(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ；８．０〜１０．０wt％、Ｍｇ；０．９〜１．３wt％、Ｃｕ；０．４５〜０．５５wt％およびＺｒ；０．１〜０．２wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金ビレットを、４６０〜４８０℃で８〜１２時間加熱して均質化処理をしたのち、４６０〜５２０℃で所要形状の形材に押出し、該形材を室温まで冷却したのちに２４〜８０時間室温で保持し、さらに８５〜１１０℃で７〜９時間、続いて１４５〜１６５℃で７〜９時間の２段階に加熱処理することを特徴とする押出材の製造方法。
【請求項２】
均質化処理を４６５〜４７５℃で行う請求項１に記載の押出材の製造方法。
【請求項３】
室温での保持時間を６０〜７２時間とする請求項１または２に記載の押出材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、軽量性と、高水準の押出性、強度および耐応力腐食割れ性（以下、耐ＳＣＣ性という）とが必要とされる各種部材、例えば自動車の構成部材等に好適に使用される押出性、耐応力腐食割れ性に優れた高強度アルミニウム合金、および該合金からなる押出材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルミニウム合金はその軽量性を生かして各種製品の構成部材としての用途が拡大し、例えば、自動車のバンパーにもスポーツ車や高級車を中心に使用されてきた高張力鋼に替わって、高強度アルミニウム合金が用いられるようになっている。
【０００３】
前記高強度アルミニウム合金としては、従来よりＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金の７０００系Ａｌ合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の６０００系Ａｌ合金が知られているが、昨今のアルミニウム合金の用途の多様化に伴い、さらに種々の高強度アルミニウム合金が開発されている。しかるに、アルミニウム合金の高強度化を進めることによって、複雑な押出形状を得にくい等の押出性の低下や、耐ＳＣＣ性の低下という欠点が生じてしまう。そのため、自動車の構成部材のような形状が複雑でしかも強度を要するものについては、Ａ７００３相当の比較的低強度で押出し易い合金が使用されていた。
【０００４】
このような技術背景にあって、ある程度の強度を備えつつ、押出性および耐ＳＣＣ性を改善したアルミニウム合金として、特願平６−２１２３３８号公報において、Ａ７００３Ａｌ合金よりも高濃度にＭｇを配合したアルミニウム合金が開示されている。。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特願平６−２１２３３８号に記載されたアルミニウム合金も、強度、押出性および耐ＳＣＣ性を高い水準で兼ね備えるには至らず、複雑形状の部材については、未だ十分な強度および耐ＳＣＣ性が得られないのが現状である。
【０００６】
この発明は、前記問題点を解消することを目的として、押出性、耐ＳＣＣ性を高い水準で兼ね備えた高強度アルミニウム合金、および該合金を用いた押出材の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この第１の発明の押出性、耐応力腐食割れ性に優れた高強度アルミニウム合金は、Ｚｎ；８．０〜１０．０wt％、Ｍｇ；０．９〜１．３wt％、Ｃｕ；０．４５〜０．５５wt％およびＺｒ；０．１〜０．２wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるを特徴とするものである。
【０００８】
前記アルミニウム合金において、Ｚｎ含有量が８．３〜９．３wt％であることが好ましい。また、Ｍｇ含有量が１．０〜１．２wt％であることが好ましい。また、Ｃｕ含有量が０．４８〜０．５２wt％であることが好ましい。さらに、Ｚｒ含有量が０．１２〜０．１５wt％であることが好ましい。
【０００９】
また、第２の発明は、前記アルミニウム合金からなる押出材の製造方法であって、請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金ビレットを、４６０〜４８０℃で８〜１２時間加熱して均質化処理をしたのち、４６０〜５３０℃で所要形状の形材に押出し、該形材を室温まで冷却したのちに２４〜８０時間室温で保持し、さらに８５〜１１０℃で７〜９時間、続いて１４５〜１６５℃で７〜９時間の２段階に加熱処理することを特徴とするものである。
【００１０】
前記押出材の製造方法において、均質化処理を４６５〜４７５℃で行うことが好ましい。また、室温での保持時間を６０〜７２時間とすることが好ましい。
【００１１】
この発明において、アルミニウム合金組成の各元素の添加意義および含有量の限定理由は次の通りである。
【００１２】
