JP5385025B2 - Aluminum alloy wire rod for high-strength bolt excellent in formability and manufacturing method thereof, high-strength flange bolt and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は高強度ボルト用のAl−Mg−Si系アルミニウム合金線棒材およびその製造方法、このアルミニウム合金線棒材を素材とするフランジボルトおよびその製造方法に関するものである。本発明で言う線棒材とは、高強度ボルト用の素材としての線棒材であり、その製造過程において熱間圧延を施された圧延線棒材であり、比較的径の小さな線材と、比較的径の大きな棒材の総称である。また、以下、アルミニウムをAl、Al−Mg−Si系を6000系とも言う。 The present invention relates to an Al—Mg—Si-based aluminum alloy wire rod for high-strength bolts and a method for manufacturing the same, a flange bolt using the aluminum alloy wire rod as a material, and a method for manufacturing the flange bolt. The wire rod material referred to in the present invention is a wire rod material as a material for high-strength bolts, a rolled wire rod material subjected to hot rolling in the production process thereof, a wire material having a relatively small diameter, A generic term for bars with relatively large diameters. Hereinafter, aluminum is also referred to as Al, and Al—Mg—Si is also referred to as 6000.
従来から、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を使用して軽量化された自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの締結には、通常は鋼製のボルトやネジなどの締結具(以下、総称して単にボルトとも言う)が用いられる。 Conventionally, fasteners such as steel bolts and screws are generally used to fasten aluminum parts and magnesium parts of automobile parts that have been reduced in weight using light alloys such as aluminum alloys and magnesium alloys (hereinafter collectively referred to as generic names). (Also simply called bolts).
これに対して、近年、自動車車体の軽量化に関連して、自動車部品の軽量化のために、これらボルトにも、アルミニウム合金の線材や棒材などの断面が円形な線棒材を成形して作製されたアルミニウム合金製ボルトを用いたいとの要求がある。 On the other hand, in recent years, in connection with the weight reduction of automobile bodies, wire rods having a circular cross-section such as aluminum alloy wires and rods are also formed on these bolts in order to reduce the weight of automobile parts. There is a demand to use aluminum alloy bolts manufactured in this way.
しかも、自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの締結用のアルミニウム合金製ボルトとしては、自動車部品の設計上、ボルトの呼び径でM12以下の比較的細径であるとともに、アルミニウム材やマグネシウム材などの被締結部品の接合面への、ボルト頭部からの応力集中が小さいことが求められる。ボルトが前記細径となれば、当然、頭部の径も小さくなって、このボルト頭部から前記被締結部品の接合面へ応力集中しやすくなる。 Moreover, aluminum alloy bolts for fastening automotive parts such as aluminum materials and magnesium materials have a relatively small diameter of M12 or less in terms of the nominal diameter of the bolts in terms of the design of automotive parts, as well as aluminum materials and magnesium materials, etc. It is required that the stress concentration from the bolt head on the joint surface of the fastened component is small. If the bolt has the small diameter, the diameter of the head is naturally reduced, and stress is easily concentrated from the bolt head to the joint surface of the component to be fastened.
ここで、ボルトの呼び径でM6〜M12のボルトとは、六角ボルトで言うと、頭部の六角平径が13mmあるいは12mmのM8ボルト、10mmのM6ボルト、14mmのM10ボルト、17mmのM12ボルトを言う。なお、前記ボルトの呼び径とは、ねじの呼称、ねじの呼び、ねじの呼び径などとも称せられ、また、雄ねじ部の径やサイズ、呼び径でM6〜M12と称せられる場合もあるが、全て同じボルトを指している。 Here, the bolts having a nominal diameter of M6 to M12 are hexagonal bolts with a head hexagonal flat diameter of 13 mm or 12 mm, M8 bolts, 10 mm M6 bolts, 14 mm M10 bolts, and 17 mm M12 bolts. Say. The nominal diameter of the bolt is also referred to as the name of the screw, the nominal diameter of the screw, the nominal diameter of the screw, or the like, and the diameter, size, or nominal diameter of the male screw portion may be referred to as M6 to M12. All point to the same bolt.
通常、このようなボルト頭部から前記被締結部品の接合面(前記被締結部品の前記ボルト頭部から荷重を受ける面) への応力集中を緩和、抑制するためには、前記被締結部品の接合面とボルト頭部との間にワッシャー(座金)を介在させる。しかし、このようなワッシャーを介在させると、ボルト締結時にワッシャー取り付けの工数が大幅に増え、ボルト締結工程が効率化できない難点がある。 Usually, in order to alleviate and suppress the stress concentration from the bolt head to the joint surface of the fastened component (the surface of the fastened component that receives a load from the bolt head), A washer is interposed between the joint surface and the bolt head. However, when such a washer is interposed, the number of steps for attaching the washer is greatly increased at the time of fastening the bolt, and the bolt fastening process cannot be made efficient.
これに対して、前記ワッシャーを省略できるボルトとして、フランジボルト(フランジ付きボルト)がある。このフランジボルトは、図1に全体を斜視図で示すように、全体形状は、通常の六角ボルトのように、ネジが切られた軸部である雄ネジ部3と、六角形のボルト頭部2とからなる。ただ、このボルト頭部2の下部周縁に、更にフランジ(フランジ部、つば)4が予め一体に設けられた構造をしている。 On the other hand, there is a flange bolt (bolt with flange) as a bolt that can omit the washer. As shown in the perspective view of FIG. 1 as a whole, this flange bolt has an overall shape of a male threaded portion 3 that is a threaded shaft portion and a hexagonal bolt head as in a normal hexagonal bolt. It consists of two. However, it has a structure in which a flange (flange portion, collar) 4 is integrally provided in advance on the lower peripheral edge of the bolt head 2.
そして、このフランジ4が、前記ワッシャーの代わりに、被締結部品の接合面と接触し、ボルト頭部から被締結部品の接合面への応力集中を緩和、抑制できる。このフランジボルトを用いると、前記ワッシャーが省略でき、ボルト締結工程におけるワッシャー取り付けの工数が大幅に削減できる利点がある。したがって、効率化が重視される自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの締結には、このようなアルミニウム合金製のフランジボルトが求められている。
And this
これに対して、従来から、アルミニウム合金製ボルトとしては、窓用サッシや自動車車体などのアルミニウム合金製構造物の組立てに用いる、高強度な6000系アルミニウム合金製ねじ(ボルトを含む)が、特許文献1などで提案されている。この特許文献1のアルミニウム合金製ボルトは、フランジボルトではなく、通常の六角ボルトに過ぎないが、細径のM4ボルトなどへの、ボルト頭部のヘッダー加工性や、ねじ転造加工性などの成形性や耐食性も課題としている。そして、ねじの機械的性質(機械的特性)として、耐力が300N/mm2 以上、伸びが6%以上、ねじり強さがJIS−B−1057−1989のAL3(A6061−T6)のねじ強さより10%以上高い値とするために、特定組成の6000系アルミニウム合金押出材としている。具体的には、wt%で、Mg:0.5〜1.5%、Si:0.5〜1.5%、Cu:0.5〜1.5%、Mn:0.2〜0.5%、Ti:0.005〜0.1%、B:0.001〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金組成としている。 On the other hand, conventionally, as an aluminum alloy bolt, a high-strength 6000 series aluminum alloy screw (including a bolt) used for assembling aluminum alloy structures such as window sashes and automobile bodies has been patented. It is proposed in Document 1 and the like. The aluminum alloy bolt disclosed in Patent Document 1 is not a flange bolt, but only a normal hexagon bolt. However, such as header workability of a bolt head and thread rolling processability to a small M4 bolt or the like. Formability and corrosion resistance are also issues. The mechanical properties (mechanical characteristics) of the screw are as follows. The yield strength is 300 N / mm 2 or more, the elongation is 6% or more, and the torsion strength is JIS-B-1057-1989 AL3 (A6061-T6). In order to obtain a value higher by 10% or more, a 6000 series aluminum alloy extruded material having a specific composition is used. Specifically, in wt%, Mg: 0.5-1.5%, Si: 0.5-1.5%, Cu: 0.5-1.5%, Mn: 0.2-0. Al—Mg— containing 5%, Ti: 0.005 to 0.1%, B: 0.001 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, and remaining aluminum and inevitable impurities Si-based aluminum alloy composition.
この特許文献1は、窓用サッシや自動車車体などの締結用のアルミニウム合金製ボルトの素材として、6000系アルミニウム合金線棒材を選択したことに意義がある。この6000系以外のアルミニウム合金では、前記特許文献1に記載されているように、締結具用のアルミニウム合金としての実用化のためには、以下のような問題が各々ある。 This Patent Document 1 is significant in that a 6000 series aluminum alloy wire rod material is selected as a material for fastening aluminum alloy bolts such as window sashes and automobile bodies. This aluminum alloy other than 6000 series has the following problems for practical use as an aluminum alloy for fasteners, as described in Patent Document 1.
例えば、5052や5056などの5000系アルミニウム合金は、Mgなどの合金量が多く、6000系に比してリサイクル性に劣り、強度が低い。また、締結具へのヘッダー加工性も劣る。7N01、7075などの7000系アルミニウム合金は、強度は高いもののZn、Cuなどの合金量が多く、リサイクル性に劣る。また、Zn、Cuなどの合金量が多いゆえに腐食し易く、信頼性に欠ける。そして、成形、加工性が劣り、ヘッダー加工時のフランジ成形中に割れ易い。2024などの2000系アルミニウム合金は、耐熱性は高いものの、Cuなどの合金量が多い場合には、リサイクル性に劣り、腐食し易い問題もある。また、成形、加工性が劣り、ヘッダー加工中に割れ易い。これは代表的な耐熱性アルミニウム合金であるAA2618でも同様である。この合金は、既に数十年に及ぶ使用実績のある合金であり、適用例には、超音速機コンコルドの機体が上げられる。また、耐熱温度は約120℃と、実用アルミニウム合金の中では最も高い。但し、耐食性は低く、その使用には、耐食性の対策を施すことが必要となる。このため、使用環境の制限も生じ、決して使い勝手の良い合金ではない。 For example, 5000 series aluminum alloys such as 5052 and 5056 have a large amount of alloys such as Mg, are inferior in recyclability and low in strength compared to 6000 series. Moreover, the header processability to a fastener is also inferior. Although 7000 series aluminum alloys such as 7N01 and 7075 have high strength, they have a large amount of alloys such as Zn and Cu and are inferior in recyclability. Moreover, since there are many alloy quantities, such as Zn and Cu, it is easy to corrode and lacks reliability. And molding and workability are inferior, and it is easy to break during flange molding at the time of header processing. Although 2000 series aluminum alloys, such as 2024, have high heat resistance, when there are many alloy quantities, such as Cu, there exists a problem which is inferior to recyclability and is easy to corrode. Moreover, it is inferior in molding and workability and easily breaks during header processing. The same applies to AA2618 which is a typical heat-resistant aluminum alloy. This alloy has already been used for several decades, and examples of applications include the body of a supersonic aircraft Concorde. The heat-resistant temperature is about 120 ° C., which is the highest among practical aluminum alloys. However, the corrosion resistance is low, and it is necessary to take measures against corrosion resistance for its use. For this reason, the usage environment is limited, and the alloy is not easy to use.
ただ、6000系アルミニウム合金の場合でも、前記締結具として用いられていた既存のA6061、A6056などの合金は、やはり成形、加工性が劣り、ヘッダー加工中に割れ易く、また、人工時効硬化処理を行っても強度自体が低かった。前記特許文献1は、6000系アルミニウム合金のこれらの問題点を改善しようとしたものでもある。 However, even in the case of a 6000 series aluminum alloy, the existing alloys such as A6061 and A6056 used as the fasteners are still inferior in molding and workability, are easily broken during header processing, and are subjected to artificial age hardening treatment. Even when I went there, the strength itself was low. Patent Document 1 also attempts to improve these problems of the 6000 series aluminum alloy.
前記した自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの締結用の6000系アルミニウム合金製ボルトに要求される基本特性は、前記特許文献1が意図する通常の6000系アルミニウム合金製ボルトと同じく、耐へたり性に優れ、締めつけ時の安定軸力の確保や、締めつけ後の使用中の軸力の低下によるゆるみが無いこと、あるいは折損が無いことなどである。そして、6000系アルミニウム合金製ボルトがこれらの特性を発揮するためには、その素材となる断面が円形なアルミニウム合金線棒材は、高強度などの機械的諸特性と、ボルトへのヘッダー加工やねじ転造加工などの成形性、耐食性などを兼備していることが必要である。 The basic characteristics required for the 6000 series aluminum alloy bolts for fastening such as aluminum parts and magnesium materials of the automobile parts described above are the same as the normal 6000 series aluminum alloy bolts intended by the above-mentioned Patent Document 1, and are sag resistant. These include excellent stability, securing a stable axial force during tightening, no loosening due to a decrease in axial force during use after tightening, or no breakage. In order for the 6000 series aluminum alloy bolts to exhibit these characteristics, the aluminum alloy wire rod with a circular cross-section as the material has mechanical properties such as high strength and header processing on the bolts. It is necessary to have moldability such as thread rolling and corrosion resistance.
ただ、本発明が目的とする前記フランジボルトの場合、ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性に加えて、特性ボルト頭部へのヘッダー加工(成形)の際に、薄肉なフランジ形成のための張出加工が入るなど、成形工程が複雑化するとともに、成形条件がより厳しくなる。この点が、前記特許文献1が意図するような、通常の(六角)ボルトとは大きく異なる点である。 However, in the case of the flange bolt as an object of the present invention, in addition to the basic characteristics such as sag resistance required for the bolt, a thin-walled flange is formed at the time of header processing (forming) on the head of the characteristic bolt. The molding process becomes complicated and the molding conditions become more strict, such as an overhang process for forming. This is a point that is greatly different from a normal (hexagonal) bolt as intended by Patent Document 1.
