JPH04341534A - 鍛造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系鍛造
用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製造
方法に関し、特に、軽量であると共に高強度が要求され
る自動車部品用として好適の鍛造用アルミニウム合金及
びアルミニウム合金鍛造材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車及び車両等に使用される各
部品は鉄系の材料により形成されていた。しかし、近年
、軽量化の観点から、これらの各部品の材料としてアル
ミニウム及びアルミニウム合金の使用が促進されつつあ
る。特に、自動車に関しては、排気ガスによる大気汚染
及び地球温暖化等の懸念が世界的規模で取り上げられて
いる。このような背景から、自動車の軽量化をめざし、
種々の部品がアルミニウム又はアルミニウム合金により
製造されるようになった。

【０００３】従来、自動車用部品に使用されるアルミニ
ウム合金としては、耐食性及び強度が優れていることか
ら、一般的にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（例えば、６００
０系合金）が使用されている。そして、自動車用部品は
、強度向上を図るために、これらの合金を鍛造加工して
製造されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金には、鍛造及び熱処理工程にお
いて、加工組織が再結晶し、粗大結晶粒が発生するため
、十分な強度を得ることができないという問題点がある
。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鍛造及び熱処理工程における結晶粒の粗大
化を抑制でき、強度が高い鍛造材を得ることができる鍛
造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鍛造材の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鍛造用アル
ミニウム合金は、　０．８乃至１．２　重量％のＭｇ、
　０．４乃至１．０　重量％のＳｉ、　０．４重量％以
下のＣｕ及び　０．１乃至０．３５重量％のＣｒを含有
し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、熱間鍛造
前の導電率が３３％（ＩＡＣＳ）以下であることを特徴
とする。

【０００７】本発明に係るアルミニウム合金鍛造材の製
造方法は、　０．８乃至１．２　重量％のＭｇ、　０．
４乃至１．０　重量％のＳｉ、０．４　重量％以下のＣ
ｕ及び　０．１乃至０．３５重量％のＣｒを含有し、残
部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、導電率が３３％
（ＩＡＣＳ）以下のアルミニウム合金鋳塊を　４５０乃
至５７０　℃の温度で熱間鍛造する工程を有することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】本願発明者等は、アルミニウム鍛造材の強度を
向上させるべく種々実験研究を行なった。その結果、所
定量のＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣｒを含有すると共に導電
率（ＩＡＣＳ；純銅焼鈍材の導電率を　１００としたと
きの導電率，以下、同じ）を従来の鍛造用アルミニウム
合金に比して低減したアルミニウム合金は、熱間鍛造及
び熱処理時に結晶粒が粗大化しにくく、高強度の鍛造材
を得ることができることを見い出した。本発明はこのよ
うな実験結果に基づいてなされたものである。

【０００９】本発明に係るアルミニウム合金においては
、添加元素として所定量のＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣｒを
含有する。これらの添加元素は、鍛造から最終製品に至
るまでの間に加熱及び冷却を繰り返すことにより固溶及
び析出を繰り返す。その結果、アルミニウム合金の組織
が変化し、最終製品の強度に影響を与える。この場合に
、固溶及び析出量と電気抵抗とは密接な関係があるため
、熱間鍛造加工前のアルミニウム合金の導電率を制御す
ることにより、最終製品の強度を制御することができる
。

【００１０】次に、本発明に係るアルミニウム合金の各
成分の添加理由及びその組成限定理由について説明する
。

【００１１】Ｍｇ，Ｓｉ Ｍｇ及びＳｉはいずれも析出効果により強度を向上させ
るために必要不可欠の元素である。即ち、Ｍｇ及びＳｉ
はアルミニウム合金中においてＭｇ２　Ｓｉとして析出
し、アルミニウム合金の強度を向上させる。Ｍｇ含有量
が　０．８重量％未満の場合は、強度向上効果が十分で
なく、Ｍｇ含有量が　１．２重量％を超えると、押出し
加工性及び鍛造加工性が阻害される。従って、Ｍｇ含有
量は　０．８乃至１．２　重量％とする。

【００１２】一方、Ｓｉ含有量が　０．４重量％未満の
場合は、アルミニウム合金の強度向上効果が十分でなく
、Ｓｉ含有量が　１．０重量％を超えると、鍛造性が阻
害されることがある。従って、Ｓｉ含有量は　０．４乃
至１．０　重量％とする。

