JPS585980B2 - 成形加工性にすぐれた高力アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、成形加工性と強度を兼ねそなえたＡ／−Ｃｕ
またはＡＪ！’−Ｃｕ−Ｍｇ−８ｉ系高力アルミニウム
合金に関する。

高力系アルミニウム合金は、構造強度メンバーとして用
いられるほか、オイルタンクにおける深絞り加工、自動
車４体における張り出しおよび曲げ加工、自動車ホイー
ルにおける絞り加工またはスピニング、野球用バットに
おけるスェージングなと、さまざまな冷間加工工程を含
む広範な用途に利用されている。

しかしながら、高力合金は、Ｔ４材の如き低温時効材で
あっても成形加工性が十分でないため、多くの場合、一
旦軟質化焼鈍を施し、成形加工後に焼入れ・時効の熱処
理を行っている。

そのため、成形加工メーカ自体が焼入れ・時効等の熱処
理設備を備え、熱処理を実施しなければならず、しかも
、その熱処理操作は複雑であり、また焼入れ時の歪みに
よる変形を生ずるなど、技術的・経済的に大きな問題と
なっており、成形加工用高力合金の用途を制限する要因
となっている。

かかる現状を打破するには、Ｔ４材自体に良好な成形加
工性を付与することが是非とも必要であリ、そのための
試みもいくつかなされている。

たとえば、自動車４体用として最近開発され、注目をあ
びつつある熱処理型合金はいづれもこの点を指向してい
るものである。

しかし、自動車４体のごとく成形条件の厳しいものに対
しては、成形性就中曲げ加工性が未だ十分でなく、結局
成形条件を緩めるような設計で妥協が図られているのが
実情である。

本発明は、このような実情に鑑み、Ｔ４材の如き低温時
効材における成形加工性を飛躍的に改善し、苛酷な冷開
成形加工に耐えうるＡＡ！−Ｃｕ系およびＡＡ’−Ｃｕ
−Ｍｇ−８ｉ系の高力合金を提供せんとするものである
。

本発明者等は上記目的を達成すべく高力Ａｌ−Ｃｕ系合
金組成につき鋭意研究を重ねた結果、特定の低融点重金
属元素群から選らばれる元素の微量の添加により成形性
を付与し、また他の特定の遷移金属元素およびボロン群
から選らばれる元素の微量添加により肌荒れ性、強度等
を改善し得ることを見出し、本発明を完成するに到った
。

従来の成形性改善の試みが、主要合金元素量の低減化に
より強度を犠牲にして図られてきたのに対し、本発明で
は、強度低下を伴うことなく、特定元素の微量添加によ
り、高強度を維持しもしくは更に高めつつ成形加工性の
顕著な改善をなし得た点に大きな特徴を有するものであ
る。

すなわち、本発明は、 （１）Ａｎ−２，０〜５．Ｏ％Ｃｕ系アルミニウム合金
才たは （２）Ａ／−１，０〜４．０％Ｃｕ−０，０５〜１．０
％Ｍｇ−０，０５〜１．０係Ｓｉ系アルミニウム合金で
あって、かつ （Ａ）Ｓｎ０．０１〜０．５％、ＣｄＯ，０１＝−０，
５％、Ｉｎ０．０１〜０，５係より成る群から選らばれ
る１種もしくは２種以上の元素 および ＣＢ）Ｍｎ０．０５〜１．５％、ＣｒＯ，０５〜０．３
％。

Ｔｉ０．０１〜０．２％、ＺｒＯ，０５〜０．３％、Ｖ
Ｏ００２〜０．３≠、Ｂｏ、００１〜０．１係より成る
群から選らばれる１種もしくは２種以上の元素。

を複合添加して成る。

本発明合金はいづれも時効硬化型合金であり、Ａｌ−Ｃ
ｕ合金にあってはＣｕを、またＬｌ−Ｃｕ→−−Ｓｉ系
合金にあってはＣｕ、ＭｇおよびＳｉをそれぞれ時効硬
化元素として機能させるとともに、上記（２）および（
Ｂ）群に属する元素の複合添加により成形加工性を顕著
に改善せしめたものである。

以下、各元素の限定理由について詳しく説明する。

本発明に係るアルミニウム合金は、Ｃｕまたは、Ｃｕ、
ＭｇおよびＳｉの各元素が時効硬化元素として機能する
。

Ａ１１−Ｃｕ系合金では、Ｃｕ２．０〜５．０係、ＡＡ
’−Ｃｕ−Ｍｇ−８ｉ系合金では、Ｃｕ１．０〜９４．
０係、Ｍｇ０．０５〜１．０係、Ｓｉ０．０５〜１．０
係を添加す。