このため、前記フランジボルトの場合には、前記特許文献1のような押出加工により製造された6000系アルミニウム合金線棒材では、前記ボルト頭部の加工の際に、薄肉のフランジ部分に割れが生じて成形できない場合が生じる。したがって、前記特許文献1の押出材では、特に成形性の点で、本発明が目的とする前記フランジボルトには使用できない。 For this reason, in the case of the flange bolt, in the 6000 series aluminum alloy wire rod manufactured by the extrusion process as described in Patent Document 1, the thin flange portion is cracked when the bolt head is processed. Occasionally, molding may not be possible. Therefore, the extruded material of Patent Document 1 cannot be used for the flange bolt which is the object of the present invention, particularly in terms of formability.
そして、特に、本発明が目的とする前記フランジボルトは、前記ボルト頭部に薄肉のフランジが一体に設けられた複雑形状だけではなく、前記ボルトの呼び径でM6〜M12の径をしている。しかも、前記した通り、アルミニウム合金製フランジボルトに要求される、耐へたり性などの前記基本特性を満たすために最重要なのは高強度であり、アルミニウム合金線棒材も高強度とならざるを得ない。このため、これら複雑な形状と細径および高強度なことから、通常の六角ボルトや太径のボルトに比して、ヘッダー加工による成形がより一層困難となる。 In particular, the flange bolt targeted by the present invention has not only a complicated shape in which a thin flange is integrally provided on the bolt head, but also a nominal diameter of the bolt of M6 to M12. . Moreover, as described above, in order to satisfy the basic characteristics such as sag resistance required for aluminum alloy flange bolts, the most important thing is high strength, and aluminum alloy wire rods must also have high strength. Absent. For this reason, these complicated shapes, small diameters, and high strengths make the formation by header processing even more difficult than ordinary hexagon bolts and large diameter bolts.
この対策として、6000系アルミニウム合金線棒材の強度をおとせば、フランジボルト頭部の前記成形性は改善できる。しかし、この成形後の熱処理によって向上できる強度には限界があり、フランジボルトの強度が低下して、前記アルミニウム合金製ボルトに要求される基本特性(締めつけ時の安定軸力確保、締めつけ後の使用中の軸力の低下によるゆるみ防止、折損が無い)が犠牲となる。また、フランジボルトのボルト径を太径とすれば、フランジ径は確保できるが、その分重量アップとなってしまう。また、自動車部品の設計変更を要し、自動車部品の設計上でも許容されない。 As a countermeasure, the formability of the flange bolt head can be improved by reducing the strength of the 6000 series aluminum alloy wire rod. However, there is a limit to the strength that can be improved by the heat treatment after molding, and the strength of flange bolts is reduced, and the basic characteristics required for the aluminum alloy bolts (ensuring stable axial force when tightening, use after tightening) (The prevention of loosening due to a decrease in the internal axial force, no breakage) is sacrificed. Further, if the flange bolt has a large diameter, the flange diameter can be secured, but the weight increases accordingly. In addition, the design of the automobile part needs to be changed, which is not allowed in the design of the automobile part.
しかも、特に断面が円形な6000系アルミニウム合金線棒材を製造する場合、前記特許文献1のような熱間押出による製造方法では、後述する通り、押出材特有の問題から、線棒材のフランジボルト頭部への成形性自体や成形性向上に大きな限界があることにもよる。 In addition, particularly when manufacturing a 6000 series aluminum alloy wire rod having a circular cross section, the manufacturing method by hot extrusion as described in Patent Document 1, as described later, causes problems with the flange of the wire rod as described later. This is also due to the fact that there is a big limit to the formability of the bolt head itself and the improvement of the formability.
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、耐へたり性などの前記基本特性を阻害せずに、成形が容易で高強度な6000系アルミニウム合金フランジボルトおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides a 6000 series aluminum alloy flange bolt that is easy to form and has high strength without impairing the basic characteristics such as sag resistance, and a method for manufacturing the same. Objective.
上記目的を達成するための本発明の成形性に優れた高強度ボルト用アルミニウム合金線棒材の要旨は、下記a〜eの要件を有することを特徴とする。
a.前記アルミニウム合金線棒材が、質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を、熱間圧延、伸線および熱処理することによって製造された、直径が12mmφ以下の線棒材である。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径が50μm以下であり、引張強さが150MPa以上、300MPa以下であるとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値が350kg/mm2 以下である。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記アルミニウム合金線棒材は、前記ボルト頭部の成形後に、熱処理によって引張強さが350MPa以上のボルトとされる。
In order to achieve the above object, the gist of the aluminum alloy wire rod for a high-strength bolt excellent in formability of the present invention has the following requirements a to e.
a. The said aluminum alloy wire rod is mass%, Mg: 0.5-1%, Si: 0.7-1.2%, Cu: 0.4-0.8%, Mn: 0.05-0 .6%, Ti: 0.01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, respectively, and the balance Al and inevitable impurities Al A wire rod material having a diameter of 12 mmφ or less, produced by hot rolling, wire drawing and heat treatment of an ingot of a Mg—Si composition.
b. The average crystal grain size of the center portion of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The aluminum alloy wire rod is formed into a bolt having a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
また、上記目的を達成するための本発明の成形性に優れた高強度ボルト用アルミニウム合金線棒材の製造方法の要旨は、下記a〜eの要件を有することを特徴とする。
a.質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を溶製し、この鋳塊を均質化熱処理後に、加工開始温度が320〜470℃の範囲で加工率70%以上の熱間圧延を行い、更に伸線と熱処理による調質によって、直径が12mmφ以下のアルミニウム合金線棒材とする。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径を50μm以下とし、引張強さを150MPa以上、300MPa以下とするとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下とする。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記アルミニウム合金線棒材は、前記ボルト頭部の成形後に、熱処理によって引張強さが350MPa以上のボルトとされる。
Moreover, the summary of the manufacturing method of the aluminum alloy wire rod material for high-strength bolts excellent in formability of this invention for achieving the said objective has the requirements of the following ae.
a. In mass%, Mg: 0.5 to 1%, Si: 0.7 to 1.2%, Cu: 0.4 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.6%, Ti: 0.00. A casting of Al-Mg-Si composition comprising 01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, and the balance being Al and inevitable impurities After the ingot is melted and the ingot is homogenized and heat-treated, hot rolling with a processing rate of 70% or more is performed at a processing start temperature in the range of 320 to 470 ° C. The aluminum alloy wire rod is 12 mmφ or less.
b. The average grain size of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The aluminum alloy wire rod is formed into a bolt having a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
上記目的を達成するための本発明の高強度フランジボルトの要旨は、ボルトの呼び径でM6〜M12のフランジボルトであって、下記a〜eの要件を有するアルミニウム合金線棒材を成形してなることを特徴とする。
a.前記アルミニウム合金線棒材が、質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を熱間圧延、伸線および熱処理することによって、直径が12mmφ以下に製造されている。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径が50μm以下であり、引張強さが150MPa以上、300MPa以下であるとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値が350kg/mm2 以下である。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記ボルト頭部成形後の熱処理によって、前記フランジボルトの引張強さが350MPa以上とされている。
The gist of the high-strength flange bolt of the present invention to achieve the above object is a flange bolt having a nominal diameter of M6 to M12 and formed of an aluminum alloy wire rod having the following requirements a to e. It is characterized by becoming.
a. The said aluminum alloy wire rod is mass%, Mg: 0.5-1%, Si: 0.7-1.2%, Cu: 0.4-0.8%, Mn: 0.05-0 .6%, Ti: 0.01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, respectively, and the balance Al and inevitable impurities Al A diameter of 12 mmφ or less is produced by hot rolling, wire drawing, and heat treatment of an ingot of a Mg—Si composition.
b. The average crystal grain size of the center portion of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The flange bolt has a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
上記目的を達成するための本発明の高強度フランジボルトの製造方法の要旨は、ボルトの呼び径でM6〜M12のフランジボルトの製造方法であって、下記a〜eの要件を有することを特徴とする。
a.質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を溶製し、この鋳塊を均質化熱処理後に、加工開始温度が320〜470℃の範囲で加工率70%以上の熱間圧延を行い、更に伸線と熱処理によって、直径が12mmφ以下のアルミニウム合金線棒材とする。
b.このアルミニウム合金線棒材をヘッダー加工して、前記フランジボルトのフランジ付き頭部を成形する際の、このアルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径を50μm以下とし、引張強さが150MPa以上、300MPa以下とするとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下とする。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記フランジボルトのフランジ付き頭部を成形後に、熱処理によって、前記フランジボルトの引張強さを350MPa以上とする。
The gist of the manufacturing method of the high-strength flange bolt of the present invention for achieving the above object is a manufacturing method of a flange bolt having a nominal diameter of M6 to M12 having the following requirements a to e. And
a. In mass%, Mg: 0.5 to 1%, Si: 0.7 to 1.2%, Cu: 0.4 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.6%, Ti: 0.00. A casting of Al-Mg-Si composition comprising 01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, and the balance being Al and inevitable impurities The ingot is melted and the ingot is homogenized and heat-rolled, and then hot-rolling with a processing rate of 70% or more is performed at a processing start temperature in the range of 320 to 470 ° C. Aluminum alloy wire rod.
b. When this aluminum alloy wire rod is processed into a header to form a flanged head of the flange bolt, the average grain size of the center portion of this aluminum alloy wire rod is 50 μm or less, and the tensile strength is In addition to 150 MPa or more and 300 MPa or less, the deformation resistance value measured and calculated by a drop test under the following conditions is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. After forming the flanged head portion of the flange bolt, the tensile strength of the flange bolt is set to 350 MPa or more by heat treatment.
ここで、本発明で言うアルミニウム合金線棒材とは、前記した通り、その製造過程において熱間圧延、伸線および熱処理することによって、直径が12mmφ以下に製造された線棒材であり、前記フランジボルトのフランジ付き頭部など、ボルト頭部の成形が施される、ボルト素材としての線棒材である。したがって、このアルミニウム合金線棒材における前記した平均結晶粒粒径(組織)や機械的性質(特性)の規定は、このアルミニウム合金線棒材をヘッダー加工によって前記フランジボルトのフランジ付き頭部など、ボルト頭部の成形する前の、この線棒材の状態を言う。 Here, the aluminum alloy wire rod material referred to in the present invention is a wire rod material having a diameter of 12 mmφ or less by hot rolling, wire drawing and heat treatment in the production process as described above, It is a wire rod material as a bolt material on which a bolt head is molded, such as a flanged head of a flange bolt. Therefore, the above-mentioned average crystal grain size (structure) and mechanical properties (characteristics) in the aluminum alloy wire rod material are defined as follows. The state of this wire rod material before the bolt head is formed.
本発明のボルト素材としての線棒材が対象とするのは、フランジボルト以外のボルトであっても良い。また、本発明の線棒材の断面は、主として円形な線棒材を対象とするが、ボルト素材に適用できるものであれば、断面形状が真円だけでなくとも良く、楕円などの他の円形な断面形状も、ボルト用途に応じて適宜選択される。 The wire rod material as the bolt material of the present invention may be a bolt other than the flange bolt. Further, the cross section of the wire rod material of the present invention is mainly intended for a circular wire rod material, but the cross sectional shape is not limited to a perfect circle as long as it can be applied to a bolt material. A circular cross-sectional shape is also appropriately selected according to the bolt application.
本発明者は、ボルトの素材である6000系アルミニウム合金線棒材の組成と組織とが、前記複雑な形状と細径および高強度なフランジボルトの成形性、特に、そのフランジ付き頭部の成形性に、深い相関関係があることを知見した。 The present inventor believes that the composition and structure of a 6000 series aluminum alloy wire rod, which is a material of the bolt, has the complex shape, small diameter, and formability of a high-strength flange bolt. We found that there is a deep correlation between sex.
先ず、前記6000系アルミニウム合金線棒材の組成は、高強度なフランジボルトで、前記アルミニウム合金製ボルトに要求される前記基本特性(耐へたり性、締めつけ時の安定軸力確保、締めつけ後の使用中の軸力の低下によるゆるみ防止、折損が無い)を保証するために必須である。組成が外れると、フランジボルトの強度が低下して、前記アルミニウム合金製ボルトに要求される基本特性を保証できない。 First, the composition of the 6000 series aluminum alloy wire rod is a high-strength flange bolt, and the basic characteristics required for the aluminum alloy bolt (sag resistance, securing a stable axial force during tightening, after tightening, This is indispensable to ensure that the axial force is not loosened during use and prevents breakage. If the composition deviates, the strength of the flange bolt is lowered, and the basic characteristics required for the aluminum alloy bolt cannot be guaranteed.
次ぎに、前記6000系アルミニウム合金線棒材の組織は、熱間圧延された圧延組織とする。この圧延組織とすることによって、この圧延組織特有の、棒素材表面から内部までの組織の均一性によって、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルトの成形性、特に、そのフランジ付き頭部の成形性が向上する。 Next, the structure of the 6000 series aluminum alloy wire rod is a hot-rolled rolled structure. By adopting this rolled structure, due to the uniformity of the structure from the surface of the bar material to the inside, which is peculiar to this rolled structure, the formability of the flange bolt having a complicated shape and high strength and a small diameter, in particular, The formability of the flanged head is improved.
また、圧延組織とすることは、線棒材組織の結晶粒(平均結晶粒径)の微細化のためにも有効である。ボルトの素材である前記6000系アルミニウム合金線棒材組織の結晶粒を微細化できれば、更に、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルトの成形性、特に、そのフランジ付き頭部の成形性が向上する。また、結晶粒を微細化できれば、前記アルミニウム合金製ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性も保証でき、耐粒界腐食感受性などの耐食性も向上できる。 Moreover, using a rolled structure is also effective for refining the crystal grains (average crystal grain size) of the wire rod structure. If the crystal grains of the 6000 series aluminum alloy wire rod structure, which is the material of the bolt, can be refined, the form of the flange bolt having a complicated shape, high strength, and small diameter, particularly the flanged head The moldability of the part is improved. Further, if the crystal grains can be refined, the basic characteristics such as sag resistance required for the aluminum alloy bolt can be guaranteed, and corrosion resistance such as intergranular corrosion resistance can be improved.
