JP2012201923A - アルミ押出形材及びその押出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＪＩＳ ６０６１−Ｔ６相当の高強度、高延性、押出加工性を並存具備するとともに押出比４０の押出形材における繊維組織比率を６０％以上とする。
【解決手段】 Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有するについて、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態とし、ＭｇとＳｉの関係、ＭｎとＺｒの関係を規制することにより、良好な押出成形性とともに高強度の機械的特性を得るようにし、また、過剰ＳｉがＭｎ系乃至Ｚｒ系化合物の析出を促進し且つ単体のＳｉとしても同時に析出することによって、押出成形に際して結晶粒界の移動を抑制し、結晶粒のピンニング効果を発揮し、結晶粒粗大化現象を抑制して、結晶粒の繊維状組織化を促進する。
【選択図】 図１

Description

本発明はアルミ押出形材及びその押出成形方法に関する。

アルミ押出形材を繊維状組織とするために、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒを添加含有したものが知られており、下記特許文献１は、Ｓｉ：０．６〜１．１質量％、Ｍｇ：０．６〜１．１質量％、Ｃｕ：０．１〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００１〜０．２０質量％を含み、さらにＭｎ：０．２〜１．０％質量％、Ｃｒ：０．１〜０．３質量％、Ｚｒ：０．１〜０．３質量％のいずれか１種以上を、Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｚｒの合計が０．２〜１．０質量％になるように含み、残部が実質的にＡｌからなるアルミニウム合金ビレットを用いて、該ビレットを４８０〜５８０℃で１〜８時間保持し、１００℃／ｈ以上の冷却速度で常温まで冷却した後、４３０〜５４０℃に加熱して熱間押出加工を行い、その後２００℃／ｍｉｎ以上の平均冷却速度で２００℃以下まで冷却、または５００〜５６０℃で溶体化処理し、その後さらに１６０〜２２０℃で１〜２０時間保持することによって、繊維組織比率を７０％以上としたアルミ押出形材とするものとしている。

特開２００３−１５５５３５号公報

この場合、繊維組織比率を７０％以上として、強度、伸び、シャルピー衝撃値として良好な結果が示されるが、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒを添加含有すると、押出成形に用いるビレットの変形抵抗が増大し、押出加工性を低下させる上に、プレス焼入れにおいて、焼入れ感受性を鋭くし、十分な冷却速度が得られないケースでは強度不足を引き起こすことになり易いという問題点がある。

また、繊維組織比率７０％以上を得られるとするも、押出比、即ち、コンテナ断面積と押出形材の断面積の比が示されないところ、押出比が小さいとき、繊維組織比率は比較的大きなものとなし得るが、例えば、押出比が４０を超えるように比較的高い加工度のものとする場合に、繊維組織比率は一般に低くなる傾向があるから、押出比４０を超えるような高い加工度の場合にも、常に上記７０％以上の繊維組織比率を得られるものとすることはできない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、その解決課題とするところは、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有しながら、押出加工性を損なうことなく、押出比４０以上の高加工度の場合にも繊維組織比率を６０％以上確保し得るようにして、高強度、高延性、押出加工性を併存具備したアルミ押出形材を提供し、また、その押出成形方法を提供するにある。

上記課題に沿って鋭意研究した結果、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有するについて、Ｍｇ_２Ｓｉのバランス組成に対してＳｉを過剰に含有することによって、良好な押出成形性を確保するとともに、例えばＪＩＳ ６０６１−Ｔ６のアルミ押出形材と同等の高強度の機械的特性を得ることができ、更に、過剰Ｓｉがホモ処理時において、Ｍｇ_２Ｓｉを微細分散析出させることにより、それらを析出サイトとするＭｎ系乃至Ｚｒ系化合物の析出を促進して結晶粒のピンニング効果（ピン止め効果）を発揮し、結晶粒の粗大化現象を抑制することにより、結晶粒の繊維状組織化を促進し、加えて析出硬化特性を向上させ、例えば、押出比４０以上の如くに高加工度の押出形材にあっても、該繊維組織比率を６０％以上のものとし得る事実、このとき、それぞれ押出成形の実験データーの解析に基づいて求めた数式の合金組成、即ち、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５として、Ｍｇ増加による押出成形性と機械的特性を確保し、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とすることによって、上記押出成形性及び高強度の機械的特性を維持したまま、押出形材における繊維状組織化を有効且つ確実に達成し得る事実を見出すに至った。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、即ち、請求項１に記載の発明を、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有して高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材であって、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とすることによって、押出比４０以上、繊維組織比率６０％以上、引張強さ２６５ＭＰａ以上、０．２％耐力２４５ＭＰａ以上、伸び８％以上としてなることを特徴とするアルミ押出形材としたものである。

