鋁合金及使用其的擠出型材的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種抗應力腐蝕裂痕性和擠出性優(yōu)異的高強度的鋁合金及使用其的擠出型材的制造方法。用以達到上述目的的鋁合金特征在于，由按質量%計1.6～2.6%的Mg、6.0%～7.0%的Zn、0.5%以下的Cu、0.01～0.05%的Ti、以及剩余部分的Al和不可避免的雜質組成。
【專利說明】鋁合金及使用其的擠出型材的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高強度、抗應力腐蝕裂痕性優(yōu)異、生產(chǎn)性高的鋁合金及使用其的擠出型材的制造方法。
【背景技術】
[0002]為匹配車輛的側梁等的構造部件或強化保險杠、側門梁等的吸收能量的部件，為了通過減輕重量而謀求燃料效率的提高，對于高強度的鋁材料的要求很高。
[0003]但是，在JIS7000類的鋁合金中，如果為了達到提高材料強度的目的而增加Mg、Zn、Cu等的添加量，則由于與強度相反的韌性的下降、在結晶晶界產(chǎn)生對于鋁的電位低的MgZn2沉淀物，因此具有不僅抗應力腐蝕裂痕性下降而且擠出性顯著下降的問題。
[0004]迄今，本 申請人:提出使用添加了 1.5~2.0%的Mg、7.0~9.0%的Ζη、0.2~0.4%的Cu等的鋁合金擠出后以1000°C /分以上的迅速的冷卻速度淬火處理得到的高強度鋁合金(專利文獻I)。
[0005]為了使該公開文本中公開的鋁材料高強度、韌性優(yōu)異，并且確保1000°C /分以上的冷卻速度,必須水淬。
[0006]因此，設想在通過水淬氫氣被包埋在擠出材料中的情況下發(fā)生脆化，留下了進一步改善抗應力腐蝕裂痕性的余地。
[0007]作為其特征 在于Mg、Zn和Cu的添加量的鋁合金，專利文獻2公開了 0.9~1.3%的Mg、8.0~10.0%的Ζη、0.45~0.55%的Cu的汽車構成部件用鋁合金，專利文獻3公開了 1.0~1.5%的Mg、5.0~7.0%的Ζη、0.1~0.3%的Cu的高強度的鋁合金，但是這些鋁合金的Mg添加量分別在1.3%以下，1.5%以下，因此很難確保0.2%試驗應力在470MPa以上。
[0008]此外，由于專利文獻2的Zn添加量高達8%以上，因此抗應力腐蝕裂痕性也存在問題。
[0009]專利文獻4公開了添加1.9~2.6%的Mg、5.7~6.7%的Zn、2.0~2.6%的Cu的鋁合金，但是由于添加2.0%以上的Cu成分，預期擠出性顯著下降，不適合于例如強化保險杠那樣的中空截面形狀的擠出材料的制造。
[0010]專利文獻1:日本國專利第3735407號公報
[0011]專利文獻2:日本國專利第3834076號公報
[0012]專利文獻3:日本國專利第2928445號公報
[0013]專利文獻4:日本國專利第4498180號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的問題
[0015]本發(fā)明的目的是提供一種抗應力腐蝕裂痕性和擠出性優(yōu)異的高強度的鋁合金及使用其的擠出型材的制造方法。[0016]解決問題的方案
[0017]根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，其特征在于，其由按質量％計1.6~2.6%的Mg、6.0%~7.0%的Ζη、0.5%以下的Cu、0.01~0.05%的Ti以及剩余部分的Al和不可避免的雜質組成。
[0018]如果使用由這樣的化學成分組成的鋁合金，無需擠出后立刻的水淬，或者擠出加工后的加熱和水淬，能夠以空氣冷卻水平的淬火得到0.2%試驗應力在470MPa以上的高強度。
[0019]并且，由于不需要水淬，不存在應力腐蝕裂痕的原因之一的氫氣的包埋，因此能夠改善抗應力腐蝕裂痕性。
[0020]此外，為了抑制擠出加工時擠出材料表面的重結晶顆粒的生成，也可添加總計為0.15~0.6%的Mn、Cr和Zr中的I種或2種以上。
