JP2017039979A - Aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金に関する。詳しくは、一般規格にほぼ準じながら、規格材よりも優れた機械的性質や耐食性などの各種品質を有するアルミニウム合金に係わるものである。 The present invention relates to an aluminum alloy. More specifically, the present invention relates to an aluminum alloy having various qualities such as mechanical properties and corrosion resistance superior to standard materials, almost in accordance with general standards.
従来より、アルミニウム合金は、軽量性、加工性などの観点から様々な分野で使用されており、そのほとんどは、日本工業規格(JIS)のような国内規格や海外規格に準じた規格材として製造されている。 Conventionally, aluminum alloys have been used in various fields from the viewpoint of lightness and workability, and most of them are manufactured as standard materials conforming to domestic standards such as Japanese Industrial Standards (JIS) and overseas standards. Has been.
しかし、このような規格材では、添加元素以外の元素については、不可避的不純物元素として所定の含有量以下に制限されるにすぎないため、実合金中には、比較的多くの不可避的不純物元素が含まれている。 However, in such a standard material, since elements other than the additive elements are only limited to a predetermined content or less as unavoidable impurity elements, a relatively large number of unavoidable impurity elements are included in the actual alloy. It is included.
このため、実合金では、不可避的不純物元素が添加元素や他の不可避的不純物元素と結びついて粗い化合物が形成されるなどして、機械的性質や耐食性などの各種品質が悪化し、各アルミニウム合金が、本来有する優れた特性を充分に発揮できない場合があった。 For this reason, in actual alloys, inevitable impurity elements are combined with additive elements and other inevitable impurity elements to form coarse compounds, and various qualities such as mechanical properties and corrosion resistance are deteriorated. However, there are cases where the excellent properties inherently possessed cannot be fully exhibited.
これに対し、規格材(JIS6061系アルミニウム合金)中の各不可避的不純物元素の含有量を更に低く制限することにより、特定の品質を向上させる技術が公知となっている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, a technique for improving the specific quality by limiting the content of each inevitable impurity element in the standard material (JIS6061 series aluminum alloy) to a lower level is known (for example, see Patent Document 1). ).
しかしながら、特許文献1に記載されたアルミニウム合金では、不可避的不純物元素のうちの一部の元素については、新たに添加して実合金中の含有量を逆に増加させるようにしており、他の品質が悪化したり、添加した元素の分だけ原料コストが増加する。 However, in the aluminum alloy described in Patent Document 1, some of the unavoidable impurity elements are newly added to increase the content in the actual alloy. The quality deteriorates and the raw material cost increases by the amount of added elements.
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、一般規格にほぼ準じながら、規格材よりも優れた機械的性質や耐食性などの各種品質を有するアルミニウム合金を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above points, and an object thereof is to provide an aluminum alloy having various qualities such as mechanical properties and corrosion resistance superior to standard materials, almost in accordance with general standards. To do.
上記の目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金は、Cu、Si、Mg、Zn、Cr、Mnから成る元素群中の少なくとも1種の添加元素を含み、残部は、前記元素群に含まれる元素以外の元素から成る不可避的不純物元素(以下、単に「不可避的不純物元素」とする)とAlとから成り、該不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下である。 In order to achieve the above object, the aluminum alloy of the present invention contains at least one additive element in the element group consisting of Cu, Si, Mg, Zn, Cr, and Mn, and the remainder is included in the element group. It consists of inevitable impurity elements (hereinafter simply referred to as “inevitable impurity elements”) composed of elements other than the elements to be added and Al, and the total content of the inevitable impurity elements is 0.01 wt% or less.
ここで、JISの主要なアルミニウム合金には、高力合金である2000系、靭性や耐食性に優れた5000系と6000系、アルミニウム合金の中で最高強度を有する7000系がある。 Here, main aluminum alloys of JIS include high-strength alloys 2000 series, 5000 series and 6000 series excellent in toughness and corrosion resistance, and 7000 series having the highest strength among aluminum alloys.
前述した添加元素のうちのCuは、このうちの2000系、6000系、7000系に添加され、金属間化合物の中間相の時効析出による高強度化、時効析出速度の増加、応力腐食割れの抑制に有効な元素である。 Of the additive elements described above, Cu is added to the 2000 series, 6000 series, and 7000 series, and the strength is increased by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound, the aging precipitation rate is increased, and the stress corrosion cracking is suppressed. Is an effective element.
Siは、2000系、6000系に添加され、金属間化合物の中間相の時効析出による高強度化に有効な元素である。 Si is an element that is added to the 2000 series and 6000 series and is effective in increasing the strength by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound.
Mgは、これら4合金系の全てに添加され、金属間化合物の中間相の時効析出や固溶強化による高強度化に有効な元素である。 Mg is an element that is added to all of these four alloy systems and is effective in increasing the strength by aging precipitation and solid solution strengthening of the interphase of the intermetallic compound.
Znは、7000系のみに添加され、金属間化合物の中間相の時効析出による高強度化に有効な元素である。 Zn is an element that is added only to the 7000 series and is effective for increasing the strength by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound.
Crは、5000系、6000系、7000系に添加され、結晶粒微細化による高強度化や、耐食性の改善、特に応力腐食割れの抑制に有効な元素である。 Cr is an element that is added to the 5000 series, 6000 series, and 7000 series, and is effective for increasing the strength by refining crystal grains, improving corrosion resistance, and particularly suppressing stress corrosion cracking.
Mnは、2000系、5000系に添加され、Crと同様に、結晶粒微細化による高強度化や、耐食性の改善、特に応力腐食割れの抑制に有効な元素である。 Mn is added to the 2000 series and 5000 series, and is an element effective for increasing the strength by refining crystal grains, improving corrosion resistance, and particularly suppressing stress corrosion cracking, similar to Cr.
更に、これらの添加元素以外であって、アルミニウムの母合金に不可避的に含まれる微量な不可避的不純物元素には、Fe、Ti、Ni、Pb、Bi、Naなどがあるが、これらの不可避的不純物元素の総含有量は、0.01wt%以下に制限される。 Further, in addition to these additive elements, trace amounts of inevitable impurity elements inevitably contained in the mother alloy of aluminum include Fe, Ti, Ni, Pb, Bi, Na, and the like. The total content of impurity elements is limited to 0.01 wt% or less.
これは、不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%超えでは、不可避的不純物元素が添加元素の一部と結合し、添加元素が無駄に消費されて充分な添加効果が得られなくなったり、粗大な金属間化合物が形成されて加工性、靭性、疲労強度などが低下するからである。 This is because if the total content of unavoidable impurity elements exceeds 0.01 wt%, the unavoidable impurity elements are combined with some of the additive elements, and the additive elements are consumed wastefully and a sufficient additive effect cannot be obtained. This is because a coarse intermetallic compound is formed and workability, toughness, fatigue strength, and the like are lowered.
また、前述した元素群中の添加元素は、Cu:4.0〜5.0%、Mg:0.4〜0.8%、Si:0.2〜1.0%、Mn:0.5〜1.0%とすることができる。この組成範囲のアルミニウム合金(以下、「A合金」とする)は、熱処理タイプのJIS2000系、詳しくはAl−Cu−Mg系である2014合金に略相当するものである。 Moreover, the additive element in the element group mentioned above is Cu: 4.0-5.0%, Mg: 0.4-0.8%, Si: 0.2-1.0%, Mn: 0.5 -1.0%. An aluminum alloy having this composition range (hereinafter referred to as “A alloy”) substantially corresponds to a heat treatment type JIS 2000 series, specifically, an Al—Cu—Mg series 2014 alloy.