本発明が対象とするような断面形状が丸い線棒材の場合、形状が複雑な形材の場合とは違って、形状が単純である。このため、熱間押出加工では、ダイスの形状も単純となって、ビレット(鋳塊)の中心部は、ダイスによる加工を受けずにそのまま線棒材の中心部となって押出され、線棒材の中心部はビレットの鋳造組織がそのまま残留しやすくなる。また、例え鋳造組織がそのまま残留せずとも、線棒材の中心部は加工率が著しく低くなって、押出組織となっても結晶粒が粗大になりやすくなる。 In the case of a wire rod having a round cross-section as the object of the present invention, the shape is simple, unlike the case of a shape having a complicated shape. For this reason, in the hot extrusion process, the shape of the die is simplified, and the center part of the billet (ingot) is extruded as it is as the center part of the wire rod material without being processed by the die. The billet cast structure tends to remain as it is in the center of the material. Even if the cast structure does not remain as it is, the center portion of the wire rod material has a remarkably low processing rate, and even if it becomes an extruded structure, the crystal grains tend to be coarse.
また、熱間押出加工では、この線棒材の中心部とは反対に、ビレットの表面ほど強加工となって高温化しやすく、ビレット表面に存在する融点が比較的低い晶析物が局部溶融して、ダイスなどに付着しやすくなる。このため、押出中の線棒材表面がむしれる、ムシレと称される現象発生の原因となり、ピックアップと称される、線棒材の表面不良が発生しやすくなる。このような押出材の不良を防止するためには、前記表面の晶析物を減らすために、均熱処理温度を高するか、遷移元素の量を減らす必要がある。しかし、均熱処理温度を高すると分散粒子が粗大化し、また、遷移元素量を減らすと分散粒子が減って密度が小さくなり、本発明で規定するようには結晶粒を微細化できない問題も生じる。 Also, in the hot extrusion process, contrary to the center part of this wire rod material, the surface of the billet becomes stronger and the temperature tends to increase, and the crystallized material present on the billet surface with a relatively low melting point melts locally. It becomes easy to adhere to dies. For this reason, the surface of the wire rod material during extrusion is peeled off, causing a phenomenon called mushy, and the surface failure of the wire rod material called pickup tends to occur. In order to prevent such defects of the extruded material, it is necessary to increase the soaking temperature or reduce the amount of transition elements in order to reduce the crystallized matter on the surface. However, when the soaking temperature is raised, the dispersed particles become coarse, and when the amount of transition elements is reduced, the dispersed particles are reduced and the density is reduced, and there is a problem that the crystal grains cannot be refined as defined in the present invention.
これらが原因して、熱間押出加工により製造された線棒材の表面と中心部では、前記圧延組織に比して、線棒材表面から内部までの組織の均一性が劣る。また、本発明で規定するように結晶粒を微細化することが難しい。これらが、特に断面が円形な6000系アルミニウム合金線棒材を製造する場合、前記特許文献1のような熱間押出による製造方法では、押出材特有の問題から、前記フランジボルト頭部への成形性自体や成形性向上に大きな限界がある理由である。 For these reasons, the uniformity of the structure from the surface of the wire rod to the inside is inferior to that of the rolled structure at the surface and the center of the wire rod manufactured by hot extrusion. Further, it is difficult to make the crystal grains fine as defined in the present invention. In particular, when manufacturing a 6000 series aluminum alloy wire rod having a circular cross section, the manufacturing method by hot extrusion as described in Patent Document 1 may cause the flange bolt head to be formed due to problems specific to the extruded material. This is the reason why there is a big limit to the improvement of the properties and the moldability.
本発明では、更に、6000系アルミニウム合金線棒材の前記フランジボルト頭部への成形性を向上させ、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形を保証するために、この線棒材の引張強さと変形抵抗値とを特定の範囲に規定する。 In the present invention, the formability of the 6000 series aluminum alloy wire rod material to the flange bolt head is further improved, and the complicated shape, high strength and small diameter of the flange bolt head are ensured. Therefore, the tensile strength and the deformation resistance value of the wire rod are defined within a specific range.
前記した通り、アルミニウム合金において、強度と成形性とには一定の相関関係があることが周知である。しかし、本発明者らの知見によれば、前記熱間圧延された(以下、圧延材と言う)前記特定組成の本発明6000系アルミニウム合金線棒材は、6061などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)に比して、よりも高強度であるにも関わらず、前記特定の測定方法による変形抵抗値が低く、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形性が優れる。これは特異な現象であって、前記技術常識に従えば、低強度な6061などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)の方が、前記フランジボルト頭部の成形性が優れるはずである。また、本発明6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)は、6056などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)に比して、低強度であるが、前記特定の測定方法による変形抵抗値が低く、やはり、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形性が優れる。 As described above, it is well known that an aluminum alloy has a certain correlation between strength and formability. However, according to the knowledge of the present inventors, the present invention 6000 series aluminum alloy wire rod having the specific composition that has been hot rolled (hereinafter referred to as a rolled material) is a known 6000 series aluminum alloy such as 6061. Despite having higher strength than wire rod material (rolled material), flange having low deformation resistance value by the specific measuring method, complex shape, high strength and small diameter The formability of the bolt head is excellent. This is a peculiar phenomenon, and according to the above technical common sense, a known 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) such as low strength 6061 should have better formability of the flange bolt head. It is. Further, the 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) of the present invention has lower strength than known 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) such as 6056, but it depends on the specific measuring method. The deformation resistance value is low, and the formability of the flange bolt head having the complicated shape, high strength, and small diameter is excellent.
したがって、本発明のような6000系アルミニウム合金の圧延材分野においては、強度と前記変形抵抗値とに、前記フランジボルト頭部の成形性に対して一定の相関関係がある。即ち、強度と前記変形抵抗値とは、前記フランジボルト頭部の成形性に対して相反する関係であると言って良い。このため、強度と前記変形抵抗値とが、本発明で規定する前記範囲を満たさない限り、前記アルミニウム合金フランジボルトに要求される高強度と、アルミニウム合金フランジボルトへの成形性とを両方満足させることができない。これに対して、本発明は、前記アルミニウム合金フランジボルトに要求される高強度と、前記フランジボルトへの成形性とを両方満足できる。言い換えると、前記アルミニウム合金製ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性を阻害せずに、成形が容易で高強度な6000系アルミニウム合金フランジボルトおよびその製造方法を提供できる。 Therefore, in the rolled material field of 6000 series aluminum alloy as in the present invention, the strength and the deformation resistance value have a certain correlation with the formability of the flange bolt head. That is, it can be said that the strength and the deformation resistance value are in a contradictory relationship with the formability of the flange bolt head. Therefore, as long as the strength and the deformation resistance value do not satisfy the range defined in the present invention, both the high strength required for the aluminum alloy flange bolt and the formability to the aluminum alloy flange bolt are satisfied. I can't. On the other hand, this invention can satisfy both the high intensity | strength requested | required of the said aluminum alloy flange bolt, and the moldability to the said flange bolt. In other words, it is possible to provide a high-strength 6000 series aluminum alloy flange bolt and a method for producing the same without impairing the basic characteristics such as sag resistance required for the aluminum alloy bolt.
以下に、本発明の実施の形態につき、本発明における6000系(Al−Mg−Si系)アルミニウム合金線棒材の組成から、順に要件ごとに具体的に説明する。なお、以下の記載においては、ボルトのうちでも特にフランジボルトとの関連で説明する。また、以下の記載において、本発明における6000系アルミニウム合金線棒材を、アルミニウム合金線棒材あるいは単に線棒材とも言う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described in order from the composition of the 6000 series (Al-Mg-Si series) aluminum alloy wire rod in the present invention. In addition, in the following description, it demonstrates in relation to a flange bolt especially among bolts. In the following description, the 6000 series aluminum alloy wire rod in the present invention is also referred to as an aluminum alloy wire rod or simply a wire rod.
a.組成:
本発明における、ボルト素材としての6000系アルミニウム合金線棒材の化学成分組成について、先ず説明する。本発明はボルトの呼び径でM12以下の比較的細径のフランジボルトを対象にするが、このフランジボルトには、前記した通り、自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの締結用ボルトとしての前記基本特性が要求される。この基本特性は、高強度で、耐へたり性が高く、締めつけ時の安定軸力の確保、締めつけ後の使用中の軸力の低下によるゆるみが無いこと、あるいは折損が無いことなどである。また、フランジボルトへの成形性や耐食性などを兼備していることが必要である。
a. composition:
First, the chemical component composition of a 6000 series aluminum alloy wire rod as a bolt material in the present invention will be described. The present invention is directed to a relatively small flange bolt having a nominal diameter of M12 or less, and as described above, the flange bolt is used as a fastening bolt for automotive parts such as aluminum and magnesium. Basic characteristics are required. The basic characteristics are high strength and high sag resistance, ensuring a stable axial force during tightening, no loosening due to a decrease in axial force during use after tightening, or no breakage. In addition, it is necessary to have both formability and corrosion resistance on the flange bolt.
このような要求を満足するために、アルミニウム合金圧延線棒材は、その製造過程において鋳塊を熱間圧延、伸線および熱処理を施すことを前提とした、圧延線棒材として、特定のAl−Mg−Si系アルミニウム合金組成とする。即ち、質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる特定の組成とする。ここで、各元素の含有量の%表示は、以下に記載の各元素の含有量を含めて、全て質量%の意味である。 In order to satisfy such a requirement, an aluminum alloy rolled wire rod is made of a specific Al as a rolled wire rod on the premise that the ingot is subjected to hot rolling, wire drawing and heat treatment in the production process. -It is set as a Mg-Si type aluminum alloy composition. That is, in mass%, Mg: 0.5 to 1%, Si: 0.7 to 1.2%, Cu: 0.4 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.6%, Ti: A specific composition comprising 0.01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, and Cr: 0.05 to 0.25%, respectively, and the balance being Al and unavoidable impurities. Here, the% display of the content of each element means the mass%, including the content of each element described below.
前記特定の合金組成は、前記フランジボルトとして引張強さが350MPa以上の高強度を有するために、6000系アルミニウム合金の組成にしては、合金元素の種類や含有量が比較的多い。通常であれば、このように合金元素の種類や含有量が比較的多ければ、鋳塊には、粗大な晶析出物が必然的に形成する。このため、熱間押出などで線棒材を製造する場合には、押出時にダイスとの焼付きが生じ易くなる。このような焼付きを防止するためには、押出速度を小さくする必要が生じ、生産性を低下させる。また、無理に押出速度を大きくすると、押出材の表面に傷が生じ、線加工時の破線、表面割れの原因となり易い。 Since the specific alloy composition has a high strength of 350 MPa or more as the flange bolt, the type and content of alloy elements are relatively large for the composition of the 6000 series aluminum alloy. Normally, if the type and content of the alloy elements are relatively large, coarse crystal precipitates are inevitably formed in the ingot. For this reason, when a wire rod material is manufactured by hot extrusion or the like, seizure with a die is likely to occur during extrusion. In order to prevent such seizure, it is necessary to reduce the extrusion speed, which reduces productivity. Further, if the extrusion speed is increased excessively, the surface of the extruded material is damaged, which is likely to cause broken lines and surface cracks during wire processing.
これに対して、圧延線棒材では、合金元素の種類や含有量が比較的多いにも関わらず、前記した合金組成のように、選択された合金元素と合金元素量との組み合わせでバランスさせている。そして、その上で、更に、アルミニウム合金線棒材の製造過程における、熱間圧延、伸線および熱処理の組み合わせや相乗効果によって、線棒材組織を、圧延組織とした上で、この線棒材の結晶粒径を平均結晶粒径で50μm以下に微細化させている。この結果、本発明アルミニウム合金線棒材は、ボルトへの成形性が高く、かつ前記高強度なボルトとして、耐へたり性などの前記基本特性を満足できる。 On the other hand, in the rolled wire rod material, the alloy element is balanced by the combination of the selected alloy element and the amount of the alloy element as described above in spite of the relatively large type and content of the alloy element. ing. In addition, the wire rod material is made into a rolled structure by a combination or synergistic effect of hot rolling, wire drawing and heat treatment in the production process of the aluminum alloy wire rod, and then the wire rod material. The crystal grain size is reduced to an average crystal grain size of 50 μm or less. As a result, the aluminum alloy wire rod of the present invention has high formability to bolts and can satisfy the basic characteristics such as sag resistance as the high-strength bolts.
また、同時に、前記した化学成分組成のように、選択された合金元素と合金元素量との組み合わせでバランスさせれば、6000系アルミニウム合金の化学成分組成にしては合金元素の種類や含有量が比較的多いにも関わらず、耐食性も合わせて優れさせることができる。 At the same time, if the balance is made by the combination of the selected alloy element and the amount of the alloy element, as in the chemical component composition described above, the type and content of the alloy element is not enough for the chemical component composition of the 6000 series aluminum alloy. Despite being relatively large, the corrosion resistance can also be improved.
これら以外のその他の元素は、基本的には不純物であり、AA乃至JIA規格などに沿った各元素レベルの含有量 (許容量) とする。 Other elements other than these are basically impurities, and the content (allowable amount) at each element level in accordance with AA to JIA standards and the like.
ただ、リサイクルの観点から、溶解材として、高純度Al地金だけではなく、6000系合金やその他のアルミニウム合金スクラップ材、低純度Al地金などを溶解原料として多量に使用した場合には、これら以外のその他の元素も混入される可能性が高い。そして、これらの不純物元素をより低減する処理を行うこと自体が製造コストアップとなり、ある程度の含有を許容することが必要となる。一方、前記した本発明の目的や効果を阻害しない範囲で含有量を規制した方が良い元素もある。 However, from the viewpoint of recycling, not only high-purity Al bullion but also 6000 series alloys, other aluminum alloy scrap materials, low-purity Al bullion, etc. are used as melting materials. There is a high possibility that other elements other than the above will also be mixed. Further, performing the process of further reducing these impurity elements increases the manufacturing cost, and it is necessary to allow a certain amount of inclusion. On the other hand, there is an element whose content is better regulated within a range not hindering the object and effect of the present invention described above.