[0021 ] 如果由此抑制擠出材料表面的重結晶顆粒的生成，則可以進一步提高抗應力腐蝕裂痕性。
[0022]使用這樣的鋁合金，鑄造坯錠，在500~560°C的范圍內(nèi)進行均質化處理，進行擠出加工時，在擠出后立刻以50°C /分~500°C /分的范圍內(nèi)的冷卻速度使用風扇空氣冷卻進行冷卻，不需要水淬，因此在確保高強度的同時能夠改善抗應力腐蝕裂痕性。
[0023]接下來，說明化學成分(質量％)的選定理由和制造條件。
[0024]如果Mg成分少于1.6%，則不能夠確保減輕制品的重量所必要的高強度，如果超過
2.6%，則擠出性下降。
`[0025]因此，Mg的添加量可在1.6~2.6%的范圍內(nèi)。
[0026]如果Zn成分較6.0%少，則不能夠確保必要的高強度，如果超過?.0%，則抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0027]因此，Zn的添加量可在6.0~7.0%的范圍內(nèi)。
[0028]Cu成分賦予強度，如果超過0.5%，則擠出性下降。
[0029]因此，Cu的添加量優(yōu)選0.5%以下，從得到Cu添加的效果的觀點出發(fā)，優(yōu)選使Cu的添加量在0.1~0.5%的范圍內(nèi)。
[0030]更優(yōu)選的為可使Cu的添加量在0.15~0.4%的范圍內(nèi)。
[0031 ] Mn、Cr、Zr成分由于抑制擠出材料表面的粗大的重結晶顆粒的生成，抑制裂痕的擴散，因此賦予抗應力腐蝕裂痕性的增加，如果總計少于0.15%則不能夠得到這種效果，如果總計超過0.6%則淬火敏感性變得敏銳，不能夠確保必要的強度。
[0032]在單獨添加Mn、Cr、Zr任何一個的情況下，優(yōu)選單獨為0.10~0.30%的范圍。
[0033]此外，雖然Zr單獨即具有充分抑制重結晶顆粒生成的效果，為了纖維組織的穩(wěn)定化，可與Mn、Cr組合。
[0034]Ti成分在將鋁合金的金屬熔液鑄造為坯錠時具有微細化結晶顆粒的效果，一般按照0.01~0.05%的范圍添加。
[0035]Fe成分以及Si成分作為雜質在鋁的精煉和鑄造工序中混入的情況很多。
[0036]在7000類的高強度鋁合金中，如果Fe和Si的混入量多則有韌性下降的可能，F(xiàn)e成分的混入量可在0.3%以下，優(yōu)選在0.2%以下。
[0037]此外，Si成分的混入量優(yōu)選在0.1%以下。
[0038]上述以外的雜質也優(yōu)選除了 Fe、Si以外總計控制在0.1%以下。[0039]下面，說明坯錠的均質化處理條件和擠出條件。
[0040]如果坯錠的均質化處理低于500°C，則由于不能進行充分的溶質元素的溶解(固溶)，不能夠確保必要的強度，如果超過560°C進行均質化處理，則有坯錠局部熔融的可能，即使局部熔融少能夠擠出，但通過均質化處理生成的沉淀物少，不能夠抑制擠出型材的重結晶，因此抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0041]因此，坯錠的均質化處理可在500~560°C范圍內(nèi)進行。
[0042]此外，如果擠出時不以400°C以上的溫度加熱坯錠，則不能夠確保500°C以上的型材溫度，由于不能夠通過經(jīng)擠出后的風扇空氣冷卻的加壓端淬火形成過飽和固溶體，因此不能夠確保必要的強度。
[0043]此外，如果擠出型材的型材溫度超過585°C，則在擠出型材表面產(chǎn)生起皮或龜裂(匕。'7夕7* 7 7?！│?)等的缺陷。 [0044]因此，優(yōu)選控制為:坯錠的預熱溫度在400°C以上，剛擠出后的型材溫度在500~585°C的范圍內(nèi)。
[0045]如果擠出后的冷卻速度小于50°C /分，則不能夠確保必要的強度，如果達到500°C /分以上的冷卻速度，則由于用風扇空氣冷卻的冷卻能力不足制造存在困難，即使通過擠出后水冷卻(沖模端T6)確保500°C /分以上的冷卻速度，由于材料中包埋氫氣而脆化，具有抗應力腐蝕裂痕性下降的可能。