このA合金では、Cuは、金属間化合物CuAl2、CuMgAl2の初期析出相や中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、4.0wt%以上、5.0wt%以下とする。 In this alloy A, Cu is added to increase the strength by aging precipitation of the initial precipitation phase or intermediate phase of the intermetallic compounds CuAl 2 and CuMgAl 2 , and the content thereof is 4.0 wt% or more, and 5. 0 wt% or less.
Cu含有量が4.0wt%未満では、金属間化合物CuAl2、CuMgAl2の初期析出相や中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Cu含有量が5.0wt%超えでは、Al中へのCuの最大固溶限(5.7wt%)を超えてθ相が析出する恐れがあり、均質なα過飽和固溶体が得られず、安定した時効析出が行えなくなって強度のばらつきが大きくなると共に、原料コストも増加するからである。 This is because when the Cu content is less than 4.0 wt%, the initial precipitation phase and the intermediate phase precipitation amount of the intermetallic compounds CuAl 2 and CuMgAl 2 are small, and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if the Cu content exceeds 5.0 wt%, the θ phase may be precipitated beyond the maximum solid solubility limit of Cu in Al (5.7 wt%), and a homogeneous α-supersaturated solid solution cannot be obtained. This is because stable aging precipitation cannot be performed, the strength variation increases, and the raw material cost also increases.
Mgも、金属間化合物CuMgAl2の初期析出相や中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、0.4wt%以上、0.8wt%以下とする。 Mg is also added to increase the strength by aging precipitation of the intermetallic compound CuMgAl 2 in the initial phase or the intermediate phase, and the content thereof is 0.4 wt% or more and 0.8 wt% or less.
Mg含有量が0.4wt%未満では、金属間化合物CuMgAl2の初期析出相や中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Mg含有量が0.8wt%超えでは、Al中へのMgの固溶限を超えて金属間化合物Al2CuMgが析出する恐れがあり、均質なα過飽和固溶体が得られず、安定した時効析出が行えずに強度のばらつきが大きくなると共に、原料コストも増加するからである。 This is because if the Mg content is less than 0.4 wt%, the initial precipitation phase or the intermediate phase precipitation amount of the intermetallic compound CuMgAl 2 is small and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.8 wt%, the intermetallic compound Al 2 CuMg may be precipitated beyond the solid solubility limit of Mg in Al, and a homogeneous α-supersaturated solid solution cannot be obtained and is stable. This is because aging precipitation cannot be performed and the variation in strength increases, and the raw material cost also increases.
Siは、金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、0.2wt%以上、1.0wt%以下とする。 Si is added to increase the strength by aging precipitation of an intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si, and the content thereof is set to 0.2 wt% or more and 1.0 wt% or less.
Si含有量が0.2wt%未満では、金属間化合物Mg2Siの中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Si含有量が1.0wt%超えでは、粗大なSiの晶出が多くなり、押出し加工性などの機械的性質が低下するからである。 This is because when the Si content is less than 0.2 wt%, the amount of intermediate phase precipitation of the intermetallic compound Mg 2 Si is small and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the Si content exceeds 1.0 wt%, coarse Si crystallization increases, and mechanical properties such as extrusion processability deteriorate.
Mnは、不純物が少なく再結晶粒が粗大化しやすいアルミニウム合金中にAl−Cu−Mn系化合物を形成するなどして再結晶温度を上げ、結晶粒微細化による強度補完を図るために添加し、その含有量は、0.5wt%以上、1.0wt%以下とする。 Mn is added to increase the recrystallization temperature by, for example, forming an Al-Cu-Mn compound in an aluminum alloy that has few impurities and is likely to coarsen the recrystallized grains, and to supplement the strength by refining the crystal grains. The content is 0.5 wt% or more and 1.0 wt% or less.
Mn含有量が0.5wt%未満では、Al−Cu−Mn系化合物の析出量が少なくて、充分な強度補完が行われないからである。一方、Mn含有量が1.0wt%超えでは、Mnが他の添加元素と結合して、高強度化に有効な金属間化合物CuAl2、CuMgAl2の初期析出相や中間相などの形成が抑制されるからである。 This is because when the Mn content is less than 0.5 wt%, the precipitation amount of the Al—Cu—Mn compound is small, and sufficient strength complementation is not performed. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.0 wt%, Mn is combined with other additive elements, and the formation of initial precipitation phases and intermediate phases of intermetallic compounds CuAl 2 and CuMgAl 2 effective for increasing the strength is suppressed. Because it is done.
なお、Mn含有量の上限が、JIS2014合金では1.2wt%であるのに対し、A合金では、より低含有量の1.0wt%に設定している。これは、A合金中の不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下に制限され、Mnと化合物を形成するFeやCr等が微量であるため、Mnが無駄に消費されることがなく、Mnの添加量を少なくしてもAl−Cu−Mn系化合物を充分な量形成できるからである。 Note that the upper limit of the Mn content is 1.2 wt% in the JIS 2014 alloy, whereas the lower content is set to 1.0 wt% in the A alloy. This is because the total content of inevitable impurity elements in the alloy A is limited to 0.01 wt% or less, and Mn is consumed wastefully because Fe and Cr forming a compound with Mn are very small. This is because even if the amount of Mn added is reduced, a sufficient amount of Al—Cu—Mn compound can be formed.
また、元素群中の添加元素は、wt%で、Mg:4.0〜5.0%、Mn:0.5〜1.2%、Cr:0.05〜0.10%としてもよい。この組成範囲のアルミニウム合金(以下、「B合金」とする)は、非熱処理タイプのJIS5000系、詳しくはAl−Mg系である5083合金に略相当するものである。 Further, the additive element in the element group may be wt%, Mg: 4.0-5.0%, Mn: 0.5-1.2%, Cr: 0.05-0.10%. An aluminum alloy having this composition range (hereinafter referred to as “B alloy”) substantially corresponds to a non-heat treatment type JIS 5000 series, more specifically, an Al—Mg series 5083 alloy.
このB合金では、Mgは、Al中への固溶強化によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、4.0wt%以上、5.0wt%以下とする。 In this B alloy, Mg is added to increase the strength by solid solution strengthening in Al, and the content thereof is 4.0 wt% or more and 5.0 wt% or less.
Mg含有量が4.0wt%未満では、Al中への固溶量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Mg含有量が5.0wt%超えでは、過剰なMgが粒界に析出して粒界腐食や応力腐食割れが発生し、耐食性や加工性が低下するからである。特に、圧延時には、板の厚み方向略中央から割れるワニ口割れや、板の縁近傍での板幅方向に割れる耳割れなどが発生しやすくなるからである。 This is because if the Mg content is less than 4.0 wt%, the amount of solid solution in Al is small and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if the Mg content exceeds 5.0 wt%, excess Mg precipitates at the grain boundaries, causing intergranular corrosion and stress corrosion cracking, resulting in a decrease in corrosion resistance and workability. This is because, particularly during rolling, crocodile cracks that break from the approximate center in the thickness direction of the plate and ear cracks that crack in the plate width direction near the edge of the plate are likely to occur.