請求項２に記載の発明は、上記に加えて、更に、Ｃｒ及びＣｕを添加し、ＪＩＳ ６０６１相当のアルミ押出材とするとともに押出成形後の再結晶防止のためにＦｅを、鋳造組織を微細化するためにＴｉをそれぞれ微量含有添加することによって、上記ＪＩＳ ６０６１相当のアルミ押出材として上記高強度、高延性、押出加工性を並存具備したものとするように、これを、上記Ｍｎ及び／又はＺｒに加えて、Ｃｒ≦０．１％、Ｃｕ≦０．２５％、Ｆｅ０．１〜０．３％、Ｔｉ０．００３〜０．１％を添加含有してなることを特徴とする請求項1に記載のアルミ押出形材としたものである。

請求項３に記載の発明は、上記アルミ押出形材を押出成形するについて、上記合金組成を有するビレットの均質化処理を昇温速度１００〜３００℃／Ｈｒ、保持温度５１０〜５９０℃、保持時間１〜１０Ｈｒとして、該ビレットの偏析を可及的有効に解消して押出成形を行うようにすることによって、押出比を４０〜９０の高加工度のもとしても、高度な繊維状組織化を確保して、高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材を得ることが可能となることから、これを、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有して高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材の成形方法であって、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）としたアルミ合金組成のビレットの均質化処理を、昇温速度１００〜３００℃／Ｈｒ、保持温度５１０〜５９０℃、保持時間１〜１０Ｈｒによって行った後、上記アルミ押出形材を押出比４０〜９０として押出成形することを特徴とするアルミ押出形材の押出成形方法としたものである。

本発明はこれらをそれぞれ発明の要旨として、上記課題解決の手段としたものである。

本発明は以上のとおりに構成したから、請求項１に記載の発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有するについて、Ｍｇ_２Ｓｉのバランス組成に対してＳｉを過剰に含有することによって、良好な押出成形性を確保するとともに、例えばＪＩＳ ６０６１−Ｔ６のアルミ押出形材と同等の高強度の機械的特性を得ることができ、更に、過剰Ｓｉがホモ処理時において、Ｍｇ_２Ｓｉを微細分散析出させることにより、それらを析出サイトとするＭｎ系乃至Ｚｒ系化合物の析出を促進して結晶粒のピンニング効果（ピン止め効果）を発揮し、結晶粒の粗大化現象を抑制することにより、結晶粒の繊維状組織化を促進し、加えて析出硬化特性を向上させ、例えば、押出比４０以上の如くに高加工度の押出形材にあっても、該繊維組織比率を６０％以上のものとし得るようにし、このとき、合金組成を、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５として、Ｍｇ増加による押出成形性と機械的特性を確保し、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とすることによって、上記押出成形性及び高強度の機械的特性を維持したまま、押出形材における繊維状組織化を有効且つ確実に達成し得るようにして、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有しながら、押出加工性を損なうことなく、押出比４０以上の高加工度の場合にも繊維組織比率６０％以上を確保して、高強度、高延性、押出加工性を併存具備したアルミ押出形材を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、上記に加えて、更に、Ｃｒ及びＣｕを添加し、ＪＩＳ ６０６１相当のアルミ押出材とするとともに押出成形後の再結晶防止のためにＦｅを、鋳塊の結晶粒を微細化するためにＴｉをそれぞれ微量含有添加することによって、上記ＪＩＳ ６０６１相当のアルミ押出材として上記高強度、高延性、押出加工性を並存具備したものとすることができる。

