(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出直後の形材温度が５１０〜５６０℃になるように押し出したＳｉ：０．２〜０．９重量％，Ｍｇ：０．４〜１．２重量％，Ｆｅ：０．１〜０．３重量％，Ｔｉ：０．００５〜０．２重量％，Ｂ：０．００１〜０．０１重量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成をもつＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の押出材を、４５０〜２００℃間を５０℃／分以上の冷却速度で冷却した後、押出終了時点から時効処理の開始時点までの工程間で２０℃以上の温度に３時間以上保持処理し、１６０〜２２０℃で２〜１２時間保持する時効処理を施すことを特徴とする高強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の製造方法。
【請求項２】
Ｓｉ：０．２〜０．９重量％，Ｍｇ：０．４〜１．２重量％，Ｆｅ：０．１〜０．３重量％，Ｔｉ：０．００５〜０．２重量％，Ｂ：０．００１〜０．０１重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．４重量％，Ｃｒ：０．０５〜０．２重量％，Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％，Ｍｎ：０．０５〜０．３重量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成をもつＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を押し出した後、ダイス端焼入れし、又は溶体化処理して焼入れした後、焼入れ終了時点から時効処理の開始時点までの工程間で前記押出材を４５℃以上の温度に保持処理することを特徴とする高強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の製造方法。
【請求項３】
押出終了時点から時効処理開始時点までの工程間で押出材を２０℃以上の温度に１２時間以上保持処理することにより製造された請求項１記載のアルミニウム合金押出材を、固定金型と可動金型に通しながら可動金型を移動させることにより曲げ加工することを特徴とするアルミニウム合金押出材の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高位に安定した強度をもつＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、押出加工で所定形状に成形した後、Ｍｇ2Ｓｉ等の金属間化合物を析出させる時効処理によって高強度が付与される。この長所を活用し、軽量で耐食性に優れていることと併せて、車輌用機材，建築資材，作業用機器等、広範な分野で使用されている。
時効処理としては、押出加工したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を１６０〜２２０℃で時効処理するＴ５処理や、時効処理に先立って溶体化処理及び焼入れを施すＴ６処理等が採用されている。また、Ｔ５処理に属する熱処理ではあるが、押出加工直後にファン空冷，水焼入れ等で押出材を冷却するダイス端焼入れも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
時効処理でＭｇ2Ｓｉ等が析出し、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金に強度が付与される。ところが、同じ製造履歴をもったＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材にあっても、時効処理後の強度が異なる場合が散見される。強度変動の原因を本発明者等が調査したところ、押出終了時点から時効処理開始時点まで押出材が保管される条件が原因であることを見出した。
本発明は、この知見に基づいて案出されたものであり、時効処理までの間の保持条件を管理することにより、時効処理で高位に安定した強度が付与されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の高強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の製造方法は、この目的を達成するため、押出直後の形材温度が５１０〜５６０℃になるように押し出したＳｉ：０．２〜０．９重量％，Ｍｇ：０．４〜１．２重量％，Ｆｅ：０．１〜０．３重量％，Ｔｉ：０．００５〜０．２重量％，Ｂ：０．００１〜０．０１重量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成をもつＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の押出材を、４５０〜２００℃間を５０℃／分以上の冷却速度で冷却した後、押出終了時点から時効処理の開始時点までの工程間で２０℃以上の温度に３時間以上保持処理し、１６０〜２２０℃で２〜１２時間保持する時効処理を施すことを特徴とする。