Mnは、結晶粒微細化による強度補完を図るために添加し、その含有量は、0.5wt%以上、1.2wt%以下とする。 Mn is added in order to supplement the strength by refining crystal grains, and the content thereof is 0.5 wt% or more and 1.2 wt% or less.
Mn含有量が0.5wt%未満では、充分な強度補完が行われないからである。一方、Mn含有量が1.2wt%超えでは、MnがFeやその他の不可避的不純物元素と結合して粗大な金属間化合物が形成され、加工性、靭性、疲労強度などが低下するからである。 This is because when the Mn content is less than 0.5 wt%, sufficient strength complementation is not performed. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.2 wt%, Mn combines with Fe and other inevitable impurity elements to form coarse intermetallic compounds, and workability, toughness, fatigue strength, and the like decrease. .
なお、Mn含有量の上限が、JIS5083合金では1.0wt%であるのに対し、B合金では、より高含有量の1.2wt%に設定している。これは、B合金中の不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下に制限され、Mnと粗大な金属間化合物を形成するFeやその他の不可避的不純物元素が微量であるため、Mnの添加量を多くしても粗大な金属間化合物が形成されないからである。 Note that the upper limit of the Mn content is 1.0 wt% in the JIS 5083 alloy, whereas the upper limit is 1.2 wt% in the B alloy. This is because the total content of inevitable impurity elements in the B alloy is limited to 0.01 wt% or less, and Fe and other inevitable impurity elements that form coarse intermetallic compounds with Mn are very small. This is because a coarse intermetallic compound is not formed even if the amount of addition is increased.
Crは、Mnと同様、結晶粒微細化による強度補完を図るために、Mnと一緒に添加し、その含有量は、0.05wt%以上、0.10wt%以下とする。 Cr, like Mn, is added together with Mn to supplement the strength by refining crystal grains, and its content is 0.05 wt% or more and 0.10 wt% or less.
Cr含有量が0.05wt%未満では、充分な強度補完が行われないからである。一方、Cr含有量が0.10wt%超えでは、CrがAlと結合し、粗大な金属間化合物が形成され、加工性、靭性、疲労強度などが低下するからである。 This is because when the Cr content is less than 0.05 wt%, sufficient strength complementation is not performed. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.10 wt%, Cr is combined with Al to form a coarse intermetallic compound, and workability, toughness, fatigue strength, and the like are reduced.
なお、Cr含有量の上限が、JIS5083合金では0.25wt%であるのに対し、B合金では、より低含有量の0.10wt%に設定している。これは、前述の如く、不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下に制限されることでMn含有量の上限を上昇させることができるため、Crの添加量を少なくしてもMnによって充分な強度補完が行えるからである。 The upper limit of the Cr content is 0.25 wt% in the JIS 5083 alloy, whereas the lower content is set to 0.10 wt% in the B alloy. This is because, as described above, the upper limit of the Mn content can be increased by limiting the total content of inevitable impurity elements to 0.01 wt% or less. This is because sufficient strength complementation can be performed.
また、元素群中の添加元素は、wt%で、Mg:0.8〜1.2%、Si:0.5〜1.0%、Cu:0.15〜0.35%、Cr:0.05〜0.20%としてもよい。この組成範囲のアルミニウム合金(以下、「C合金」とする)は、熱処理タイプのJIS6000系、詳しくは、Al−Mg2Si擬2元系とみなされるAl−Mg−Si系の6061合金に略相当するものである。 Further, the additive element in the element group is wt%, Mg: 0.8 to 1.2%, Si: 0.5 to 1.0%, Cu: 0.15 to 0.35%, Cr: 0 It may be 0.05 to 0.20%. An aluminum alloy having this composition range (hereinafter referred to as “C alloy”) is approximately JIS6000 type of heat treatment type, more specifically, Al—Mg—Si type 6061 alloy regarded as an Al—Mg 2 Si pseudo binary system. It is equivalent.
このC合金では、Mgは、金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、0.8wt%以上、1.2wt%以下とする。 In this C alloy, Mg is added in order to increase the strength by aging precipitation of an intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si, and the content thereof is 0.8 wt% or more and 1.2 wt% or less.
Mg含有量が0.8wt%未満では、金属間化合物Mg2Siの中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Mg含有量が1.2wt%超えでは、Al中に多量のMgが固溶した分だけ、逆に金属間化合物Mg2Siの固溶度が減少するため、この金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出量が少なくなり、それ以上の強度上昇が図れないからである。 This is because if the Mg content is less than 0.8 wt%, the amount of intermediate phase precipitation of the intermetallic compound Mg 2 Si is so small that sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the Mg content exceeds 1.2 wt%, the solid solubility of the intermetallic compound Mg 2 Si decreases conversely by the amount of a large amount of Mg dissolved in Al, so this intermetallic compound Mg 2 Si This is because the amount of aging precipitation in the intermediate phase is reduced and the strength cannot be further increased.
Siも、金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、0.5wt%以上、1.0wt%以下とする。 Si is also added to increase the strength by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si, and the content thereof is set to 0.5 wt% or more and 1.0 wt% or less.
Si含有量が0.5wt%未満では、金属間化合物Mg2Siの中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。 This is because when the Si content is less than 0.5 wt%, the amount of precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si is small and sufficient strength cannot be obtained.
詳しくは、金属間化合物Mg2Siの構成比Si/Mgが0.578であることから、Mg含有量が下限0.8wt%である場合、金属間化合物Mg2Siの中間相形成に必要なSi含有量は0.5wt%(=0.8×0.578)となる。 Specifically, since the composition ratio Si / Mg of the intermetallic compound Mg 2 Si is 0.578, it is necessary for forming an intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si when the Mg content is the lower limit of 0.8 wt%. The Si content is 0.5 wt% (= 0.8 × 0.578).
従って、Si含有量の下限を0.5wt%と規定することにより、Mg、Siのいずれも、金属間化合物Mg2Siの中間相形成に過不足なく消費される。 Therefore, by defining the lower limit of the Si content as 0.5 wt%, both Mg and Si are consumed without excess or deficiency in forming the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si.
一方、Si含有量が1.0wt%超えでは、粗大なSiの晶出が多くなり、押出し加工性などの機械的性質が低下するからである。 On the other hand, when the Si content exceeds 1.0 wt%, coarse Si crystallization increases, and mechanical properties such as extrusion processability deteriorate.
詳しくは、金属間化合物Mg2Siの構成比Si/Mgが0.578であることから、Mg含有量が上限1.2wt%である場合、金属間化合物Mg2Siの中間相形成に必要なSi含有量は0.7wt%(=1.2×0.578)となる。 Specifically, since the composition ratio Si / Mg of the intermetallic compound Mg 2 Si is 0.578, when the Mg content is 1.2 wt% at the upper limit, the Si content necessary for forming the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si The amount is 0.7 wt% (= 1.2 × 0.578).
ここで、余剰分の0.3wt%(=1.0−0.7)のSiは、Al中へのSiの固溶限が1.65wt%(>0.3)であることから、晶出することなくAl中に固溶される。 Here, the surplus of 0.3 wt% (= 1.0-0.7) Si has a crystal solubility limit of 1.65 wt% (> 0.3). It is dissolved in Al without taking out.