請求項３に記載の発明は、上記アルミ押出形材を押出成形するについて、上記合金組成を有するビレットの均質化処理を昇温速度１００〜３００℃／Ｈｒ、保持温度５１０〜５９０℃、保持時間１〜１０Ｈｒとして、該ビレットの偏析を可及的有効に解消して押出成形を行うようにすることによって、押出比を４０〜９０の高加工度のもとしても、高度な繊維状組織化を確保して、高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材を得ることが可能なアルミ押出形材の押出成形方法を提供することができる。

過剰ＳｉとＭｎ及び／又はＺｒ系化合物の析出形態による繊維状組織化への影響を示すモデル図である。

以下本発明を更に具体的に説明すれば、本発明におけるアルミ押出形材は、例えばバンパー補強材、ドアアーム等の自動車用部材、ＨＤＤ用アーム材等の電子部品、保護柵等の公共構造材に用いるように、ＪＩＳ ６０６１−Ｔ６相当の高強度、高延性、押出加工性を並存具備したものとしてあり、このとき、該アルミ押出形材は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有したものであって、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とすることによって、押出比４０以上、繊維組織比率６０％以上、引張強さ２６５ＭＰａ以上、０．２％耐力２４５ＭＰａ以上、伸び８％以上としたものとしてあり、本例にあって該アルミ押出材は、上記Ｍｎ及び／又はＺｒに加えて、Ｃｒ≦０．１％、Ｃｕ≦０．２５％、Ｆｅ０．１〜０．３％、Ｔｉ０．００３〜０．１％を添加含有したものとしてある。

アルミ押出形材の合金組成において、Ｍｇは、後述のＳｉとともにＭｇ_２Ｓｉを形成することによって合金強度（押出形材強度）を向上するところ、押出成形の変形抵抗を高くするために可及的に添加を量的に抑制したものとすることが好ましいが、Ｍｇが０．４％を下回ると充分な強度を得られず、０．５５％を下回ると強度が低下する傾向を生じ、また、０．９％を上回ると押出成形性を低下し、０．７５％を上回ると押出成形性低下の傾向を生じるから、該Ｍｇは、０．４〜０．９％、好ましくは０．５５〜０．７５とするのがよい。

Ｓｉは、上記ＭｇとともにＭｇ_２Ｓｉを形成して合金強度を向上するところ、該Ｓｉの添加含有は、押出成形性を損なうことがなく、Ｍｇ_２Ｓｉのバランス以上の過剰Ｓｉは、Ｍｎ及び／又はＺｒが少量でも上記繊維状組織を形成し易くするが、該Ｓｉの添加含有は、０．７％を下回ると繊維状組織の形成効果が低くなり、０．８％を下回るとその傾向を生じ、また、１．２％を上回ると、逆に延性の低下や粒界腐食を招く可能性を生じ、１．０％を上回るとその傾向を生じるから、該Ｓｉは、０．７〜１．２％、好ましくは０．８〜１．０％とするのがよい。

このとき、上記ＭｇとＳｉは、その合金組成を、−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５の範囲のものとすることによって、良好な押出成形性を確保しながら、上記ＪＩＳ ６０６１−Ｔ６相当の機械的強度を確保することが可能となる。左辺、即ち、−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉは、押出成形時の面圧のデータから、割れ、むしれが無く且つ面圧が３０以下になるＭｇ及びＳｉ濃度の境界を示すところ、これを満足することによって、アルミ押出形材の合金強度を確保することができ、左辺にあって、Ｍｇが量的に少ないとき、例えば、Ｍｇを下限の０．４％とするとき、Ｓｉは、これを、０．７８％とすることによって機械的強度、即ち、合金強度を確保することができる。また、右辺、即ち、Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５は、押出形材の引張試験により得られた耐力のデータから、これが２４５ＭＰａ以上となるＭｇ及びＳｉ濃度の境界を示し、押出成形の熱間割れやむしれ等の押出成形不良を回避する範囲を示すところ、Ｓｉが０．７〜１．２％以下の範囲で比較的多い場合には、アルミ押出形材の強度及び変形抵抗には問題を生じないが、Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ_２Ｓｉの三元共晶融解が起き易くなり、また、同時にＭｇも上限側であると、変形抵抗が上がることで加工熱の発生が大きくなって、上記共晶融解を契機とする延性や靱性が低下し、アルミ押出形材に割れを発生し易くなる。そのため、Ｍｇが０．６％を超える場合は、Ｓｉを１．２％未満に規制することが必要となる。

