JP2016079464A - アルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材 - Google Patents

Abstract

【課題】成形加工時の成形性に優れ、しかも、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材を提供すること。
【解決手段】本発明のアルミニウム合金部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物からなるアルミニウム（Ａｌ）合金を熱間で押出し加工する押出工程ＳＴ１と、押出し後に冷却する冷却工程ＳＴ１と、冷却後のアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を微細化する歪を導入する歪加工工程ＳＴ４と、加熱処理にて時効処理する時効処理工程ＳＴ５と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、アルミニウム合金部材の製造方法及びアルミニウム合金部材に関し、特に、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材が得られるアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材に関する。

従来、自動車用及び航空機用などの構造部材においては、高耐力及び高強度化が可能なＡｌ−Ｃｕ系のＪＩＳ２０００系アルミニウム合金、及びＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ系のＪＩＳ７０００系アルミニウム合金が用いられている（例えば、特許文献１参照）。これらのアルミニウム合金は、曲げ加工などの成形加工性を改善するために、押出成形後のアルミニウム合金を加熱処理（溶体化処理）により軟化させて成形するＷ成形加工を行った後、再び加熱処理（時効処理）により高強度化させて構造部材用のアルミニウム合金部材が製造される。

特開２０１１−２４１４４９号公報

しかしながら、従来のアルミニウム合金部材の製造方法では、加熱処理による溶体化処理後、成形加工前の冷却時に自然時効が生じて成形加工前のアルミニウム合金の剛性が徐々に増大する場合がある。このため、従来のアルミニウム合金部材の製造法では、アルミニウム合金の時効処理により最終的に得られるアルミニウム合金部材の強度にばらつきが発生し、必ずしも十分な強度及び耐力が得られない場合があった。また、従来のアルミニウム合金部材の製造方法では、押出成形後、又は加熱処理による溶体化処理後，成形加工前までの保持時間を管理しないと、自然時効が生じてアルミニウム合金の剛性がばらつくため、成形に必要な荷重がばらついたり、成形後のスプリングバックが生じることがあり、十分な成形性が得られない場合もあった。

また、室温での成形性が良好なアルミニウム合金を用いることや、溶体化処理を施さずに人工時効により強度を増大させるＴ５処理によるアルミニウム合金部材の製造方法も検討されている。しかしながら、これらの成形性が良好なアルミニウム合金を用いた場合には、ＪＩＳ７０００系及びＪＩＳ２０００系アルミニウム合金を用いた場合と比較して十分な強度が得られない場合があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、成形加工時の成形性に優れ、しかも、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材を提供することを目的とする。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物からなるアルミニウム（Ａｌ）合金を冷却する冷却工程と、冷却後のアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を微細化する歪を導入する歪加工工程と、加熱処理にて時効処理する時効処理工程と、を含むことを特徴とする。

このアルミニウム合金部材の製造方法によれば、アルミニウム合金が所定量のマグネシウム、亜鉛、銅及びチタニウムを含有するので、アルミニウム合金の成形性が向上し、溶体化処理を施さずに成形することが可能となる。そして、チタニウムは溶湯の結晶粒を微細化する効果があるため、強度を向上させることが可能となる。このアルミニウム合金部材の製造方法では、歪加工工程でアルミニウム合金に導入された歪によって時効処理工程後のアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を微細化できるので、結晶粒内の析出物が分散されてアルミニウム合金部材の強度を均一にすることができる。したがって、成形加工時の成形性に優れ、しかも、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法を実現できる。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記アルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含有することが好ましい。この方法により、アルミニウム合金の結晶粒の粗大化を抑制し、強度、応力腐食割れに対する耐性、及び疲労寿命を改善することができる。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記歪加工工程において、−１０℃以上２００℃以下の温度範囲で前記アルミニウム合金に前記歪を導入することが好ましい。この方法により、アルミニウム合金の成形性及び強度がより一層向上する。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記時効処理工程は、前記アルミニウム合金を１００℃以上２００℃以下の温度範囲に加熱処理することが好ましい。この方法により、自然時効によるアルミニウム合金の剛性の変化が低減して安定するので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、前記歪は、前記アルミニウム合金に対して０．１％以上１５％以下であることが好ましい。この方法により、成形加工後にアルミニウム合金の内部に析出する析出物の分散性が向上するので、アルミニウム合金部材の強度をより一層向上できる。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、さらに、前記冷却工程と前記歪加工工程との間に設けられ、０℃以上４０℃以下で６時間以上保持する自然時効工程を含むことが好ましい。この方法により、押出工程と成形工程との間の保持時間及び温度を一定の条件下で管理すると、自然時効により変化するアルミニウム合金部材の剛性が安定化し、成形性のばらつきが低減されるとともに、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法においては、さらに、前記冷却工程と前記自然時効工程との間に設けられ、４００℃以上５００℃以下の温度範囲の加熱処理による溶体化処理を行う溶体化処理工程を含むことが好ましい。この方法により、成形加工時のアルミニウム合金が軟化するので、アルミニウム合金の成形性及び強度が向上する。

