(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に対し、１９０℃以上で４時間以上の加熱保持を２回以上行い、かつ１回目の加熱を２回目以降の加熱より低温で行い、過時効領域で人工時効処理を施すことを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法。
【請求項２】
Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に対し、１９０℃以上で６時間以上の加熱保持を２回以上行い、かつ１回目の加熱を２回目以降の加熱より低温で行い、過時効領域で人工時効処理を施すことを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法。
【請求項３】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材におけるＭｇ含有量が０．４０〜０．６０wt％であり、Ｓｉ含有量が０．２５〜０．５０wt％である請求項１または２に記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法。
【請求項４】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金組成において、ＳｉはＭｇ2Ｓｉの形成量に対して過剰量が含有される請求項１〜３のいずれかに記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法。
【請求項５】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材は押出材であって、押出直後の材料温度を４８０℃以上とする請求項１〜４のいずれかに記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法。
【請求項６】
Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材であって、請求項１〜５のいずれかに記載された熱処理が施されたことを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法に関し、特に人工時効処理により耐力値を高精度に制御する熱処理方法および熱処理されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、６０６３合金材の機械的性質は、ＪＩＳまたはＡＡ規格で管理されているが、近年ではその後の加工精度を高めるために、機械的性質の安定化が要求されるようになった。また、通常機械的性質を制御する場合、合金組成の調整、鋳塊やビレットの均質化処理条件、押出や圧延の加工条件、加工後の熱処理条件等の最適化が行われれる。これらの諸条件のうちでも加工後の人工時効処理が機械的性質に及ぼす影響は大きく、人工時効処理の温度および時間の最適化により所定の機械的性質を得る場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、６０００系合金で通常行われる１６０〜１８０℃の人工時効処理においては、処理温度や処理時間の変動により、さらには前段階の自然時効条件の影響により、時効処理後の機械的性質を狭い範囲で管理することは困難であった。そのため、人工時効処理済みの材料であっても、製造ロットの異なる材料間では、曲げ加工等の加工精度が得られないというような問題があった。
【０００４】
この発明は、このような技術背景に鑑み、人工時効処理により耐力値のばらつきを狭い範囲で制御するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法、および熱処理されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法の一つは、Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に対し、１９０℃以上で４時間以上の加熱保持を１回以上行い、過時効領域で人工時効処理を施すことを基本要旨とする。
【０００６】
また、もう一つのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法は、Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に対し、１９０℃以上で６時間以上の加熱保持を１回以上行い、過時効領域で人工時効処理を施すことを基本要旨とする。
【０００７】
この発明におけるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、強度を確保するためにその化学組成を限定する。各元素の添加意義および含有量の限定理由は次のとおりである。
【０００８】
ＭｇおよびＳｉは、Ｍｇ2Ｓｉの時効析出による強度向上に必要な元素である。Ｍｇ含有量が０．３０wt％未満、あるいはＳｉ含有量が０．１５wt％未満では析出するＭｇ2Ｓｉ量が少なくなり時効が起こりにくくなる。一方、Ｍｇ含有量が０．７０wt％、Ｓｉ含有量が０．７０wt％を超えると、過時効処理により伸びが低くなって加工性が低下する。Ｍｇ含有量の好ましい下限値は０．４０wt％であり、好ましい上限値は０．６０wt％である。また、Ｓｉ含有量の好ましい下限値は０．２５wt％であり、好ましい上限値は０．５０wt％である。
【０００９】
また、Ｍｇ2Ｓｉの析出物サイズをコントロールして幅広い耐力値を発現させるために、ＳｉはＭｇ2Ｓｉを形成する等価の量よりも過剰に含有されることが好ましい。
【００１０】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金において、時効硬化は母結晶から母結晶よりも硬いＭｇ2Ｓｉが析出することにより起こるが、硬化の度合い即ち機械的強度の一つである耐力値を決定する要因にＭｇ2Ｓｉ析出物の大きさがある。