例えば、Feは0.5%以下、Agは0.2%以下、Snは0.2%以下の含有を許容する。一方、Znは、耐食性に対して特に有害であり、0.05%以下のできるだけ少ない含有量に規制することが好ましい。 For example, Fe is allowed to contain 0.5% or less, Ag is 0.2% or less, and Sn is 0.2% or less. On the other hand, Zn is particularly harmful to corrosion resistance, and it is preferable to regulate the content as low as possible to 0.05% or less.
前記各元素の好ましい含有範囲と意義、あるいは許容量について以下に元素毎に説明する。 The preferable content range and significance of each element, or the allowable amount will be described below for each element.
Si:0.7〜1.2%
Siは、Mgとともに、一部がマトリックスに固溶し、アルミニウム合金線棒材を固溶強化する。また、人工時効処理時に強度向上に寄与する時効析出物などを形成する時効硬化能を発揮して、ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性を満たすのに必要な、前記高強度を得るための必須の元素である。なお、前記人工時効処理での優れた時効硬化能を発揮させるためには、Mg/Siを質量比1.73以下とし、Mgに対してSiを過剰に含有させた過剰Si型の6000系アルミニウム合金組成とすることが好ましい。
Si: 0.7-1.2%
Si, together with Mg, partly dissolves in the matrix and strengthens the aluminum alloy wire rod. In addition, the high strength required to exhibit the age-hardening ability to form aging precipitates that contribute to strength improvement during artificial aging treatment and to satisfy the basic characteristics such as sag resistance required for bolts. It is an essential element for obtaining. In order to exhibit the excellent age-hardening ability in the artificial aging treatment, an excess Si type 6000 series aluminum containing Mg / Si in a mass ratio of 1.73 or less and containing Si excessively with respect to Mg. An alloy composition is preferable.
Si含有量が少なすぎると、絶対量が不足するため、前記固溶強化や時効硬化能が不足する。この結果、必要な前記高強度を得ることができない。一方、Si含有量が多すぎると、粗大な晶出物および析出物が形成されて、却って、必要な前記高強度を得ることができない。また、線棒材への熱間加工性やボルトへの成形性が著しく阻害される。したがって、Si含有量は0.7〜1.2%の範囲とする。 If the Si content is too small, the absolute amount is insufficient, so that the solid solution strengthening and age hardening ability are insufficient. As a result, the required high strength cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too large, coarse crystals and precipitates are formed, and the required high strength cannot be obtained. Moreover, the hot workability to a wire rod material and the moldability to a bolt are remarkably inhibited. Therefore, the Si content is in the range of 0.7 to 1.2%.
Mg:0.5〜1%
Mgは、固溶強化と、前記人工時効処理時に、Siとともに強度向上に寄与する時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、ボルトに要求される前記基本特性を満たすのに必要な、前記高強度を得るための必須の元素である。
Mg: 0.5 to 1%
Mg is required to satisfy the basic characteristics required for bolts by forming an aging precipitate that contributes to strength improvement together with Si during solid solution strengthening and the artificial aging treatment, and exhibits age hardening ability. , An essential element for obtaining the high strength.
Mg含有量が少なすぎると、絶対量が不足するため、前記固溶強化や時効硬化能が不足する。この結果、必要な前記高強度を得ることができない。一方、Mg含有量が多すぎると、粗大な晶出物および析出物が形成されて、却って、必要な前記高強度を得ることができない。したがって、Mgの含有量は0.5〜1%の範囲とする。 If the Mg content is too small, the absolute amount is insufficient, so that the solid solution strengthening and age hardening ability are insufficient. As a result, the required high strength cannot be obtained. On the other hand, if the Mg content is too large, coarse crystals and precipitates are formed, and the required high strength cannot be obtained. Therefore, the Mg content is in the range of 0.5 to 1%.
Cu:0.4〜0.8%
Cuは、Mg、Siと共に強度の向上に寄与する。Cu含有量が少なすぎると、その効果が十分に得られず、ボルトに要求される前記基本特性を得ることができない。一方、Cu含有量が多すぎると、却って、強度が低下する。また、ボルトへの成形性、そして耐蝕性が大きく低下する。したがって、Cuの含有量は0.4〜0.8%の範囲、好ましくは0.45〜0.85%の範囲とする。
Cu: 0.4 to 0.8%
Cu contributes to strength improvement together with Mg and Si. If the Cu content is too small, the effect cannot be sufficiently obtained, and the basic characteristics required for the bolt cannot be obtained. On the other hand, when there is too much Cu content, intensity | strength will fall on the contrary. Further, the formability to the bolt and the corrosion resistance are greatly reduced. Therefore, the Cu content is in the range of 0.4 to 0.8%, preferably in the range of 0.45 to 0.85%.
Mn:0.05〜0.6%
Mnは、一部がマトリックスに固溶し、アルミニウム合金線棒材を固溶強化する。また、鋳塊の均質化熱処理時に、Al−Mn系の分散粒子を形成し、この線棒材組織の結晶粒を微細化させることが可能となり、強度、成形性、耐食性などを向上できる。
Mn: 0.05 to 0.6%
Mn partially dissolves in the matrix and strengthens the aluminum alloy wire rod. Further, during the homogenization heat treatment of the ingot, Al—Mn-based dispersed particles can be formed, and the crystal grains of the wire rod material structure can be refined, and the strength, formability, corrosion resistance, and the like can be improved.
Mn含有量が少なすぎると、その効果が十分に得られず、ボルトに要求される前記基本特性を満たすのに必要な、前記高強度を得ることができない。一方、Mn含有量が多すぎると、却って強度が低下する。また、ボルトへの成形性や耐食性が大きく低下する。したがって、Mnの含有量は0.05〜0.6%の範囲、好ましくは0.1〜0.5%の範囲とする。 If the Mn content is too small, the effect cannot be sufficiently obtained, and the high strength necessary for satisfying the basic characteristics required for the bolt cannot be obtained. On the other hand, when there is too much Mn content, intensity | strength falls on the contrary. In addition, the formability and corrosion resistance of the bolt are greatly reduced. Therefore, the Mn content is in the range of 0.05 to 0.6%, preferably in the range of 0.1 to 0.5%.
Ti:0.01〜0.05%
Tiは、Bとともに、鋳塊の結晶粒を微細化させる作用がある。これによって、アルミニウム合金線棒材の製造過程における鋳造、圧延割れが改善される。また、6000系アルミニウム合金線棒材組織の結晶粒の平均粒径を50μm以下に微細化し、強度やボルトへの成形性の向上に寄与する。Ti含有量が少なすぎると、その効果が十分に得られず、割れが生じ易くなり、生産性を著しく阻害する。また、結晶粒の微細化にも限界が生じる。一方、Ti含有量が多すぎると、粗大な金属間化合物を形成し、却って強度が低下する。また、ボルトへの成形性も大きく低下する。したがって、Tiの含有量は0.01〜0.05%の範囲とする。
Ti: 0.01 to 0.05%
Ti, together with B, has the effect of refining the crystal grains of the ingot. This improves casting and rolling cracks in the production process of the aluminum alloy wire rod. In addition, the average grain size of the crystal grains of the 6000 series aluminum alloy wire rod structure is refined to 50 μm or less, which contributes to improvement in strength and formability to bolts. If the Ti content is too small, the effect cannot be obtained sufficiently, cracking is likely to occur, and productivity is significantly inhibited. In addition, there is a limit to the refinement of crystal grains. On the other hand, when there is too much Ti content, a coarse intermetallic compound will be formed and an intensity | strength will fall on the contrary. Moreover, the moldability to a bolt also falls significantly. Therefore, the Ti content is in the range of 0.01 to 0.05%.
また、BはTi添加のための母合金に含まれるため、Ti添加の際に同時に混入しやすく、前記した通り、Tiと同様の効果もある。したがって、Bの含有を積極的に排除することは合理的、経済的ではなく、強度やボルトへの成形性を阻害しない、0.05%以下の含有を許容する。 Further, since B is contained in the mother alloy for Ti addition, it is easy to be mixed at the same time when Ti is added, and has the same effect as Ti as described above. Therefore, it is not rational and economical to positively exclude the B content, and a 0.05% or less content that does not impair the strength and formability of the bolt is allowed.
Zr:0.05〜0.25%
Zrは、Mnと同様にそれぞれの元素を含有した分散粒子を形成し、アルミニウム合金線棒材の熱処理時の結晶粒の粗大化を防止して、結晶粒を微細化させる作用がある。この結果、6000系アルミニウム合金線棒材組織の結晶粒の平均粒径を50μm以下に微細化し、強度やボルトへの成形性の向上に寄与する。
Zr: 0.05 to 0.25%
Zr forms dispersed particles containing the respective elements in the same manner as Mn, and has the effect of preventing crystal grains from becoming coarse during the heat treatment of the aluminum alloy wire rod and making the crystal grains finer. As a result, the average grain size of the crystal grains of the 6000 series aluminum alloy wire rod structure is refined to 50 μm or less, which contributes to improvement in strength and formability to bolts.
Zr含有量が少なすぎると、強度やボルトへの成形性向上効果を十分に得ることができない。一方、Zr含有量が多すぎると、却って、強度を低下させ、ボルトへの成形性も大きく低下させる。したがって、Zrの含有量は0.05〜0.25%の範囲とする。 When there is too little Zr content, the improvement effect of the intensity | strength and the moldability to a volt | bolt cannot fully be acquired. On the other hand, when there is too much Zr content, intensity | strength will be reduced on the contrary, and the moldability to a bolt will also be reduced significantly. Therefore, the Zr content is in the range of 0.05 to 0.25%.
Cr:0.05〜0.25%
Crは、Mn、Zrと同様に分散粒子を形成するため、アルミニウム合金線棒材の熱処理時の結晶粒の粗大化を防止して、結晶粒を微細化させる効果がある。強度やボルトへの成形性の向上に寄与する。また、Crには耐食性を向上させる効果もある。Crの含有量が少なすぎると、結晶粒微細化効果が期待できない。一方で、Crの含有量が多すぎると、粗大な晶出物を形成し、却って強度が低下する。また、ボルトへの成形性も大きく低下させる。したがって、Crの含有量は0.05〜0.25%の範囲の範囲とする。
Cr: 0.05-0.25%
Since Cr forms dispersed particles in the same manner as Mn and Zr, it has the effect of preventing the crystal grains from becoming coarse during the heat treatment of the aluminum alloy wire rod and miniaturizing the crystal grains. Contributes to improving strength and formability to bolts. Cr also has the effect of improving corrosion resistance. If the Cr content is too small, the effect of crystal grain refinement cannot be expected. On the other hand, when there is too much content of Cr, a coarse crystallization thing will be formed and an intensity | strength will fall on the contrary. Moreover, the moldability to a bolt is also reduced significantly. Therefore, the Cr content is in the range of 0.05 to 0.25%.
b.強度と前記変形抵抗値:
本発明では、前記した通り、ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性を阻害せずに、高強度な6000系アルミニウム合金フランジボルトの成形性、特に前記図1のボルト頭部2のフランジ部4の成形を容易とする。このために、ボルト素材としてのアルミニウム合金線棒材の引張強さと変形抵抗値とを一定の範囲に規定する。
b. Strength and deformation resistance value:
In the present invention, as described above, the formability of a high-strength 6000 series aluminum alloy flange bolt, particularly the bolt head 2 shown in FIG. 1, without impairing the basic characteristics such as sag resistance required for the bolt. The
即ち、本発明では、前記フランジボルトのフランジ付き頭部が成形される際の、前記熱間圧延、伸線および熱処理された前記特定組成の6000系アルミニウム合金線棒材の引張強さを150MPa以上、300MPa以下とする。また、これとともに、このアルミニウム合金線棒材の下記条件による落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下とする。 That is, in the present invention, when the flanged head portion of the flange bolt is formed, the tensile strength of the 6000 series aluminum alloy wire rod having the specific composition subjected to the hot rolling, wire drawing and heat treatment is 150 MPa or more. , 300 MPa or less. At the same time, the deformation resistance value measured and calculated by a drop test under the following conditions of this aluminum alloy wire rod is set to 350 kg / mm 2 or less.
このように、本発明では、前記熱間圧延、伸線および熱処理された前記特定組成の6000系アルミニウム合金線棒材の強度と前記変形抵抗値とを規定して、高強度であるにも関わらず、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形性を向上させる。この点で、本発明では、続いて説明する平均結晶粒径と同様に、前記6000系アルミニウム合金線棒材の組織を、SEMやTEMなどのミクロな組織観察の代わりに、マクロな意味で、強度と変形抵抗値とで規定しているとも言える。 Thus, in the present invention, the strength and deformation resistance value of the 6000 series aluminum alloy wire rod having the specific composition that has been hot-rolled, drawn, and heat-treated are specified, and although the strength is high, First, the formability of the flange bolt head having a complicated shape, high strength, and a small diameter is improved. In this regard, in the present invention, in the macro sense, instead of observing a microscopic structure such as SEM or TEM, the structure of the 6000 series aluminum alloy wire rod is similar to the average crystal grain size described below. It can be said that it is defined by strength and deformation resistance value.
本発明のような圧延材分野では、前記フランジボルトのフランジ付き頭部の成形性に関して、面白いことに、6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)の強度と成形性とが、これまでの常識的な相関関係とは異なる。即ち、低強度なほど高成形性であるとは、必ずしも言えない。 In the field of rolled material as in the present invention, the strength and formability of the 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) are interestingly related to the formability of the flanged head of the flange bolt. It is different from general correlation. That is, it cannot always be said that the lower the strength, the higher the moldability.