【０００５】
押出終了時点から時効処理開始時点までの工程間で押出材を２０℃以上の温度に１２時間以上保持処理することにより製造されたアルミニウム合金押出材は、固定金型と可動金型に通しながら可動金型を移動させることにより曲げ加工される。
【０００６】
また、本発明の高強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の製造方法は、Ｓｉ：０．２〜０．９重量％，Ｍｇ：０．４〜１．２重量％，Ｆｅ：０．１〜０．３重量％，Ｔｉ：０．００５〜０．２重量％，Ｂ：０．００１〜０．０１重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．４重量％，Ｃｒ：０．０５〜０．２重量％，Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％，Ｍｎ：０．０５〜０．３重量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成をもつＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を使用する場合、押出し後にダイス端焼入れし、又は溶体化処理して焼入れした後、焼入れ終了時点から時効処理の開始時点まで工程間で前記押出材を４５℃以上の温度に保持処理することを特徴とする。
押出材は、時効処理に先立ってダイス端焼入れやＴ６処理（溶体化→焼入れ）が施されることがある。このような場合には、ダイス端焼入れ又は溶体化後の焼入れ終了時点から時効処理の開始時点までの工程間で押出材を２０℃以上又は４５℃以上の温度に保持処理する。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、時効処理で付与される強度の変動原因について種々調査検討した結果、Ｔ５材にあっては押出終了時点から時効処理までの時間，ダイス端焼入れ材にあってはダイス端焼入れから時効処理までの時間，Ｔ６材にあっては溶体化処理後の焼入れ終了時点から時効処理までの期間に原因があることが判った。この期間は時効処理炉が空炉になるまでの待ち時間であり、押出材は工場内に放置されており、季節，天候等に応じて氷点下〜５０℃程度の温度雰囲気に曝される。
氷点下〜５０℃程度の温度域に押出材が長時間放置されると、自然時効の進行状況が温度によって異なることが判った。すなわち、温度に関係なく一定なものと従来考えられていた８０℃未満の温度で進行する自然時効は、温度によって異なる影響を時効処理後の強度に及ぼしていた。
【０００８】
具体的には、１８０℃×６時間のＴ５処理を施した６０６３アルミニウム合金押出材の０．２％耐力に及ぼす保持温度及び保持時間の影響を示した図１にみられるように、２０℃以上の温度雰囲気に保持した押出材を時効処理したものでは、押出加工後直ちに時効処理した押出材と同等以上の耐力が得られる。これに対し、２０℃を下回る温度雰囲気に保持した押出材を時効処理したものでは、押出加工後直ちに時効処理した押出材に比較してかなり低い耐力しか得られなかった。
また、５６０℃×１時間の溶体化処理後に水焼入れし、１８０℃×６時間で時効処理するＴ６処理を施した６０６１アルミニウム合金押出材では、図２にみられるように４５℃以上の温度雰囲気で保持処理するとき、押出加工後直ちに時効処理した押出材と同等以上の耐力が得られていた。この場合には、２０℃の保持温度でも、保持時間の如何によっては耐力が低下する傾向がみられる。
【０００９】
保持温度が時効処理後の強度に及ぼす影響は次のように推察される。２０℃を下回る温度雰囲気に押出材を保持すると、耐力向上に寄与するＧＰゾーンよりも一般にクラスタと称されている耐力向上に寄与しない析出物が多く析出し、時効処理で析出させる耐力向上に有効なＭｇ2Ｓｉ等が不足しがちになる。この傾向はＣｕ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｍｎ等を含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金で顕著に現れ、４５℃未満の保持温度でも耐力向上に寄与しない析出物が多量に析出する。
保持処理は、好ましくは３時間以上、更に好ましくは２４時間以上に設定される。３時間以上の保持処理により、耐力向上に寄与する析出物が多量に析出し、当該析出物が時効処理時に析出核となってＭｇ2Ｓｉ等の析出を促進させ、耐力を一層上昇させる。保持処理が２４時間を超えると、析出物による耐力向上効果が飽和し、耐力が一定化した押出材が得られる。
【００１０】
次いで、本発明が対象とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の合金成分，含有量を説明する。
Ｓｉ：０．２〜０．９重量％
時効処理時にＭｇ2Ｓｉとして析出し、押出材に強度を付与する合金成分である。十分な機械的強度を得るためには、０．２重量％以上のＳｉ含有量が必要である。しかし、０．９重量％を超える過剰なＳｉが含まれると、押出直後に押出材が冷却される過程でＭｇ2Ｓｉが析出し易くなり、時効処理時に強度向上に有効なＭｇ2Ｓｉの析出量が減少する。