【００１１】
図１に人工時効における時効時間と耐力値の関係を示す。本図に示すように、時効硬化は、時間の経過とともに析出物が大きく成長することによって進行し、耐力値が上昇する。そして、この耐力値が上昇する亜時効領域を経て、耐力値が最大となるピーク時効を迎え、さらに時間が経過すると、析出物が粗大化して耐力値が徐々に低下する過時効領域に入る。一般的には、過時効処理を行うと、伸びが低下するため、時効処理は亜時効領域またはピーク時効時効領域で行われる。しかし、図１に示すように、亜時効領域は過時効領域よりも時効時間に対する耐力値の変化が大きいため、時効条件の変動や前工程の自然時効の影響を受けやすく、耐力値のばらつが大きくなる。そこで、本発明ではピーク時効を過ぎた過時効領域において人工時効処理を施すことにより、人工時効処理条件の変動や前工程の自然時効の影響を抑制し、所定の耐力値を高い精度で得る。
【００１２】
前記組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金では、１９０℃以上の高温で４時間以上加熱保持すると過時効領域に入り、析出物の平均サイズが５０nm以上に成長した状態となる。そして、このような成長した析出物の分布状態においては、０．２％耐力値は１００〜２００ＭＰａの範囲となる。従って、１００〜２００ＭＰａの範囲内の所定耐力値を得るためには、１９０℃以上かつ４時間以上という条件を満たす範囲で処理温度および処理時間を適宜選定すれば良い。また、過時効領域であるから、目標の耐力値に対してばらつきを±１０ＭＰａ内に収めることができる。人工時効処理において、前記過時効領域に入るための好ましい加熱温度は２００℃以上であり、好ましい加熱時間は５時間以上、さらに好ましくは６時間以上である。そして、この好適条件で過時効処理を行うことにより、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズ１５０nm以上となる。
【００１３】
なお、この発明は人工時効処理の温度および時間の上限値を定めるものではないが、機械的強度を向上させかつ安定させるという時効処理の趣旨から、２６０℃以下、２４時間以下が好ましい。
【００１４】
このような人工時効処理は前記条件で１回行えば所定の０．２％耐力値を得ることができるが、２回以上行うことにより、ばらつきをさらに低減できる。２回以上行う場合、各回ともに１９０℃以上に加熱するが、１回目の加熱温度は２回目以降よりも低温で行うことが好ましい。これは２回目を１回目と同程度の低温で時効してもＭｇ2Ｓｉ析出物の成長がなかなか進まないからである。また、加熱時間は、１回目はその処理温度においてピーク時効となるように設定し、２回目は所定の強度を発現させるように設定する。
【００１５】
また、この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材が押出材である場合、押出直後の材料温度を４８０℃以上で、かつ一定温度に保持することにより、さらに人工時効処理後の耐力値を安定させることができる。押出加工ではビレットを一定温度に加熱しても、材料と金型、あるいは材料とコンテナ内壁との間で発生する摩擦熱により押出の始めよりも終わりの方が材料温度が上昇する傾向がある。このような押出直後の材料温度の変動は、人工時効処理後の耐力値にも影響を及ぼすため、耐力値のばらつきをさらに低減するためには、押出直後の材料温度が一定値となるようにすることが好ましい。具体的には、押出によって発生する摩擦熱を勘案してビレットの加熱温度を先端側よりも後端側を低くしておけば良く、摩擦熱による昇温により押出直後の一定温度を実現することができる。また、押出温度を４８０℃以上とするのは、この温度よりも低いとＭｇ−Ｓｉ系析出物の析出が起こったり、押出前の析出物の再固溶が不十分で時効後の強度が安定しないからである。また、さらに好ましい押出直後の材料温度は５２０〜５９０℃である。  この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材は、Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材であって、上述した熱処理が施されたものである。
【００１６】
【実施例】
次に、この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法の具体的実施例について詳述する。
【００１７】
表１に示す２種類の組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金８インチビレットについて５６５℃×３時間の均質化処理後切断し、これらのビレットを、長さ方向の先端部を４８０℃に後端部を４５０℃に予熱したのち、肉厚３mmの８０mm角中空材に押出した。押出直後の材料温度は押出の摩擦熱により上昇し、押出直後の材料温度は５５０〜５８０℃の間であった。そして、押出した各長尺材を長さ２００mmに切断して短尺の供試材を多数作製した。
【００１８】
次に、時効条件の変動による耐力値のばらつきを調べるために、故意に処理条件を変動させて時効処理試験を行った。試験は、各条件につき多数の供試材から無作為に選んだ３本の供試材について実施した。
〔人工時効温度の変動による影響〕
この試験では、全ての供試材を同一条件で自然時効したのち、人工時効処理後に表１に示す種々の所定耐力値を得るべく、適正と思われる人工時効の温度および時間を選定した。
【００１９】
前記自然時効処理は、温度が２０℃のほぼ安定した状態で２４時間行った。そして、人工時効処理は、処理時間を前記選定時間に固定し、この時間内で温度を前記選定温度の±５℃の範囲で故意に変動させて行った。人工時効処理は１回または２回とした。具体的処理条件を表１に示す。
【００２０】
