JPH0770688A

JPH0770688A - 高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0770688A
Application number: JP21613393A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kaita; 一浩貝田; Masakazu Hirano; 正和平野; Takashi Oka; 貴志岡
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-14
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JP2928445B2

Abstract

(57)【要約】【目的】強度が高く、曲げ加工性及び耐応力腐食性が
優れており、バンパー及びサイドメンバー等の自動車部
品用の材料として好適の高強度アルミニウム合金押出材
及びその製造方法を提供することを目的とする。【構成】アルミニウム合金押出材は、Ｚｎ；５．０乃
至７．０重量％、Ｍｇ；１．０乃至１．５重量％、Ｃ
ｕ；０．１乃至０．３重量％、Ｚｒ；０．０５乃至０．
２重量％及びＴｉ；０．００１乃至０．０５重量％、Ｃ
ｒ；０．０３乃至０．２重量％を主成分とし、且つＭ
ｎ；０．３重量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避
的不純物からなる。そして、このアルミニウム合金押出
材は、表面再結晶層の厚さが肉厚の７％以下、平均粒径
が１５０μｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車のバンパー、バン
パーステイ及びサイドメンバー等の自動車部品用のアル
ミニウム合金押出材として好適の高強度アルミニウム合
金押出材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金は鉄に比して軽量であ
ると共に、錆びにくいという長所があり、近年、自動車
の部品に広く使用されるようになってきた。

【０００３】ところで、自動車部品のうち、例えばサイ
ドメンバー又はバンパー等に使用される材料としては、
衝撃吸収性及び曲げ加工性が優れていることが要求され
る。このため、従来、これらの用途にはＳＰＣＣ等の鋼
板が使用されていた。しかし、近年、これらの部品に対
しても軽量化の要求が強く、自動車メーカーにおいては
これらの部品にもアルミニウム合金押出型材を使用する
ことが検討されている。この場合に、高強度であると共
に、生産性が優れている７０００系（Ａｌ-Ｍｇ-Ｚｎ
系）合金が自動車部品用のアルミニウム合金押出材とし
て注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高強度アルミニウム合金である７０００系アルミニウム
合金材は生産性、特に押出性及び溶着性が悪いという欠
点がある。例えば、ＪＩＳ７００３を使用したＡｌ合金
押出材では強度が十分でない。一方、強度を満足するＪ
ＩＳ７０７５合金の場合は、ポートホール押出ができな
いと共に、押出速度も遅くする必要がある。また、この
７０００系アルミニウム合金材は応力腐食割れが生じや
すいという問題点もある。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高強度であると共に、曲げ加工性及び耐応
力腐食割れ性が優れており、バンパー及びサイドメンバ
ー等の自動車部品用の材料として好適の高強度アルミニ
ウム合金押出材及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度アル
ミニウム合金押出材は、Ｚｎ；５．０乃至７．０重量
％、Ｍｇ；１．０乃至１．５重量％、Ｃｕ；０．１乃至
０．３重量％、Ｚｒ；０．０５乃至０．２重量％、Ｔ
ｉ；０．００１乃至０．０５重量％、Ｃｒ；０．０３乃
至０．２重量％を主成分とし、且つＭｎ；０．３重量％
以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる
組成を有する。そして、このアルミニウム合金押出材の
表面再結晶層の厚さは肉厚の７％以下、表面再結晶の平
均粒径は１５０μｍ以下である。

【０００７】本発明に係る高強度アルミニウム合金押出
材の製造方法は、上記組成を有するアルミニウム合金材
を４００乃至４８０℃に加熱した後、押出成形し、次い
で２００℃／分以上の平均冷却速度で空冷し、その後人
工時効処理を施すことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明においては、押出条件及び時効処理条件
の規定によってアルミニウム合金を高強度とし、押出後
のアルミニウム合金押出材の表面再結晶層の厚さと再結
晶粒径を規定することにより耐応力腐食割れ性を向上さ
せる。