本発明のアルミニウム合金部材は、上記アルミニウム合金部材の製造方法によって得られたことを特徴とする。

このアルミニウム合金部材によれば、アルミニウム合金が所定量のマグネシウム、亜鉛、銅及びチタニウムを含有するので、アルミニウム合金の成形性が向上し、溶体化処理を施さずに成形することが可能となる。そして、チタニウムは溶湯の結晶粒を微細化する効果があるため、強度を向上させることが可能となる。このアルミニウム合金部材は、歪加工工程でアルミニウム合金に歪が導入されるので、時効処理工程後のアルミニウム合金の結晶粒内部に析出する析出物を微細化できる。これにより、アルミニウム合金内部に微細な析出物が均一に分散されるので、アルミニウム合金部材の強度を大幅に増大することができる。したがって、成形加工時の成形性に優れ、しかも、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材を実現できる。

本発明のアルミニウム合金部材においては、前記アルミニウム合金部材の結晶粒内の析出物の最大粒径が４０ｎｍ以下であることが好ましい。この構成により、アルミニウム合金部材の強度及び耐力のばらつきを低減できるので、より高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材を実現できる。

本発明によれば、成形加工時の成形性に優れ、しかも、高強度かつ高耐力のアルミニウム合金部材が製造可能なアルミニウム合金部材の製造方法及びそれを用いたアルミニウム合金部材を実現できる。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の一例を示すフロー図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の他の例を示すフロー図である。 図２は、従来の実施の形態に係るアルミニウム合金の概念図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の概念図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の概念図である。 図４は、本発明の実施例及び比較例に係るアルミニウム合金部材の強度を示す図である。 図５は、本発明の実施例に係るアルミニウム合金の透過型電子顕微鏡写真である。 図６は、本発明の実施例に係るアルミニウム合金の透過型電子顕微鏡写真である。 図７は、本発明の実施例に係るアルミニウム合金の透過型電子顕微鏡写真である。 図８は、本発明の実施例に係るアルミニウム合金の透過型電子顕微鏡写真である。

自動車用及び航空機用などの構造部材として広く用いられているＪＩＳ７０００系アルミニウム合金などは、十分な成形性及び形状精度を得るためには、成形加工前（又は成形加工後）に所定温度に加熱処理してアルミニウム合金を軟化させる溶体化処理が必要となる。しかしながら、アルミニウム合金に加熱処理を施すとアルミニウム合金の冷却時などに生じる歪や残留応力、又は冷却後の自然時効により、アルミニウム合金の結晶粒内に析出物が発生してアルミニウム合金の剛性が不均一となる。アルミニウム合金の剛性が不均一になると、アルミニウム合金部材の成形に必要な荷重が変化したり、成形加工後のスプリングバックが発生するため、所定の成形性及び形状精度が得られない場合がある。

本発明者らは、所定の組成のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金を熱間成形してから、アルミニウム合金に所定の歪を導入することにより、自然時効時などにアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を均一に分散させてアルミニウム合金部材の剛性のばらつきを防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。なお、以下においては、アルミニウム合金の鋳塊を熱間押出して製造する押出形材のアルミニウム合金部材を例に説明するが、本発明は、鋳塊を熱間圧延して製造する圧延板のアルミニウム合金部材の製造にも適用可能である。