[0046]因此，優(yōu)選通過不進行水冷卻的風扇空氣冷卻，將冷卻速度控制在50~500°C /分的范圍內(nèi)。
[0047]發(fā)明效果
[0048]根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，通過謀求Mg、Zn和Cu成分的添加量的組合的最優(yōu)化，在擠出后無需水淬，通過風扇空氣冷卻能夠得到試驗應力在470MPa以上的高強度，通過控制Cu成分在0.5%以下擠出性優(yōu)異。
[0049]因此，不僅是如圖7所示的中間實心的截面型材，而且如圖5、圖6所示的目字形狀的中空截面型材的擠出均是可能的。
[0050]由于這樣無需進行水淬就能夠得到高強度，因此能夠防止原因在于氫氣包埋的抗應力腐蝕裂痕性的下降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051][圖1]顯示根據(jù)本發(fā)明的鋁合金的化學成分。
[0052][圖2]顯示在比較評價中使用的鋁合金的化學成分。
[0053][圖3]顯示使用根據(jù)本發(fā)明的鋁合金的擠出條件和評價結果。
[0054][圖4]顯示使用比較評價的鋁合金的擠出條件和評價結果。
[0055][圖5]顯示擠出型材的截面形狀例。
[0056][圖6]顯示擠出型材的截面形狀例。
[0057][圖7]顯示擠出型材的截面形狀例。
【具體實施方式】
[0058]為了圖1的表中所示的根據(jù)本發(fā)明的鋁合金和評價，調(diào)整作為比較例的圖2的表中所示的化學成分組成的鋁合金的金屬熔液，鑄造坯錠。
[0059]另外，表中的成分值(質量％)顯示鑄造后的分析值。
[0060]鑄造直徑8央寸的還徒以供擠出。
[0061]坯錠的均質化處理(HOMO保持溫度)條件和擠出條件以及評價結果示于圖3和圖4的表中。
[0062]表中的HOMO保持溫度、擠出條件顯示適當?shù)姆秶?，各個數(shù)據(jù)顯示測定值。
[0063]表中，坯錠溫度顯示擠出前的坯錠的預熱溫度，擠出后型材溫度顯示剛擠出后擠出型材的表面溫度的測定結果。
[0064]此外，擠出后冷卻速度測定為，剛擠出后用風扇裝置向擠出型材吹風直至型材溫度降至200°C以下的冷卻速度。
[0065]表中，SCC顯示抗應力腐蝕裂痕性，如下評價。
[0066]抗應力腐蝕裂痕性為，將向材料負荷為試驗應力的80%的抗應力得到的樣品于25°C浸潰于3.5%的NaCl水溶液中10分鐘，然后，于室溫25°C，濕度40%的環(huán)境中，進行50分鐘的自然干燥，將上述循環(huán)作為I次循環(huán)，通過這樣的環(huán)境實施加速試驗，如果經(jīng)過720次循環(huán)而不產(chǎn)生抗應力腐蝕裂痕，可以判斷為具有適合應用于強化保險杠等的構造材料的抗應力腐蝕裂痕性。
[0067]在表中的機械性質中，σ Β為抗拉強度，σα2為試驗應力，δ顯示伸長，基于JISΖ2241從擠出型材切割出5號試驗片進行測定。
[0068]并且，微結構中的重結晶率通過顯微鏡測定在與擠出方向垂直的方向切斷后的截面而計算出重結晶區(qū)域的面積比。
[0069]擠出性為，在將圖5~圖7中所示的截面形狀的型材擠出時的形狀測定中，沒有深度為0.5mm以上的表面缺陷的情況視為正常，評價是否有其以上的表面缺陷(即龜裂、起皮)。
[0070]< 考察 >
[0071].實施例1~13，能夠確保減輕強化保險杠等的重量所必要的試驗應力在470MPa以上的強度，并且，抗應力腐蝕裂痕性優(yōu)異。
[0072].比較例1、2，H0M0保持溫度高于560°C，局部熔融少而能夠擠出，但是通過均質化處理生成的沉淀物少，不能夠抑制擠出型材的重結晶，因此抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0073]?比較例3、5、8、10~15、20的Mg添加量少于1.6%，不能夠確保試驗應力在470MPa以上。