Ｍｎ及び／又はＺｒは、アルミ押出形材を成形するビレットの均質化処理時にＭｎ系及び／又はＺｒ系の化合物として析出して、上記ピンニング効果によって成形時の再結晶を抑制するところ、０．２０％を上回ると、押出成形性や焼入れ性を低下させる可能性があり、０．１５％を上回ると、その傾向を生じるから、該Ｍｎ及び／又はＺｒは、０．２０％、好ましくは０．１５％以下とするのがよい。

Ｍｎ、Ｚｒはその一方を用い、また、その双方を用いるところ、これらＭｎ及び／又はＺｒの関係は、Ｍｎ（％）＋Ｚｒ（％）≦０．２とすること、０．６７Ｍｎ（％）＋Ｚｒ（％）≧０．０３９とすること、そして、上記過剰Ｓｉとの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とするものとしてある。

ＭｎとＺｒについて、上記のＭｎ（％）＋Ｚｒ（％）≦０．２の範囲は、押出成形性及び高強度の機械的性質を確保するように、面圧３０以下であり耐力が２４５ＭＰａを満足するＭｎ及び／又はＺｒ濃度の境界を示し、上記０．６７Ｍｎ（％）＋Ｚｒ（％）≧０．０３９は、押出形材の繊維組織比率、即ち、繊維組織の面積／押出形材の断面積の比率のデータから繊維組織比率が６０％以上とするに必要なＭｎ及び／又はＺｒ濃度の境界を示し、また、上記過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）は、繊維組織比率に対するＭｎ及び／又はＺｒと過剰Ｓｉの交互作用について、繊維組織比率が６０％以上とするに必要なＭｎ及び／又はＺｒと過剰Si濃度の境界を示す。

従って、Ｍｎ及び／又はＺｒは、これらを満足するように、その濃度を可及的に抑制することによって、押出成形性を損なうことなく、また、上記変形抵抗をアップするＭｇを増加することなく、上記過剰Ｓｉを有効に活用して、該過剰Ｓｉによる再結晶の抑制とこれによるアルミ押出形材の繊維状組織化を図ることができる。なお、繊維組織比率から導いた上記０．６７Ｍｎ（％）＋Ｚｒ（％）≧０．０３９Ｍｎにおいて、含有量に1未満の係数を付したのは、Ｍｎは、Ｚｒに比べてその再結晶抑制効果が低いので、Ｚｒとの相対量を一致するためである。

一方、Ｃｒは、Ｍｎ及び／又はＺｒに比べ、焼入れ性と押出成形性を低下させることから、その添加含有はこれを避けるのが好ましいところ、ＪＩＳ ６０６１相当のアルミ押出形材とするときには、該Ｃｒが必須の成分とされ、また、該Ｃｒは単独での再結晶抑制効果を有することから、これを添加含有することがあるが、この場合でも、焼入れ性と押出成形性の確保の立場から、添加含有量を最大でも０．１％以下とすることが必要である。

Ｆｅは、再結晶抑制効果があり、また地金純度を不必要に上げてしまうため、これを０．１％以上添加含有するが、０．３％を上回るとアルミ押出形材の強度低下や、押出成形時のピックアップ等外観不良の要因となるから、該Ｆｅは０．１％〜０．３％とするのがよい。

Ｃｕは、ＪＩＳ ６０６１合金の成分として、アルミ押出形材の強度を向上する一方で、繊維状組織化に対して影響を与えることは少ないので、ＪＩＳ ６０６１相当の合金のものとする上で、添加含有することを妨げないが、０．２５％を上回ると、押出成形性を低下し、また、粒界腐食性を悪化させるため、該Ｃｕは、これを０．２５％以下とするものとしてある。