図１Ａは、本発明の一実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の一例を示すフロー図である。図１Ａに示すように、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法は、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物からなるアルミニウム（Ａｌ）合金を所定温度（例えば、４００℃以上５５０℃以下）に加熱して耐圧性の型枠から押し出す押出工程ＳＴ１と、型枠から押し出したアルミニウム合金を所定の冷却速度（例えば、２℃／秒以上）で冷却してアルミニウム合金部材を得る冷却工程ＳＴ２と、冷却したアルミニウム合金部材を常温（例えば、０℃以上４０℃以下）に６時間以上保持して結晶粒内に析出する析出物を微細に分散させる自然時効工程ＳＴ３と，自然時効などによりアルミニウムの結晶粒内に析出する析出物を微細化して分散する歪を導入する歪加工工程ＳＴ４と、歪加工したアルミニウム合金を加熱処理（例えば、１００℃以上２００℃以下）にて時効処理する時効処理工程ＳＴ５と、時効処理したアルミニウム合金部材に表面処理及び塗装を施す後工程ＳＴ６とを含む。

なお、図１Ａに示す例では、歪加工工程ＳＴ４の前に自然時効工程ＳＴ３を実施する例について説明したが、冷却工程ＳＴ２の後に歪加工工程ＳＴ４を実施できれば必ずしも自然時効工程ＳＴ３は実施する必要はない。また、図１Ａに示した例では、歪加工工程ＳＴ４の後に時効処理工程ＳＴ５及び後工程ＳＴ６を実施する例について説明したが、後工程ＳＴ６は必要に応じて実施すればよい。

また、図１Ａに示す例では、冷却工程ＳＴ２後に歪加工工程ＳＴ４を実施する例について説明したが、本発明は、図１Ｂに示すように、押出工程ＳＴ１、冷却工程ＳＴ２後に溶体化処理工程ＳＴ７及び冷却工程ＳＴ２Ａを行った後に、自然時効工程ＳＴ３、歪加工工程ＳＴ４、時効処理工程ＳＴ５、及び後工程ＳＴ６の順に実施してもよい。以下、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法に用いられるアルミニウム合金について詳細に説明する。

（アルミニウム合金）
アルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格及びＡＡ規格を含むＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系組成及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系組成を有する７０００系アルミニウム合金（以下、単に、「７０００系アルミニウム合金」ともいう）を用いる。この７０００系アルミニウム合金を用いることにより、例えば、Ｔ５−Ｔ７における１２０℃以上１６０℃以下での６時間以上１６時間以下の条件での人工時効処理を施すことにより、強度が０．２％耐力で４００ＭＰａ以上となる高強度のアルミニウム合金部材を得ることができる。

アルミニウム合金としては、１．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物からなる組成のものを用いる。このような組成のアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム合金部材の強度を０．２％耐力で４００ＭＰａ以上とすることができる。

マグネシウム（Ｍｇ）は、アルミニウム合金部材の強度を向上させる元素である。マグネシウム（Ｍｇ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度を向上する観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、１．６質量％以上であり、また２．６質量％以下であり、１．９質量％以下が好ましい。マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が２．６％よりも多い場合には、押出加工の際の押出圧力が増加することや押出速度の低下など、押出材の生産性が低下する。以上を考慮すると、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、１．６質量％以上２．６質量％以下の範囲であり、１．６質量％以上１．９質量％以下の範囲が好ましい。

亜鉛（Ｚｎ）は、アルミニウム合金部材の強度を向上させる元素である。亜鉛（Ｚｎ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度を向上する観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、６．０質量％以上であり、６．４質量％以上が好ましく、また７．０質量％以下である。亜鉛（Ｚｎ）の含有量が７．０質量％を超えると粒界析出物であるＭｇＺｎ_２が増えて応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性が低下するため７．０質量％以下である。以上を考慮すると、亜鉛（Ｚｎ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、６．０質量％以上７．０質量％以下の範囲であり、６．４質量％以上７．０質量％以下の範囲が好ましい。

銅（Ｃｕ）は、アルミニウム合金部材の強度と応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性を向上させる元素である。銅（Ｃｕ）の含有量としては、アルミニウム合金部材の強度と応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性を向上する観点及び押出成形性の観点から、アルミニウム合金の全質量に対して、０質量％以上０．５質量％以下である。

チタニウム（Ｔｉ）は、アルミニウム合金の鋳造時においてＡｌ_３Ｔｉを形成し、結晶粒を微細化する効果を有する。チタニウム（Ｔｉ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して０．０１質量％以上であり、また０．０５質量％以下である。チタニウム（Ｔｉ）の含有量が０．０５質量％を超えると応力腐食割れに対する耐性が低下する。以上を考慮すると、チタニウムの含有量は、アルミニウム合金の全質量に対して０．０１質量％以上０．０５質量％以下が好ましい。

