(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＳｉ：０．４０〜０．７５％、Ｍｇ：０．６５〜１．０％、そして−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有し、かつＭｎを０．０２％以上０．０５％未満、Ｚｒを０．０２％以上０．０５％未満含有し、かつＣｕ：０．０５〜０．４％を含有し、さらにＦｅ：０．１〜０．４％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００４％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成並びに結晶粒の押出方向断面における平均粒径が１００μｍ以下であり、かつ結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さとの比が２以下である結晶粒組織を有することを特徴とする曲げ加工性に優れたアルミニウム合金押出形材。
【請求項２】
重量％でＳｉ：０．４０〜０．７５％、Ｍｇ：０．６５〜１．０％、そして−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有し、かつＭｎを０．０２％以上０．０５％未満、Ｚｒを０．０２％以上０．０５％未満含有し、かつＣｕ：０．０５〜０．４％を含有し、さらにＦｅ：０．１〜０．４％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００４％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金鋳塊を４６０℃〜５６０℃の温度に加熱した後押出加工し、押出機から出てきた側での５００℃から２００℃への平均冷却速度を５０℃／秒以上とすることを特徴とするアルミニウム合金押出形材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出加工性、機械的性質、曲げ加工性および耐食性に優れ、自動車のフレーム材やバンパー補強材などに用いて好適なＡｌ合金押出形材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、押出加工性に優れていることから薄肉中空形材の製造が容易であり、また構造材として適度な機械的性質と良好な耐食性を有していることから、自動車のフレーム材やバンパー補強材などに広く利用されている。そして、代表的な合金としてはＪＩＳ６Ｎ０１合金が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記６Ｎ０１合金などにおいては、強度の高いＴ５材あるいはＴ６材は曲げ加工性に劣るものであるため、Ｔ４材を用いる必要があった。
しかしながら、Ｔ４材を用いて曲げ加工を行った場合には、部品に必要な強度を得るために、加工後に時効処理を施さねばならず、熱処理炉を持たないユーザーは製造することができず、また、一回あたりの処理量の減少による生産性の低下や熱変形による寸法精度の低下が避けがたいという問題があった。
本発明は、係る問題点に鑑みて成されたものであって、Ｔ５材あるいはＴ６材での曲げ加工性に優れるＡｌ合金押出形材と、この押出形材を効率よく生産することができるＡｌ合金押出形材の製造方法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】
本発明者等は前述の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金において、Ｍｇ2Ｓｉのバランス組成よりも過剰のＳｉを制御するとともに、微量のＭｎとＺｒを複合添加することにより結晶粒のサイズと形状を制御し、さらに押出加工後の冷却速度をある値以上にして冷却過程での結晶粒界へのＳｉ粒子の析出を抑制することによって、Ｔ５材あるいはＴ６材での曲げ加工性が向上することを見出し、本発明を成すに至ったのである。
すなわち、本発明のアルミ合金押出材は重量％でＳｉ：０．４０〜０．７５％、Ｍｇ：０．６５〜１．０％、そして−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有し、かつＭｎを０．０２％以上０．０５％未満、Ｚｒを０．０２％以上０．０５％未満含有し、かつＣｕ：０．０５〜０．４％を含有し、さらにＦｅ：０．１〜０．４％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００４％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成並びに結晶粒の押出方向断面における平均粒径が１００μｍ以下であり、かつ結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さとの比が２以下である結晶粒組織を有することを特徴とする。
【０００５】