更に、形成される金属間化合物Mg2Siの中間相は、前述の記載から1.9wt%(=1.2+0.7)となるが、Al中への金属間化合物Mg2Siの固溶限が1.9wt%と同一であることから、析出することなくAl中に固溶される。 Further, the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si formed is 1.9 wt% (= 1.2 + 0.7) from the above description, but the solid solubility limit of the intermetallic compound Mg 2 Si in Al Since it is the same as 1.9 wt%, it is dissolved in Al without precipitation.
加えて、C合金中の不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下に制限されていることから、MgやSiと粗大な金属間化合物を形成するFe等が微量となっている。 In addition, since the total content of inevitable impurity elements in the C alloy is limited to 0.01 wt% or less, the amount of Fe or the like that forms coarse intermetallic compounds with Mg or Si is very small.
従って、Mg含有量の上限を1.2wt%、Si含有量の上限を1.0wt%に規定することにより、押出し加工性などの機械的性質が低下せず、更に、MgやSiが無駄に消費されることがなく、金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出量を充分に確保し、確実に高強度化を図ることができる。 Therefore, by defining the upper limit of Mg content to 1.2 wt% and the upper limit of Si content to 1.0 wt%, mechanical properties such as extrudability are not lowered, and Mg and Si are wasted. Without being consumed, it is possible to secure a sufficient amount of aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound Mg 2 Si, and to ensure high strength.
Cuは、金属間化合物Mg2Siの時効析出速度の増加を図るために添加し、その含有量は、0.15wt%以上、0.35wt%以下とする。 Cu is added to increase the aging precipitation rate of the intermetallic compound Mg 2 Si, and the content thereof is set to 0.15 wt% or more and 0.35 wt% or less.
Cu含有量が0.15wt%未満では、時効析出速度の増加の効果が小さくて、充分な強度が得られないからである。一方、Cu含有量が0.35wt%超えでは、時効析出速度はほとんど増加せずに、原料コストのみが増加するからである。 This is because if the Cu content is less than 0.15 wt%, the effect of increasing the aging precipitation rate is small and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the Cu content exceeds 0.35 wt%, the aging precipitation rate hardly increases and only the raw material cost increases.
Crは、結晶粒微細化による強度補完を図るために添加し、その含有量は、0.05wt%以上、0.20wt%以下とする。 Cr is added in order to supplement strength by refining crystal grains, and the content thereof is 0.05 wt% or more and 0.20 wt% or less.
Cr含有量が0.05wt%未満では、充分な強度補完が行われないからである。一方、Cr含有量が0.20wt%超えでは、CrがAlと結合し、粗大な金属間化合物が形成され、加工性、靭性、疲労強度などが低下するからである。 This is because when the Cr content is less than 0.05 wt%, sufficient strength complementation is not performed. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.20 wt%, Cr is combined with Al, a coarse intermetallic compound is formed, and workability, toughness, fatigue strength, and the like are reduced.
なお、Cr含有量の上限が、JIS6061合金では0.35wt%であるのに対し、C合金では、より低含有量の0.20wt%に制限している。これは、Cr添加によって、1)押し出し加工の際の焼入れ感受性が高くなり、焼入れ性が悪化し、2)Crが金属間化合物Mg2Siの析出サイトとして機能し、金属間化合物Mg2Siの中間相の時効析出量が少なくなって、強度が低下するからであり、更には、3)C合金中の不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下に制限され、Crと化合物を形成する不可避的不純物元素が微量であるため、Crが無駄に消費されることがなく、添加量が少なくて済むからである。 The upper limit of the Cr content is 0.35 wt% in the JIS6061 alloy, whereas the upper limit is 0.20 wt% in the C alloy. This is because the addition of Cr, 1) increases the quench sensitivity during extrusion, hardenability is deteriorated, 2) Cr functions as precipitation sites of the intermetallic compound Mg 2 Si, intermetallic compounds Mg 2 Si This is because the amount of aging precipitation in the intermediate phase is reduced and the strength is lowered, and further, 3) the total content of unavoidable impurity elements in the C alloy is limited to 0.01 wt% or less, and Cr and the compound are reduced. This is because the amount of inevitable impurity elements to be formed is small, so that Cr is not consumed unnecessarily and the amount added is small.
また、元素群中の添加元素は、wt%で、Zn:5.0〜5.5%、Mg:2.5〜3.0%、Cu:1.2〜2.5%、Cr:0.15〜0.25%としてもよい。この組成範囲のアルミニウム合金(以下、「D合金」とする)は、熱処理タイプのJIS7000系、詳しくは、Al−Zn−Mg−Cu−Cr系の7075合金に略相当するものである。 Further, the additive element in the element group is wt%, Zn: 5.0 to 5.5%, Mg: 2.5 to 3.0%, Cu: 1.2 to 2.5%, Cr: 0 It is good also as 15 to 0.25%. An aluminum alloy having this composition range (hereinafter referred to as “D alloy”) substantially corresponds to a heat treatment type JIS7000 series, specifically, an Al—Zn—Mg—Cu—Cr series 7075 alloy.
このD合金では、Znは、金属間化合物MgZn2(η'相)の中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、5.0wt%以上、5.5wt%以下とする。 In this D alloy, Zn is added in order to increase the strength by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound MgZn 2 (η ′ phase), and its content is 5.0 wt% or more and 5.5 wt%. The following.
Zn含有量が5.0wt%未満では、金属間化合物MgZn2の中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Zn含有量が5.5wt%超えでは、それ以上の強度上昇が図れないからである。 This is because if the Zn content is less than 5.0 wt%, the amount of intermediate phase precipitation of the intermetallic compound MgZn 2 is so small that sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the Zn content exceeds 5.5 wt%, the strength cannot be further increased.
Mgも、金属間化合物MgZn2(η'相)の中間相の時効析出によって高強度化を図るために添加し、その含有量は、2.5wt%以上、3.0wt%以下とする。 Mg is also added to increase the strength by aging precipitation of the intermediate phase of the intermetallic compound MgZn 2 (η ′ phase), and the content thereof is 2.5 wt% or more and 3.0 wt% or less.
Mg含有量が2.5wt%未満では、金属間化合物MgZn2の中間相の析出量が少なくて、充分な強度が得られないからである。一方、Mg含有量が3.0wt%超えでは、それ以上の強度上昇が図れないからである。 This is because if the Mg content is less than 2.5 wt%, the amount of intermediate phase precipitation of the intermetallic compound MgZn 2 is so small that sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the Mg content exceeds 3.0 wt%, the strength cannot be further increased.
Cuは、応力腐食割れの抑制によって耐食性の改善を図るために添加し、その含有量は、1.2wt%以上、2.5wt%以下とする。 Cu is added to improve corrosion resistance by suppressing stress corrosion cracking, and the content thereof is set to 1.2 wt% or more and 2.5 wt% or less.
ここで、この応力腐食割れ発生の原因として、結晶粒の粒内と粒界間の電位差が大きいことが一因と考えられ、Cuは、この電位差を緩和して応力腐食割れを抑制すると思われる。表1に、アルミニウム合金中の固溶体や化合物の電極電位(軽金属学会、研究部会報告書No.15、1985.9)を示す。 Here, the cause of this stress corrosion cracking is thought to be due to the large potential difference between the grains and the grain boundaries, and Cu seems to relieve this potential difference and suppress stress corrosion cracking. . Table 1 shows electrode potentials of solid solutions and compounds in aluminum alloys (Light Metal Society, Research Group Report No. 15, 1985. 9).