【０００９】以下に、本発明に係るアルミニウム合金押
出材の各成分の添加理由及びその組成限定理由について
説明する。

【００１０】Ｚｎ；ＺｎはＭｇと共存して合金に時効性
を与え、人工時効により強度を向上させる作用を有す
る。Ｚｎの含有量が５．０重量％未満では強度の向上が
十分でなく、また７．０重量％を超えると強度は高くな
るものの、伸びは低下し、加工性が劣化する。従って、
Ｚｎは、５．０乃至７．０重量％とする。

【００１１】Ｍｇ；Ｍｇはアルミニウム合金の強度を高
める主要な元素である。しかし、Ｍｇの含有量が１．０
重量％未満では強度を向上させる効果を十分に得ること
ができない。また、Ｍｇ含有量が１．５重量％を超える
と強度は高くなるが、伸びの低下及び溶着性の劣化を招
く。従って、Ｍｇは、１．０乃至１．５重量％とする。

【００１２】Ｃｕ；Ｃｕは強度の向上と耐応力腐食割れ
性を改善する効果がある。しかし、Ｃｕの含有量が０．
１重量％未満ではその効果が十分でなく、０．３重量％
を超えると焼入れ感受性が高くなり、強度低下を招く。
従って、Ｃｕは０．１乃至０．３重量％とする。

【００１３】Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｎ；Ｚｒ、Ｃｒ及びＭｎは
結晶粒を微細化する効果がある。しかし、Ｚｒの含有量
が０．０５重量％未満、Ｃｒの含有量が０．０３重量％
未満の場合はその添加効果が十分でなく、また、Ｚｒ及
びＣｒの含有量が夫々０．２重量％、Ｍｎの含有量が
０．３重量％を超えると、その添加効果は飽和する。従
って、Ｚｒは、０．０５乃至０．２重量％、Ｃｒは０．
０３乃至０．２重量％、Ｍｎは０．３重量％以下とす
る。なお、望ましくはＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎの総量が０．７
重量％以下とする。

【００１４】Ｔｉ；Ｔｉはアルミニウム合金鋳塊中の結
晶粒を微細化する効果がある。しかし、含有量が０．０
０１重量％未満ではその効果を十分得ることができず、
また、０．０５重量％を超えると結晶粒微細化効果が飽
和してそれ以上の添加は無駄になる。従って、Ｔｉ含有
量は０．００１乃至０．０５重量％とする。

【００１５】次に、再結晶層の厚さと再結晶の平均粒径
の限定理由について説明する。７０００系の材料では常
に耐応力腐食割れ性が問題となり、上述の組成のアルミ
ニウム合金でも、耐応力腐食割れ性に注意する必要があ
る。しかしながら、本願発明者等は、表面再結晶層の厚
さが肉厚の７％以下、再結晶の平均粒径が１５０μｍ以
下である場合は耐応力腐食割れを抑制することができる
ことを見出した。表面再結晶層の厚さが肉厚の７％を超
えるか、又は再結晶の平均粒径が１５０μｍより大きく
なると、耐応力腐食割れ性が急激に低下する。従って、
押出材の表面再結晶層の厚さは肉厚の７％以下とし、表
面再結晶の平均粒径は１５０μｍ以下とする。

【００１６】以下、本発明に係る高強度アルミニウム合
金押出材の製造方法について説明する。本発明において
は、上述の組成のアルミニウム合金材を４００乃至４８
０℃に加熱した後、押出成形する。次いで、この押出材
を２００℃／分以上の平均冷却速度で空冷し、その後、
人工時効処理を行う。これにより、高強度であると共
に、表面再結晶層の厚さ及び粒径が制御され、耐応力腐
食割れ性が優れたアルミニウム合金押出材を製造するこ
とができる。製造条件がこれから外れた場合は強度が十
分高いものでなくなるか、又は耐応力腐食割れ性が急激
に劣化する。