後述する実施例の通り、本発明の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)は、6061などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)に比して、よりも高強度であるにも関わらず、前記特定の測定方法による変形抵抗値が低く、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形性が優れる。これは特異な現象であって、前記技術常識に従えば、より低強度な6061などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)の方が、前記フランジボルト頭部の成形性が優れるはずである。 As will be described later, the 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) of the present invention has higher strength than known 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) such as 6061. Nevertheless, the deformation resistance value by the specific measuring method is low, and the complex bolt shape, high strength, and small diameter flange bolt head formability are excellent. This is a peculiar phenomenon, and according to the technical common sense, a known 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) such as 6061 having a lower strength is superior in formability of the flange bolt head. It should be.
また、本発明の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)は、6056などの公知の6000系アルミニウム合金線棒材(圧延材)に比べると低強度であるが、前記特定の測定方法による変形抵抗値が低く、前記複雑な形状と高強度で、かつ細径であるフランジボルト頭部の成形性が優れる。 The 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) of the present invention has a lower strength than known 6000 series aluminum alloy wire rod (rolled material) such as 6056, but is deformed by the specific measurement method. The resistance value is low, and the formability of the flange bolt head having a complicated shape, high strength, and a small diameter is excellent.
強度:
後述する実施例にて裏付ける通り、前記複雑な形状と高強度で細径であるフランジボルト頭部の成形性を得るためには、前記アルミニウム合金線棒材(圧延材)の引張強さを150MPa以上、300MPa以下、好ましくは250MPa以下とする必要がある。一方で、前記フランジボルトの引張強さを350MPa以上とするためには、フランジボルト頭部の成形前の前記アルミニウム合金線棒材の引張強さを150MPa以上とする必要がある。この引張強さが150MPa未満では、素材の引張強さが低すぎ、前記フランジボルトのフランジ付き頭部の成形後の人工時効硬化処理によっても、前記フランジボルトの引張強さを350MPa以上の高強度とすることができない。
Strength:
As will be explained in the examples described later, the tensile strength of the aluminum alloy wire rod (rolled material) is set to 150 MPa in order to obtain the complex shape and the formability of the flange bolt head having a high strength and a small diameter. As mentioned above, it is necessary to make it 300 MPa or less, preferably 250 MPa or less. On the other hand, in order to set the tensile strength of the flange bolt to 350 MPa or more, it is necessary to set the tensile strength of the aluminum alloy wire rod before forming the flange bolt head to 150 MPa or more. When the tensile strength is less than 150 MPa, the tensile strength of the material is too low, and the flange bolt has a tensile strength of 350 MPa or more even by artificial age hardening after molding of the flanged head of the flange bolt. It can not be.
変形抵抗値:
また、このアルミニウム合金線棒材の引張強さに加えて、後述する実施例にて裏付ける通り、前記複雑な形状と高強度で細径であるフランジボルト頭部の成形性を得るためには、下記条件による落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下、好ましくは300kg/mm2 以下、より好ましくは250kg/mm2 以下とする必要がある。
Deformation resistance value:
Moreover, in addition to the tensile strength of this aluminum alloy wire rod material, as demonstrated in the examples described later, in order to obtain the complex shape and formability of the flange bolt head having a high strength and a small diameter, The deformation resistance value measured and calculated by the drop test under the following conditions needs to be 350 kg / mm 2 or less, preferably 300 kg / mm 2 or less, more preferably 250 kg / mm 2 or less.
このように、前記熱間圧延、伸線および熱処理された前記特定組成の6000系アルミニウム合金線棒材において、強度と前記変形抵抗値とには、前記フランジボルト頭部の成形性に対して一定の相関関係がある。即ち、強度と前記変形抵抗値とが、本発明で規定する前記範囲を満たさない限り、前記アルミニウム合金フランジボルトに要求される高強度と、アルミニウム合金フランジボルトへの成形性とを両方満足させることができない。 As described above, in the 6000 series aluminum alloy wire rod having the specific composition that has been hot-rolled, drawn, and heat-treated, the strength and the deformation resistance value are constant with respect to the formability of the flange bolt head. There is a correlation. That is, both the high strength required for the aluminum alloy flange bolt and the formability to the aluminum alloy flange bolt are satisfied unless the strength and the deformation resistance value satisfy the range defined in the present invention. I can't.
c.落槌試験の試験材:
前記落槌試験の試験材は、前記熱間圧延、伸線および、本発明であれば、伸線加工後か、途中の焼鈍処理によって、引張強さと変形抵抗値が調整、調質された前記フランジボルト頭部への成形前の線棒材とする。ここで、試験材の長さは12mmと一定にする。前記落槌試験において測定する変形抵抗値の測定精度や再現性をよい向上させるためには、本来は、試験材の長さだけでなく、直径も一定する方が好ましい。しかし、伸線される線棒材の製品直径は様々であり、実際の連続的な伸線工程において、最終の伸線径にする前の工程途中から採取することは実質的に不可能である。
c. Test material for drop test:
The test material for the drop test is the flange whose tensile strength and deformation resistance value are adjusted and tempered after the hot rolling, wire drawing and, in the case of the present invention, after wire drawing or by annealing in the middle. The wire rod material before forming the bolt head. Here, the length of the test material is kept constant at 12 mm. In order to improve the measurement accuracy and reproducibility of the deformation resistance value measured in the drop test, it is originally preferable that not only the length of the test material but also the diameter is constant. However, the product diameter of the wire rod material to be drawn varies, and in the actual continuous wire drawing process, it is practically impossible to collect from the middle of the process before making the final wire diameter. .
c.落槌試験:
前記変形抵抗値を測定する落槌試験は、前記フランジボルト1のフランジ4付き頭部2のヘッダー加工(成形)を模擬したものであるが、前記した通り、このヘッダー加工性(ボルト頭部成形性)と、前記落槌試験で測定される変形抵抗値とは深い相関がある。この落槌試験データの試験精度や再現性をより確保するために、請求項に記載した要件cの通りの、図2に示す具体的な条件とする。即ち、図2の通り、前記円柱試験材5を鋼製などの剛体6上に立設した状態で、この円柱試験材5に向けて真上より重さ70kgの錘7を、前記剛体6上から錘7までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
c. Dropping test:
The drop test for measuring the deformation resistance value simulates the header processing (molding) of the head 2 with the
d.変形抵抗値:
前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。この条件は、前記ヘッダー加工の加工量を考慮して、ヘッダー加工に対して、この落槌試験をより相関(模擬)させるために、前記試験材5(線棒材)を50%加工する狙いとした数値条件である。即ち、実際のヘッダー加工においては、例えばM8ボルトの加工ではφ7の素線を加工してフランジ径がφ17.5からφ14.5のボルト頭部を成形するため、前記50%の加工率狙いとした。
d. Deformation resistance value:
The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm). This condition is intended to process the test material 5 (wire rod material) by 50% in order to further correlate (simulate) the drop test with respect to the header processing in consideration of the processing amount of the header processing. It is a numerical condition. That is, in actual header machining, for example, in machining M8 bolts, a φ7 strand is machined to form a bolt head with a flange diameter of φ17.5 to φ14.5. did.
b.組織−結晶粒の微細化:
本発明では、ボルト素材としての6000系アルミニウム合金線棒材組織の結晶粒の平均粒径を前記した通り50μm以下に微細化し、前記した強度やボルトへの成形性を向上させる。また、合わせて、耐粒界腐食感受性などの耐食性も向上させる。この結晶粒の平均粒径が50μmを超えて粗大化した場合には、前記した強度やボルトへの成形性が低下する。また、耐粒界腐食感受性などの耐食性も低下する。
b. Structure-grain refinement:
In the present invention, the average grain size of the crystal grains of the 6000 series aluminum alloy wire rod material structure as the bolt material is refined to 50 μm or less as described above, and the above-described strength and formability to the bolt are improved. In addition, corrosion resistance such as intergranular corrosion resistance is also improved. When the average grain size of the crystal grains exceeds 50 μm and becomes coarse, the above-described strength and formability to bolts are lowered. In addition, corrosion resistance such as intergranular corrosion resistance is reduced.
平均結晶粒径の測定:
前記線棒材の中心部(軸中心部)の平均結晶粒径を下記方法にて測定する。ここで言う結晶粒径とは、線棒材の圧延方向(軸方向)に沿って切断した断面における圧延方向(軸方向)の結晶粒径である。この結晶粒径は、前記線棒材の圧延方向の縦断面を、機械研磨、電解エッチングによって前処理した後に、50倍の光学顕微鏡を用いて観察する。この際、前記圧延方向に、直線を引き、この直線上に位置する個々の結晶粒の切片長さを、個々の結晶粒径として測定する切断法(ラインインターセプト法)で測定する。これを任意の10箇所で測定し、平均結晶粒径を算出する。この際、1 測定ライン長さは0.5mm以上とし、1 視野当たり測定ラインを各3本として、1測定箇所当たり、5視野を観察する。そして、測定ライン毎に順次測定した平均結晶粒径を、1 視野当たり(測定ライン3本)、5視野当たり/1測定箇所、10測定箇所当たりで順次平均化して、本発明で言う平均結晶粒径とする。
Measurement of average grain size:
The average crystal grain size of the center part (shaft center part) of the wire rod is measured by the following method. The crystal grain size referred to here is a crystal grain size in the rolling direction (axial direction) in a cross section cut along the rolling direction (axial direction) of the wire rod. The crystal grain size is observed using a 50 × optical microscope after a longitudinal section in the rolling direction of the wire rod material is pretreated by mechanical polishing and electrolytic etching. At this time, a straight line is drawn in the rolling direction, and a section length of each crystal grain positioned on the straight line is measured by a cutting method (line intercept method) in which each crystal grain size is measured. This is measured at 10 arbitrary locations, and the average crystal grain size is calculated. At this time, the length of one measurement line is 0.5 mm or more, and three measurement lines per one visual field are observed, and five visual fields are observed per one measurement point. The average grain size measured sequentially for each measurement line is averaged sequentially per field of view (3 measurement lines), per 5 fields of view / 1 measurement point, and 10 measurement points, and the average crystal grain referred to in the present invention. The diameter.
組織−晶析出物や分散粒子:
ここで、前記アルミニウム合金線棒材やボルトの品質保証のためには、前記アルミニウム合金線棒材(ボルト)の組織中に、粗大な晶析出物や分散粒子が無いことが前提となる。前記した合金元素の含有により、前記アルミニウム合金線棒材やボルトの組織には晶析出物や分散粒子が必然的に生成する。これら晶析出物や分散粒子が粗大化すると、ボルトへの成形性が著しく低下するとともに、耐へたり性などボルトの基本特性も著しく阻害する。前記アルミニウム合金線棒材の製造に際し、熱間圧延などの製造方法や条件を、後述する通り好ましい条件範囲内で行えば、通常、晶析出物や分散粒子は粗大化しない。因みに、前記した、粗大な晶析出物や分散粒子が無いことの目安は、最大長が10μm以上の粗大な前記晶析出物の平均密度が500個/mm2 以下であり、最大長が800nmを越える分散粒子が観察されないことである。
Structure-crystal precipitates and dispersed particles:
Here, in order to guarantee the quality of the aluminum alloy wire rod and bolt, it is premised that there are no coarse crystal precipitates and dispersed particles in the structure of the aluminum alloy wire rod (bolt). Due to the inclusion of the alloy elements described above, crystal precipitates and dispersed particles are inevitably generated in the structure of the aluminum alloy wire rod and bolt. When these crystal precipitates and dispersed particles are coarsened, the formability to the bolt is remarkably lowered, and the basic characteristics of the bolt, such as sag resistance, are significantly impaired. When producing the aluminum alloy wire rod, if the production method and conditions such as hot rolling are performed within the preferable condition range as described later, the crystal precipitates and the dispersed particles are usually not coarsened. Incidentally, as a guideline for the absence of coarse crystal precipitates and dispersed particles, the average density of coarse crystal precipitates having a maximum length of 10 μm or more is 500 pieces / mm 2 or less, and the maximum length is 800 nm. No over dispersed particles are observed.
製造方法:
本発明における、ボルト素材としてのアルミニウム合金圧延線棒材の製造方法について、以下に工程順に説明する。なお、前記した6000系アルミニウム合金線棒材の組織や特性は、前記特定組成の6000系アルミニウム合金と、熱間圧延による線棒材への加工との組み合わせあるいは相乗効果によって製造可能である。
Production method:
The method for producing an aluminum alloy rolled wire rod as a bolt material in the present invention will be described below in the order of steps. The structure and characteristics of the above-described 6000 series aluminum alloy wire rod can be manufactured by a combination or synergistic effect of the above-described 6000 series aluminum alloy with the specific composition and processing into a wire rod by hot rolling.
即ち、前記線棒材の組織や特性を得る前提として、前記特定組成の線棒材の組織を圧延組織とする。このような熱間圧延後は、更に伸線加工を行なって所定径や所定形状の線棒材とするとともに、熱処理による調質を行って、ボルトへ成形される前の6000系アルミニウム合金線棒材の組織や特性を、前記したした組織や特性とする。 That is, as a premise for obtaining the structure and characteristics of the wire rod material, the structure of the wire rod material having the specific composition is a rolled structure. After such hot rolling, the 6000 series aluminum alloy wire rod before being formed into a bolt after further drawing is performed to obtain a wire rod material having a predetermined diameter and shape and heat treatment. The structure and characteristics of the material are the above-described structure and characteristics.
(溶解、鋳造冷却速度)
先ず、溶解、鋳造工程では、上記6000系成分組成範囲内に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、半連続鋳造法(DC鋳造法)等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。
(Dissolution, casting cooling rate)
First, in the melting and casting process, a molten aluminum alloy melt-adjusted within the above-mentioned 6000 series component composition range is cast by appropriately selecting a normal melting casting method such as a semi-continuous casting method (DC casting method).