表1によると、例えば、99.95%Al(高純度アルミニウム)、Al+4%MgZn2(Al中の金属間化合物MgZn2)、Al+2%Cu(Al−Cu固溶体)の電極電位は、それぞれ、−0.85V、−1.07V、−0.75Vであり、CuやZnはAlと大きな電位差を生じやすい。そして、このうち電位的に最も貴なAl−Cu固溶体を粒内、粒界に均一分散させると、D合金内の電極電位が均一化されるものと考えられる。 According to Table 1, for example, the electrode potentials of 99.95% Al (high purity aluminum), Al + 4% MgZn 2 (intermetallic compound MgZn 2 in Al), and Al + 2% Cu (Al—Cu solid solution) are − 0.85V, -1.07V, and -0.75V, and Cu and Zn are likely to cause a large potential difference with Al. And it is thought that the electrode potential in the D alloy is made uniform when the Al-Cu solid solution having the most potential among them is uniformly dispersed in the grains and grain boundaries.
従って、Cu含有量が1.2wt%未満では、Al−Cu固溶体の分散量が少なくてCuによる充分な電位差緩和が行えず、応力腐食割れが抑制できない一方、Cu含有量が2.5wt%超えでは、Al−Cu固溶体が凝集して局部的に貴な部分が形成され、逆に応力腐食割れが促進されると考えられるからである。 Therefore, if the Cu content is less than 1.2 wt%, the dispersion amount of the Al—Cu solid solution is small and sufficient potential difference relaxation cannot be performed by Cu, and stress corrosion cracking cannot be suppressed, while the Cu content exceeds 2.5 wt%. Then, it is because Al-Cu solid solution aggregates and a noble part is formed locally, and conversely stress corrosion cracking is promoted.
Crは、結晶粒微細化による強度補完を図るために添加し、その含有量は、0.15wt%以上、0.25wt%以下とする。 Cr is added in order to supplement strength by refining crystal grains, and the content thereof is 0.15 wt% or more and 0.25 wt% or less.
Cr含有量が0.15wt%未満では、充分な強度補完が行われないからである。一方、Cr含有量が0.25wt%超えでは、押し出し加工の際の焼入れ感受性が高くなり、焼入れ性が悪化するからである。 This is because when the Cr content is less than 0.15 wt%, sufficient strength complementation is not performed. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.25 wt%, the quenching sensitivity at the time of extrusion processing becomes high, and the hardenability deteriorates.
本発明に係わるアルミニウム合金は、一般規格にほぼ準じながら、規格材よりも優れた機械的性質や耐食性などの各種品質を有するものとなっている。 The aluminum alloy according to the present invention has various qualities such as mechanical properties and corrosion resistance, which are superior to standard materials, almost in accordance with general standards.
以下、アルミニウム合金に関する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention relating to an aluminum alloy will be described with reference to the drawings for understanding of the present invention.
本発明に係わるアルミニウム合金に使用されるアルミニウムの母合金には、通常、不可避的不純物元素の含有量が極めて少ない3N(99.9wt%)以上の高純度アルミニウムが用いられる。 The aluminum master alloy used in the aluminum alloy according to the present invention is usually made of high-purity aluminum of 3N (99.9 wt%) or more with a very low content of inevitable impurity elements.
更に、各規格材が本来有する優れた特性を充分に発揮させるには、本実施例の如く、4N(99.99wt%)以上の高純度アルミニウムの使用が好ましい。 Furthermore, in order to fully exhibit the excellent properties inherent in each standard material, it is preferable to use high-purity aluminum of 4N (99.99 wt%) or more as in this embodiment.
これにより、アルミニウムの母合金に含まれる各不可避的不純物元素の含有量を低く抑え、製造後の本発明に係わるアルミニウム合金であるA合金、B合金、C合金、D合金に含まれる不可避的不純物元素の総含有量を0.01wt%以下に制限することができる。 Thereby, the content of each inevitable impurity element contained in the mother alloy of aluminum is kept low, and the inevitable impurities contained in the A alloy, B alloy, C alloy, and D alloy which are aluminum alloys according to the present invention after production. The total content of elements can be limited to 0.01 wt% or less.
また、添加元素であるCu、Si、Mg、Zn、Cr、Mnについても、各元素または複数の元素毎に母合金を準備し、前述した高純度アルミニウムを溶解して得た溶湯に添加することにより、本発明に係わるアルミニウム合金を製造した。 Also, for the additive elements Cu, Si, Mg, Zn, Cr, and Mn, a master alloy is prepared for each element or a plurality of elements and added to the molten metal obtained by melting the high-purity aluminum described above. Thus, an aluminum alloy according to the present invention was produced.
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the present invention is not limited to such examples.
[アルミニウム合金の製造]
本発明に係わるアルミニウム合金においては、通常よりも高純度のアルミニウムと、各種合金の添加元素とから、鋳塊を製造する。
詳しくは、A合金では、4Nの高純度アルミニウムの地金を750〜780℃に加熱溶解してアルミニウム溶湯を得た後、このアルミニウム溶湯に、同温度を維持しながら所定量の添加元素Cu、Mg、Si、Mnの各母合金を加えることにより、発明材1の溶湯を得た。
[Manufacture of aluminum alloys]
In the aluminum alloy according to the present invention, an ingot is produced from aluminum of higher purity than usual and additive elements of various alloys.
Specifically, in the alloy A, a 4N high-purity aluminum ingot is heated and melted at 750 to 780 ° C. to obtain a molten aluminum, and then, in this molten aluminum, a predetermined amount of an additive element Cu, while maintaining the same temperature, A molten metal of Invention Material 1 was obtained by adding each mother alloy of Mg, Si, and Mn.
同様にして、4Nの高純度アルミニウムの地金を750〜780℃に加熱溶解して得たアルミニウム溶湯に対し、B合金では、所定量の添加元素Mg、Mn、Crの各母合金を加え、C合金では、所定量の添加元素Mg、Si、Cu、Crの各母合金を加え、D合金では、所定量の添加元素Zn、Mg、Cu、Crの各母合金を加えることにより、それぞれ、発明材2、発明材3、発明材4の各溶湯を得た。そして、これら発明材1〜4の各溶湯から、いわゆる竪型半連続鋳造法によって、直径192mm×長さ1800mmの各鋳塊を製造した。 Similarly, with respect to the molten aluminum obtained by heating and melting a 4N high-purity aluminum ingot at 750 to 780 ° C., in the B alloy, a predetermined amount of each of the master alloys of additive elements Mg, Mn, and Cr is added, In the C alloy, a predetermined amount of each of the master alloys of additive elements Mg, Si, Cu, Cr is added. In the D alloy, by adding a predetermined amount of each of the master alloys of the additive elements Zn, Mg, Cu, Cr, Each melt of Invention Material 2, Invention Material 3, and Invention Material 4 was obtained. And each ingot of diameter 192 mm x length 1800 mm was manufactured from each molten metal of these inventive materials 1 to 4 by a so-called vertical semi-continuous casting method.
