囲にするのが好ましい。
【００３１】
ＢもＴｉと同様に、結晶粒の微細化に有効な元素である。Ｂの含有量が０．０００１質量％よりも少ないと、微細化効果が得られない恐れがある。一方、Ｂの含有量が０．０３質量％を越えると、靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｂの含有量は、０．０００１質量％〜０．０３質量％の範囲にするのが好ましい。
【００３２】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で規定されるリブ領域２１や肉盗み領域２２の形状を備え、その合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲で特定される。
すなわち、本発明は、リブ領域２１や肉盗み領域２２を有するアルミニウム合金製塑性加工品であって、そのリブ領域２１や肉盗み領域２２の形状が、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で特定される。かつ、本発明は、その合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲で特定されるものが特許発明の技術的範囲となる。
このとき、歪み部位２３がアルミニウムの未再結晶組織Ｎ及び微細結晶組織Ｍからなり、粗大再結晶組織Ｌが認められない本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品を得ることができる。そして、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。また、所定の腐食液中に浸漬させたときの割れ等も確認されず、耐食性に優れている。
【００３３】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の用途は、車両、輸送機の構造材とすることが好ましい。例えば、自動車部品、自動二輪部品、船舶部品、航空機部品、電車、貨物の車両部品などを挙げることができる。
さらに、アルミニウム合金製塑性加工品の自動車部品とし、アッパーアーム、ロアアーム、ナックル、コントロールアーム、ロアリンク、サブフレーム、コンプレッションロッド、トランスバースリンク等を挙げることができる。これらの部品における略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状のリブ領域や肉盗み領域に相当する部分の形状は、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５（但し、ｘは、リブ領域２１の幅方向長さ（ｃｍ）であり、ｙは、肉盗み領域２２の高さ方向長さ（ｃｍ）であり、ｚは、リブ領域２１の高さ方向長さ（ｃｍ）である。図２（ａ）、（ｂ）参照）で規定される関係式を満たしている。
また、これらの部品は、その全体を本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品から製造することもできるが、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品と他の部材を組み合わせ、又は接合して部品として製造することができる。すなわち本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品を部品の一部として用いることもできる。
【００３４】
以下、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の好ましい製造方法について説明していく。
まず、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の組成を構成する各元素が、その含有量の範囲内となるように調整され、溶解されているアルミニウム合金溶湯から、アルミニウム合金鋳塊を鋳造する。この場合、水平連続鋳造法、縦型連続鋳造法、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、ホットトップ鋳造法、気体加圧連続鋳造法、気体加圧ホットトップ連続鋳造法等の溶解鋳造法の何れを選択しても、鋳造することができる。健全な鋳塊を得るため、鋳造温度７５０±５０℃、鋳造速度２４０±５０ｍｍ／分の条件で鋳造することが好ましい。
【００３５】
次に、得られた鋳塊に対し、４７０℃〜５４０℃で均質化処理を施す。この温度範囲で均質化処理を施すことにより、鋳塊の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされ、その後の時効処理によって必要とされる強度が得られるからである。均質化処理における保持時間を、３〜１０時間とすることができる。