Ｍｇ：０．４〜１．２重量％
時効処理時にＭｇ2Ｓｉとして析出し、押出材に強度を付与する合金成分である。十分な機械的強度を得るためには、０．４重量％以上のＭｇ含有量が必要である。しかし、１．２重量％を超える過剰なＭｇが含まれると、押出直後に押出材が冷却される過程でＭｇ2Ｓｉが析出し易くなり、時効処理時に強度向上に有効なＭｇ2Ｓｉの析出量が減少する。
【００１１】
Ｆｅ：０．１〜０．３重量％
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ相を生成し、押出材の結晶粒を微細化することにより機械的性質を改善する合金成分である。このような作用は、０．１重量％以上で顕著になる。しかし、０．３重量％を超える過剰量のＦｅが含まれると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ相は量的に増加するものの、その分だけＳｉが減少し、時効処理時に析出するＭｇ2Ｓｉが少なくなる。
Ｔｉ：０．００５〜０．２重量％
鋳塊の結晶粒を微細化し、鋳造割れを抑制する作用を呈する合金成分であり、０．００５重量％以上でＴｉ添加の効果が顕著になる。しかし、０．２重量％を超える過剰量のＴｉ含有は、押出性を劣化させる。
【００１２】
Ｂ：０．００１〜０．０１重量％
鋳塊の結晶粒を微細化し、鋳造割れを抑制する作用を呈する合金成分であり、０．００１重量％以上でＢ添加の効果が顕著になる。しかし、０．０１重量％を超える過剰量のＢ含有は、押出性を劣化させる。
Ｃｕ：０．０１〜０．４重量％
必要に応じて添加される合金成分であり、０．０１重量％以上で機械的強度を向上させる効果が顕著になる。しかし、０．４重量％を超える過剰量のＣｕを添加すると、押出直後に押出材が冷却される過程でＭｇ2Ｓｉが析出し易くなる。その結果、本発明で規定した冷却条件下でも機械的強度向上に寄与しないＭｇ2Ｓｉが析出し、時効処理時に強度向上に有効なＭｇ2Ｓｉの析出量が減少する。
【００１３】
Ｃｒ：０．０５〜０．２重量％
Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％
Ｍｎ：０．０５〜０．３重量％
Ｃｒ，Ｚｒ及びＭｎは、必要に応じて添加される合金成分であり、ビレットを押出前に均質化処理するときに化合物として析出し、押出時に組織の再結晶や再結晶粒の粗大化を抑制する作用を呈し、押出材の軟化を防止する。また、耐食性の向上にも有効である。このような作用は、Ｃｒ及びＺｒでは０．０５重量％以上、Ｍｎでは０．０５重量％以上で顕著になる。しかし、０．２重量％を超える過剰量のＣｒやＺｒ、又は０．３重量％を超える過剰量のＭｎを添加すると、押出直後に押出材が冷却される過程でＭｇ2Ｓｉが析出し易くなる。その結果、時効処理時に強度向上に有効なＭｇ2Ｓｉの析出量が減少する。
【００１４】
押出加工
押出加工では、押出直後の形材温度が５１０〜５６０℃の範囲になるように温度制御される。押出直後の形材温度が５１０℃に満たないと、Ｍｇ，Ｓｉが十分に固溶せず、後工程の時効処理で強度付与に必要な析出量が不足しがちになる。逆に５６０℃を超える形材温度では、押出後の再結晶粒組織が粗大化しやすく，機械的強度が低下する傾向が示される。押出後の形材は、４５０〜２００℃の温度域を冷却速度５０℃／分以上で冷却される。冷却速度をこのように制御するとき、押出材中にＭｇ，Ｓｉ等が析出することが防止され、後工程の時効処理で強度付与に必要な析出量が確保される。
【００１５】
時効処理
押出材は、１６０〜２２０℃で２〜１２時間保持するＴ５処理が施される。Ｔ５処理によってＭｇ2Ｓｉ等が析出し、押出材が時効硬化する。このときの時効条件は、押出材の要求特性に応じて１６０〜２２０℃及び２〜１２時間の範囲で加熱温度及び保持時間が適宜設定される。
また、４８０〜５８０℃に１〜８時間保持する溶体化処理後に焼入れし、同様な条件下で時効処理するＴ６処理も採用可能である。押出材のマトリックスは、溶体化処理によって過飽和固溶状態になり、１６０〜２２０℃で２〜１２時間保持することによりＭｇ2Ｓｉ等の析出によって時効硬化する。この場合も、押出材の要求特性に応じて１６０〜２２０℃及び２〜１２時間の範囲で加熱温度及び保持時間が適宜設定される。
【００１６】
曲げ加工
押出材とほぼ同じ形状の挿通口を有する固定金型と可動金型とを各々の挿通口が一直線になるように配置し、押出材を固定金型の挿通口から可動金型の挿通口に向かって押し込む。押出材の先端が可動金型の挿通口を通過したら、押出材の押し混みを継続しながら徐々に可動金型を移動させることにより、押出材に自在な曲げ加工が施される。
可動金型の移動量は押出材のスプリングバック量を考慮して決定されるが、この曲げ加工方法は一般にマルチベンディングと呼ばれる方法であり、ドローベンディングやストレッチベンディング等の他の曲げ加工方法より、スプリングバック量およびそのバラツキが大きいため、より押出材の耐力を一定にしておく必要性がある。押出終了時点から時効処理開始時点までの工程間で、押出材を２０℃以上の温度で、保持処理しておくと時効処理時に析出核となるＭｇ2Ｓｉ等の析出がおこるが、保持時間が１２時間を超えるとあまり析出がおこらなくなり、押出材の耐力が一定となり、その結果寸法精度に優れた曲げ加工材が得られる。更に保持処理を継続し、保持時間が２４時間を超えるとＭｇ2Ｓｉ等の析出がほとんどなくなり、より寸法精度に優れた曲げ加工材が得られる。