また、前述した4Nの高純度アルミニウムに代えて、通常の純アルミニウム(99wt%以上)の地金を加熱溶解して得たアルミニウム溶湯に、発明材1〜4と同じ種類と量の各母合金を加えることにより、A合金、B合金、C合金、D合金にそれぞれ対応するa合金、b合金、c合金、d合金の組成を有する比較材1〜4の各溶湯を得た。そして、これら比較材1〜4の各溶湯から、前述した竪型半連続鋳造法によって、直径192mm×長さ1800mmの各鋳塊を製造した。 In addition, instead of the 4N high-purity aluminum described above, each mother alloy of the same type and amount as the inventive materials 1 to 4 was added to a molten aluminum obtained by heating and melting a normal pure aluminum (99 wt% or more) metal. Was added to each of the melts of Comparative Materials 1 to 4 having compositions of a alloy, b alloy, c alloy, and d alloy respectively corresponding to the A alloy, B alloy, C alloy, and D alloy. And each ingot of diameter 192 mm x length 1800 mm was manufactured from each molten metal of these comparative materials 1-4 by the vertical semi-continuous casting method mentioned above.
表2は、以上のようにして製造したアルミニウム合金の発明材1〜4、比較材1〜4の化学組成を示す。 Table 2 shows the chemical compositions of inventive materials 1 to 4 and comparative materials 1 to 4 of the aluminum alloy produced as described above.
表2によると、不可避的不純物元素が、比較材1〜4では、0.1〜0.3wt%も含まれるのに対し、発明材1〜4では、高純度アルミニウムを使用することにより、常に0.01wt%以下に制限されているのがわかる。 According to Table 2, the inevitable impurity elements are 0.1 to 0.3 wt% in the comparative materials 1 to 4, whereas in the inventive materials 1 to 4, the high purity aluminum is always used. It turns out that it is restrict | limited to 0.01 wt% or less.
更に、これらの発明材1〜4と比較材1〜4の各鋳塊を押出し加工することにより、加工材を製造した。 Furthermore, the processed material was manufactured by extruding each ingot of these invention materials 1-4 and the comparative materials 1-4.
次に、これらの鋳塊と加工材を対象にした各種試験方法について説明する。
ただし、鋳塊は、任意の温度で所定の調質処理を施した後に試験を行った。加工材については、熱処理材であるA合金の発明材1、a合金の比較材1、C合金の発明材3、c合金の比較材3、D合金の発明材4、d合金の比較材4は、いわゆるT6(溶体化処理→焼入れ→人工時効処理)という調質処理を施した後に試験を行い、非熱処理材であるB合金の発明材2、b合金の比較材2は、押出し加工したままで、調質せずに試験を行った。
Next, various test methods for these ingots and processed materials will be described.
However, the ingot was tested after performing a predetermined tempering treatment at an arbitrary temperature. Regarding the processed material, the heat treatment material A invented material 1, a alloy comparison material 1, C alloy invention material 3, c alloy comparison material 3, D alloy invention material 4, d alloy comparison material 4 The test was conducted after the so-called T6 (solution treatment → quenching → artificial aging treatment), and the test was conducted. The invention material 2 of the B alloy and the comparison material 2 of the b alloy which were non-heat treated materials were extruded. The test was conducted without any tempering.
[ミクロ観察]
鋳塊のみを対象に、表層部と中心部から試験片を切り出して作製し、りん酸溶液に浸漬した後、その断面を光学顕微鏡にて観察した。
[Micro observation]
A test piece was cut out from the surface layer portion and the center portion only for the ingot, and immersed in a phosphoric acid solution, and the cross section was observed with an optical microscope.
[機械試験]
鋳塊と加工材を対象に、引張試験は、JISZ2201のJIS4号試験片を作製し、JISZ2241に準拠して行った。シャルピー衝撃試験は、JISZ2202のJIS5号試験片(Vノッチ標準試験片)を作製し、JISZ2242に準拠して行った。ブリネル硬さ試験は、50mm角×長さ10mmの試験片を作製し、JISZ2243に準拠して行った。
[Mechanical test]
The tensile test was performed in accordance with JISZ2241 by preparing JIS4220 test pieces of ingots and workpieces. The Charpy impact test was performed in accordance with JISZ2242 by preparing a JIS5 test piece (V notch standard test piece) of JISZ2202. The Brinell hardness test was performed in accordance with JISZ2243 by preparing a 50 mm square × 10 mm long test piece.
[導電性試験]
鋳塊と加工材を対象に、50mm角×長さ10mmの試験片を作製し、標準焼きなまし銅線、いわゆるIACSを100%とした場合の導電率(%IACS)を、渦電流式の導電率計により測定した。
[Conductivity test]
Test specimens of 50 mm square x 10 mm length were prepared for ingots and processed materials, and the standard annealed copper wire, the so-called IACS conductivity (% IACS) was taken as the eddy current conductivity. It was measured by a meter.
[加工性試験]
鋳塊のみを対象に、直径10mm×高さ10mmの円柱状の試験片を作製し、上下無拘束かつ潤滑油無塗布の状態で、圧下速度2.0mm/minにて圧下し、その際の限界据え込み率eと最大荷重を測定した。
[Workability test]
A cylindrical test piece having a diameter of 10 mm and a height of 10 mm was produced only for the ingot, and the sample was reduced at a reduction speed of 2.0 mm / min in a state where the upper and lower portions were not restrained and no lubricant was applied. The limit upsetting rate e and the maximum load were measured.
ここで、限界据え込み率e(%)とは、初期の試験片の高さをh0(mm)とし、除荷後に試験片表面に図2のような割れ1、割れ2が目視で確認できた時の試験片の高さをh1(mm)とした場合、e(%)=(h0−h1)/h0×100によって求めた。 Here, the limit upsetting rate e (%) means that the initial height of the test piece is h 0 (mm), and cracks 1 and 2 as shown in FIG. If the height of the test piece when the can was h 1 and (mm), it was determined by e (%) = (h 0 -h 1) / h 0 × 100.
また、鋳塊のみを対象に、ブロック状の試験片を作製し、送り速度0.29mm/rev、回転速度400rpm、切削角度90度にて、切削油に工業用アルコールを使用するようにして、厚さ0.03mmを切削加工する際に発生する切粉の外観を観察した。 In addition, a block-shaped test piece is produced only for the ingot, and the industrial alcohol is used as the cutting oil at a feed speed of 0.29 mm / rev, a rotation speed of 400 rpm, and a cutting angle of 90 degrees. The appearance of chips generated when cutting a thickness of 0.03 mm was observed.
[耐食性試験]
加工材のみを対象に、10%HClから成る酸性液または10%NaOHから成るアルカリ性液を50℃に保持した液中に、試験片を30分間浸漬し、液中に溶出したアルミニウム量である溶存Al量を原子吸光法にて測定すると共に、表面外観を観察した。
[Corrosion resistance test]
The test piece is immersed for 30 minutes in a solution in which an acidic solution consisting of 10% HCl or an alkaline solution consisting of 10% NaOH is kept at 50 ° C. for only the processed material, and the amount of aluminum dissolved in the solution is dissolved. The amount of Al was measured by atomic absorption, and the surface appearance was observed.
次に、上述した各種試験の試験結果について、不可避的不純物元素の総含有量を制限した発明材1〜4を、JIS規格の通常の規格材である比較材1〜4と比較しながら説明する。 Next, the test results of the various tests described above will be described while comparing the inventive materials 1 to 4 in which the total content of inevitable impurity elements is limited with comparative materials 1 to 4 that are normal standard materials of JIS standards. .