不可避的不純物としては、アルミニウム合金の地金及びスクラップなどから必然的に混入する鉄（Ｆｅ）、及び珪素（Ｓｉ）などが挙げられる。不可避的不純物の含有量としては、アルミニウム合金部材の成形性、耐食性及び溶接性などの製品としての諸特性を維持する観点から、鉄（Ｆｅ）の含有量を０．２５質量％以下とし、珪素（Ｓｉ）の含有量を０．０５質量％以下とすることが好ましい。

また、アルミニウム合金としては、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、又はマンガン（Ｍｎ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含有するものを用いてもよい。

ジルコニウム（Ｚｒ）は、Ａｌ_３Ｚｒを形成してアルミニウム合金の強度向上や回復再結晶を阻止し、結晶粒の粗大化を抑制するため応力腐食割れに対する耐性を向上させる効果がある観点、及びファイバー組織を形成するため亀裂発生特性が向上し疲労寿命が改善されることがある観点から、アルミニウム合金の全質量に対して０．１５質量％以上が好ましく、また０．６質量％以下が好ましい。ジルコニウム（Ｚｒ）は、０．６質量％以下であれば焼き入れ感受性が鋭くならず強度が向上する。以上を考慮すると、ジルコニウム（Ｚｒ）の含有量としては、アルミニウム合金の全質量に対して、０．１５質量％以上０．６質量％以下が好ましい。また、ジルコニウム（Ｚｒ）の一部又は全量をクロム（Ｃｒ）又はマンガン（Ｍｎ）に置き換えても同等の効果が得られる。このため、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及びクロム（Ｃｒ）の合計量で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含んでもよい。以下、本実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の各工程について詳細に説明する。

＜押出工程：ＳＴ１＞
押出工程ＳＴ１では、上述した組成の範囲内に調整したアルミニウム合金を溶解させた後、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）などの溶解鋳造法により鋳造して鋳塊（ビレット）とする。次に、鋳造されたアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲（例えば、４００℃以上５００℃以下）に加熱して均質化熱処理（均熱処理）する。これにより、アルミニウム合金の鋳塊中の結晶粒内の偏析などが消失してアルミニウム合金部材の強度が向上する。加熱時間は、例えば、２時間以上である。次に、均質化したアルミニウム合金の鋳塊を所定の温度範囲（例えば、４００℃以上５００℃以下）で耐圧性の型枠から熱間押出する。

＜冷却工程：ＳＴ２，ＳＴ２Ａ＞
冷却工程ＳＴ２では、所望の形状に成形されたアルミニウム合金を２℃／秒以上の冷却速度で冷却することが好ましい。冷却速度が２℃／秒以上であれば、アルミニウム合金の強度の低下を防ぐことができる。アルミニウム合金の冷却速度としては、上述した効果が一層向上する観点から、３℃／秒以上が好ましく、４℃／秒以上がより好ましい。冷却工程ＳＴ２での冷却後の温度は、例えば、２５０℃以下である。

冷却工程ＳＴ２では、アルミニウム合金を空冷することが好ましい。これにより、アルミニウム合金を容易かつ安価に冷却することができる。冷却の条件としては、冷却速度が２℃／秒以上となるものであれば特に制限はない。冷却の条件としては、例えば、常温（０℃以上４０℃以下）の環境下に放置してもよく、常温環境下に放置したアルミニウム合金に送風して冷却してもよい。また、０℃以上５０℃以下の水を霧状に噴霧してもよい。

＜自然時効工程：ＳＴ３＞
自然時効工程ＳＴ３では、アルミニウム合金部材を常温（例えば、０℃以上４０℃以下）に６時間以上保持することで、押出工程ＳＴ１または後述する図１Ｂの溶体化処理工程ＳＴ７にて固溶された元素が結晶粒内に微細な析出物を生成させる。析出物をより均質に分散させるためには２４時間以上が好ましく、４８時間以上がより好ましい。

＜歪加工工程：ＳＴ４＞
歪加工工程ＳＴ４では、押出したアルミニウム合金を所定の温度範囲（例えば、−１０℃以上２００℃以下）で歪加工する。なお、歪加工を−１０℃以上４０℃以下で実施する場合には、必要に応じて、後述する溶体化処理工程ＳＴ７後に歪加工工程ＳＴ４を実施する。また、歪加工は、押出工程ＳＴ１後のアルミニウム合金を所定の温度範囲に維持した状態で実施してもよい。