前記自然時効処理および人工時効処理を施した各供試材について、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズを調べるととも、常法により０．２％耐力値を測定した。そして、これらの結果を表１に併せて示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１の結果より、本発明の条件に従って人工時効処理を施した各実施例については、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズが５０nm以上であり耐力値がいずれも１００〜２００ＭＰａの範囲であり、かつ人工時効温度に変動があっても各目標耐力値からのばらつきを１３ＭＰａ以内に収めることができた。特に、２回の人工時効処理を施した場合はばらつきが小さかった。
【００２３】
これに対し、人工時効処理温度が本発明から逸脱する比較例は、処理温度の変動により耐力値が大きくばらついた。
〔人工時効時間の変動による影響〕
この試験では、全ての供試材を同一条件で自然時効したのち、人工時効処理後に表２に示す種々の所定耐力値を得るべく、適正と思われる人工時効の温度および時間を選定した。
【００２４】
前記自然時効処理は、温度が２０℃のほぼ安定した状態で２４時間行った。そして、人工時効処理は、処理温度を前記選定温度に固定し、処理時間を前記選定時間の±１時間の範囲で故意に変動させて行った。人工時効処理は１回または２回とした。具体的処理条件を表２に示す。
【００２５】
前記自然時効処理および人工時効処理を施した各供試材について、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズを調べるととも、常法により０．２％耐力値を測定した。そして、これらの結果を表２に併せて示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２の結果より、本発明の条件に従って人工時効処理を施した各実施例については、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズが５０nm以上であり耐力値がいずれも１００〜２００ＭＰａの範囲であり、かつ人工時効時間に変動があっても各目標耐力値からのばらつきを８ＭＰａ以内に収めることができた。特に、２回の人工時効処理を施した場合はばらつきが小さかった。
【００２８】
これに対し、人工時効処理時間が本発明から逸脱する比較例は、時間の変動により耐力値が大きくばらついた。
〔自然時効条件の変動による影響〕
この試験では、ばらついた条件で自然時効させた供試材について、人工時効処理後に表３に示す種々の所定耐力値を得るべく、適正と思われる人工時効の温度および時間を選定し、選定した一定条件で人工時効処理を施した。
【００２９】
前記自然時効処理は、温度が０〜４０℃の間で変動させ、時間は２４時間の一定とした。人工時効処理は１回または２回とした。具体的処理条件を表３に示す。
【００３０】
前記自然時効処理および人工時効処理を施した各供試材について、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の平均サイズを調べるととも、常法により０．２％耐力値を測定した。そして、これらの結果を表３に併せて示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３の結果より、本発明の条件に従って人工時効処理を施した各実施例については、耐力値いずれも１００〜２００ＭＰａの範囲であり、人工時効処理前に行う自然時効処条件に変動があっても各目標耐力値からのばらつきを７ＭＰａ以内に収めることができた。特に、２回の人工時効処理を施した場合はばらつきが小さかった。
【００３３】
これに対し、人工時効処理時間が本発明から逸脱する比較例は、自然時効条件のばらつきを人工時効処理によっても収束できなかった。
【００３４】
表１〜表３の結果を総合すると、本発明の条件に従って人工時効処理を施すことにより、自然時効処理条件および人工時効処理条件に変動があっても、人工時効処理後の耐力値のばらつきは１３ＭＰａ以内に収束できることを確認した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の熱処理方法は、Ｍｇ：０．３０〜０．７０wt％およびＳｉ：０．１５〜０．７０wt％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材に対し、１９０℃以上で４時間以上、あるいは６時間以上の加熱保持を１回以上行い、過時効領域で人工時効処理を施すものであるから、平均サイズ５０ｎｍ以上のＭｇ2Ｓｉを析出させ、人工時効処理条件の変動、その前段階の自然時効処理条件の変動による耐力値のばらつきを低減することができる。ひいては、その後の合金材の加工精度を向上させることができる。また、耐力値のばらつきが小さいことから、目標の耐力値を得るための人工時効処理条件の選定や最適化が容易になる。
【００３６】
また、前記熱処理方法において、前記加熱保持を２回以上行い、かつ１回目の加熱は２回目以降の加熱より低温で行うことにより、さらに耐力値のばらつきを小さくすることができる。
【００３７】
さらに、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金組成において、ＳｉをＭｇに対して過剰量が含有させることにより、Ｍｇ2Ｓｉの析出を促進して高い耐力値を発現させることができる。
【００３８】
またさらに、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材は押出材である場合、押出直後の材料温度を４８０℃以上の一定温度とすることにより、耐力値のばらつきをさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】人工時効処理における時効時間と耐力値の関係を示すグラフである。
【図１】
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