[ミクロ組織]
図1は、不可避的不純物元素の少ない発明材1〜4、従来レベルの不可避的不純物元素を含む比較材1〜4の各鋳塊のミクロ組織を示す断面顕微鏡写真である。
[Microstructure]
FIG. 1 is a cross-sectional photomicrograph showing the microstructure of each ingot of invention materials 1 to 4 with few inevitable impurity elements and comparative materials 1 to 4 containing inevitable impurity elements of a conventional level.
図1によると、鋳塊からの採取位置(表層部、中心部)にかかわらず、比較材1〜4には、発明材1〜4に比して粗大な金属間化合物が多数認められる。 According to FIG. 1, a large number of coarse intermetallic compounds are recognized in the comparative materials 1 to 4 as compared with the inventive materials 1 to 4 regardless of the sampling position (surface layer portion, center portion) from the ingot.
ここで、表3に、アルミニウム合金中で形成される代表的な金属間化合物の形態を示す。 Here, Table 3 shows the forms of typical intermetallic compounds formed in the aluminum alloy.
表3によると、不可避的不純物元素の含有量が多いと様々な金属間化合物が形成され、特に、アルミニウム中ではFeとの間で多くの種類の金属間化合物が形成されることがわかる。更に、表2によると、比較材1〜4と発明材1〜4の含有量比は、不可避的不純物元素のうちでFeが最も高く、比較材1〜4には発明材1〜4の約100〜300倍のFeが含まれているのがわかる。従って、前述したミクロ組織の相違は、Feの含有量差に起因するところが大きいと推定される。 According to Table 3, it can be seen that when the content of inevitable impurity elements is large, various intermetallic compounds are formed, and in particular, many types of intermetallic compounds are formed with Fe in aluminum. Further, according to Table 2, the content ratio of the comparative materials 1 to 4 and the inventive materials 1 to 4 is the highest among the inevitable impurity elements, and the comparative materials 1 to 4 are about the same as the inventive materials 1 to 4. It can be seen that 100 to 300 times as much Fe is contained. Therefore, it is presumed that the difference in microstructure described above is largely caused by the difference in Fe content.
[機械的性質、導電性(鋳塊)]
表4は、発明材1〜4、比較材1〜4の各鋳塊の機械試験と導電試験の結果を示す。
[Mechanical properties, conductivity (ingot)]
Table 4 shows the results of mechanical tests and conductivity tests of the ingots of the inventive materials 1 to 4 and the comparative materials 1 to 4.
A合金の発明材1、a合金の比較材1は、いわゆるジュラルミンであって、通常、引張強さや耐力が増加すると伸びは減少する傾向にあるが、表4によると、発明材1は、比較材1に比べ、引張強さ、耐力が増加しているにもかかわらず、伸びも増加している。 The invention material 1 of the alloy A and the comparison material 1 of the alloy a are so-called duralumin, and the elongation tends to decrease as the tensile strength and the proof stress increase. Although tensile strength and proof stress are increasing compared with the material 1, elongation is also increasing.
B合金の発明材2、b合金の比較材2において、発明材2は、比較材2に比べ、引張強さ、耐力、硬度とも僅かに減少するが、伸び、衝撃値は逆に著しく増加している。特に、発明材2の衝撃値は、比較材2よりも2倍以上に増加している。 Inventive material 2 of B alloy and comparative material 2 of b alloy, inventive material 2 slightly decreases in tensile strength, proof stress, and hardness compared to comparative material 2, but elongation and impact values increase remarkably. ing. In particular, the impact value of the inventive material 2 is more than twice as large as that of the comparative material 2.
C合金の発明材3、c合金の比較材3において、発明材3は、比較材3に比べ、引張強さ、硬度が僅かに減少するものの、機械的性質には殆ど差が認められない。 Inventive material 3 of the C alloy and comparative material 3 of the c alloy, the inventive material 3 has a slight decrease in tensile strength and hardness as compared with the comparative material 3, but there is almost no difference in mechanical properties.
D合金の発明材4、d合金の比較材4は、いわゆる超々ジュラルミンであって、前述の如く高強度材料として知られているが、発明材4は、比較材4に比べ、引張強さ、耐力、硬度は略同一であるものの、伸びと衝撃値は逆に著しく増加している。 Inventive material 4 of D alloy and comparative material 4 of d alloy are so-called ultra-super duralumin and are known as high-strength materials as described above. Inventive material 4 has a tensile strength, Although the yield strength and hardness are almost the same, the elongation and impact value are remarkably increased.
すなわち、本発明に係わるアルミニウム合金の鋳塊では、Al−Mg−Si系のC合金を除いて、規格材よりも伸びや衝撃値が増加し、鍛造や圧延などの際の加工性が向上した。 That is, in the ingot of the aluminum alloy according to the present invention, except for the Al-Mg-Si-based C alloy, the elongation and impact value increased compared to the standard material, and the workability during forging and rolling was improved. .
また、導電率については、発明材1〜4は比較材1〜4とそれぞれ略同一であって、規格材と同等な導電性が得られた。 Moreover, about the electrical conductivity, invention materials 1-4 were substantially the same as comparative materials 1-4, respectively, and the electroconductivity equivalent to a standard material was obtained.
[機械的性質、導電性(加工材)]
表5は、発明材1〜4、比較材1〜4の各加工材の機械試験と導電試験の結果を示す。
[Mechanical properties, conductivity (processed material)]
Table 5 shows the results of mechanical tests and conductivity tests of the processed materials of the inventive materials 1 to 4 and the comparative materials 1 to 4.
表5によると、発明材2、4で引張強さと耐力がそれぞれ比較材2、4よりも若干減少するが、伸びと衝撃値は、全ての発明材1〜4において、比較材1〜4よりも増加している。すなわち、本発明に係わるアルミニウム合金の加工材では、全ての合金系において規格材よりも伸びと衝撃値が増加し、輸送系の構造材に適した特性が得られた。 According to Table 5, the tensile strength and proof stress of Inventive Materials 2 and 4 are slightly smaller than those of Comparative Materials 2 and 4, respectively. Has also increased. That is, the aluminum alloy processed material according to the present invention has an elongation and impact value that are higher than those of the standard material in all alloy systems, and characteristics suitable for the structural material of the transport system are obtained.
なお、鋳塊では比較材3との差が殆ど認められなかったC合金の発明材3については、前述した伸びと衝撃値に加え、引張強さの増加も認められた。 In addition, in addition to the elongation and impact values described above, an increase in tensile strength was also observed for the invention material 3 of the C alloy in which almost no difference from the comparative material 3 was observed in the ingot.
また、導電率については、鋳塊と同様に、発明材1〜4は比較材1〜4とそれぞれ略同一であって、規格材とほぼ同等な導電性が得られた。 Moreover, about the electrical conductivity, like the ingot, the inventive materials 1 to 4 were substantially the same as the comparative materials 1 to 4, respectively, and the electrical conductivity almost equivalent to the standard material was obtained.
[加工性]
表6は、発明材1〜4、比較材1〜4の加工材のプレス試験の結果を示す。
[Machinability]
Table 6 shows the results of the press test of the processed materials of the inventive materials 1 to 4 and the comparative materials 1 to 4.