【００３６】
均質化処理後に塑性加工を施し、必要に応じて、機械加工により所定の大きさに加工する。塑性加工は、加工時の素材の加熱温度を所定の範囲とする加工方法であれば、従来の塑性加工方法を用いることができる。
例えば、押出加工、鍛造加工又は圧延加工等の加工法を用いることができる。加工後の組織の再結晶を抑制して強度向上を図るため、素材の加熱温度を、〔４３０＋塑性加工率（％）〕℃以上５５０℃以下の範囲に制御することが望ましい。塑性加工率を条件に入れた温度とすることで粗大再結晶の発生をより抑制し、その後の時効処理で強度をより一層向上させることができる。
塑性加工率（％）は、押出加工の場合、〔（変形を受ける断面積）÷（初期断面積）×１００〕（％）で定義することができる。鍛造加工の一種の据込加工の場合、〔（変形した高さ）÷（初期高さ）×１００〕（％）で定義することができる。また、多段で複数回の工程を経る塑性加工品の素材の加熱温度は、その最終形状についての塑性加工率（％）を上記式の条件に入れて算出すればよい。複雑な形状の塑性加工品の素材の加熱温度は、各部ごとの塑性加工率（％）を算出し、その平均値を上記式の条件に入れて算出すればよい。
【００３７】
塑性加工後は、溶体化処理、水焼入れ、および時効処理を施す。用途に応じ、例えば、車両、船舶、航空機、自動車あるいは自動二輪等の輸送機の構造材（部品）に必要とされる強度および耐食性を得るためである。
【００３８】
溶体化処理は、５２０〜５６０℃の範囲とするのが好ましい。溶体化温度が５２０℃未満であると、Ｍｇ２Ｓｉなどが十分に固溶せず、その後の時効処理によって必要とされる強度が得られない恐れがある。また、溶体化温度が５６０℃を超えると、バーニング（局部溶解）が発生する恐れがある。また、溶体化処理の保持時間を、２〜６時間とすることができる。
【００３９】
溶体化処理後の水焼入れ処理は、水温を７０℃以下とする条件で行うのが好ましい。また、水焼入れ処理は水冷が望ましい。水温が７０℃を超えた場合、焼入れの効果が得られずに、その後の時効処理によって必要な強度が得られない恐れがある。
【００４０】
その後、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品は必要に応じてさらに機械加工、例えば切削加工、曲げ加工、絞り加工などが施され、車両、船舶、航空機、自動車あるいは自動二輪等の輸送機の構造材（部品）などに仕上げられる。
【００４１】
溶解鋳造したアルミニウム合金鋳塊の組織について説明する。鋳塊の結晶粒径の大きさは、塑性加工、その後の時効処理を施して得られるアルミニウム合金製塑性加工品の強度に大きく影響する。鋳塊におけるアルミニウムの結晶粒径が大きいと塑性加工後の強度向上が得られないため、結晶粒径の大きさを平均値で３００μｍ以下にすることが好ましく、さらに好ましくは２５０μｍ以下とする。なお、アルミニウムの結晶粒径の大きさは、例えば光学顕微鏡写真上での切片法により測定することができる。
鋳塊のＤＡＳ（デンドライトアームスペース、Dendrite Arm Space）の大きさも、平均値で４０μｍ以下にする必要があり、好ましくは２０μｍ以下とする。ＤＡＳの大きさが４０μｍを超えると塑性加工、その後の時効処理を施して得られるアルミニウム合金製塑性加工品の強度が低下するからである。なお、ＤＡＳの大きさは、例えば、一般社団法人軽金属学会発行の『軽金属（１９８８年）、ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１、ｐ．４５』に記載の『デンドライトアームスペーシングの測定方法』に従って測定することができる。
鋳塊の晶出物を含め、本願で記載される晶出物とは、ＡｌＭｎＳｉ相、Ｍｇ２Ｓｉ相、ＦｅおよびＣｒを含む２次相が、アルミニウムの結晶粒界に粒状や片状の形で晶出したものをいう。晶出物の平均粒径は、８μｍ以下であれば塑性加工性に影響を与えないため、８μｍ以下にする必要があり、好ましくは６．８μｍ以下にするのがよい。なお、晶出物の大きさは、例えば、顕微鏡を有した画像解析装置（ルーゼックス、Luzex：登録商標）でミクロ組織を同定し、個々の晶出物の断面積を円に換算したときの直径として測定できる。
【００４２】
本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品の好ましい製造方法に基づいて構成した製造ラインの一例を、図５を用いて説明する。