【００１３】Ｃｕ Ｃｕは上述したＭｇ２　Ｓｉにより強度が向上したアル
ミニウム合金の強度をより一層向上させる作用がある。 しかし、Ｃｕ含有量が　０．４重量％を超えると、アル
ミニウム合金の焼入れ感受性、鍛造加工性及び耐食性が
低下する。従って、Ｃｕ含有量は　０．４重量％以下と
することが必要である。

【００１４】Ｃｒ Ｃｒはアルミニウム合金の結晶粒の粗大化を抑制する作
用がある。Ｃｒ含有量が　０．１重量％未満の場合はこ
のような作用効果を十分に得ることができない。また、
Ｃｒ含有量が０．３５重量％を超えると、アルミニウム
合金の鍛造加工性が阻害される。従って、Ｃｒ含有量は
　０．１乃至０．３５重量％とする。

【００１５】ところで、通常、熱間鍛造加工前のアルミ
ニウム合金の導電率は５０％程度である。本発明におい
ては、アルミニウム合金の導電率を３３％以下と低くす
ることにより、熱間鍛造加工及び熱処理工程における再
結晶の粗大化を抑制する。

【００１６】導電率が３３％を超える鋳塊を熱間鍛造し
て得たアルミニウム合金鍛造材は、鍛造及び熱処理時に
おいて結晶粒が粗大化しやすく、アルミニウム合金の強
度が低下しやすい。従って、鍛造前のアルミニウム合金
の導電率は３３％以下であることが必要である。なお、
導電率は、例えば、熱間鍛造前の均質化熱処理工程にお
ける処理条件を制御することにより所望の値にすること
ができる。

【００１７】Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣｒを上述の含有量
で含有し、その導電率を上述のように制御したアルミニ
ウム合金に対して熱間鍛造を行なって得た鍛造材は、高
い強度を有している。しかし、鍛造時のアルミニウム合
金の温度及び金型温度、鍛造工程後の溶体化処理温度並
びに時効処理温度等を制御することにより、アルミニウ
ム合金鍛造材の強度をより一層向上させることができる
。

【００１８】この場合に、鍛造温度が　４５０℃未満で
あると、熱間鍛造材の結晶粒が粗大化しやすく、強度が
低下しやすい。また、鍛造温度が　５７０℃を超えると
、摩擦熱により局部融解して加工割れを生じやすい。従
って、鍛造温度は　４５０乃至５７０　℃とすることが
好ましい。

【００１９】金型温度が　２５０℃未満であると、素材
温度が低下してアルミニウム合金が再結晶しやすくなる
ため、熱間鍛造材の結晶粒が粗大化し、強度が低下しや
すい。従って、金型温度は　２５０℃以上であることが
好ましい。

【００２０】鍛造後のアルミニウム合金材は、溶体化処
理を施すことにより、より一層強度が向上する。但し、
熱間鍛造の最終製品の形状によっては、例えば高温で鍛
造を終了して、強制急冷しなくても比較的急速に温度が
低下するような場合は、特に溶体化処理を施さなくとも
十分な強度を得ることができる。溶体化処理温度が　４
９０℃未満の場合は硬化要素の固容量が少なく、十分な
強度を得ることができない。一方、溶体化処理温度が　
５７０℃を超えると、局部融解しやすくなるので、健全
な製品を得ることが困難になる。従って、溶体化処理を
施す場合は、その処理温度を　４９０乃至５７０　℃と
することが好ましい。

【００２１】また、時効処理を施すことにより、溶体化
処理後のアルミニウム合金を析出硬化させ、これにより
アルミニウム合金の強度を向上させることができる。但
し、常温時効でも時間の経過と共に強度は高くなるので
製品の使用目的によっては、特に時効処理を施さなくて
もよい。時効処理における温度が　１５０℃未満の場合
は、硬化要素となるＭｇ２　Ｓｉが析出しにくいので、
十分な強度を得ることが困難である。一方、時効処理に
おける温度が　１９０℃を超えると、析出したＭｇ２　
Ｓｉは粗大化しやすく、アルミニウム合金鍛造材の強度
が低下してしまう。従って、時効処理を施す場合は、そ
の処理温度を　１５０乃至１９０　℃とすることが好ま
しい。

