JP2014218685A

JP2014218685A - Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2014218685A
Application number: JP2013096473A
Authority: JP
Inventors: 克彦塩月; Katsuhiko Shiotsuki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2013-05-01
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-01
Also published as: JP6099475B2

Abstract

【課題】高い強度と伸びという二律背反の関係の特性を満足するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の素材を５００〜６００℃の温度で溶体化処理した後、素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行い、次いで素材に対して１８０℃以下の温度で時効処理を行う。前記塑性加工後に前記時効処理が行われたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材であって、前記時効処理によりＭｇ２Ｓｉが前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の結晶粒内に均一に析出しているＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材。【選択図】なし

Description

本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材およびその製造方法に係り、特に、高い強度と伸びを付与する技術に関する。

従来、自動車用構造用部材などの材料として、軽量なアルミニウム合金材が提供されている。アルミニウム合金材を素材として部材を製造するに際しては、まず、アルミニウム合金材に対して所望の形状に鍛造を行い、鍛造されたアルミニウム合金材に対して溶体化処理を行い、その後、アルミニウム合金材内に析出物を析出させる時効処理を行なうという製造方法が行われている。この一般的な製造方法では、鍛造後に溶体化処理が行われるため、鍛造による加工硬化の効果が減殺されてしまい、加工硬化が材料強化に寄与できないという問題がある。

特許文献１に記載の技術では、６０００系Ａｌ合金素材を溶体化処理後、１５０〜２５０℃の温度で相当歪２以上の鍛造を行うことにより、所望の強度を得ることができるとされている。

特許第５０８２４８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、所望の強度を得ることができるものの、伸びが低いため靱性に劣るという問題があった。

したがって、本発明は、高い強度と伸びという二律背反の関係を有する特性を満足するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材およびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材の製造方法は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の素材を溶体化処理した後、素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行い、次いで素材に対して時効処理を行うことを特徴とする。

また、本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の素材を溶体化処理した後、素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行い、次いで素材に対して時効処理が行われたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材であって、時効処理によりＭｇ_２ＳｉがＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の結晶粒内に均一に析出していることを特徴とする。

本発明においては、素材を溶体化処理した後、素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行うから、転位密度が過度に高くならないため、伸びを向上させることができる。これに対して、特許文献１に記載の技術では、相当歪が２以上の強加工であるため転位密度が非常に高い状態となり、加工硬化による強度は非常に増加するが伸びが低下する。

また、本発明では、溶体化処理と時効処理の間で温間の塑性加工を行うため、結晶粒内に転位が導入され、さらに温間塑性加工時の熱により溶質元素が拡散して時効析出が起こる。ここで、２００℃よりも高い温度で塑性加工すると、溶質元素が過度に拡散するため、温間塑性加工中に析出する析出物が粗くなり、転位上にも大きく析出して周辺に無析出帯を生成し、析出強化としては好ましくない状態となる。

この点、本発明においては、２００℃以下で塑性加工することにより、溶質元素の拡散距離を短く抑え、これにより、析出物の大きさや存在ピッチを微細に抑え、さらに転位への粗大析出も抑えるので無析出帯の生成が抑制される。このように、本発明では、溶体化処理によりアルミニウムの結晶粒内に固溶させた溶質元素を粗大に析出させることなく、材料の強化に有効な大きさと存在ピッチに保つことができる。そして、時効処理においても析出物を転位に偏在させることなく結晶粒内に析出させることができる。したがって、本発明では、微細な析出物による析出強化により強度を高め、かつ、過度な加工硬化を抑制することで伸びを向上させることができる。

ここで、前述したような、熱間鍛造、溶体化処理、および時効処理をこの順番で行う従来技術では、溶質元素を均一に固溶せずに熱間鍛造を行うため、大きい析出物が遠いピッチで存在する状態となる。また、溶体化処理により転位密度は低くなるが、転位が存在する場所では拡散が速く、粗大析出物が析出し、その周辺に無析出帯を形成する。したがって、析出強化にとっては好ましくない状態となる。

また、特許文献１に記載の技術では、鍛造による相当歪が大きいため転位密度が非常に高い状態となる。このため、鍛造中に溶質元素が拡散し転位上に堆積して析出物が大きくなり、粗大析出物の周辺に無析出帯を形成する。このように、特許文献１では、高い転位密度による加工硬化により材料を強化しているため、伸びが犠牲とされているのである。

本発明では、一般に６０００系と呼ばれるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を対象としている。また、本発明にいう溶体化処理とは、アルミニウム合金を固溶限温度以上の適温に加熱し、合金成分を十分に固溶させた後、急冷して過飽和固溶状態にする熱処理であり、加熱されたアルミニウム合金を焼入れする処理を含む処理である。発明では、溶体化処理を例えば５００〜６００℃で行う。

本発明における塑性加工は、圧延、鍛造、引抜き、押出し等材料に塑性変形を与える加工を全て含み、１５０〜２００℃で行う。また、時効処理とは、溶体化処理したアルミニウム合金内の固溶元素を加熱することにより析出物として析出させる処理であり、本発明では例えば１８０℃以下で行う。

本発明によれば、加工硬化を抑える一方で微細な析出物を結晶粒内に均一に析出させて材料を強化しているので、強度と伸びに優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材を提供することができる。

以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
まず、Ｍｇ：０．９５％，Ｓｉ：０．６６％，Ｃｕ：０．２５％，Ｃｒ：０．０８％，残部Ａｌおよび不可避不純物からなる６０６１系合金の丸棒を準備した。次に、このアルミニウム合金材に溶体化処理を行った。溶体化処理では、アルミニウム合金材を５７０℃で溶体化の後、水に浸漬して焼入れを行った。次に、上記アルミニウム合金材を１５０〜２００℃に加熱し、所定形状となるように鍛造を行った。鍛造における相当歪は０．８とした。次いで、鍛造品に対して時効処理を行い、実施例１〜３の試料を得た。以上の処理の条件を表１に示す。

比較のために、実施例１〜３と同じアルミニウム合金材を用い、先ず表１に示す温度条件で鍛造を行った。その際の相当歪は０．８とした。次いで、溶体化処理を行い、表１に示す条件で時効処理を行って比較例１〜３の試料を得た。以上の試料に対して０．２％耐力、引張強さ、および伸びを測定した。その結果を表１に併記する。なお、表１には、引張特性のＪＩＳ規格値を併記した。

表１に示すように、実施例１〜３では、０．２％耐力および引張強さに優れ、伸びもJIS規格の１０％以上を保持しており充分である。これに対して、比較例１〜３における０．２％耐力および引張強さは実施例１〜３と比べて低い。これは、比較例１〜３の析出物が粗く、転位にも大きく析出して周辺に無析出帯を生成した状態となったからである。また、比較例１〜３では、鍛造後に溶体化処理を行ったため、鍛造による加工硬化の効果が減殺されてしまったからである。

本発明は、高い強度と伸びを有するので、たとえば自動車用構造用部材に利用可能である。

Claims

Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の素材を溶体化処理した後、前記素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行い、次いで前記素材に対して時効処理を行うことを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材の製造方法。
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の素材を溶体化処理した後、前記素材に対して１５０〜２００℃の温度で相当歪が２未満の塑性加工を行い、次いで前記素材に対して時効処理が行われたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材であって、前記時効処理によりＭｇ_２Ｓｉが前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の結晶粒内に均一に析出していることを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金部材。