製造ラインは、合金溶解炉３１、鋳造装置３２、均質化処理炉３３、素材予備加熱装置３４、鍛造装置３５、機械加工装置３６、溶体化処理炉３７、焼き入れ装置３８、人工時効処理炉３９、酸洗装置４０、ショットブラスト装置４１、最終機械加工装置４２、および検査装置４３から構成されている。
【００４３】
合金溶解炉３１は、その炉内で合金組成を調整し、所定の温度に合金溶湯を保持する装置である。溶解保持炉、溶湯清浄装置を設けてもよい。
【００４４】
鋳造装置３２は、合金溶湯を凝固させて鋳塊を得る装置である。冷却水温度、冷却水量などの冷却能を調整することによって凝固速度を調整することができる。
【００４５】
均質化処理炉３３は、その炉内に鋳塊を挿入し、鋳塊に均質化処理を施す装置である。炉内を所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
鋳塊は適当な成形加工、たとえば押出加工、機械加工、切断加工により、素材に加工される。
【００４６】
素材予備加熱装置３４は、成形する素材に対して予め加熱処理を施す装置である。
鍛造装置３５は、成形孔を有する上金型下金型を配置し、鋳塊を成形用素材として成形孔内にセットし、金型を上下稼動して塑性加工する装置である。必要に応じて、金型の成形孔に潤滑材塗布処理、素材に潤滑材塗布処理を施すための潤滑材噴霧装置を設けてもよい。
【００４７】
機械加工装置３６は、塑性加工された成形品に切削、穴あけ、面取りなどの機械加工を施す装置である。製品仕様によっては省略することができる。
【００４８】
溶体化処理炉３７は、塑性加工された成形品に溶体化処理を施す装置である。炉内が所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
【００４９】
焼き入れ装置３８は、高温状態の成形品を急冷する装置である。一定温度範囲に制御された水中に、成形品を投入して急冷する。
【００５０】
人工時効処理炉３９は、時効処理を施す装置であり、炉内が所定の温度状態となるように温度を制御することができる。
【００５１】
酸洗装置４０は、成形品を酸溶液で洗浄する装置である。製品仕様によっては省略することができる。
【００５２】
ショットブラスト装置４１は、成形品の表面をショットブラスト処理する装置である。製品仕様によっては省略することができる。
【００５３】
最終機械加工装置４２は、成形品を最終的な形状にするため、切削、穴あけ、面取りなどの機械加工を施す装置である。または、成形品と他の部材を組み合わせたり、接合したりして最終部品の形状とする装置である。製品仕様によっては省略することができる。
【００５４】
検査装置４３は、外観検査や、必要に応じて重量検査などを行う装置である。場合によっては、人間による直接的な目視検査とすることができる。
各装置間は、コンベア、搬送車などの搬送装置によって結ばれているのが好ましい。
【００５５】
［実施例］
次に本発明の実施例を説明する。
下記［表１］に、Ａ６０００系のアルミニウム合金から構成したアルミニウム合金製塑性加工品（比較例１）、出願人が所有する従来のアルミニウム合金製塑性加工品（比較例２、比較例３）及び、本発明に係るアルミニウム合金製塑性加工品（実施例１、実施例２、実施例３）のそれぞれについて、その組成及び塑性加工部の断面形状、リブ領域や肉盗み領域の形状を特定するリブ領域の幅方向長さｘ（ｃｍ）、肉盗み領域の高さ方向長さｙ（ｃｍ）、リブ領域の高さ方向長さｚ（ｃｍ）の値を示した。
【００５６】
【表１】
2016129127.tif 000036
【００５７】
比較例１〜３及び実施例１〜３として、それぞれ表１に示した化学成分組成のアルミ合金鋳塊を、ホットトップ鋳造法により、鋳造温度７５０±５０℃、鋳造速度２４０±５０ｍｍ／分の条件で鋳造した。この鋳造により得られた鋳塊に対して４７０℃（保持時間６時間）で均質化処理を行なった。続いて均質化処理を行なった鋳塊を５３０℃に加熱し、熱間鍛造によって、図１に示すような自動車のサスペンションアームの形状（リニアアーム）となるように塑性加工を施した。なお、塑性加工率は５０％であった。次に、この塑性加工品を５３０℃（保持時間４時間）で溶体化処理を行い、６０℃で水焼入れ後、１８０℃（保持時間２〜１５時間の範囲内）又は２００℃（保持時間０．５〜１２時間の範囲内）で時効処理を行った。
なお、加工率５０％の塑性加工及び、その後の５３０℃による溶体化処理により、各実施例及び比較例の鋳塊には、その歪み部位において１．３３ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在されていると考えられる。
【００５８】