【００１７】このようにアルミニウム合金材の組成及び
製造条件を規定することにより、表面再結晶層の厚さを
肉厚の７％以下とし、表面再結晶の平均粒径を１５０μ
ｍ以下とすることができる。そして、本発明において
は、表面再結晶層の厚さ及び平均粒径を規制することに
より、耐応力腐食割れ性の低下を防止する。また、熱処
理工程における処理条件を規制することで強度を満足さ
せ、更に表面再結晶層の厚さ及び平均粒径をコントロー
ルする。人工時効処理は強度の向上に寄与し、押出温度
は強度の向上及び金属組織の適正化に寄与する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。

【００１９】先ず、下記表１に示す組成のアルミニウム
合金鋳塊（直径が１５５ｍｍ）を通常の方法により溶製
した。なお、比較例６は７００３相当のアルミニウム合
金であり、比較例７は７Ｎ０１相当のアルミニウム合金
である。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に、これらの鋳塊に対して、４８０℃の
温度で８時間の均質化処理を施した。その後、押出速度
が３ｍ／分、押出温度が４６０℃（但し、一部の材料は
５００℃）の条件で押出加工して、横断面における外縁
の一辺が６０ｍｍ、他辺が４５ｍｍ、肉厚が２ｍｍの角
パイプを得た。そして、この角パイプを押出後、強制フ
ァンで空冷した。押出温度を表１に併せて示す。次に、
各角パイプを所定の長さに切断し、１３０℃の温度で１
２時間の人工時効処理を施し、供試材とした。

【００２２】これらの実施例及び比較例の各供試材を切
断した後、鏡面研磨仕上げを行い、その後エッチングを
施し、顕微鏡写真を撮影して、その写真を基に表面再結
晶層の厚さ及び表面再結晶の平均粒径を測定した。即
ち、図１に示すように、アルミニウム合金押出材２の表
面の再結晶組織層１の厚さをｔ₁、この再結晶組織層１
を含めた押出材２の全体の厚さをｔ₂として、表面再結
晶組織層の厚さを下記数式１により定義した。また、再
結晶の平均粒径はＪＩＳＨ０５０１の切断法にて測定し
た。

【００２３】

【数１】再結晶組織層厚さ（％）＝（表面再結晶組織層
厚さｔ₁）／（押出材厚さ又は径ｔ₂）×１００

【００２４】これらの実施例及び比較例の各供試材につ
いて、引張強さσ_B、耐力σ_0.2及び破断伸びδをＪＩＳ
に規定する金属材料試験方法に準じて測定した。下記表
２はこれらの試験結果と表面再結晶層の厚さ及び平均粒
径を示す。また、表３は各供試材の強度、曲げ加工性及
び応力腐食割れ性を示す。表３において、強度評価は、
耐力が３７ｋｇｆ／ｍｍ²以上の場合を○、３７ｋｇｆ
／ｍｍ²未満の場合を×とした。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】図２は曲げ試験方法（ドローベンディン
グ）を示す模式図である。直管状の供試材８の内側の略
半分の部分に芯金３を挿入し、この部分を圧力型５及び
ワイパー（しわ防止当金）６により挟んで供試材８を固
定し、芯金３が挿入されていない部分の供試材８をクラ
ンプ型４により握持した。このクランプ型４にはベンダ
ーの曲げ中心半径と同一の半径を有する曲げ型７が固定
されており、クランプ型４を上昇させて供試材８を持ち
上げると共に、供試材８を曲げ型７に沿って曲げ加工し
た。そして、ベンダーの曲げ中心半径（ｍｍ）を２０
０、２２０、２５０と変えて３０°曲げでの限界曲げ半
径を測定し、これにより供試材８の曲げ加工性を評価し
た。