いづれの合金においても、各元素が上記範囲の下限値に
満たないと十分な強度が得られず、一方上記上限値を超
えると、強度は上昇するが、反面成形加工性および靭性
の劣化を伴ない萱好ましくない。

Ａ群に属するＳｎ、ＣｄおよびＩｎの各元素は成形加工
性を高める効果をもたらす。

この効果は次の如き機構によるものと考えられる。

すなわち、成形加工性の良否は、成形加工により導入さ
れる転位のすべり運動の難易に左右され、すべり運動が
容易なほど成形加工性にすぐれる。

このすべり運動を容易にするには、原子空孔の吸収を必
要とする転位の上昇運動を阻止する必要があるが、上記
各元素は、原子空孔と強く結合するため転位の上昇運動
を阻止する効果をもたらす。

その結果、すべり運動が容易になり良好な成形加工性を
もたらすものであろう。

かかる効果を得るには、ＳｎＯ，０１〜ｏ、ｓ％、Ｃｄ
Ｏ，０１〜０．５％、Ｉｎ０１０１〜０．５％の１種も
しくは２種以上が添加される。

この範囲に満たないと上記効果は十分でなく、一方この
範囲を超えて添加しても、添加量の割に効果の増大は緩
慢でコスト的に不利であるばかりでなく、耐食性の劣化
をもたらし好ましくない。

Ｂ群に属する元素のうち、Ｍｎ、Ｃｒ、ＺｒおよびＶは
、肌荒れ性の改善に有効であり、ＴｉおよびＢは肌荒性
改善のほか、鋳塊の結晶粒の微細化の効果をもたらす。

これら各元素は更に、耐応力腐食割れ性の改善、強度の
向上等の副次的効果をももたらす。

かかる効果を発揮させるために、Ｍｎ０．０５〜１．５
％、ＣｒＯ，０５〜０．３％、ＴｉＯ，０１〜０．２％
、ＺｒＯ，０５〜０．３％、Ｖｏ、０２〜０．３係、Ｂ
ｏ、００１〜０．１％の各元素のうち１種もしくは２種
以上が添加される。

上記範囲に満たない場合、添加効果は十分でなく、一方
この範囲を超えると、造塊時に巨大化合物として晶出し
、成形性および靭性を劣化させ好ましくない。

不純物としてはこの種合金に通常存在する不可避の成分
および量を許容する。

たとえば、０．９係以下のＦｅ、０．７係以下のＺｎ等
を含んでよく、さらにＡ／−Ｃｕ系合金においては０．
５係以下のＳｉ等が存在してもよい。

次に実施例を挙げて本発明合金について具体的に説明す
る。

実施例 第１表に示す各種成分組成のＡ／−Ｃｕ系およびＡ／−
Ｃｕ−Ｍｇ−８ｉ系合金を溶製し、４０１ＥＩＩ厚の鋳
塊を得、これを５２０℃で２４時間均質化焼鈍した後、
直ちに３．６寵厚まで熱間圧延し、ついで２Ｕ厚まで冷
間圧延して板材を得た。

この板材を５２５℃で３０分間溶体化処理後、水焼入れ
し、室温で３ケ月間放置してＴ４材を製し、その成形性
を測定する一方、該室温３ケ月放置の処理後、更に高温
時効処理を施してＴ６材を製し、これについて引張り性
質を測定した。

同高温時効処理は、ＡＪＣｕ系供試合金／Ｉ６１〜１４
については１５０℃×２４時間、ＡＡ！−Ｃｕ−Ｍｇ−
３ｉ系供試合金／４６１５〜２５については１８０℃×
１．５時間の条件で行つ′た。

成形性および引張り性質の測定結果を第２表に示す。

なお、成形性の評価は、１８０°曲げ試験における最小
曲げ半径０．１ｘｙｘおよび２ｕでの割れ発生状況、張
出し試験（ＪＩＳＺ２−２４７）によるエリクセン値（
−）および肌荒れ状況で代表させた。

同表中「曲げ試験」の欄において、ｒＡＪは「割れなし
」、ｒＢＪは「微少割れ」、ｒＣＪは「割れ」を表示し
、「肌荒れ性」の欄においてｒＡＪは「肌荒れなし」、
ｒＢＪは「や−肌荒れ」、ｒＣＪは「肌荒れ顕著」を表
示する。

上記第２表に示される結果に基づいて、まずＡ＃−Ｃｕ
系合金につき、本発明合金（４１〜１１）と比較材（、
％１２〜１４）を比較すると、本発明合金（／Ｉ６１〜
１１）の強度は比較材（屑１２〜１４）のいづれよりも
すぐれていることが認められる。