【００２２】なお、Ｃｒ含有量を　０．２重量％以下と
した本発明に係るアルミニウム合金の鋳塊を　４５０乃
至５７０　℃の温度に加熱し、　２５０℃以上の温度に
加熱した金型で鍛造加工することにより、より一層強度
が高いアルミニウム合金鍛造材を得ることができる。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。

【００２４】下記表１に示す組成のアルミニウム合金を
通常の方法により溶解し、直径が１００ｍｍ　のビレッ
トを鋳造した。但し、Ｆｅ、Ｍｎ及びＺｒは不可避的不
純物である。

【００２５】

【００２６】次に、このビレットに均質化熱処理を施し
た。このときの均質化熱処理条件を制御することにより
、下記表２に示すように、導電率が異なる実施例及び比
較例のアルミニウム合金鋳塊を得た。

【００２７】次に、これらの鋳塊に対し、　１５０℃又
は３００　℃に加熱した金型を使用して、８５％の加工
率で熱間鍛造を行なった。次いで、鍛造品に対して　５
３０℃の温度で１時間溶体化処理を施した後、この鍛造
品を水冷した。 その後、　１７０℃の温度で８時間時効処理を施した。 このようにして得た実施例及び比較例の鍛造品の組織を
観察し、粗大結晶粒の発生状況を調べた。また、これら
の実施例及び比較例の鍛造品からフェデラル試験片を作
成し、Ｔ６１処理を施した後に引張強さδＢ　（ｋｇ／
ｍｍ２　）、耐力δ０．２　（ｋｇ／ｍｍ２　）及び伸
びδ（％）を測定した。これらの結果を併せて表２に示
す。但し、粗大再結晶の発生状況は、鍛造及び溶体処理
後の面積率により評価した。そして、粗大結晶粒の発生
量が極めて少ない場合を◎、少ない場合を○、比較的多
い場合を△、多い場合を×で示した。

【００２８】

【００２９】この表２にから明らかなように、導電率が
３１％の鋳塊を熱間鍛造した実施例１，２，３はいずれ
も粗大結晶粒の発生が少なく、高い強度を得ることがで
きた。特に、鍛造温度及び金型温度を夫々　４９０℃及
び　３００℃とした実施例１は、粗大結晶粒の発生が極
めて少なく、最も高い強度を得ることができた。一方、
本発明の特許請求の範囲から外れる比較例１，２，３は
、いずれも粗大結晶粒の発生を十分に抑制することがで
きず、所望の強度を得ることができなかった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る鍛造用
アルミニウム合金は、所定量のＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣ
ｒを含有し導電率を３３％以下に規制したから、熱間鍛
造加工時における結晶粒の粗大化を抑制でき、高強度の
アルミニウム合金鍛造材を得ることができる。

【００３１】また、本発明方法においては、所定量のＭ
ｇ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＣｒを含有し導電率を３３％以下に
規制したアルミニウム合金に対して所定の条件で熱間鍛
造するから、高強度のアルミニウム合金鍛造材を得るこ
とができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　０．８乃至１．２　重量％のＭｇ、
   　０．４乃至１．０　重量％のＳｉ、０．４　重量％以
   下のＣｕ及び　０．１乃至０．３５重量％のＣｒを含有
   し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、熱間鍛造
   前の導電率が３３％（ＩＡＣＳ）以下であることを特徴
   とする鍛造用アルミニウム合金。
2. 【請求項２】　　　０．８乃至１．２　重量％のＭｇ、
   　０．４乃至１．０　重量％のＳｉ、０．４　重量％以
   下のＣｕ及び　０．１乃至０．３５重量％のＣｒを含有
   し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、導電率が
   ３３％（ＩＡＣＳ）以下のアルミニウム合金鋳塊を　４
   ５０乃至５７０　℃の温度で熱間鍛造する工程を有する
   ことを特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記熱間鍛造後のアルミニウム合金材
   に対し、　４９０乃至５７０℃の温度で溶体化処理を施
   す工程と、　１５０乃至１９０　℃の温度で時効処理を
   施す工程とを有することを特徴とする請求項２に記載の
   アルミニウム合金鍛造材の製造方法。