比較例１〜３及び実施例１〜３のアルミニウム合金製塑性加工品のそれぞれで、ＪＩＳ１４Ａ号比例試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２０１参照）を採取し、引っ張り強度を測定した。
また、引張試験片を採取した部分の断面にて、光学顕微鏡（順光）によるミクロ組織観察を行い、晶出物の平均粒径を測定した。晶出物の平均粒径の測定法は、画像解析装置（ルーゼックス、Luzex：登録商標）により晶出物が円相当の直径を持つものとして平均粒径を測定した。その後、観察面をエッチング液で腐食させた後、偏光顕微鏡によるミクロ組織観察を行い、アルミニウムの結晶粒径を測定した。
さらに、上記の手順で作成した比較例１〜３及び実施例１〜３に基づくサスペンションアーム部品から、２ｍｍ×４．３ｍｍ×４２．４ｍｍの試験片を切り出し、４．３ｍｍ×４２．４ｍｍの面の中央部に、３点曲げ治具を用いて耐力の９０％に相当する応力を負荷した。負荷の際には、試験片と治具の間を電気的に絶縁にした。純水１リットル当たり、酸化クロム（ＩＶ）３６ｇ、二クロム酸カリウム３０ｇ、塩化ナトリウム３ｇを溶解し、９５〜１００℃に保持した溶液を腐食液として用意した。この腐食液中に応力を負荷した試験片を１６時間、浸漬した後、試験片を外観観察し、割れが発生しているかどうかについて確認し、割れが発生したものについては、耐食性に劣ると判断した。
【００５９】
比較例１〜３及び実施例１〜３の機械的特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）と晶出物の結晶粒径、耐食性、総合判定からなる評価表を下記［表２］に示す。なお、評価欄の記号（〇、△、×）の定義は以下の通りである。
耐食性の判定は、ｎ＝３の試験において、３個のうちすべてで割れがなかったものを〇、３個のうち１〜２個で割れが発生したものを△、３個のうちすべてで割れが発生したものを×とした。
機械的特性の判定は、引張強度が３８０ＭＰａ以上の特性、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上の特性、伸びが１０．０％以上の特性を、すべての項目で満たすものを〇、１〜２つの項目で満たさないものを△、すべての項目で満たさないものを×とした。
総合判定としては、耐食性及び機械的特性がいずれも〇のものを〇、耐食性及び機械的特性のいずれか一方が〇で、他方が△のものを△、耐食性及び機械的特性がいずれも△、いずれか一方が×及び、いずれも×のものを×とした。
【００６０】
【表２】
2016129127.tif 000037
【００６１】
実施例１〜３のように、合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲に収まり、かつ、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすアルミニウム合金製塑性加工品において引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上（特に、１４．０％以上）という好ましい性能を得ることができた。また、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であって、アルミニウムの未再結晶組織又は微細結晶組織で構成されていることが分かった。
一方、合金を構成する各元素の組成のいずれかが上述したような所定の範囲から外れ、かつ、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすことがない比較例１は、引っ張り強度が３３６ＭＰａ、０．２％耐力が３０８ＭＰａ、伸びが１７．２％となった。結晶粒の平均粒径も４５０μｍ程度となって、塑性加工の加工率や、その後の溶体化処理の条件によって、例えば、リブ領域や肉盗み領域中の相当歪みが２．００ｍｍ／ｍｍを超えるようになると、粗大再結晶組織を呈するようになることが分かった（尚、図７も参照）。腐食量が多く、耐食性も良いとはいえなかった。
【００６２】
リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たすものの、合金を構成する各元素の組成のいずれかが上述したような所定の範囲から外れる比較例２は、腐食量が少なくて耐食性も良く、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であり、粗大再結晶組織が認められなかったが、引っ張り強度が３６７ＭＰａ、０．２％耐力が３２０ＭＰａ、伸びが１８．０％と、本願の出願人が期待する機械的特性の値をすべて満たしているとはいえなかった。
【００６３】