Ｔｉは、アルミ押出材のビレット鋳造時に鋳塊の結晶粒を微細化することによって、鋳造割れを防止し且つ押出成形時の再結晶抑制とこれによる繊維状組織化に有効であるから、これを添加含有することが好ましいが、０．００３％を下回ると微細化の効果が得にくくなる一方、０．１％を上回ると、粗大な金属間化合物を生成して、押出成形性を低下させることから、該Ｔｉは、これを０．００３％〜０．１％とするものとしてある。

このように、上記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有して高強度、高延性、押出加工性を併存具備したアルミ押出形材は、その押出成形方法を、該押出形材における上記組成、即ち、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ・Ｚｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）としたアルミ合金組成のビレットを用いて、その均質化処理を、昇温速度１００〜３００℃／Ｈｒ、保持温度５１０〜５９０℃、保持時間１〜１０Ｈｒによって行った後、上記アルミ押出形材を押出比４０〜９０として押出成形するものとしてある。

ビレットの鋳造は、上記合金組成のアルミを常法によって溶解して、半連続鋳造によって行うものとしてあり、その均質化処理は、鋳造したビレットを、均熱炉に入れて常法による熱処理を施すことによって行うものとしてある。このとき該均質化処理は、その昇温速度をやや遅め乍ら、生産性を低下させないように、１００〜３００℃／Ｈｒとして、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物を微細析出させるべく、その不均一核生成サイトとなるＭｇ_２Ｓｉを微細析出するようにしてある。即ち、昇温速度が１００℃／Ｈｒを下回ると、生産性の観点で好ましくなく、また、３００℃／Ｈｒを上回ると、Ｍｇ_２Ｓｉが減少するため、それらを析出サイトとするＭｎ及び／又はＺｒ系化合物が粗大析出し、再結晶抑制効果が低下し、また２５０℃／Ｈｒを上回るとその傾向を生じるから、該昇温速度は、上記１００〜３００℃／Ｈｒ、好ましくは１００〜２５０℃／Ｈｒとするのがよい。

均質化処理の保持温度及び保持時間は、これを、やや高めの５１０〜５９０℃で、１〜１０時間行うようにして、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物を析出を進行させつつ、押出成形時にピックアップ不良の原因となるＡｌＦｅＳｉ系化合物のβ→αへの変態を充分に起こさせるように行うものとしてある。このとき、保持温度が５１０℃を下回ると、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物を析出の進行が不十分となり、５４０℃を下回るとその傾向を招き、５９０℃を上回ると、ビレット内部の局部融解が発生し、押出成形材にフクレ不良などを起こす原因となり、５７０℃を上回ると、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物が粗大化する傾向を招き、長時間の保持を避ける必要が生じるから、該保持温度は５１０〜５９０℃、好ましくは５４０〜５７０℃とし、保持時間は１〜１０時間、好ましくは３〜５Ｈｒとするのがよい。

なお、ビレットの冷却速度は、組織への影響は小さいが、押出形材の強度低下に繋がるケースがあるため、１００℃／Ｈｒ以上とするのが好ましく、このとき、上限は冷却設備の能力とビレットの径の関係から定めるようにすればよい。

一方、押出形材の押出成形は、常法に従って直接押出法によるものとすればよいが、押出形材の組織と高強度の機械的特性は、押出成形条件による影響を受けるところ、押出形材の加工度は、これを定める複合因子のうち、特に、押出比が大きいほど押出成形時の再結晶が生じ易くなり、例えば、ＪＩＳ ６０６１アルミ合金の場合、押出比２０以下では比較的容易に繊維状組織とすることができるが、押出比が４０を上回ると再結晶を起こす傾向を招き易くなり、従って該ＪＩＳ ６０６１アルミ合金の場合、押出比４０以上として押出形材を繊維状組織とすることは極めて困難であるところ、上記に記載の合金組成としたとき、該押出比は、これを４０〜９０としても、その再結晶による繊維状組織化を行って、該繊維組織比率を６０％以上とすることができる。