また本発明のアルミ合金押出材の製造方法は、重量％でＳｉ：０．４０〜０．７５％、Ｍｇ：０．６５〜１．０％、そして−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有し、かつＭｎを０．０２％以上０．０５％未満、Ｚｒを０．０２％以上０．０５％未満含有し、かつＣｕ：０．０５〜０．４％を含有し、さらにＦｅ：０．１〜０．４％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００４％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金鋳塊を４６０℃〜５６０℃の温度に加熱した後押出加工し、押出機から出てきた側での５００℃から２００℃への平均冷却速度を５０℃／秒以上とすることを特徴とする。
【０００６】
本発明のＡｌ合金押出形材は、好適には曲げ加工性に対する要求の高い自動車のフレーム材やバンパー補強材などに使用されるが、本発明としては、特に用途が限定されるものではない。
【０００７】
次に、この発明のＡｌ合金中空材を構成するＡｌ合金の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
Ａ．成分組成
（ａ）ＳｉおよびＭｇ：これらの成分には、微細なＭｇ2Ｓｉ化合物として析出して強度を向上させる作用があるが、ＳｉおよびＭｇのいずれかの含有量でもＳｉ：０．４０％未満、およびＭｇ：０．６５％未満になると生成する析出物の量が少なくなって所望の強度を確保することができず、一方これらの含有量がＳｉ：０．７５％およびＭｇ：１．０％を超えると曲げ加工性が低下するようになる。さらに、−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有させると、押出加工性をそれほど阻害せず強度が増加する。しかしながら、−０．０５≦（（Ｓｉ含有量）−（Ｍｇ含有量）／１．７３）なる関係を満足する量未満ではその効果が十分得られず、一方、（（Ｓｉ含有量）−（Ｍｇ含有量）／１．７３）≦０．２０なる関係を満足する量を超えると押出加工後の冷却過程および時効処理時にＳｉ粒子が結晶粒界に析出するようになって曲げ加工性が劣化する。
（ｂ）Ｃｕ：Ｃｕは地に固溶することによって強度を向上させるが、０．０５％未満ではその効果が十分ではなく、一方０．４％を超えるとＡｌ合金の耐食性が低下する。
（ｃ）Ｍｎ、Ｚｒ：これらの成分にはＡｌと金属間化合物を形成して、この金属間化合物が再結晶の核生成サイトとなり、Ａｌ合金押出形材の金属組織を微細な粒状の結晶粒からなる組織とする効果があり、その結果曲げ加工性が向上するようになる。しかしながら、ＭｎとＺｒがそれぞれの下限値未満では上記の効果が十分に得られず、一方、上限値を超えると押出方向に長く伸びた伸長粒組織や一部繊維組織が現れるようになり、曲げ加工性が劣化する。
（ｄ）Ｔｉ、Ｂ：これらの成分には鋳造組織を微細化し、鋳造割れを防止する作用があるが、ＴｉおよびＢのいずれの含有量でもＴｉ：０．００５％未満、およびＢ：０．０００１％未満の場合には所望の効果を得ることができず、一方、ＴｉおよびＢのいずれかの含有量でも、Ｔｉ：０．１％およびＢ：０．００４％を超えると、巨大な金属間化合物が生成して靱性が低下し、また曲げ加工性も劣化する。
（ｅ）その他、成分組成としてＣｒ含有量を０．０１％以下に規制することが好ましい。Ｃｒは、Ａｌ合金押出材を構成する結晶粒組織を制御する上で、重要である。Ｃｒの含有量が０．０１％を超える場合には、Ａｌ合金押出材の結晶粒組織の一部に伸長粒組織が形成されるために、曲げ加工性が著しく劣化する。尚、このように結晶粒組織の一部のみに伸長粒組織や繊維状組織が形成されたものは、伸長粒組織や繊維状組織のみで結晶粒組織が構成されているものよりも曲げ加工性が劣るものである。
【０００８】
Ｂ．金属組織
次に、金属組織の限定理由について説明する。本発明のＡｌ合金押出形材は押出加工によって製造されるが、その金属組織が粒状の結晶粒からなる組織で、かつその平均結晶粒径が１００μｍ以下で、かつ結晶粒のアスペクト比、すなわちＡｌ合金押出形材を構成する結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さの比が２以下の場合に優れた曲げ加工性が得られるが、その平均結晶粒径が１００μｍを超える場合、あるいは結晶粒のアスペクト比が２を超えるような伸長粒組織や厚さ方向で一部繊維状組織の場合には曲げ加工性が劣化する。
【０００９】
Ｃ．製造条件
押出加工温度を４６０℃〜５６０℃の温度範囲に限定したのは、４６０℃未満で押出加工すると温度が低すぎるために溶質原子を十分に固溶させることができなくなり、所望の強度を得ることができなくなる。一方、５６０℃を超えた温度で押出加工を行うと、局部融解による割れなどの欠陥が生じるようになる。また、押出加工後の冷却速度は、５０℃／秒未満では冷却中にＳｉ粒子が結晶粒界に析出し、曲げ加工性が劣化するようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る押出機の押出ダイスを含む部分の構成を模式的に示す部分断面構成図である。この図において、押出機１に投入されたＡｌ合金ビレット２は、押出ダイス３を通過して押出加工されることにより所定の形状へと加工される。また、押出ダイス３の出口側には、Ａｌ合金材を冷却するための冷却手段４が設けられている。