また、合金を構成する各元素の組成が上述したような所定の範囲に収まるものの、リブ領域や肉盗み領域の形状がｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５の条件を満たさない比較例３は、腐食量が少なくて耐食性も良く、結晶粒の平均粒径も５０μｍ程度であり、粗大再結晶組織が認められなかったが、引っ張り強度が３９２ＭＰａ、０．２％耐力が３３２ＭＰａ、伸びが１０．５％と、本願の出願人が期待する機械的特性の値をすべて満たしているとはいえなかった。
【００６４】
また、図６〜図８において、比較例１〜２及び実施例１における歪み部位に関し、相当歪みの大きさと組織状態との関係を模式的に示したので、これらの図について説明する。これらの図において、（ａ）は、相当歪みが０ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｂ）は、相当歪みが０．６７ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｃ）は、相当歪みが１．２５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｄ）は、相当歪みが２．００ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｅ）は、相当歪みが２．７５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、（ｆ）は、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさであるときの、それぞれアルミニウム合金製塑性加工品の歪み部位の組織状態を模式的に示している。
【００６５】
図６に示すように、実施例１における歪み部位では、相当歪みが２．０ｍｍ／ｍｍまでの大きさであれば、未再結晶組織Ｎのみから構成される。相当歪みが２．７５ｍｍ／ｍｍの大きさのときに未再結晶組織Ｎと、一部が微細結晶組織Ｍとなる組織状態で構成される。また、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさであっても微細結晶組織Ｍから構成されることが分かる。したがって、相当歪みが０〜４．０ｍｍ／ｍｍの範囲、特に、０〜３．５ｍｍ／ｍｍの範囲で粗大再結晶組織Ｌは認められないことが理解される。
【００６６】
一方、図７に示すように、比較例１における歪み部位では、相当歪みが２．０ｍｍ／ｍｍの大きさで、粗大再結晶組織Ｌが認められてしまった。図８に示すように、比較例２における歪み部位においても、相当歪みが３．５ｍｍ／ｍｍの大きさになると粗大再結晶組織Ｌが認められてしまった。
【００６７】
また、図９において、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における相当歪みの大きさと引張強度との関係が比較できるようにグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と異なり、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなっても、その引張強度の強さが維持され、優れていることが分かる。特に、自動車部品であるサスペンションアームで数多く認められる相当歪みが１〜３ｍｍ／ｍｍ程度であるときに、実施例１の引張強度は、比較例１及び比較例２に比して極めて優れていると認められる。
【００６８】
図１０において、実施例１、比較例１及び比較例２の間で、歪み部位における相当歪みの大きさと０．２％耐力との関係が比較できるようにグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と異なり、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなっても、その０．２％耐力の値が維持され、優れていることが分かる。特に、自動車部品であるサスペンションアームで数多く認められる相当歪みが１〜３ｍｍ／ｍｍ程度であるときに、実施例１の０．２％耐力は、比較例１及び比較例２に比して極めて優れていると認められる。
【００６９】
図１１において、実施例１、比較例１及び比較例２で歪み部位における相当歪みの大きさと伸び（％）の関係をグラフで示した。このグラフから理解されるように、比較例１及び比較例２と同様なレベルで、実施例１のアルミニウム合金製塑性加工品は、歪み部位の相当歪みが大きくなってもその伸び（％）において優れていることが分かる。
【００７０】