(均質化熱処理)
熱間圧延に先立って、鋳造されたアルミニウム合金ビレット(鋳塊)を470〜565℃の範囲で均質化熱処理(均熱処理)し、組織の均質化(鋳塊組織中の結晶粒内の偏析をなくすなど)を行う。均熱処理温度は、470〜565℃の範囲、均質化時間は2時間以上の範囲から選択される。
(Homogenization heat treatment)
Prior to hot rolling, the cast aluminum alloy billet (ingot) is subjected to homogenization heat treatment (soaking) in the range of 470 to 565 ° C. to homogenize the structure (segregation within the crystal grains in the ingot structure). Etc.). The soaking temperature is selected from the range of 470 to 565 ° C., and the homogenization time is selected from the range of 2 hours or more.
この均熱処理温度が高すぎると、前記線棒材組織中の分散粒子が粗大化し、結晶粒の平均粒径を50μm以下に微細化できない。また、前記耐軟化性も低下する。一方、この均熱処理温度が低すぎても、微細な分散粒子が不足して、結晶粒の平均粒径を50μm以下に微細化できない。また、前記耐軟化性も低下する。 If the soaking temperature is too high, the dispersed particles in the wire rod material structure become coarse, and the average grain size of the crystal grains cannot be reduced to 50 μm or less. Further, the softening resistance is also lowered. On the other hand, even if this soaking temperature is too low, fine dispersed particles are insufficient, and the average grain size of crystal grains cannot be reduced to 50 μm or less. Further, the softening resistance is also lowered.
この均熱処理後は、ファンなどによってビレット(鋳塊)を強制的に急冷して、冷却速度を速める方が好ましい。ビレット(鋳塊)を放冷するなど、冷却速度が遅いと、冷却過程でMgSi化合物(晶析出物)が粗大化する危険性がある。このような急冷における平均冷却速度の目安は、室温を含む300℃以下の温度まで80℃/hr以上とすることが好ましい。 After this soaking, it is preferable to forcibly quench the billet (ingot) with a fan or the like to increase the cooling rate. If the cooling rate is slow, such as letting the billet (ingot) cool, there is a risk that the MgSi compound (crystal precipitates) will become coarse during the cooling process. The standard of the average cooling rate in such rapid cooling is preferably 80 ° C./hr or higher up to a temperature of 300 ° C. or lower including room temperature.
(熱間圧延)
前記線棒材の組織や特性を得る前提として、前記線棒材の組織を圧延組織とする。この際、結晶粒の微細化のためには、前記均質化処理後のビレットに対して低温、強加工の熱間圧延を行うことが好ましい。このために、熱延開始温度(熱間圧延開始温度)は、前記アルミニウム合金の成分組成や鋳塊の大きさとの関係で、320〜520℃の範囲、好ましくは320〜485℃の範囲、更に好ましくは320〜470℃の範囲、のできるだけ低い温度から選択する。熱延開始温度が高すぎる場合には、低温での圧延とならず、本発明で規定するようには結晶粒を微細化できない危険性が高い。一方、熱延開始温度が320℃未満と低すぎると、強加工での熱間圧延では特に圧延荷重が過大となって、線棒材の圧延自体が困難となる。なお、本発明では、均熱温度よりも熱延開始温度の方が必然的に低くなるので、均熱処理後、均質化熱処理温度から冷却して、前記熱延開始温度として、熱間圧延を開始する。また、均質化熱処理後に、一旦室温まで冷却し、前記熱延開始温度まで再加熱して、この再加熱温度で熱間圧延を開始しても良い。
(Hot rolling)
As a premise for obtaining the structure and characteristics of the wire rod material, the wire rod material structure is a rolled structure. At this time, in order to refine crystal grains, it is preferable to perform hot rolling at low temperature and strong processing on the billet after the homogenization treatment. For this reason, the hot rolling start temperature (hot rolling start temperature) is in the range of 320 to 520 ° C., preferably in the range of 320 to 485 ° C., depending on the composition of the aluminum alloy and the size of the ingot. It is preferably selected from the lowest possible temperature in the range of 320 to 470 ° C. When the hot rolling start temperature is too high, the rolling is not performed at a low temperature, and there is a high risk that the crystal grains cannot be refined as defined in the present invention. On the other hand, if the hot rolling start temperature is too low as less than 320 ° C., the rolling load is particularly excessive in the hot rolling in the strong working, and the rolling of the wire rod itself becomes difficult. In the present invention, the hot rolling start temperature is inevitably lower than the soaking temperature. Therefore, after the soaking, cooling is performed from the homogenizing heat treatment temperature, and hot rolling is started as the hot rolling start temperature. To do. Further, after the homogenization heat treatment, it may be once cooled to room temperature, reheated to the hot rolling start temperature, and hot rolling may be started at this reheating temperature.
熱間圧延の加工率も、前記アルミニウム合金の成分組成や、鋳塊の大きさと線棒材径との関係で、70%以上の、できるだけ高い加工率の範囲から選択する。この加工率が少なすぎると、本発明で規定するようには結晶粒を微細化できない可能性がある。 The hot rolling processing rate is also selected from the range of 70% or higher processing rate as high as possible depending on the composition of the aluminum alloy and the relationship between the ingot size and the wire rod diameter. If the processing rate is too small, there is a possibility that the crystal grains cannot be refined as defined in the present invention.
ここで、熱間圧延は、断面が円形な(丸い)線棒材を、本発明のような組織と特性とに、新たな問題や別の問題が生じることなく製造できる点で、熱間押出に比して格段に優れている。たとえば、本発明が対象とするような断面形状が丸い線棒材の場合、押出加工では、形状が複雑な形材の場合とは違って、形状が単純である。このため、ダイスの形状も単純となって、ビレット(鋳塊)の中心部は、ダイスによる加工を受けずに、そのまま線棒材の中心部となって押出され、線棒材の中心部はビレットの鋳造組織がそのまま残留しやすくなる。言い換えると、熱間押出加工により製造された線棒材の中心部では、ビレットの鋳造組織中に存在した粗大な結晶粒組織が、粗大なまま残存して、本発明で規定するようには結晶粒を微細化できない。 Here, hot rolling is a hot extrusion method in which a wire rod having a circular cross section (round) can be produced without causing new problems or other problems with the structure and characteristics of the present invention. It is much better than For example, in the case of a wire rod having a round cross-sectional shape as the object of the present invention, the shape is simple in extrusion, unlike the case of a shape having a complicated shape. For this reason, the shape of the die is also simplified, and the center portion of the billet (ingot) is extruded as it is as the center portion of the wire rod material without being processed by the die, and the center portion of the wire rod material is The cast structure of the billet tends to remain as it is. In other words, in the central part of the wire rod produced by hot extrusion, the coarse crystal grain structure present in the cast structure of the billet remains coarse and is crystallized as defined in the present invention. The grains cannot be refined.
また、この中心部とは反対に、ビレットの表面ほど強加工となって高温化しやすく、ビレット表面に存在する融点が比較的低い晶析物が局部溶融して、ダイスなどに付着しやすくなる。このため、押出中の線棒材表面がむしれる、ムシレと称される現象発生の原因となり、ピックアップと称される、線棒材の表面不良が発生しやすくなる。このような押出材の不良を防止するためには、前記表面の晶析物を減らすために、均熱処理温度を高するか、遷移元素の量を減らす必要がある。しかし、前記した通り、均熱処理温度を高すると分散粒子が粗大化し、また、遷移元素量を減らすと分散粒子が減って密度が小さくなり、本発明で規定するようには結晶粒を微細化できない。このように、熱間押出加工では、本発明のような組織や特性を有する線棒材を製造することが困難である。これが、フランジボルト用に断面が円形な線棒材を製造する場合、従来の前記特許文献1のような押出加工による製造では、フランジボルトへの成形性に大きな問題があった理由である。 Contrary to this central portion, the billet surface is more strongly processed and easily heated, and the crystallized material having a relatively low melting point present on the billet surface is locally melted and easily adhered to a die or the like. For this reason, the surface of the wire rod material during extrusion is peeled off, causing a phenomenon called mushy, and the surface failure of the wire rod material called pickup tends to occur. In order to prevent such defects of the extruded material, it is necessary to increase the soaking temperature or reduce the amount of transition elements in order to reduce the crystallized matter on the surface. However, as described above, when the soaking temperature is increased, the dispersed particles become coarse, and when the amount of the transition element is decreased, the dispersed particles are reduced and the density is reduced, and the crystal grains cannot be refined as defined in the present invention. . Thus, in the hot extrusion process, it is difficult to produce a wire rod having a structure and characteristics as in the present invention. This is the reason why when manufacturing a wire rod having a circular cross section for a flange bolt, the conventional manufacturing by extrusion as in Patent Document 1 has a large problem in the formability to the flange bolt.
(線棒材の熱処理)
熱間圧延後に通常は巻き取られてコイル化された線棒材を、更に冷間で伸線加工する場合には、伸線加工中あるいは伸線加工後に、線棒材に対する焼鈍処理などの熱処理(調質)を行って、フランジボルトへの成形前の線棒材の主として強度と変形抵抗値を前記本発明規定範囲に調整する。なお、この伸線加工中あるいは伸線加工後に、後述する溶体化および急冷(焼入れ)処理を行っても良い。
(Heat treatment of wire rod)
When wire rod material that has been coiled and coiled after hot rolling is further cold drawn, heat treatment such as annealing treatment for wire rod material during or after wire drawing (Tempering) is performed, and the strength and deformation resistance value of the wire rod material before forming into the flange bolt are mainly adjusted within the range specified in the present invention. In addition, during this wire drawing or after wire drawing, a solution treatment and a rapid cooling (quenching) treatment described later may be performed.
(成形)
これら強度と変形抵抗値、また平均結晶粒径が本発明範囲内に調節された線棒材は、前記図1に示したフランジボルト(フランジ付きボルト)に成形される。この成形は、先ず、適当なボルト長さに切断された線棒材をヘッダー加工によって、フランジボルト1の頭部を成形する。即ち、六角形のボルト頭部2と、このボルト頭部2の下部周縁にフランジ4が一体に設けられた頭部構造を成形する。次いで、通常は経済的なねじ転造加工によって、あるいは形状精度が高いがコストが高いねじ切削加工によって、ねじ(ねじ山)が切られた軸部である雄ネジ部3が成形される。この際、ねじを雄ネジ部3全長に亙って切る(全ねじ)か否かは、用途に応じて適宜選択される。また、ボルト頭部周縁形状も通常の六角形だけでなく四角形や円形が、ボルト頭部の溝形状もマイナス溝、プラス(十字)溝、あるいは溝が無い場合も、用途に応じて適宜選択される。前記ヘッダー加工機やねじ転造加工機あるいは加工条件は、公知のものが使用できる。なお、これらヘッダー加工機やねじ転造加工機は、前記特許文献1の図1などにも、頭部にフランジの無い、単純な六角ボルトの成形機として開示されている。
(Molding)
The wire rod material whose strength, deformation resistance value, and average crystal grain size are adjusted within the scope of the present invention is formed into the flange bolt (flanged bolt) shown in FIG. In this forming, first, the head of the flange bolt 1 is formed by header processing of a wire rod cut to an appropriate bolt length. That is, a head structure in which a hexagonal bolt head 2 and a
(ボルトの熱処理)
このように成形されたフランジボルトは溶体化処理、人工時効硬化処理などの熱処理(調質)が施され、強度や、耐へたり性などの前記基本特性を満たすフランジボルトとされる。なお、これらの調質は、前記転造加工など、雄ネジ部3の成形加工前に施されても勿論良い。
(Bolt heat treatment)
The flange bolt thus formed is subjected to a heat treatment (tempering) such as a solution treatment or an artificial age hardening treatment, so that the flange bolt satisfies the basic characteristics such as strength and sag resistance. Of course, the tempering may be performed before the male thread portion 3 is molded, such as the rolling process.
溶体化処理は、前記アルミニウム合金の成分組成との関係や、フランジボルト成形後の人工時効硬化処理により強度向上に寄与する時効析出物を十分粒内に析出させるために、好ましくは、500℃〜570で所定時間保持する条件で行う。この溶体化処理後、直ちに10℃/秒以上の冷却速度で急冷処理(焼入れ処理)を行う。この溶体化処理後の急冷処理の冷却速度が遅いと、粒界上にSi、MgSi化合物などが析出しやすくなり、機械的な特性や成形性を低下させる。 The solution treatment is preferably performed at a temperature of 500 ° C. in order to sufficiently precipitate aging precipitates that contribute to strength improvement by the artificial age hardening treatment after flange bolt forming and the relationship with the composition of the aluminum alloy. 570 is performed under the condition of holding for a predetermined time. Immediately after the solution treatment, rapid cooling (quenching) is performed at a cooling rate of 10 ° C./second or more. When the cooling rate of the rapid cooling treatment after the solution treatment is slow, Si, MgSi compounds and the like are likely to precipitate on the grain boundaries, and mechanical properties and formability are deteriorated.
フランジボルト成形後のフランジボルトの人工時効硬化処理は、線棒材の強度など機械的諸特性を向上させるために、好ましくは150〜200℃での高温時効処理を行う。このような時効処理によって、フランジボルトの引張強さを350MPa以上とする。 The artificial age hardening treatment of the flange bolt after the flange bolt molding is preferably performed at a high temperature aging treatment at 150 to 200 ° C. in order to improve mechanical properties such as the strength of the wire rod. By such an aging treatment, the tensile strength of the flange bolt is set to 350 MPa or more.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to implement, and they are all included in the technical scope of the present invention.
次に、本発明の実施例を説明する。表1に示す6000系アルミニウム合金を鋳造後、表2に示す、均熱処理温度、熱延開始温度および熱延加工率の熱間圧延を施し、その後伸線とこの伸線後の焼鈍によって、組織や特性が種々異なる、断面が円形な線棒材を各々製造した。そして、これら線棒材のフランジ付きボルトへの成形性、フランジ付きボルトの機械的特性、耐食性などの諸特性を評価した。 Next, examples of the present invention will be described. After casting the 6000 series aluminum alloy shown in Table 1, it is subjected to hot rolling at a soaking temperature, a hot rolling start temperature and a hot rolling process rate shown in Table 2, and then by drawing and annealing after this drawing, And wire rods having different cross-sections and different cross-sections were manufactured. And various characteristics, such as the moldability to the bolt with a flange of these wire rod materials, the mechanical characteristic of a bolt with a flange, and corrosion resistance, were evaluated.
