(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ：７．０〜９．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．５〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．２〜０．４ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜０．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．１〜０．２ｗｔ％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５ｗｔ％を有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、不純物Ｆｅ：０．１５ｗｔ％以下、不純物Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以下にしたアルミニウム合金を、押出加工した後に４００〜４７０℃に加熱し、１０００℃／分以上の速度で５０℃以下に冷却し、その後に８０〜１６０℃にて人工時効処理することにより、繊維状組織比率９０％以上を有することを特徴とする靱性・耐応力腐食割れ性・押出加工性に優れた高強度アルミニウム合金押出形材。
【請求項２】
Ｚｎ：７．０〜９．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．５〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．２〜０．４ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜０．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．１〜０．２ｗｔ％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５ｗｔ％を有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、不純物Ｆｅ：０．１５ｗｔ％以下、不純物Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以下にしたアルミニウム合金を、４００〜４５０℃に加熱した状態にて押出加工した後に、そのまま人工時効処理を施すことにより、繊維状組織比率９０％以上を有することを特徴とする靱性・耐応力腐食割れ性・押出加工性に優れた高強度アルミニウム合金押出形材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造用部材に用いられるアルミニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
車両用構造部材として、軽量化の要請の下に押出加工したアルミニウム合金が使用されている。
例えば、自動車用バンパーリィンホースメントにはＪＩＳ７００３合金が、鉄道車両用にはＪＩＳ７０７５合金等が使用されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
しかし、ＪＩＳ７００３合金では強度不充分であり、一方、ＪＩＳ７０７５合金では高強度は得られるが、靱性が極端に悪くなるばかりでなく、バンパーリィンホースメント、サイドドアビームやサイドメンバー等の車両用部品の分野では耐応力腐食割れ性や押出加工性が悪く、実用的ではないという課題を抱えていた。
これらの車両用部品の分野では、車両の軽量化が燃費の向上に直接効果を与えるために、より高強度のアルミ材料の使用による小型化が要求される一方で、乗員保護という安全性の観点からは、靱性に優れたアルミ材料の使用による衝撃吸収性の向上が非常に重要となってきている。
従って、本発明は高強度であり、かつ、靱性、耐応力腐食割れ性および押出加工性にも優れたアルミニウム合金およびその製造方法を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
押出成形用アルミニウム合金においては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕを添加することで高強度合金が得られるが、それに反比例して押出加工性および靱性が悪くなることは広く知られているところである。
しかし、本発明者はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｕの成分に加えて、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｉの成分量を変えて種々の合金を試作評価した結果、一定の組成範囲にては強度５００ＭＰａ（以下、特に示さない限り０．２％耐力をいう）以上が得られ、かつ、靱性、耐応力腐食割れ性および押出加工性に優れることが明らかになった。
その内容について以下に述べる。
【０００５】
ＭｇおよびＺｎは金属間化合物成形による強度向上が期待できる高強度アルミニウム合金の添加主成分である。
Ｍｇは強度向上に対する寄与は大きいが、押出加工性を著しく害する要因となる。
Ｚｎは押出加工性を比較的に低下させずに強度向上に寄与するが、Ｍｇに対する添加比率を一定以上に高くすると、耐応力腐食割れ性が著しく低下することになる。
従って、後述する他の添加成分との組み合わせにて、強度約５００ＭＰａを維持しつつ、相反する靱性、耐応力腐食割れ性、押出加工性に優れた特性を確保するのにＺｎ：７．０〜９．０ｗｔ％（以下、％と略す）、Ｍｇ：１．０〜２．０％が最適である。