したがって、本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、塑性加工によって加工歪みが加わった後に溶体化処理されても、その歪み部位がアルミニウムの未再結晶組織及び微再結晶組織からなり、粗大結晶組織が認められないで良好なアルミニウムの組織状態が形成、維持されている。本発明に係るアルミ合金製塑性加工品は、引っ張り強度で３８０ＭＰａ以上、０．２％耐力で３５０ＭＰａ以上、伸びで１０．０％以上という好ましい性能を得ることができる。これにより、高強度化し、耐食性が向上し、薄肉化が可能になるため、必要な合金量を減らして確実に軽量化することができる。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム系合金製塑性加工品の用途を拡大、例えば、軽量化への追求が激しい輸送機用途として自動車用部品に好適に採用されて、その用途をさらに拡大することができるようになる。
【符号の説明】
【００７１】
１１    リニアアーム
１２    Ａアーム
２      塑性加工部
２１    リブ領域
２２    肉盗み領域
２３    歪み部位
２ａ    塑性加工部
２１ａ  リブ領域
２２ａ  肉盗み領域
Ｎ      未再結晶組織
Ｍ      微細結晶組織
Ｌ      粗大結晶組織
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工により形成される肉盗み領域と、この肉盗み領域の両端に形成されるリブ領域とからなり、断面が略Ｈ字形状又は略Ｕ字形状となる塑性加工部を備え、
前記塑性加工部に、前記塑性加工により発生する最大で４．０ｍｍ／ｍｍの相当歪みが内在している歪み部位を有し、この歪み部位が、前記肉盗み領域と前記リブ領域との境界であって、前記塑性加工部の表面近傍に位置するアルミニウム合金製塑性加工品を製造するアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法であって、
前記リブ領域の幅方向長さをｘ（ｃｍ）、前記肉盗み領域の高さ方向長さをｙ（ｃｍ）、前記リブ領域の高さ方向長さをｚ（ｃｍ）で表したときに、下記［数１］の関係式を満たすように、前記マンガンの含有量（質量％）が制御された、
銅（元素記号：Ｃｕ）を０．１５〜０．５質量％、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）を０．８〜１．１５質量％、珪素（元素記号：Ｓｉ）を０．９５〜１．１５質量％、マンガン（元素記号：Ｍｎ）を０．４〜０．６質量％、鉄（元素記号：Ｆｅ）を０．２〜０．３質量％、クロム（元素記号：Ｃｒ）を０．１１〜０．１９質量％、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を０．２５質量％以下、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）を０．０５質量％以下、チタン（元素記号：Ｔｉ）を０．０１２〜０．０３５質量％、ホウ素（元素記号：Ｂ）を０．０００１〜０．０３質量％含有し、残りがアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金素材を溶解鋳造し、
前記溶解鋳造で得られた鋳造品に対して均質化処理及び塑性加工を施した後、５２０℃以上５６０℃以下の温度で溶体化処理し、
溶体化処理後、７０℃以下の温度で水焼き入れ処理し、
水焼き入れ処理後、１７０℃以上２１０℃以下の温度で、０．５時間以上１８時間以下の処理時間で人工時効硬化処理することで、
前記歪み部位が、再結晶化されていないアルミニウム（元素記号：Ａｌ）の未再結晶組織で構成され、又は、前記未再結晶組織と、再結晶化されるが、その結晶粒が５００μｍ以下である前記アルミニウムの微細結晶組織とで構成されるアルミニウム合金製塑性加工品を製造する、
ことを特徴とするアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
［数１］
マンガン（質量％）＝０．４α｛ｚ／（ｘ＋ｙ）＋０．２５｝
但し、ｚ／（ｘ＋ｙ）≧０．６５
α＝０．８〜０．９
【請求項２】
前記塑性加工は、押出加工、鍛造加工および圧延加工から選ばれる１種又は２種以上の組み合わせである、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製塑性加工品の製造方法。
【国際調査報告】
2016129127.tif 000038
2016129127.tif 000039
2016129127.tif 000040
2016129127.tif 000041