歪加工工程ＳＴ４では、アルミニウム合金に自然時効工程ＳＴ３及び後述する時効処理工程ＳＴ５などの工程でアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を微細化する歪を導入する。図２は、従来の実施の形態に係るアルミニウム合金の概念図である。図２に示すように、従来の形態に係るアルミニウム合金１１においては、押出工程で高温（例えば、５００℃程度）に加熱された状態では、アルミニウム合金１１に含まれるマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）及び銅（Ｃｕ）などの金属原子１２がアルミニウム（Ａｌ）中に固溶した状態で存在する。そして、冷却工程で冷却された後、自然時効工程ＳＴ３で常温に保持されると、自然時効によりアルミニウム合金の結晶粒内部で金属原子１２が集合した集合体となり、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）及び銅（Ｃｕ）などが結晶粒内で析出硬化してθ相（Ａｌ−Ｃｕ化合物）やη相（ＭｇＺｎ化合物）などの析出物１３が形成される。この析出物１３が形成されると、剛性が変化し、その後の成形加工における成形荷重が変化したり、成形加工後のスプリングバックにより成形性及び形状精度が低下する。また、自然時効により析出物が生成すると、その後の時効処理工程で時効処理された際に析出物が結晶粒界に集中的に生成したり、結晶粒内で成長することで、アルミニウム合金１１内部の金属原子１２の分布が不均一となり、最終的に製造されるアルミニウム合金部材の強度が不均一となる場合がある。

そこで、本実施の形態では、歪加工工程ＳＴ４でアルミニウム合金１１に所定の歪を導入することにより、時効処理工程ＳＴ５でアルミニウム合金の結晶粒内に生じる析出物の発生および成長速度を抑える。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法の概念図である。図３Ａに示す例では、例えば、４００℃以上５００℃以下の高温での押出加工後にアルミニウム合金１１を０℃以上４０℃以下の常温に冷却し、常温で６時間以上保持した後にアルミニウム合金１１に所定の歪１４を導入する。この歪１４を導入することにより、冷却工程ＳＴ２及び時効処理工程ＳＴ５を経た場合であっても、アルミニウム合金１１内部の金属原子１２の集合を遅延させることが可能となる。これにより、アルミニウム合金１１の結晶粒内での金属原子１２が均一に分散されて金属原子１２の析出硬化による析出物１３の発生を防ぐことが可能となり、最終的に製造されるアルミニウム合金部材の強度が不均一となることを防ぐことができる。

また、図３Ｂに示す例では、アルミニウム合金１１を０℃以上４０℃以下の常温に冷却し、溶体化処理を実施し、再度冷却して自然時効をさせた後にアルミニウム合金１１に所定の歪を導入する。この歪を導入することにより、時効処理工程ＳＴ５を経た場合であっても、アルミニウム合金１１内部の金属原子１２の集合を防ぐことが可能となる。これにより、アルミニウム合金１１の結晶粒内での金属原子１２が均一に分散されて金属原子１２の析出硬化による析出物の発生を防ぐことが可能となり、最終的に製造されるアルミニウム合金部材の強度が不均一となることを防ぐことができる。

アルミニウム合金に導入する歪としては、アルミニウム合金の内部に生じる析出物を微細化できる永久歪みであれば特に制限はない。歪としては、例えば、アルミニウム合金を引張加工して生じる正の歪であってもよく、圧縮加工によって生じる負の歪であってもよい。また、引張方向及び圧縮方向に対して直交する方向に生じる横歪であってもよく、直方体のアルミニウム合金の角を押圧することによって生じる剪断歪であってもよい。

アルミニウム合金に導入する歪は、アルミニウム合金を常温で加工する場合には、アルミニウム合金内部に析出する析出物を効率よく微細化する観点から、アルミニウム合金に対して０．１％以上が好ましく、１．０％以上がより好ましく、３．０％以上が更に好ましく、また塑性変形によるアルミニウム合金部材の割れの発生を抑制する観点から１５％以下が好ましく、１２．５％以下がより好ましく、１０．０％以下が更に好ましく、７．５％以下がより更に好ましく、５％以下がより更に好ましい。なお、アルミニウム合金に導入する歪が０．１％以上になると、時効処理工程ＳＴ５で析出するη相が微細化して分散させることができる。