ＺｎおよびＭｇは、合金中にＭｇＺｎ2を生成して析出硬化することにより、あるいは合金中に固溶することにより合金強度を向上させる効果がある。これらの元素の含有量は、Ｚｎが８．０wt％未満、Ｍｇが０．９wt％未満では上記効果に乏しく十分な強度が得られない。逆に、Ｚｎ含有量が１０wt％を超えると、強度向上効果が飽和するばかりか耐ＳＣＣ性が著しく低下する。また、Ｍｇ含有量が１．３wt％を超えると、押出性が低下する。従って、Ｚｎ含有量は８．０〜１０．０wt％、Ｍｇ含有量は０．９〜１．３wt％とする必要がある。Ｚｎ含有量の好ましい下限値は８．３wt％であり、上限値は９．３wt％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限値は１．０wt％であり、上限値は１．２wt％である。
【００１３】
Ｃｕは、合金中に固溶されて合金強度を向上させるとともに、耐ＳＣＣ性の改善に有効な元素である。しかし、Ｃｕ含有量が０．４５wt％未満であれば上記効果に乏しく、０．５５wt％を超えると押出性が低下する。従って、Ｃｕ含有量は０．４５〜０．５５wt％の範囲とする必要がある。Ｃｕ含有量の好ましい下限値は０．４８wt％であり、上限値は０．５２wt％である。
【００１４】
Ｚｒは、押出に際し、金属組織の再結晶を抑制して安定した繊維組織を形成するのに寄与し、ひいては強度および耐ＳＣＣ性を向上させる効果がある。しかし、Ｚｒ含有量が０．１wt％未満では上記効果に乏しく、０．２wt％を超えるとＡｌ3Ｚｒの巨大結晶が析出して伸びが悪くなる。従って、Ｚｒ含有量は０．１〜０．２wt％の範囲とする必要がある。Ｚｒ含有量の好ましい下限値は０．１２wt％であり、上限値は０．１５wt％である。
【００１５】
この発明に係るアルミニウム合金は、押出加工され押出材として提供される。押出材の組織や押出条件は特に限定されることはないが、押出材のほとんどすべての組織が繊維組織である場合には、さらなる強度と耐ＳＣＣ性の向上効果が認められる。上記にいて、繊維組織とは、結晶粒が一定方向に引き延ばされた組織であり、繊維と平行方向に優れた強度と伸びを示す。このような繊維組織は、押出時に一定方向に大きな応力が付加されることにより生じるが、押出後の形材の加熱処理条件によっては残留内部応力が放散されて、強度および耐ＳＣＣ性の低い組織に再結晶する。
【００１６】
そこで、押出材の組織を繊維組織とするための好ましい製造方法として、この第２の発明に係る製造方法を挙げることができる。即ち、押出法においてビレットの加熱処理条件、押出温度および押出後の加熱処理条件を制御することにより、金属組織の再結晶を抑制して安定した繊維組織を形成し、強度、伸び、耐ＳＣＣ性を高水準で備えた押出材を製造することができる。具体的には次のとおりである。
【００１７】
まず、第１の発明である高強度アルミニウム合金からなるビレットを加熱して金属組織を均質化する。加熱温度が４６０℃未満あるいは加熱時間が８時間未満であれば十分に均質化されず、４８０℃を超える温度あるいは１２時間を超えて加熱すると、析出物が巨大化して押出性が低下する。従って、均質化の処理条件は４６０〜４８０℃で８〜１２時間とする。加熱温度の好ましい下限値は４６５℃であり、上限値は４７５℃である。また加熱時間の好ましい下限値は９時間であり、上限値は１１時間である。
【００１８】
均質化したビレットは、４６０〜５３０℃に加熱して所要形状に押出す。押出温度を前記範囲に規定するのは、析出強化原子をＡｌ母相中に固溶させて熱間変形抵抗を下げるとともに、ビレット温度が５３０℃を超えると押出変形中に局部的に材料の固相線温度を超えて液化脆性破壊するおそれがあるためである。押出温度の好ましい下限値は４７０℃であり、上限値は５２０℃である。
【００１９】
押出した形材は、通常の押出と同様に室温まで急冷して焼入れを行ない、一定の条件下で時効処理を施す。時効処理は、まず室温で自然時効させたのち、さらに２段階の加熱による人工時効処理を施すという多段階方式であり、冷却後直ちに人工時効処理を行なわずに先に自然時効処理を施すのは、析出強化に寄与するＭｇＺｎ2クラスターをＡｌ母相中に均一に拡散させるためである。
【００２０】
前記自然時効処理は、処理時間が２４時間未満であれば上記効果が乏しく、また、８０時間を超えて長時間処理しても効果が飽和し、生産性も低下する。従って、自然時効処理は室温で２４〜８０時間保持することにより行う。自然時効処理時間の好ましい下限値は６０時間であり、上限値は７２時間である。
【００２１】
前記２段階の人工時効処理において、第１段階では析出物（ＭｇＺｎ2）の元となるＭｇ原子およびＺｎ原子を微細かつ均一に拡散させるために比較的低温で行う。処理条件は、８５℃未満あるいは７時間未満では上記効果に乏しく、１１０℃を超えると析出物が粗大化して強度が低下し、あるいは９時間を超えるとピーク時効を超えるために強度が低下する。従って、第１段階の処理条件は、８５〜１１０℃で７〜９時間とする。処理温度の好ましい上限値は９５℃である。また、処理時間の好ましい下限値は７．５時間であり、上限値は８．５時間である。第２段階では、ＭｇＺｎ2の析出を促して合金強度を向上させるために、第１段階よりも高温で行う。処理条件は、１４５℃未満あるいは７時間未満では上記効果に乏しく、１６５℃を超えるとＭｇＺｎ2が粗大に析出して強度が低下し、あるいは９時間を超えるとピーク時効を超えるために強度が低下する。従って、第２段階の処理条件は、１４５〜１６５℃で７〜９時間とする。処理温度の好ましい上限値は１５５℃である。また、処理時間の好ましい下限値は７．５時間であり、上限値は８．５時間である。