棒素材の製造条件:
前記アルミニウム合金線棒材のより具体的な製造条件は以下の通りである。表1に示す各組成の6000系アルミニウム合金を半連続鋳造法によりビレット(鋳塊)に鋳造した。これらビレットは熱延加工率を変えるために径を変え、表2に示す均熱処理温度で共通して4時間(hr)の均熱処理した。そして、その後一旦室温まで冷却した後に、表2に示す各熱延開始温度まで再加熱し、表2に示す加工率で、熱間圧延し、共通して13mmφの断面が円形な線棒材を製造した。ここで、前記均熱処理後のビレットはファンによって強制的に急冷し、300℃以下までの平均冷却速度を150℃/hrとした。
Bar material manufacturing conditions:
More specific production conditions for the aluminum alloy wire rod are as follows. A 6000 series aluminum alloy having each composition shown in Table 1 was cast into a billet (ingot) by a semi-continuous casting method. These billets were changed in diameter in order to change the hot rolling rate, and were soaked for 4 hours (hr) in common at the soaking temperature shown in Table 2. And after cooling to room temperature once after that, it reheats to each hot rolling start temperature shown in Table 2, it hot-rolls with the processing rate shown in Table 2, and the cross section of 13 mm diameter is circular in common. Manufactured. Here, the billet after the soaking was forcibly quenched by a fan, and the average cooling rate up to 300 ° C. or less was set to 150 ° C./hr.
更に、この熱延上がりの線棒材を、表面を皮むき加工した後に、冷間で3.5mmφの断面が円形な線棒材まで表2に示す加工率で伸線加工した。そして、この細径化させた線棒材を、表2に示す焼鈍温度で、共通して4時間(hr)焼鈍処理し、引張強さと変形抵抗値とを最終的に調質(調整)した。 Further, after the hot-rolled wire rod was peeled, the wire rod was cold-drawn at a working rate shown in Table 2 to a wire rod with a 3.5 mmφ cross-section in a cold state. The thinned wire rod material was annealed in common at the annealing temperatures shown in Table 2 for 4 hours (hr), and finally tempered (adjusted) the tensile strength and deformation resistance value. .
棒素材の組織、特性:
これらのアルミニウム合金線棒材の、前記フランジボルトのフランジ付き頭部を成形するヘッダー加工前の、平均結晶粒径(μm)、引張強さ(MPa)、変形抵抗値(kg/mm2 )を各々前記した方法により、測定した。なお、引張強さは、後述する成形後のフランジボルトの引張試験と同じ条件で測定した。これらの結果も合わせて表2に示す。ここで、変形抵抗値は次式により求めた。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(2649mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
Bar material structure and properties:
The average crystal grain size (μm), tensile strength (MPa), deformation resistance value (kg / mm 2 ) of these aluminum alloy wire rods before header processing for forming the flanged head of the flange bolt Each was measured by the method described above. In addition, the tensile strength was measured on the same conditions as the tensile test of the flange bolt after the shaping | molding mentioned later. These results are also shown in Table 2. Here, the deformation resistance value was obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (2649 mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
ここで、これらのアルミニウム合金線棒材の組織中に、粗大な晶析出物や分散粒子の有無を調べた。その結果、比較例も含めて、発明例は全て、最大長が10μm以上の粗大な前記晶析出物の平均密度が500個/mm2 以下であり、最大長が800nmを越える分散粒子が観察されなかった。晶析出物の平均密度の測定面は前記アルミニウム合金線棒材の長手方向(軸方向)に対する平行な任意の断面の中央部とし、これら平行断面中央部の位置における組織の走査型電子顕微鏡(SEM)による倍率1000倍の観察にて計測した。また、分散粒子の測定面は、前記晶析出物と同様とし、これら平行断面中央部より薄膜試料を作製し、成分分析装置付属のTEM(透過型電子顕微鏡)を用いて、5000倍の倍率にて観察した。 Here, the presence or absence of coarse crystal precipitates and dispersed particles was examined in the structure of these aluminum alloy wire rods. As a result, in all of the inventive examples including the comparative example, the average density of coarse crystal precipitates having a maximum length of 10 μm or more is 500 pieces / mm 2 or less, and dispersed particles having a maximum length exceeding 800 nm are observed. There wasn't. The measurement surface of the average density of the crystal precipitates is the central part of any cross section parallel to the longitudinal direction (axial direction) of the aluminum alloy wire rod, and the scanning electron microscope (SEM) of the structure at the position of the central part of these parallel cross sections ) And observed at 1000 times magnification. The measurement surface of the dispersed particles is the same as that of the crystal precipitate, and a thin film sample is prepared from the central part of these parallel cross sections, and the magnification is 5000 times using a TEM (transmission electron microscope) attached to the component analyzer. And observed.
棒素材の成形:
前記調質後の7mmの線棒材を、所定に長さに切断し、冷間にてヘッダー加工を行い、ボルトの呼び径でM8の図1のフランジボルトのボルト頭部を各例とも各々200本づつ成形した。この際、頭部2の六角平径は12mm、フランジ4の径は15mm、先端の厚みは1mm、長さは50mmとした。その後、更に、全ねじにて雄ねじ部3のねじ山を転造加工にて成形した。なお、ヘッダー加工の際に、フランジ4や頭部2に割れなどが発生したものは、続く転造加工をしなかった。これらの成形条件は、前記した複雑な形状と径および高強度なフランジボルトの成形性に対応したものである。
Rod material molding:
The 7 mm wire rod after the tempering is cut to a predetermined length, the header is processed in the cold, and the bolt head of the flange bolt of FIG. 200 pieces were molded. At this time, the hexagonal flat diameter of the head 2 was 12 mm, the diameter of the
棒素材の成形性:
これらのフランジボルト成形の際に、前記ボルト頭部の成形性(ヘッダー加工性)を評価し、通常のヘッダー加工の加工速度で効率よく加工しても、フランジ4に割れなどの不良が生じずに、100本全量のボルト頭部を健全に加工できた例を○と評価した。一方、通常のヘッダー加工の加工速度で加工した場合に、前記割れなどの不良が数本でも生じ、加工度を小さくするなどして、ヘッダー加工条件を緩和しても、前記割れなどの不良が依然発生し、頭部の成形性が悪い(不可)と判断された例を×と評価した。また、前記割れなどの不良が生じて成形性が悪いが、加工度を小さくするなどして、ヘッダー加工条件を緩和すれば、全量のボルト頭部の加工が可能と判断された例を△と評価した。また、雄ねじ部3のねじ山の転造加工性も、同様の基準で評価した。これらの結果も合わせて表2に示す。
Formability of rod material:
Even when these flange bolts are formed, the formability (header processability) of the bolt head is evaluated, and even if it is efficiently processed at a normal header processing speed, defects such as cracks do not occur in the
転造加工後の調質:
この転造加工後の(成形できた)フランジボルトを、5760℃で3時間の溶体化処理した後に室温まで水焼入れし、その後、直ちに、180℃で9時間の高温の時効処理を行った。これらは、フランジボルトとしての耐へたり性などの前記基本特性を得る、高強度化のための調質処理である。そして、これら調質後のフランジボルトの機械的な性質と耐食性とを測定、評価した。これらの結果も合わせて表2に示す。
Tempering after rolling:
The flange bolt after the rolling process (formed) was subjected to a solution treatment at 5760 ° C. for 3 hours, then water-quenched to room temperature, and then immediately subjected to a high temperature aging treatment at 180 ° C. for 9 hours. These are tempering treatments for increasing the strength to obtain the basic characteristics such as sag resistance as flange bolts. Then, the mechanical properties and corrosion resistance of these tempered flange bolts were measured and evaluated. These results are also shown in Table 2.
機械的性質:
前記機械的性質は、図3に示す引張試験機を用いて、前記調質後のフランジボルトを、5mm/分のクロスヘッド速度で、常温中で、破断まで引張試験を行った。応力―歪速度より、引張強さ(MPa)、0.2%耐力(MPa)を測定した。伸び(%)は前記引張試験時のフランジボルトの引張試験前後のケガキ線の間隔(引張試験前の間隔10mm)より算出した。なお、これらの測定値は、各例とも3本のフランジボルトの各測定値の平均値とした。
mechanical nature:
As for the mechanical properties, a tensile test was performed on the flange bolt after the tempering at a crosshead speed of 5 mm / min at room temperature until breakage using a tensile tester shown in FIG. From the stress-strain rate, tensile strength (MPa) and 0.2% yield strength (MPa) were measured. Elongation (%) was calculated from the spacing of the marking lines before and after the tensile test of the flange bolt during the tensile test (interval of 10 mm before the tensile test). In addition, these measured values were made into the average value of each measured value of three flange bolts in each example.
耐食性:
前記耐食性を評価するために、前記各供試材のJIS−W1103法の4.4.3項に記載の方法に準じて、腐食試験を行った。即ち、腐食試験条件は、まず、93℃のエッチング溶液(70%濃硝酸50ml、48%、ふっ化水素酸5ml、蒸留水945mlの組成)に1分間浸漬後、蒸留水で洗浄し、乾燥させた。その後、30℃の腐食促進液(NaClを57g、30%過酸化水素水10mlを蒸留水で1lに希釈したもの) に6時間浸漬した。そして、試験片平行断面を、エッチング溶液(70%濃硝酸2.5ml、濃塩酸1.5ml、48%ふっ化水素酸1.0ml、蒸留水95.0mlの組成) に10秒間浸漬後、蒸留水で洗浄して乾燥した。この試験片平行断面の腐食状況を200倍の金属顕微鏡により観察した。腐食の観察は、前記顕微鏡視野内において、他の孔食腐食や全面腐食などと区別して、6061−T6を比較材として腐食の程度を判断した。即ち、比較材に比して、腐食の程度が大きい場合を×、同等もしくは同等以下の程度の○と評価した。
Corrosion resistance:
In order to evaluate the corrosion resistance, a corrosion test was carried out in accordance with the method described in the section 4.4.3 of the JIS-W1103 method of each test material. That is, the corrosion test conditions were as follows. First, the sample was immersed in an etching solution at 93 ° C. (composition of 70% concentrated nitric acid 50 ml, 48%, hydrofluoric acid 5 ml, distilled water 945 ml), washed with distilled water and dried. It was. Thereafter, it was immersed in a corrosion accelerating solution at 30 ° C. (57 g of NaCl, 10 ml of 30% hydrogen peroxide solution diluted to 1 liter with distilled water) for 6 hours. Then, the test specimen parallel section was immersed in an etching solution (composition of 70% concentrated nitric acid 2.5 ml, concentrated hydrochloric acid 1.5 ml, 48% hydrofluoric acid 1.0 ml, distilled water 95.0 ml) for 10 seconds, followed by distillation. Washed with water and dried. The corrosion state of this test piece parallel cross section was observed with a 200-fold metal microscope. In the observation of the corrosion, the degree of corrosion was judged using 6061-T6 as a comparative material in the microscope field of view, distinguishing it from other pitting corrosion and general corrosion. That is, the case where the degree of corrosion was large as compared with the comparative material was evaluated as x, equal to or less than or equal to ○.
表1の合金番号1〜8の各発明例のアルミニウム合金は本発明成分組成範囲内である。これらを用いた、表2の各発明例1〜8は、前記した好ましい条件範囲で、低温、強加工の熱間圧延や調質を行なっている。このため、これら発明例の線棒材は、表2に示す通り、本発明で規定する平均結晶粒径、引張強さ、変形抵抗値の範囲を満足する組織、特性を兼備している。 The aluminum alloy of each invention example of the alloy numbers 1-8 of Table 1 is in this invention component composition range. Inventive Examples 1 to 8 in Table 2 using these are hot-rolled and tempered at a low temperature and with a strong work within the above-described preferable condition range. For this reason, as shown in Table 2, the wire rods of these invention examples have a structure and characteristics that satisfy the ranges of the average crystal grain size, tensile strength, and deformation resistance defined in the present invention.
この結果、表2に示す通り、各発明例は、前記した複雑な形状と細径および高強度なフランジボルトの成形性、特に、フランジボルト頭部の成形性(前記ヘッダー加工性)に優れ、雄ねじ部のねじ山の転造加工性も優れている。また、成形後の熱処理によって、フランジボルトとして引張強さが350MPa以上の高強度も得られ、また耐食性にも優れており、ボルトに要求される耐へたり性などの前記基本特性を満足する。 As a result, as shown in Table 2, each invention example is excellent in the above-described complicated shape, small diameter and high-strength flange bolt formability, in particular, flange bolt head formability (the header workability), The rolling processability of the thread of the male thread is also excellent. In addition, the heat treatment after molding provides a high strength of 350 MPa or more as a flange bolt, and is excellent in corrosion resistance, satisfying the basic characteristics such as sag resistance required for the bolt.
これに対して、表1の合金番号9〜18の各比較例のアルミニウム合金は成分組成が本発明の範囲を外れている。
比較例9はMn含有量が少な過ぎる(Mnを含有していない)。
比較例10はCu含有量が少な過ぎる(Cuを含有していない)。
比較例11はZr含有量が少な過ぎる(Zrを含有していない)。
比較例12はCr含有量が多すぎる
比較例13はSi含有量が多すぎる。
比較例14はMg含有量が多すぎる。
比較例15はMg含有量が少な過ぎる。
比較例16はSi含有量が少な過ぎる。
比較例17はSi含有量が少な過ぎ、Mg含有量が多すぎる、従来の6061合金組成である。
比較例18はCu、Mn、Znの含有量が各々多すぎる、従来の6056合金組成である。
On the other hand, the aluminum alloy of each comparative example of alloy numbers 9 to 18 in Table 1 has a component composition outside the scope of the present invention.
The comparative example 9 has too little Mn content (it does not contain Mn).
The comparative example 10 has too little Cu content (it does not contain Cu).