歪加工としては、アルミニウム合金を所望のアルミニウム合金部材に歪を導入できるものであれば特に制限はない。歪加工としては、例えば、アルミニウム合金の押出形材の長手方向全体又は部分的な引張加工、曲げ加工、押出形材断面の部分的な潰し加工、押出形材への打抜き加工及び押出形材のねじり加工などの塑性変形と残留応力の発生を伴う塑性加工が挙げられる。これらの歪加工は、１種のみを実施してもよく、２種以上を実施してもよい。

＜時効処理工程：ＳＴ５＞
時効処理工程ＳＴ５では、アルミニウム合金部材を所定の温度範囲（例えば、１００℃以上２００℃以下）に加熱処理して時効処理する。これにより、自然時効によるアルミニウム合金の剛性の変化が低減して安定するので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。時効処理の温度としては、アルミニウム合金部材の強度の観点から、１００℃以上が好ましく、１２５℃以上がより好ましく、２００℃以下が好ましく、１７５℃以下がより好ましい。

時効処理の時間としては、６時間以上が好ましい。これにより、自然時効によるアルミニウム合金の剛性の変化が安定するので、アルミニウム合金部材の形状精度が向上する。時効処理の時間としては、４８時間以下が好ましい。これにより、析出物の過剰な粗大化が抑制されるので、アルミニウム合金の強度が低下することを防止することができる。

＜後工程：ＳＴ６＞
後工程では、冷却したアルミニウム合金部材の耐食性、耐摩耗性、装飾性、光反射防止性、導通性、膜厚均一性、及び作業性などを向上する観点から、表面処理及び塗装を施す。表面処理としては、例えば、アルマイト処理、クロメート処理、ノンクロメート処理、電解メッキ処理、無電解メッキ処理、化学研磨及び電解研磨などが挙げられる。

＜溶体化処理工程：ＳＴ７＞
押出し工程ＳＴ１および冷却工程ＳＴ２の後、アルミニウム合金を所定の温度範囲（例えば、４００℃以上５００℃以下）に加熱して均質化熱処理（均熱処理）してもよい。これにより、アルミニウム合金の結晶粒内に偏析した元素が拡散して均質化される。加熱時間は、例えば、２時間以上である。その後、冷却工程ＳＴ２Ａを行うことで、アルミニウム合金の結晶粒内に飽和量以上のマグネシウム（Ｍｇ）や銅（Ｃｕ）が分散された過飽和固溶体が形成される。

以上説明したように、上記実施の形態に係るアルミニウム合金部材の製造方法では、歪加工工程でアルミニウム合金に導入された歪によって加工後のアルミニウム合金の結晶粒内部に析出する析出物を微細化できるので、微細な析出物が分散されてアルミニウム合金部材の強度を大幅に増大することができる。これにより、０．２％耐力が４３０ＭＰａ以上であり、引張強度が５００ＭＰａ以上であって、析出物の最大粒径が４０ｎｍ以下のアルミニウム合金を高い形状精度で製造することが可能となる。なお、最大粒径とは、析出物の一の表面からこの析出物の他の表面までの直線距離が一番大きい粒径値を意味する。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
１．６８質量％のマグネシウム（Ｍｇ）、６．７０質量％の亜鉛（Ｚｎ）、０．２６質量％の銅（Ｃｕ）、０．０２質量％のチタニウム（Ｔｉ）、０．２５質量%のマンガン（Ｍｎ）、０．１９質量％のジルコニウム（Ｚｒ）を含有するアルミニウム（Ａｌ）合金を５００℃で押出加工し、その後２００℃以下まで２０℃／秒で冷却した。その後、アルミニウム合金を２４時間以上保持した後に、０．５０％の歪を導入し、アルミニウム合金部材を製造した。その後、製造したアルミニウム合金部材の任意の位置から採取したＡＳＴＭ Ｅ５５７引張試験片を用い、ＡＳＴＭ Ｅ８に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、及び耐力を測定した。その結果、０．２％耐力は、４６６ＭＰａであり、引張強度が５３１ＭＰａであった。なお、これらの測定値は、各例とも３つの採取試験片の測定値の平均値とした。