【００２２】
【作用】
この発明に係るアルミニウム合金は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｒの各添加元素の含有量を規定したものであるから、優れた押出性を維持しつつ、耐ＳＣＣ性、強度を向上させることができる。また、この発明にかかる押出材の製造方法では、金属組織の再結晶を抑制して安定した繊維組織を形成し、押出性を低下させることなく、さらに優れた強度および耐ＳＣＣ性が得られる。
【００２３】
【実施例】
次に、この発明にかかるアルミニウム合金および該合金からなる押出材の製造方法の具体的実施例について説明する。
［合金組成について］
合金組成による物性の相違を確かめるべく、後掲の表１に示す２５種類の組成の異なる合金を用い、同じ条件で押出材を製作した。
【００２４】
まず、直径３インチの合金ビレットを４７０℃で１０時間加熱することにより均質化した。次に、４７０℃に加熱して、厚さ４．３mm×幅４２．４mmの平板に、押出速度を平板速度として２ｍ／ｍｉｎに維持して押出した。押出後直ちに２００〜３００℃／ｍｉｎの冷却速度で室温まで急冷し、焼入れを行った。そして、平板は、室温で７２時間保持して自然時効させたのち、２段階で人工時効処理を施した。人工時効処理において、第１段階の処理条件は９０℃×８時間、第２段階の処理条件は１５０℃×８時間とした。
【００２５】
前述のようにして製作した各押出材について、引張強度、耐力および伸びの機械的強度、押出性および耐ＳＣＣ性について、次の方法で評価した。評価結果を表２に示す。
（機械的強度）
ＪＩＳ  Ｚ２２４１  金属材料引張試験法にもとづき、引張強度、耐力、伸びを測定した。
（押出性）
比較合金として、ＪＩＳ  Ａ６０６１Ａｌ合金の押出しピーク圧力を１００として、相対的に評価した。
（耐ＳＣＣ性）
供試材を１００℃のクロム酸促進液に浸漬し、定ひずみ法により割れ時間を測定した。
【００２６】
【表１】
0003834076.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003834076.tif 000003
【００２８】
表２の結果から明らかなように、本発明の組成範囲内にある実施品は、押出性を低下させることなく優れた耐ＳＣＣ性、強度を有するものであることがわかる。
［押出材の製造方法について］
次に、同一組成の合金を用いて、異なる加熱処理条件で製作した押出材について、引張強度、耐力および伸びの機械的強度、押出性、耐ＳＣＣ性の各項目を前述と同じ方法で評価した。
【００２９】
合金としては、表１の実施例１２の組成のものを共通に用い、ビレットの均質化処理条件、押出温度、押出材の冷却温度、自然時効処理条件、人工時効処理条件を変えて行った。押出速度および冷却速度は前述と同じ条件とした。各工程における処理条件を表３に、評価結果を表４に示す。なお、表３における実施例１２は、前述の実施例１２で製作した供試材であり、表４における実施例１２の評価結果は表２の再掲である。
【００３０】
【表３】
0003834076.tif 000004
【００３１】
【表４】
0003834076.tif 000005
【００３２】
表４の結果から明らかなように、本発明によって製造された実施品では、さらに優れた強度および耐ＳＣＣ性が得られていることを確認できた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる高強度アルミニウム合金は、Ｚｎ；８．０〜１０．０wt％、Ｍｇ；０．９〜１．３wt％、Ｃｕ；０．４５〜０．５５wt％およびＺｒ；０．１〜０．２wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からからなるものであるから、押出性を低下させることなく、優れた強度および耐ＳＣＣ性が得られる。また、この発明に係る押出材の製造方法においては、前記高強度アルミニウム合金からなるビレットを、４６０〜４８０℃で８〜１２時間加熱して均質化処理をしたのち、４６０〜５３０℃で所要形状の形材に押出し、該形材を室温まで冷却したのちに２４〜８０時間室温で保持し、さらに８５〜１１０℃で７〜９時間、続いて１４５〜１６５℃で７〜９時間の２段階に加熱処理するものであるから、押出後の再結晶が抑制されて安定した繊維組織が形成され、さらに優れた強度および耐ＳＣＣ性を有する押出材の提供が可能となる。その結果、例えば自動車のバンパー等のように、優れた強度および耐食性を必要とし、かつ複雑形状の部材を押出材として製造することが可能となり、アルミニウム合金の軽量性を十分に生かすことができる。