表6によると、限界据え込み率と最大荷重は、全ての発明材1〜4において、比較材1〜4よりも増加している。すなわち、本発明に係わるアルミニウム合金の加工材では、全ての合金系において規格材よりも限界据え込み率と最大荷重が増加し、加工性、特に鍛造性が向上した。 According to Table 6, the limit upsetting rate and the maximum load are higher than those of the comparative materials 1 to 4 in all the inventive materials 1 to 4. That is, in the aluminum alloy processed material according to the present invention, the limit upsetting rate and the maximum load increased in all alloy systems as compared with the standard material, and the workability, particularly forgeability, was improved.
また、図3に、発明材1〜4、比較材1〜4の各鋳塊の切削性を示す切粉の外観写真を示す。 Moreover, in FIG. 3, the external appearance photograph of the chip which shows the machinability of each ingot of invention materials 1-4 and comparative materials 1-4 is shown.
図3によると、切粉の外観は、全ての発明材1〜4において、比較材1〜4との間に大きな違いは認められない。すなわち、本発明に係わるアルミニウム合金の鋳塊では、全ての合金系において、規格材とほぼ同等な切粉分断性が得られた。 According to FIG. 3, the appearance of the chips is not significantly different from the comparative materials 1 to 4 in all the inventive materials 1 to 4. That is, in the ingot of aluminum alloy according to the present invention, chip fractionability almost equal to that of the standard material was obtained in all alloy systems.
ここで、一般に、アルミニウムの純度が上昇すると、素地の軟化などにより、切粉が機械加工用の刃物などに焼き付いたり、絡まったりして、機械加工が困難となり、切粉の外観が大きく変化する。これに対し、前述の如く、発明材1〜4と比較材1〜4との硬度差は小さいことから、切粉の外観変化も小さくなったものと考えられる。 Here, in general, when the purity of aluminum increases, the chip becomes seized or entangled with a cutting tool for machining due to softening of the substrate, making machining difficult, and the appearance of the chip changes greatly. . On the other hand, as described above, since the difference in hardness between the inventive materials 1 to 4 and the comparative materials 1 to 4 is small, it is considered that the change in the appearance of the chips is also reduced.
[耐食性]
表7は、発明材1〜4、比較材1〜4の加工材の耐食性試験の結果を示す。
[Corrosion resistance]
Table 7 shows the results of the corrosion resistance test of the processed materials of the inventive materials 1 to 4 and the comparative materials 1 to 4.
表7によると、酸性液中、アルカリ液中のいずれにおいても、溶存Al量は、全ての発明材1〜4において、比較材1〜4よりも減少している。すなわち、本発明に係わるアルミニウム合金の加工材では、全ての合金系において規格材よりも腐食量が減少し、耐食性が向上した。 According to Table 7, the dissolved Al content in all of the invention materials 1 to 4 is lower than that of the comparative materials 1 to 4 in both the acidic solution and the alkaline solution. That is, in the processed material of the aluminum alloy according to the present invention, the corrosion amount was reduced and the corrosion resistance was improved in all alloy systems as compared with the standard material.
詳しくは、アルカリ液中よりも酸性液中における溶存Al量の減少量の方が大きい。これは、アルカリ液中では、合金面の全面で腐食が均一に進行する「全面腐食」が起こり易いのに対し、酸性液中では、合金面の欠陥部分から腐食が局部的に孔状に進行する「孔食」が起こり易いため、この欠陥部分になりうる粗大な金属間化合物の析出量の差の影響が、アルカリ液中よりも酸性液中で大きく現れたためと考えられる。 Specifically, the amount of decrease in the amount of dissolved Al in the acidic liquid is larger than that in the alkaline liquid. This is because, in an alkaline solution, “overall corrosion,” where corrosion progresses uniformly on the entire surface of the alloy surface, is likely to occur, whereas in acidic solution, corrosion progresses locally from the defective portion of the alloy surface in the form of pores. This is considered to be because the effect of the difference in the amount of precipitation of coarse intermetallic compounds that can become defective portions appears more greatly in the acidic liquid than in the alkaline liquid.
更に、この酸性液中で比較すると、Al−Cu−Mg系の発明材1、Al−Zn−Mg−Cu−Cr系の発明材4は、Al−Mg系の発明材2、Al−Mg−Si系の発明材3に比べ、比較材に対する溶存Al量の減少量が小さい。 Furthermore, when compared in this acidic solution, the inventive material 1 of Al—Cu—Mg system, the inventive material 4 of Al—Zn—Mg—Cu—Cr system, the inventive material 2 of Al—Mg system, Al—Mg— Compared to the Si-based invention material 3, the amount of decrease in the dissolved Al amount relative to the comparative material is small.
これは、前述の如く、Cuによる電位差緩和の効果が金属間化合物による腐食の効果よりも顕著に現れたためと考えられる。 This is presumably because the effect of reducing the potential difference due to Cu appeared significantly more than the effect of corrosion due to the intermetallic compound, as described above.
以上のように、本発明を適用したアルミニウム合金は、一般規格にほぼ準じながら、規格材よりも優れた機械的性質や耐食性などの各種品質を有するものとなっている。 As described above, the aluminum alloy to which the present invention is applied has various qualities such as mechanical properties and corrosion resistance, which are superior to standard materials, almost in accordance with general standards.
Claims (5)
残部は、前記元素群に含まれる元素以外の元素から成る不可避的不純物元素とAlとから成り、
該不可避的不純物元素の総含有量が0.01wt%以下である
アルミニウム合金。 Including at least one additive element in the element group consisting of Cu, Si, Mg, Zn, Cr, Mn,
The remainder consists of inevitable impurity elements consisting of elements other than the elements included in the element group and Al,
An aluminum alloy having a total content of the inevitable impurity elements of 0.01 wt% or less.
wt%で、Cu:4.0〜5.0%、Mg:0.4〜0.8%、Si:0.2〜1.0%、Mn:0.5〜1.0%である
請求項1に記載のアルミニウム合金。 The additive element is
In wt%, Cu: 4.0-5.0%, Mg: 0.4-0.8%, Si: 0.2-1.0%, Mn: 0.5-1.0%. Item 2. The aluminum alloy according to Item 1.
wt%で、Mg:4.0〜5.0%、Mn:0.5〜1.2%、Cr:0.05〜0.10%である
請求項1に記載のアルミニウム合金。 The additive element is
The aluminum alloy according to claim 1, wherein wt% is Mg: 4.0-5.0%, Mn: 0.5-1.2%, Cr: 0.05-0.10%.
wt%で、Mg:0.8〜1.2%、Si:0.5〜1.0%、Cu:0.15〜0.35%、Cr:0.05〜0.20%である
請求項1に記載のアルミニウム合金。 The additive element is
wt%, Mg: 0.8-1.2%, Si: 0.5-1.0%, Cu: 0.15-0.35%, Cr: 0.05-0.20%. Item 2. The aluminum alloy according to Item 1.
wt%で、Zn:5.0〜5.5%、Mg:2.5〜3.0%、Cu:1.2〜2.5%、Cr:0.15〜0.25%である
請求項1に記載のアルミニウム合金。 The additive element is
In wt%, Zn: 5.0-5.5%, Mg: 2.5-3.0%, Cu: 1.2-2.5%, Cr: 0.15-0.25%. Item 2. The aluminum alloy according to Item 1.
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