（実施例２）
アルミニウム合金に対して１．２０％の歪を導入したこと以外は実施例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造した。その結果、０．２％耐力は、４９７ＭＰａであり、引張強度が５４２ＭＰａであった。

（実施例３）
アルミニウム合金に対して３．２０％の歪を導入したこと以外は実施例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造した。その結果、０．２％耐力は、５０４ＭＰａであり、引張強度が５４４ＭＰａであった。

（比較例１）
一般的なアルミニウム合金であるジュラルミン（ＪＩＳ７０７５系アルミニウム合金）を用いたこと、及びアルミニウム合金に対して０．３５％の歪を導入したこと以外は実施例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造した。その結果、０．２％耐力は、４７９ＭＰａであり、引張強度が５４０ＭＰａであった。

（比較例２）
アルミニウム合金に対して２．１０％の歪を導入したこと以外は比較例１と同様にしてアルミニウム合金部材を製造した。その結果、０．２％耐力は、４６６ＭＰａであり、引張強度が５３２ＭＰａであった。

以上の実施例及び比較例の結果を図４に示す。図４に示すように、実施例１−３のアルミニウム合金部材は、歪を加えても耐力及び強度が低下することがなく、また歪を大きくするにつれて耐力及び強度が増大する傾向が見られた。これに対して、比較例１，２では、実施例１と同等の耐力及び強度が得られたが、歪が増大するにつれて耐力及び強度が低下する傾向が見られた。

また、実施例１−３のアルミニウム部材の透過型電子顕微鏡写真を図５及び図６に示す。なお、図５及び図６においては、透過型電子顕微鏡にて５５０ｎｍｘ８００ｎｍの領域を３か所観察し，各観察面の最大のη相のサイズを計測した結果である。図５及び図６に示すように、実施例１のアルミニウム合金部材は、時効処理工程で析出するη相（ＭｇＺｎ化合物）が微細化して均一に分散されており、最大でも長さ４０ｎｍ、幅１０ｎｍであった。

比較例１，２のアルミニウム部材の透過型電子顕微鏡写真を図７及び図８に示す。なお、図７及び図８においては、透過型電子顕微鏡にて５５０ｎｍｘ８００ｎｍの領域を３か所観察し，各観察面の最大のη相のサイズを計測した結果を示している。図７及び図８に示すように、実施例１のアルミニウム合金部材は、時効処理後に結晶粒内にη相（ＭｇＺｎ化合物）が複数析出していた。各析出物は、最大粒径４４ｎｍ以上の球状に粗大化しており、不均一に分散していた。これらの結果から、一般的なアルミニウム合金では歪を導入してもη相の粗大化を防ぐことができず、強度も低下することが分かった。

１１ アルミニウム合金
１２ 金属原子
１３ 析出物

Claims (9)

1. １．６質量％以上２．６質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、６．０質量％以上７．０質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のチタニウム（Ｔｉ）及び残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物からなるアルミニウム（Ａｌ）合金を熱間で押出し加工する押出工程と、
   押出し後に冷却する冷却工程と、
   冷却後のアルミニウム合金の結晶粒内に析出する析出物を微細化する歪を導入する歪加工工程と、
   加熱処理にて時効処理する時効処理工程と、を含むことを特徴とする、アルミニウム合金部材の製造方法。
2. 前記アルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）及びジルコニウム（Ｚｒ）のうち１種又は２種以上の合計で０．１５質量％以上０．６質量％以下を含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
3. 前記歪加工工程において、−１０℃以上２００℃以下の温度範囲で前記アルミニウム合金に前記歪を導入する、請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
4. 前記時効処理工程は、前記アルミニウム合金を１００℃以上２００℃以下の温度範囲に加熱処理する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
5. 前記歪は、前記アルミニウム合金に対して０．１％以上１５％以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
6. さらに、前記冷却工程と前記歪加工工程との間に設けられ、０℃以上４０℃以下で６時間以上保持する自然時効工程を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
7. さらに、前記冷却工程と前記自然時効工程との間に設けられ、４００℃以上５００℃以下の温度範囲の加熱処理による溶体化処理を行う溶体化処理工程を含む請求項６に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金部材の製造方法によって得られたことを特徴とする、アルミニウム合金部材。
9. 前記アルミニウム合金部材の結晶粒内の析出物の最大粒径が４０ｎｍ以下である、請求項８に記載のアルミニウム合金部材。