【００２８】更に、応力腐食割れ性はＪＩＳＨ８７１１
に準じて試験した。試験片は押出方向と垂直の方向に採
取し、２５ｋｇｆ／ｍｍ²の応力を印加し試験した。腐
食をより促進させるために試験液にクロム酸を用い、９
５℃の温度で１８０分まで試験し、割れた時間を限界割
れ時間として評価した。これらの評価結果を表３に示
す。更に、これらの結果からバンパー及びサイドメンバ
ー等の自動車部品用の材料としての適性を総合評価し
た。その結果も表３に併せて示す。但し、表３におい
て、バンパー及びサイドメンバー等の自動車部品の材料
として適している場合を○、適していない場合を×で示
した。また、表面再結晶層の層厚、平均粒径と曲げ性、
強度、応力腐食割れ性の評価を図３に示す。Ａが強度、
Ｂが曲げ性、Ｃが応力腐食割れ性（ＳＣＣ）の評価で白
抜きが良好である。図３において、１〜７の符号は、夫
々比較例１〜７を示す。

【００２９】この表３及び図３から明らかなように、実
施例１は強度、曲げ加工性及び応力腐食割れ性のいずれ
も良好である。一方、押出温度が高い比較例１及びアル
ミニウム合金の成分が本願から外れる比較例２〜７はい
ずれも強度、曲げ加工性及び応力腐食割れ性の少なくと
もいずれかが満足できるものではなかった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るアルミ
ニウム合金押出材は、所定量のＣｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｚ
ｎ、Ｔｉ、Ｃｒを主成分とし、且つＭｎを含有し、残部
がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、表面再
結晶層の厚さ及び表面再結晶の平均粒径を夫々所定の範
囲に規定するから、高強度でしかも曲げ加工性及び耐応
力腐食性が優れており、バンパー及びサイドメンバー等
のような自動車部品用のアルミニウム合金押出材として
好適である。

【００３１】また、本発明方法によれば、所定量のＣ
ｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｒを主成分とし、且つ
Ｍｎを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる
アルミニウム合金材を所定の条件で押出し加工及び熱処
理するから、上述の高強度でしかも曲げ加工性及び耐応
力腐食性が優れ、バンパー及びサイドメンバー等の自動
車部品用のアルミニウム合金押出材に好適な押出材を製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における再結晶組織層の厚さを示す模式
図である。

【図２】曲げ試験方法を示す模式図である。

【図３】表面再結晶層の層厚及び平均粒径と、強度、曲
げ性及び耐応力腐食割れ性の評価結果との関係を示すグ
ラフ図である。

【符号の説明】

１；表面再結晶層２；押出材３；芯金４；クランプ型５；圧力型６；ワイパー７；曲げ型８；供試材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ；５．０乃至７．０重量％、Ｍｇ；
１．０乃至１．５重量％、Ｃｕ；０．１乃至０．３重量
％、Ｚｒ；０．０５乃至０．２重量％、Ｔｉ；０．００
１乃至０．０５重量％、Ｃｒ；０．０３乃至０．２重量
％を主成分とし、且つＭｎ；０．３重量％以下を含有
し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有
し、表面再結晶層の厚さが肉厚の７％以下、表面再結晶
の平均粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とする高
強度アルミニウム合金押出材。
【請求項２】Ｚｎ；５．０乃至７．０重量％、Ｍｇ；
１．０乃至１．５重量％、Ｃｕ；０．１乃至０．３重量
％、Ｚｒ；０．０５乃至０．２重量％、Ｔｉ；０．００
１乃至０．０５重量％、Ｃｒ；０．０３乃至０．２重量
％を主成分とし、且つＭｎ；０．３重量％以下を含有
し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成のアル
ミニウム合金材を４００乃至４８０℃に加熱した後、押
出成形し、次いで２００℃／分以上の平均冷却速度で空
冷し、その後人工時効処理を施すことを特徴とする高強
度アルミニウム合金押出材の製造方法。