【００１７】
【実施例１】
組成を表１に示したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金１のビレットを５８０℃×２時間で均質化処理した後、４５０℃に加熱し、１００ｍｍ×１００ｍｍ，肉厚２ｍｍの中空矩形断面をもつ長さ４０ｍの押出材を製造した。
【００１８】
0004179737.tif 000002
【００１９】
得られた各押出材を冷却速度７０℃／分のファン空冷で５２０℃から室温まで冷却した後、時効処理開始までの間、表２に示すように種々の時間及び温度に保持した後、１８０℃×６時間の時効処理を施した。時効処理された押出材の耐力を測定し、時効処理で付与された耐力に及ぼす保持条件の影響を調査した。比較のため、押出直後に時効処理を施した押出材についても同様に耐力測定した。
表２の調査結果から明らかなように、２０℃以上の温度雰囲気で保持した押出材の耐力は、押出直後に時効処理を施した押出材の耐力と同等以上の値を示した。これに対し、１０℃で１２時間以上保持した押出材では、時効処理で付与される強度が大幅に低下していた。
【００２０】
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【００２１】
【実施例２】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金２のビレットを５８０℃×２時間で均質化処理した後、４８０℃に加熱し、１００ｍｍ×１００ｍｍ，肉厚２ｍｍの中空矩形断面をもつ長さ４０ｍの形状に押し出した。各押出材に、５４０℃×１時間→水冷のＴ６処理を施した。
Ｔ６処理された各押出材を時効処理開始までの間、表３に示すように種々の時間及び温度に保持した後、１８０℃×６時間の時効処理を施した。時効処理された押出材の耐力を測定し、時効処理で付与された耐力に及ぼす保持条件の影響を調査した。比較のため、焼入れ終了後直ちに時効処理を施した押出材についても同様に耐力測定した。
表３の調査結果から明らかなように、溶体化処理後の焼入れ終了から時効処理までの間を４０℃以上の温度雰囲気で保持した押出材の耐力は、押出直後に時効処理を施した押出材の耐力と同等の値を示した。これに対し、２０℃で３時間以上保持した押出材では、時効処理で付与される強度が大幅に低下していた。
【００２２】
0004179737.tif 000004
【００２３】
【実施例３】
実施例１で製造された押出材（１００×１００ｍｍ、肉厚２ｍｍの中空材）を２３℃の雰囲気で保持処理した後、図３に示すように固定金型１と可動金型２に押通し方向Ｄに通過速度９０ｃｍ／分で通しながら、可動金型２の曲率半径Ｒが２０００ｍｍとなるように移動させ、押出材Ｍを曲げ加工した。加工された押出材Ｍの形状を測定して押出材Ｍの曲率半径ｒを求め、曲率半径ｒに及ぼす保持処理の影響を調査した。
【００２４】
表４の調査結果にみられるように、保持時間が０時間と１２時間とでは、保持温度２０℃の場合に７９．５ｍｍ（４９．３＋３０．２ｍｍ），保持温度４０℃の場合に１９９ｍｍ（１３９．２＋５９．８ｍｍ）と、加工された押出材Ｍの曲率半径ｒの差が大きくなっていた。すなわち、１２時間未満の保持温度では、保持温度が僅かに異なるだけでスプリングバック量が大きく変わることが判る。
これに対し、保持温度が１２時間と２４時間とでは、保持温度が２０℃の場合に１７．５ｍｍ，保持温度が４０℃の場合に２４．１ｍｍと、同じ１２時間の違いでも加工された押出材Ｍの曲率半径ｒの差が小さくなっている。この傾向は、保持時間が長時間になるほど顕著になっている。したがって、１２時間以上に保持時間を設定するとき、保持時間が変化してもスプリングバック量が大きく変化しないことがわかる。
【００２５】
0004179737.tif 000005
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、押出終了時点又は溶体化処理後の焼入れ終了時点から時効処理開始時点まで間、２０℃以上の雰囲気で押出材を保持することによって、自然時効の進展をコントロールしている。そのため、時効処理で強度付与に有効なＭｇ2Ｓｉ等の析出量が確保され、高位に安定した強度をもつ時効処理材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ６０６３−Ｔ５材の耐力値に及ぼす保持温度及び保持時間の影響を示したグラフ
【図２】  ６０６１−Ｔ６材の耐力値に及ぼす保持温度及び保持時間の影響を示したグラフ
【図３】  押出材の曲げ加工を説明する図
【符号の説明】
１：固定金型    ２：可動金型
Ｒ：可動金型の曲率半径    Ｍ：押出形材    Ｄ：押通し方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004179737.tif 000008