押出成形の形材温度、即ち、溶体化温度は、これが、高い程押出成形時に再結晶を生じ易くなり、一般に５８０℃を上回ると、再結晶を生じる傾向を招くため、該形材温度は５８０℃以下とするのがよいが、加工度が大きい押出形材にあっては、例えば５６０℃を上回ると再結晶を生じる傾向を招くから、このとき該温度は、これを、５６０℃以下とするのが好ましい。

押出成形に際して冷却速度、即ち、焼入れ速度は、これが遅いほど、再結晶を生じる傾向が高まるが、後述の機械的特性を確保する上で、該冷却温度は、これを５℃／秒以上の急冷とするのが好ましく、該５℃／秒以上の急冷を施すことによって、組織への影響を回避することができる。但し、急冷に至る冷却遅れ時間が長いと再結晶を生じる可能性が高まることから、押出形材がダイス出口を出てから１０秒以内に急冷するようにすることが好ましい。

上記加工度、特に押出比、形材温度、及び冷却速度乃至冷却遅れは、上記合金組成による場合、押出比４０〜９０、形材温度５３０〜５８０℃、冷却遅れ３〜１０秒、冷却速度２０〜５０℃／秒とすることによって、繊維組織比率６０％を容易に達成することが可能となる。

押出形材の機械的特性は、上記形材温度と冷却速度に依存するところ、形材温度は、析出硬化に寄与するＭｇとＳｉを充分に固溶させるために、４９０℃以上にすることが望ましい。但し、前述の通り高すぎると再結晶を起こして、伸びが急激に悪化して、熱間割れやむしれ等の外観不良を招く傾向を生じるから、形材温度の上限は、これを上記５８０℃とすることが好ましい。

冷却速度は、速いほど、固溶したＭｇ及び／又はＳｉを過飽和に強制固溶させ、押出形材の強度を向上するため、５℃／秒以上の急冷を施すことが望ましい。また、一般に強度と延性は負の相関を示すが、冷却速度を１５℃／秒以上とすれば、伸びも上昇傾向を示すのでさらに望ましい。該冷却速度の上限は、冷却設備の能力と形材単重及び表面積に基づいて定めればよいが、冷却遅れ時間が機械的特性に影響を与えるため、１０秒以内に急冷させることが望ましい。

形材組織、即ち、繊維状組織化と強度の機械的特性の両面から見た好ましい押出条件は、押出比を４０〜９０の押出形材とするとき、形材温度を４９０〜５８０℃、冷却遅れ１０秒以内、冷却速度１５℃／秒以上とするのがよい。なお、冷却遅れの下限、冷却速度の上限は、材料特性上から決まる数値ではないので、これらについては常法に従うようにすればよい。

時効処理は、押出形材にＪＩＳ ６０６１−Ｔ６相当の機械的特性を付与するように、常法に従った人工時効を実施すればよく、該時効処理は高温にして短時間の、例えば１９０〜２０５℃、６０〜２００分とし、また、低温にして長時間の、例えば１７０〜１８５℃、２００〜４００分とするが、生産性を考慮すると上記高温にして短時間とすることが好ましい。

表１に示す成分組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ビレットをホットトップ鋳造によって鋳造し、表２に示す条件で均質化処理を行った。その後、表２に示す形材温度、押出比(形材形状は丸パイプ)でそれぞれ押出成形加工を行って、押出成形直後にオンラインで水冷によるプレス焼入れを行い、上記丸パイプの各中空の押出形材を得た。これらの押出形材に対して表２記載の均質化処理（時効処理）を施して、表１に示すとおり試料１〜試料８（試料２については７体）の合計１４の供試体を作成した。

なお、未達式の（１）は上記「−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５」を、（２）は上記「Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２」、（３）は上記「０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９」を、（４）は上記「過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）」をそれぞれ示し、これらを充足しない合金組成であることを示す。