Ｃｕはアルミニウム合金において固溶硬化が期待できるとともに、結晶粒界部と結晶粒内との電位差緩和により、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。一方、添加量が多すぎると、逆にＣｕとＡｌとの電位差腐食の原因となる。従って、Ｃｕ：０．２〜０．４％に選定した。
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒは、一定の範囲については結晶粒を微細化する効果があり、押出加工性を低下させることなく、靱性、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。その範囲は、種々試作評価した結果、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．１〜０．２％であった。
ＦｅおよびＳｉは、通常、アルミニウムの精練、鋳造過程にて不純物として混入される成分であるが、Ｆｅ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１％以下にしないと、いずれも靱性を低下させることも明らかになった。
【０００６】
以上の成分範囲にて調整されたアルミニウム合金を用いて、常法されているビレット鋳造し、押出加工後、所定の熱処理にても充分に高強度アルミニウム押出形材が得られるが、本発明によるアルミニウム合金の特性を最も発揮させるには、以下に述べる製造条件が良い。
本発明によるアルミニウム合金を用いて円柱状のビレットを鋳造し、その後、４４０〜４８０℃にて１０〜２０時間均質化処理する。押出加工時のビレット加熱温度は４００〜４５０℃が良い。４００℃以下では押出加工性が悪く、４５０℃以上では再結晶が粗大化して耐応力腐食割れ性が低下する。
押出加工後に、そのまま人工時効処理を実施しても、強度、靱性、耐応力腐食割れ性、押出加工性に優れたアルミニウム押出形材が得られるが、さらに靱性および耐応力腐食割れ性を向上させるには、押出形材を４００〜４７０℃に再加熱して、その後、１０００℃／分以上の速度で冷却した後に８０〜１６０℃にて１０〜７２時間焼き戻し処理するのが良い。
そのように製造した押出形材は、押出形材の断面にて繊維状組織部分の面積比率が９０％以上で靱性、耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム押出形材が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明におけるアルミニウム合金例を従来と比較しながら説明する。
表１に示す合金Ａ、Ｂが本発明による添加成分量の例を示し、比較合金Ｃ、Ｄは本発明の効果を確認するためのものであり、比較合金ＥはＪＩＳ７００３に相当するアルミニウム合金である。
表２に示す押出形材は、図１に示す４５ｍｍ×４５ｍｍ、肉厚２ｍｍの断面形状の角パイプを押出加工した材料の評価結果を示す。記号の意味は、例えば「Ａ−（１）」にて説明すると、Ａは合金Ａを使用したことを示し、添字（１）は直径２０４ｍｍの円柱ビレットを鋳造し、４６０℃にて１２時間均質化処理したビレットを用いて、押出温度（ビレット加熱温度）４４０℃にて押出加工した後に９０℃×６時間＋１５０℃×１０時間の人工時効処理したことを示し、添字（２）は押出加工までは（１）と同様であり、その後に押出形材を４６０℃にて１時間加熱し、速やかに水冷して常温まで冷却した後に９０℃×６時間＋１５０℃×２４時間人工時効（焼き戻し）処理したことを示す。
【０００８】
次に、材料特性の評価方法を説明する。
引張強度、０．２％耐力、伸びはＪＩＳＺ２２４１に基づいて測定し、靱性は図２に示すように半円球形状のポンチにて打ち抜き荷重を負荷し、その際の変位（Ｓ）−荷重（Ｆ）曲線をとると、図３に示すグラフになる。
（ａ）は靱性が悪い場合に途中で材料割れが発生し、荷重が急激に低下する例を示す。（ｂ）は靱性の良い例であり、評価方法としては、（Ｓ）−（Ｆ）曲線にて得られた積分値を測定し、ＪＩＳ７００３を用いたＥ−（１）の値を１００として指数評価した。
耐応力腐食割れ性はＪＩＳＨ８７１１に準じて評価したが、腐食促進液はＣｒＯ3 、Ｋ2 Ｃｒ2 Ｏ7 、ＮａＣｌ混合水溶液を用い、液温９０℃に浸漬し、割れ発生までの時間を測定した。
繊維状組織面積比率は、押出形材を鏡面研摩した後にＮａＯＨ水溶液にてエッチング処理し、面積比率を測定した。
【０００９】
【発明の効果】
表２にて示す結果から明らかなように、本発明による合金Ａ、Ｂを用いて押出加工し、所定の熱処理をしたものは高強度でありながら、靱性、耐応力腐食割れ性に優れた特性を示す。
また、押出加工性においても、図１の断面形状のものを３０００ｔｏｎプレスにて直接押し出した場合に、合金Ａ、Ｂは１０〜１２ｍ／分の押出スピードが得られるが、合金Ｃは１〜２ｍ／分であり、合金Ｄは４〜５ｍ／分であった。
【００１０】
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【００１１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアルミニウム合金を用いた押出形材の断面例を示す。
【図２】靱性評価方法の模式図を示す。
【図３】靱性評価における変位（Ｓ）−荷重（Ｆ）曲線を示す。
【符号の説明】
１・・・・・・供試材
２、２´・・・供試材固定上治具
３・・・・・・供試材固定下治具
４・・・・・・供試材に荷重をかけるポンチ
（ａ）・・・・靱性の悪い材料における変位−荷重曲線例
（ｂ）・・・・靱性の良い材料における変位−荷重曲線例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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