【００１１】
本発明のＡｌ合金押出材は、前記の組成を有するＡｌ合金ビレットを常法により溶製し、このビレットに対して５００〜６００℃程度にて保持して均質化処理を施し、４６０〜５６０℃に加熱した後図１に示す押出機１を用いて所定の形状に押出加工し、押出機１の押出ダイス３の出口側に設けられた冷却手段４によって５０℃／秒以上の冷却速度で急速に冷却されて製造される。
尚、図１に示す冷却手段４は、例えば水冷や、液体窒素噴射など、押出ダイス３から吐出されたＡｌ合金材を急速に冷却することが可能な冷却方法であれば、問題なく適用することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１〜４）
まず、本発明の要件を満足するＡｌ合金押出形材として、表１に示す組成の２０４ｍｍ径の合金ビレットを常法により溶製し、これらのビレットに対して温度：５４５℃に４時間保持の均質化処理を施した後、１６５０トンの押出機を用いて押出温度：５００℃、押出速度：５ｍ／分、冷却：１５０℃／秒（水冷）の条件で押出加工を行い、引き続いてこれらに１６０℃で４〜８時間の人工時効処理を施すことにより所望の強度（耐力が２２０ＭＰａ以上）を有する肉厚３．５ｍｍ、断面７０ｍｍ×８０ｍｍのＡｌ合金押出形材を作製した。
【００１３】
（比較例１〜６）
次に、合金組成、結晶粒径、および結晶粒径のアスペクト比の違いによる比較を行うために、上記実施例１〜４と同一の条件にて表１に示す組成の合金ビレットから比較例１〜６のＡｌ合金押出形材を作製した。尚、比較例１は６０６３合金、比較例２は６Ｎ０１合金、比較例３は６０６１合金である。
【００１４】
（比較例７〜９）
次に、製造条件の違いによる比較を行うために、表１に示す実施例１と同一の組成の合金ビレットから比較例７〜９のＡｌ合金押出形材を作製した。ただし、以下に示す条件以外の製造条件は上記実施例１と同一の条件とした。
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【００１５】
【表１】
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【００１６】
次いで、上記の実施例および比較例のＡｌ合金押出形材について、ミクロ組織観察、引張試験による耐力測定、および曲げ加工性評価を行った。曲げ加工性の評価はＵ字曲げ試験で行った。このＵ字曲げ試験は、曲げ半径（先端部半径）が１１ｍｍのポンチを用い、このポンチの先端に沿って試験片を曲げ加工し、試験片の曲げ先端部外面側に割れが発生するか否かで評価した。これらの結果を表２および表３に示す。
表２に示す結果から、本発明の要件を満足する実施例１〜４のＡｌ合金材はいずれも微細な等軸粒組織を有し、耐力２２０ＭＰａ以上の所望の強度と優れた曲げ加工性を有していることが確認された。これに対して、本発明の要件を満たさない比較例１〜６のＡｌ合金材はいずれも曲げ加工性に劣るものであることが確認された。
また、本発明のＡｌ合金押出形材の製造方法の要件を満たさない比較例７〜９のＡｌ合金押出材はいずれも曲げ加工性に劣るものであった。
【００１７】
【表２】
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【表３】
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【００１８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、重量％でＳｉ：０．４０〜０．７５％、Ｍｇ：０．６５〜１．０％、そして−０．０５≦（Ｓｉ−Ｍｇ／１．７３）≦０．２０となるように含有し、かつＭｎを０．０２％以上０．０５％未満、Ｚｒを０．０２％以上０．０５％未満含有し、かつＣｕ：０．０５〜０．４％を含有し、さらにＦｅ：０．１〜０．４％、Ｔｉ：０．００５％〜０．１％、Ｂ：０．０００１〜０．００４％を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成並びに結晶粒の押出方向断面における平均粒径が１００μｍ以下であり、かつ結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さとの比が２以下である結晶粒組織を有する構成とすることにより優れた曲げ加工性を有するＡｌ合金押出形材を提供することができる。
【００１９】
次に、本発明のＡｌ合金押出形材の製造方法によれば、ダイス出側での冷却工程における５００℃から２００℃への冷却を５０℃／秒以上の速度で行うようにすることにより、曲げ加工性に優れるＡｌ合金押出形材を効率よく安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係る押出機の部分断面構成図である。
【符号の説明】
１  押出機
２  Ａｌ合金ビレット
３  押出ダイス
４  冷却手段
【図１】
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