各試料１乃至８（試料２は７体）についてそれぞれ機械的特性、繊維組織比率、押出成形性を測定した。機械的性質は各試料よりＪＩＳ １３Ｂ号試験片を採取して引張試験を行い、繊維組織比率は、押出方向に対して垂直な断面のマクロ組織観察を行い、画像解析ソフトを用いてその面積率を測定し、押出成形性は押出成形時にプレス機付属の圧力計表示の面圧によってそれぞれ評価した。結果を表２に示す。

表２によると、試料１（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｚｒ０．１０％）、試料２（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．０５％、Ｚｒ０．０５％）、試料３（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．０４％、Ｃｒ０．０４％、Ｚｒ０．０４％）の合金組成の押出形材は、押出比を４５として、昇温速度２００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５４０℃にて押出加工を行うことによって、試料１は、引張強度３１２ＭＰａ、耐力２９０ＭＰａ、伸び１２％、繊維組織比率７７％、面圧２５ｋｇｆ／ｍｍ^２、試料２は、引張強度２９５ＭＰａ、耐力２７５ＭＰａ、伸び１３％、繊維組織比率８０％、面圧２２ｋｇｆ／ｍｍ^２、試料３は、引張強度２８６ＭＰａ、耐力２６５ＭＰａ、伸び１２％、繊維組織比率８５％、面圧２７ｋｇｆ／ｍｍ^２にして、いずれも熱間割れのないものであった。また、試料２−１について、押出比を４５として、昇温速度１００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒ、押出形材温度５１０℃の均質化処理を施すことによって、引張強度２８４ＭＰａ、耐力２６０ＭＰａ、伸び１４％、繊維組織比率９８％、面圧２５ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れのないものであり、更に、試料２−２について、押出比を８０として、昇温速度３００℃／Ｈｒ、保持温度５８０℃、保持時間１０Ｈｒ、押出形材温度５７０℃の均質化処理を施すことによって、引張強度３２０ＭＰａ、耐力２９６ＭＰａ、伸び１２％、繊維組織比率６５％、面圧２３ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れのないものであった。

引張強度２６５ＭＰａ以上、耐力２４５ＭＰａ以上、伸び８％以上、繊維組織比率６０％以上、面圧３０ｋｇｆ／ｍｍ^２以下にして熱間割れのないものを基準とすると、以上の結果は、機械的強度、繊維組織比率及び押出成形性においてそれぞれ満足し得るものであった。

一方、上記試料１乃至３と合金組成を変化した試料４（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ０．７０％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．０５％、Ｚｒ０．０５％）、試料５（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．０３％、Ｚｒ０．０１％）、試料６（Ｍｇ０．８０％、Ｓｉ１．２０％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．０５％、Ｚｒ０．０５％）、試料７（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｍｎ０．１５％、Ｚｒ０．１５％）、試料８（Ｍｇ０．５５％、Ｓｉ１．００％、Ｆｅ０．１８％、Ｔｉ０．０１％、Ｃｒ０．１３％）の押出形材は、押出比を４５として、昇温速度２００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５４０℃にて押出加工を行うと、試料４において、伸び１０％、面圧２５ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、熱間割れはないが、引張強度２４５ＭＰａ、耐力２２０ＭＰａ、繊維組織比率４０％であり、試料５は、引張強度３０４ＭＰａ、耐力２８８ＭＰａ、面圧２１ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、熱間割れはないが、伸び７％、繊維組織比率２５％であり、試料６は、引張強度３３４ＭＰａ、耐力３０３ＭＰａ、伸び８％、繊維組織比率６２％であるも、面圧３６ｋｇｆ／ｍｍ^２にして熱間割れが発生したものであり、試料７は、伸び１３％、繊維組織比率９１％、熱間割れはないが、引張強度２５２ＭＰａ、耐力２３０ＭＰａ、面圧３２ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、試料８は、引張強度２７７ＭＰａ、耐力２５２ＭＰａ、伸び１１％、繊維組織比率８４％、熱間割れはないが、面圧３２ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。また、表２に試料２−３乃至２−６として示すように、上記試料２を、更に、押出比を１２０として、昇温速度２００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５４０℃で押出加工を行うと、引張強度３０５ＭＰａ、耐力２８２ＭＰａ、伸び１２％、面圧２９ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れはないが、繊維組織比率１０％であり、押出比を４５として、昇温速度２００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５９０℃にて押出加工を行うと、引張強度３４５ＭＰａ、耐力３１８ＭＰａ、面圧２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れはないが、伸び７％、繊維組織比率７％であり、押出比を４５として、昇温速度４００℃／Ｈｒ、保持温度５５０℃、保持時間４Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５４０℃にて押出加工を行うと、引張強度２９９ＭＰａ、耐力２７６ＭＰａ、伸び１３％、面圧２２ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れはないが、繊維組織比率４５％であり、また、押出比を４５として、昇温速度２００℃／Ｈｒ、保持温度５９０℃、保持時間１２Ｈｒの均質化処理を施し、押出形材温度５４０℃にて押出加工を行うと、引張強度２９０ＭＰａ、耐力２７０ＭＰａ、伸び９％、面圧２１ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱間割れはないが、繊維組織比率３９％であった。