Comparative Example 11 has too little Zr content (does not contain Zr).
Comparative Example 12 has too much Cr content and Comparative Example 13 has too much Si content.
Comparative Example 14 has too much Mg content.
The comparative example 15 has too little Mg content.
The comparative example 16 has too little Si content.
Comparative Example 17 is a conventional 6061 alloy composition in which the Si content is too low and the Mg content is too high.
Comparative Example 18 is a conventional 6056 alloy composition in which the contents of Cu, Mn, and Zn are too large.
このため、表2に示す通り、前記表1の比較例合金を用いた、各比較例9〜16、19(表1の17の6061合金)、20(表1の18の6056合金)の線棒材は、前記した好ましい条件範囲で、低温、強加工の熱間圧延や調質を行なっているものの、本発明で規定する平均結晶粒径、引張強さ、変形抵抗値の範囲を満足する組織、特性を兼備していない。この結果、各比較例の線棒材は、表2に示す通り、前記した複雑な形状と細径および高強度なフランジボルトの成形性に劣っているか、成形後の熱処理によっても、フランジボルトとして引張強さが350MPa以上の高強度も得られていない。また、耐食性も劣っている例もある。したがって、ボルトに要求される前記基本特性を満足していない。 Therefore, as shown in Table 2, wires of Comparative Examples 9 to 16, 19 (17, 6061 alloy of Table 1), 20 (18, 6056 alloy of Table 1) using the comparative example alloys of Table 1 above. Although the rod is subjected to hot rolling and tempering at a low temperature and strong processing within the above-mentioned preferable condition range, it satisfies the range of the average crystal grain size, tensile strength, and deformation resistance defined in the present invention. It doesn't have organization and characteristics. As a result, as shown in Table 2, the wire rod material of each comparative example is inferior in the formability of the above-mentioned complicated shape, small diameter and high strength flange bolt, or as a flange bolt by heat treatment after molding. A high strength with a tensile strength of 350 MPa or more has not been obtained. There are also cases where the corrosion resistance is poor. Therefore, the basic characteristics required for bolts are not satisfied.
特に、比較例20の6061合金例は、フランジボルト頭部成形前の特性では、本発明で規定する平均結晶粒径、引張強さ、変形抵抗値の範囲を満足するものの、ボルト成形後の熱処理によっても、フランジボルトとして引張強さが低く、350MPa以上の高強度が得られていない。また、比較例21の6056合金例は、フランジボルト頭部成形前の特性で、本発明で規定する変形抵抗値の範囲を上に外れている。この結果、この6056合金例の線棒材は、表2に示す通り、前記した複雑な形状と細径および高強度なフランジボルトの成形性に劣っている。しかも、これらは圧延材の結果であるので、これらの合金の押出材の場合には、前記圧延材に比した組織の均一性が劣るなどの理由で、これらの特性がなお劣る乃至得られないことが容易に予想できる。 In particular, the 6061 alloy example of Comparative Example 20 satisfies the range of the average crystal grain size, tensile strength, and deformation resistance defined in the present invention in the characteristics before flange bolt head forming, but the heat treatment after bolt forming. However, the tensile strength is low as a flange bolt, and a high strength of 350 MPa or more is not obtained. Further, the 6056 alloy example of Comparative Example 21 is a characteristic before forming the flange bolt head, which is outside the range of the deformation resistance value defined in the present invention. As a result, as shown in Table 2, the wire rod material of this 6056 alloy example is inferior in formability of the above-described complicated shape, small diameter, and high strength flange bolt. Moreover, since these are the results of the rolled material, in the case of extruded materials of these alloys, these properties are still inferior or cannot be obtained because the uniformity of the structure is inferior to that of the rolled material. Can easily be expected.
また、表2の比較例17、18は、表1に示す本発明成分組成範囲内である合金番号1の合金を用いているものの、前記した好ましい条件範囲で、低温、強加工の熱間圧延を行なっていない。比較例17は熱延開始温度が高すぎる。比較例18は熱延開始温度は低いものの、熱延の圧下率が低すぎる。このため、これら各比較例の線棒材は、表2に示す通り、本発明で規定する平均結晶粒径、引張強さ、変形抵抗値の範囲を満足する組織、特性を兼備していない。この結果、各比較例の線棒材は、表2に示す通り、前記した複雑な形状と細径および高強度なフランジボルトの成形性に劣っているか、成形後の熱処理によっても、フランジボルトとして引張強さが350MPa以上の高強度も得られていない。また、耐食性も劣っている例もある。したがって、ボルトに要求される前記基本特性を満足していない。 Further, Comparative Examples 17 and 18 in Table 2 use the alloy of Alloy No. 1 that is within the composition range of the present invention shown in Table 1, but in the above-mentioned preferable condition range, hot rolling at low temperature and strong working Is not done. In Comparative Example 17, the hot rolling start temperature is too high. In Comparative Example 18, the hot rolling start temperature is low, but the hot rolling reduction is too low. For this reason, as shown in Table 2, the wire rod materials of these comparative examples do not have the structure and characteristics satisfying the range of the average crystal grain size, tensile strength, and deformation resistance value defined in the present invention. As a result, as shown in Table 2, the wire rod material of each comparative example is inferior in the formability of the above-mentioned complicated shape, small diameter and high strength flange bolt, or as a flange bolt by heat treatment after molding. A high strength with a tensile strength of 350 MPa or more has not been obtained. There are also cases where the corrosion resistance is poor. Therefore, the basic characteristics required for bolts are not satisfied.
したがって、以上の実施例の結果から、本発明における線棒材の成分や組織、特性の各要件のフランジボルトへの成形性、フランジボルトとしての前記基本特性を満足するための臨界的な意義乃至効果が裏付けられる。また、線棒材の好ましい製造条件の、本発明における線棒材の組織、特性を得るための臨界的な意義乃至効果が裏付けられる。 Therefore, from the results of the above examples, the critical significance for satisfying the basic characteristics as the flange bolt, the formability to the flange bolt of each component of the wire rod material in the present invention, the structure, and the characteristics requirements. The effect is supported. Further, the critical significance or effect for obtaining the structure and characteristics of the wire rod material in the present invention in the preferable production conditions of the wire rod material is supported.
本発明によれば、成形性に優れた6000系アルミニウム合金線棒材およびその製造方法、この線棒材による、耐へたり性などの前記基本特性を満たした、高強度な6000系アルミニウム合金フランジボルトおよびその製造方法を提供することができる。このため、本発明は、軽量化された自動車部品のアルミニウム材やマグネシウム材などの、ワッシャーが不要な締結用のボルトとして、好適に用いることができる。 According to the present invention, a 6000 series aluminum alloy wire rod excellent in formability, a method for producing the same, and a high strength 6000 series aluminum alloy flange satisfying the basic characteristics such as sag resistance by this wire rod material. A bolt and a manufacturing method thereof can be provided. Therefore, the present invention can be suitably used as a fastening bolt that does not require a washer, such as an aluminum material or a magnesium material of an automobile part that has been reduced in weight.
1:フランジボルト、2:六角形のボルト頭部、3:雄ネジ部、4:フランジ、5:円柱試験材、6:剛体、7:錘 1: flange bolt, 2: hexagonal bolt head, 3: male thread, 4: flange, 5: cylindrical test material, 6: rigid body, 7: weight
Claims (11)
a.前記アルミニウム合金線棒材が、質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を、熱間圧延、伸線および熱処理することによって製造された、直径が12mmφ以下の線棒材である。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径が50μm以下であり、引張強さが150MPa以上、300MPa以下であるとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値が350kg/mm2 以下である。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記アルミニウム合金線棒材は、前記ボルト頭部の成形後に、熱処理によって引張強さが350MPa以上のボルトとされる。 An aluminum alloy wire rod for a high-strength bolt excellent in formability, characterized by having the following requirements a to e.
a. The said aluminum alloy wire rod is mass%, Mg: 0.5-1%, Si: 0.7-1.2%, Cu: 0.4-0.8%, Mn: 0.05-0 .6%, Ti: 0.01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, respectively, and the balance Al and inevitable impurities Al A wire rod material having a diameter of 12 mmφ or less, produced by hot rolling, wire drawing and heat treatment of an ingot of a Mg—Si composition.
b. The average crystal grain size of the center portion of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The aluminum alloy wire rod is formed into a bolt having a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
a.質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を溶製し、この鋳塊を均質化熱処理後に、加工開始温度が320〜470℃の範囲で加工率70%以上の熱間圧延を行い、更に伸線と熱処理による調質によって、直径が12mmφ以下のアルミニウム合金線棒材とする。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径を50μm以下とし、引張強さを150MPa以上、300MPa以下とするとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下とする。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記アルミニウム合金線棒材は、前記ボルト頭部の成形後に、熱処理によって引張強さが350MPa以上のボルトとされる。 The manufacturing method of the aluminum alloy wire rod material for high strength bolts excellent in the moldability characterized by having the requirements of following ae.
a. In mass%, Mg: 0.5 to 1%, Si: 0.7 to 1.2%, Cu: 0.4 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.6%, Ti: 0.00. A casting of Al-Mg-Si composition comprising 01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, and the balance being Al and inevitable impurities After the ingot is melted and the ingot is homogenized and heat-treated, hot rolling with a processing rate of 70% or more is performed at a processing start temperature in the range of 320 to 470 ° C. The aluminum alloy wire rod is 12 mmφ or less.
b. The average grain size of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The aluminum alloy wire rod is formed into a bolt having a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
a.前記アルミニウム合金線棒材が、質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を熱間圧延、伸線および熱処理することによって、直径が12mmφ以下に製造されている。
b.ボルト頭部成形前の前記アルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径が50μm以下であり、引張強さが150MPa以上、300MPa以下であるとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値が350kg/mm2 以下である。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記ボルト頭部成形後の熱処理によって、前記フランジボルトの引張強さが350MPa以上とされている。 A high-strength flange bolt having a nominal diameter of M6 to M12 and formed of an aluminum alloy wire rod having the following requirements a to e.
a. The said aluminum alloy wire rod is mass%, Mg: 0.5-1%, Si: 0.7-1.2%, Cu: 0.4-0.8%, Mn: 0.05-0 .6%, Ti: 0.01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, respectively, and the balance Al and inevitable impurities Al A diameter of 12 mmφ or less is produced by hot rolling, wire drawing, and heat treatment of an ingot of a Mg—Si composition.
b. The average crystal grain size of the center portion of the aluminum alloy wire rod before forming the bolt head is 50 μm or less, the tensile strength is 150 MPa or more and 300 MPa or less, and is measured and calculated by a drop test under the following conditions. The deformation resistance value is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. The flange bolt has a tensile strength of 350 MPa or more by heat treatment after the bolt head is formed.
a.質量%で、Mg:0.5〜1%、Si:0.7〜1.2%、Cu:0.4〜0.8%、Mn:0.05〜0.6%、Ti:0.01〜0.05%、Zr:0.05〜0.25%、Cr:0.05〜0.25%、を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系組成の鋳塊を溶製し、この鋳塊を均質化熱処理後に、加工開始温度が320〜470℃の範囲で加工率70%以上の熱間圧延を行い、更に伸線と熱処理によって、直径が12mmφ以下のアルミニウム合金線棒材とする。
b.このアルミニウム合金線棒材をヘッダー加工して、前記フランジボルトのフランジ付き頭部を成形する際の、このアルミニウム合金線棒材の、中心部分の平均結晶粒径を50μm以下とし、引張強さが150MPa以上、300MPa以下とするとともに、下記条件の落槌試験により測定、算出された変形抵抗値を350kg/mm2 以下とする。
c.前記落槌試験は、前記アルミニウム合金線棒材を試験材として剛体上に立設した状態で、この試験材に向けて真上より重さ70kgの錘を、前記剛体上から錘までの落下高さを1200mmとして、自由落下させて行う。
d.前記変形抵抗値は次式により求める。変形抵抗値(kg/mm2 )=(M×H)/[V×In(h0/h1)]、ここで式中のMは錘の重量(70kg)、Hは錘の落下高さ(1200mm)、V:試験材体積(mm3 )、h0:落槌試験前の試験材の高さ(12mm)、h1:落槌試験後の試験材の高さ(mm)を表す。
e.前記フランジボルトのフランジ付き頭部を成形後に、熱処理によって、前記フランジボルトの引張強さを350MPa以上とする。
A manufacturing method of a flange bolt having a nominal diameter of M6 to M12 having the following requirements a to e.
a. In mass%, Mg: 0.5 to 1%, Si: 0.7 to 1.2%, Cu: 0.4 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.6%, Ti: 0.00. A casting of Al-Mg-Si composition comprising 01 to 0.05%, Zr: 0.05 to 0.25%, Cr: 0.05 to 0.25%, and the balance being Al and inevitable impurities The ingot is melted and the ingot is homogenized and heat-rolled, and then hot-rolling with a processing rate of 70% or more is performed at a processing start temperature in the range of 320 to 470 ° C. Aluminum alloy wire rod.
b. When this aluminum alloy wire rod is processed into a header to form a flanged head of the flange bolt, the average grain size of the center portion of this aluminum alloy wire rod is 50 μm or less, and the tensile strength is In addition to 150 MPa or more and 300 MPa or less, the deformation resistance value measured and calculated by a drop test under the following conditions is 350 kg / mm 2 or less.
c. In the drop test, the aluminum alloy wire rod material is erected on a rigid body as a test material, and a weight weighing 70 kg from above is applied to the test material, and the drop height from the rigid body to the weight is measured. Is set to 1200 mm and allowed to fall freely.
d. The deformation resistance value is obtained by the following equation. Deformation resistance value (kg / mm 2 ) = (M × H) / [V × In (h0 / h1)], where M is the weight of the weight (70 kg), and H is the weight drop height (1200 mm ), V: test material volume (mm 3 ), h0: height of test material before drop test (12 mm), h1: height of test material after drop test (mm).
e. After forming the flanged head portion of the flange bolt, the tensile strength of the flange bolt is set to 350 MPa or more by heat treatment.
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