[0074].比較例16、25的Zn添加量多于7.0%,抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0075].比較例4、6雖然Mg添加量少于1.6%，但是Zn添加量多于7.0%，因此確保了必要的強度，但是抗應力腐蝕裂痕 性下降。
[0076].比較例7的Zn添加量少于6.0%，不能夠確保必要的強度。
[0077].比較例9的擠出后的冷卻速度小于50°C /分，因此不能夠確保必要的強度。
[0078].比較例17、18的HOMO保持溫度偏離了設定條件，并且溫度低時不能夠確保必要的強度，溫度高時，由于坯錠局部熔融，因此不能夠擠出。
[0079].比較例19的Mg添加量少于1.6%，擠出后的冷卻速度小于50°C /分，因此不能夠確保必要的強度。[0080]. 比較例21的Mg添加量少于1.6%，不能夠確保必要的強度，Mn+Cr+Zr的添加量的總和少于0.15%，因此不能夠抑制擠出型材的重結晶，抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0081].比較例22的Mg添加量少，因此不能夠確保必要的強度，由于進行了擠出后的水冷卻，所以冷卻速度大于500°C /分，材料中包埋入氫氣而脆化，抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0082].比較例23、24的擠出后的型材溫度高于585°C，在型材表面發(fā)生起皮、龜裂。
[0083].比較例26的Mg添加量少于1.6%，因此不能夠確保必要的強度，由于Zn添加量多于7%，因此不能夠確保抗應力腐蝕裂痕性。
[0084].比較例27、28的Mg添加量少于1.6%，因此不能夠確保必要的強度，Mn+Cr+Zn添加量的總和少于0.15%，因此不能夠抑制擠出型材的重結晶，抗應力腐蝕裂痕性下降。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的鋁合金擠出性優(yōu)異，能夠制造圖5~圖7所示的截面形狀的擠出型材。
[0086]圖5為在強化保險杠等中使用的目字截面形狀的擠出型材的例子，其顯示如果尺寸a超過40mm且在75mm以下，尺寸b在120mm以下，則能夠擠出以單位mm計3≦t1≦8、
l≦t2≦6、1 ≦ t3 (t31、t32、......) ≦ 6的沮圍內(nèi)的擠出型材。
[0087]對于圖6和圖7所不的截面形狀的擠出型材,也用與圖5相同的含義在圖中表不出能夠擠出加工的尺寸范圍。
[0088]工業(yè)上利用的可能性
[0089]如果使用根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，則能夠得到高強度、抗應力腐蝕裂痕性優(yōu)異的擠出型材，因此能夠應用于車輛的構造部件等。
【權利要求】
1.一種鋁合金，其特征在于，其由按質量％計1.6~2.6%的Mg、6.0%~7.0%的Zn、0.5%以下的Cu、0.01~0.05%的Ti以及剩余部分的Al和不可避免的雜質組成。
2.—種鋁合金，其特征在于，其由按質量％計1.6~2.6%的Mg、6.0%~7.0%的Zn、0.1~0.5%的Cu,0.01~0.05%的T1、此外含有的總計為0.15~0.6%的Mn、Cr和Zr中的I種或2種以上、剩余部分的Al和不可避免的雜質組成。
3.—種鋁合金擠出型材的制造方法，其特征在于，使用根據(jù)權利要求1或2所述的鋁合金鑄造坯錠，在500~560°C的范圍內(nèi)均質化處理后進行擠出加工，該擠出加工為在型材擠出后立刻以在50°C /分~ 500°C /分范圍內(nèi)的冷卻速度冷卻。
【文檔編號】B21C23/00GK103608477SQ201280026367
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年4月24日 優(yōu)先權日:2011年6月2日
【發(fā)明者】吉田朋夫 申請人:愛信輕金屬株式會社