即ち、試料１乃至３においては、Ｓｉ１．０％とすることによって、過剰Ｓｉが高強度の機械的特性とそのピンニング効果による高い繊維組織比率を確保するに至る一方、試料４乃至８は、表１注記の式を充足しないことによって、機械的特性、繊維組織比率、押出成形性のいずれかを充足し得ないものとなるに至っており、また、試料２の合金組成でも、均質化処理の条件によっては、伸び、繊維組織比率を充足し得ない結果となり、試料２−３は、押出比が１２０と高く、試料２−４では押出時の形材温度が５９０℃と高いために、再結晶が進行して繊維組織比率が低くなるに至り、試料２−５では、均質化処理における昇温速度が４００℃／Ｈｒと早いため、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物が微細分散されず、十分なピンニング効果が得られず、繊維組織比率が低くなるに至り、試料２−６では、均質化処理の温度が高く、時間が長いことにより、Ｍｎ及び／又はＺｒ系化合物が粗大析出して、同様に十分なピンニング効果が得られず、繊維組織比率が低くなるに至ったものと認められる。

Claims (3)

1. Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有して高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材であって、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）とすることによって、繊維組織比率６０％以上、引張強さ２６５ＭＰａ以上、０．２％耐力２４５ＭＰａ以上、伸び８％以上としてなることを特徴とするアルミ押出形材。
2. 上記Ｍｎ及び／又はＺｒに加えて、Ｃｒ≦０．１％、Ｃｕ≦０．２５％、Ｆｅ０．１〜０．３％、Ｔｉ０．００３〜０．１％を添加含有してなることを特徴とする請求項1に記載のアルミ押出形材。
3. Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＭｎ及び／又はＺｒを添加含有して高強度、高延性、押出加工性を併存具備した押出形材の成形方法であって、Ｍｇ０．４〜０．９％、Ｓｉ０．７〜１．２％のＭｇ_２Ｓｉのバランス組成以上の過剰Ｓｉ状態にして、ＭｇとＳｉの関係を−０．１５Ｍｇ＋０．８４≦Ｓｉ≦−０．５Ｍｇ＋１．４５とし、Ｍｎ０．２％以下、Ｚｒ０．２％以下にして、ＭｎとＺｒの関係を、Ｍｎ＋Ｚｒ≦０．２且つ０．６７Ｍｎ＋Ｚｒ≧０．０３９とし、上記過剰Ｓｉ、Ｍｎ及び／又はＺｒの関係を、過剰Ｓｉ≧（０．６−１．５６Ｍｎ＋０．２２Ｚｒ＋３．９３Ｍｎ及び／又はＺｒ）／（９．１７Ｍｎ＋１６．１Ｚｒ）としたアルミ合金組成のビレットの均質化処理を、昇温速度１００〜３００℃／Ｈｒ、保持温度５１０〜５９０℃、保持時間１〜１０Ｈｒによって行った後、上記アルミ押出形材を押出比４０〜１１０として押出成形することを特徴とするアルミ押出形材の押出成形方法。