また、成形性についてみると、比較材４１２は曲げ性、
エリクセン値、肌荒れ性のいづれも悪く、同、％１３は
Ｓｎを含むため成形性は良好であるが肌荒れ性に劣り、
また同、％１４はＭｎを含むがＳｎを含まないため曲げ
性、エリクセン値が低劣であるのに対し、本発明材（／
１６１〜１１）は、曲げ性、エリクセン値および肌荒れ
性のいづれにもすぐれていることが認められる。

同様にＡＡ！−Ｃｕ−Ｍｇ−８ｉ系合金につき、本発明
材（准１５〜２１）と比較材（／１６２２〜２５）とを
比較すると、本発明材（／１６１５〜２１）の強度は比
較材（、％２２〜２５）と同等ないしはそれ以上の値を
有し、成形加工性に著しい改善がなされていることが認
められる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係るＡ＃−Ｃ
ｕ基合金およびＡ＃−Ｃｕ−Ｍｇ−８ｉ基合金は、相反
する材料特性である加工性と強度とを共に満足せしめた
ものであり、これにより従来軟質材にて成形加工後流こ
されていた焼入れ等の熱処理およびそれに伴う歪み矯正
等の煩雑な処理工程を省略することができ経済的に有利
であるだけでなく、従来製作困難とされていた寸法精度
の厳しい部材にも適用することができるなど、従来のこ
の種合金の適用上の制約を撤廃し、自動車４体、バンパ
ー、ホイールなどの自動車関係、オイルタンク、キャン
ボディ、スノーモービル車体等のほか、ヘルメット、ア
ルミバットあるいは導電用ケーブル継手や事務用機械部
材、光学機器部材など、広範な用途への適用が可能であ
り、その工業的価値は極めて高いものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）Ｃｕ２．０〜５．０％、（ｂ）Ｓｎ０．０１〜
   ０．５％ＣｄＯ，０１〜０．５％またはＩｎ０．０１〜
   ０．５％のうち１種以上、（ｃ）Ｍｎ０．０５〜１．５
   ％、Ｃｒ０．０５〜０．３係、Ｚｒ０．０５〜０．３％
   、またはＶｏ、０２〜０．３％のうち１種以上を含み、
   残部Ａ［および不可避的不純物より成る成形加工性にす
   ぐれた高力アルミニウム合金。 ２（ａ）Ｃｎ２．０〜５．０％、（ｂ）ｓｎｏ、０１〜
   ０．５％ｃｄ０．０１〜０．５％またはＩｎ０．０１〜
   ０．５％のうち１種以上、（ｃ）Ｍｎ０．０５〜１．５
   ’％、ＣｒＯ，０５〜０．３係、ＺｒＯ，０５〜０．３
   ％またはＶｏ、０２〜０．３係のうち１種以上、（ａ）
   Ｔｉ０．０１〜０．２係またはＢｏ、００１〜０．１％
   のうち１種以上を含み、残部Ａ［および不可避的不純物
   より成る成形加工性にすぐれた高力アルミニウム合金。 ３（ａ）Ｃｕ１．０〜４．０％、Ｍｇ０．０５〜１．０
   ％およびＳｉＯ，０５〜１．０％、（ｂ）ｓｎｏ、０１
   〜０．５’％。 ＣｄＯ，０１〜０．５％またはＩｎ０．０１〜０．５４
   のうち１種以上、（ｃ）ＭｎＯ，ｏ５〜１．５％、Ｃｒ
   Ｏ，０５〜０．３％、ＺｒＯ，０５〜０．３％、ＶＯ，
   ０２〜０．３％のうち１種以上を含み、残部Ａｌおよび
   不可避的不純物より成る成形加工性にすぐれた高力アル
   ミニウム合金。 ４（ａ）Ｃｕ１．０〜４．０％、Ｍｇ０．０５〜１．０
   ％およびＳｉ０．０５〜１．０％、（ｂ）Ｓｎ０．０１
   〜０．５％、Ｃｄ０００１〜０．５係またはＩｎ０．０
   １〜０．５係のうち１種以上、（ｃ）Ｍｎ０．０５〜１
   ．５％、Ｃｒ０．０５〜０．３係、ＺｒＯ，０５〜０．
   ３％またはＶｏ、０２〜０．３係のうち１種以上、（ｄ
   ）Ｔｉｏ、ｏ１〜０．２係または８０．００１〜０．１
   係のうち１種以上を含み、残部Ａ／および不可避的不純
   物より成る成形加工性にすぐれた高力アルミニウム合金
   。