JPH0570907A - 成形加工用アルミニウム合金材の製造法 - Google Patents

成形加工用アルミニウム合金材の製造法

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JPH0570907A
JPH0570907A JP12443191A JP12443191A JPH0570907A JP H0570907 A JPH0570907 A JP H0570907A JP 12443191 A JP12443191 A JP 12443191A JP 12443191 A JP12443191 A JP 12443191A JP H0570907 A JPH0570907 A JP H0570907A
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JP
Japan
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heat treatment
less
alloy material
aluminum alloy
strength
Prior art date
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JP12443191A
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English (en)
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Hidetoshi Uchida
秀俊 内田
Hideo Yoshida
英雄 吉田
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、自動車のボディシート材をはじめ
とする輸送機器の製造に特に適したプレス加工時の成形
性、形状凍結性及び塗装焼付硬化性に優れた成形加工用
アルミニウム合金材を製造するものである。 【構成】 Si:0.4〜1.5%、Mg:0.3〜
1.5%を含有し、あるいはさらにCu:1.00%以
下、Mn:0.40%以下、Cr:0.20%以下、
V:0.20%以下の1種以上を含有し、残Alおよび
不可避不純物からなる合金材料を半連続鋳造し、得られ
た鋳塊を通常の圧延後、溶体化処理、焼入、室温放置し
た材料を、50〜120℃の温度範囲で2〜200時間
の前熱処理を行った後、180〜250℃で1〜10分
の最終熱処理を行う方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のボディシ―ト
材をはじめとする輸送機器の製造に特に適した、プレス
加工時の成形性、形状凍結性及び塗装焼付硬化性に優れ
た成形加工用アルミニウム合金材の製造法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車のボディシ―ト材をは
じめとする輸送機器用材料として各種アルミニウム合金
材が開発され、使用されている。特に近年の地球温暖化
対策の各種法規制の強化により、多くの部品を鉄鋼材料
からアルミニウム合金材に転換することで軽量化を図る
動きが極めて活発である。
【0003】例えば、自動車ボディシ―ト材としては、
要求される性能は1)成形性、2)形状凍結性(プレス
加工時にプレス型の形状が正確に出ること)、3)高強
度、4)耐デント性、5)耐食性等である。
【0004】こうした中で、プレス加工メ―カ―の要求
の厳しい日本国内では自動車ボディシ―ト材等用とし
て、成形性の良い5000系のAl―Mg―Zn―Cu
合金(特開昭53−103914、58−17154
7)及びAl―Mg―Cu合金(特開平1−21913
9)の開発が主になされ量産、実用化されている。
【0005】これに対して、欧米では強度の優れた60
00系のAl―Mg―Si合金として6009、611
1、6016合金が開発、実用化されている。これらの
合金は塗装焼付工程における200℃で30min程度
の加熱処理により高強度が得られる(塗装焼付硬化)。
この強度アップにより5000系合金より一層の薄肉
化、つまり軽量化が可能となる。しかし、日本では塗装
焼付温度が170〜180℃程度と低いため、30mi
nの加熱によって現状の合金及び製造工程では十分な高
強度化は期待することができない。さらに、この600
0系合金は、わずかではあるが室温時効硬化が進み成形
性が劣り、また耐食性もやや劣るとの評価があり、諸性
能に対する要求の厳しい日本では塗装焼付工程を従来よ
り高温もしくは長時間に変更しない限り5000系合金
に対してメリットがなく採用例は少ない。
【0006】一方、形状凍結性については、縦弾性係数
が大きいほど、また耐力が小さいほど良好となる(参考
SAE Paper No.890719)。アルミ
ニウム合金の縦弾性係数は7000kgf/mm2であ
り、鉄鋼の21000kgf/mm2の約1/3である
ことから、プレス加工時のアルミニウム合金板の耐力を
かなり小さくしないかぎり鋼板と同様の形状凍結性の材
料を得ることができない。しかしながら、構造体として
鋼板並の約30kgf/mm2の引張強さを得ようとす
ると、従来法で製造したアルミニウム合金板では500
0系、6000系合金ともに耐力が14kgf/mm2
程度以上と大きくなってしまい、この値の耐力では形状
凍結性に劣る傾向があった。
【0007】従って、プレス加工前の耐力が14kgf
/mm2を極力下回り形状凍結性が向上するとともに、
プレス加工後に175℃−30min程度の塗装焼付工
程で硬化し、耐力及び引張強さが著しく増加して、耐デ
ント性、構造強度が向上するならば以上の問題点は全て
解決される。しかし、従来法で製造した既存合金ではプ
レス加工時の優れた形状凍結性とプレス加工後の耐デン
ト性や構造強度の両者を満足することはできなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明におい
ては化学成分及び加工熱処理工程の詳細な検討により、
室温時効硬化を抑制することにより成形性が向上すると
ともに、塗装焼付硬化性を向上させることによりプレス
時に低耐力で形状凍結性を向上させ、塗装焼付後に高強
度となるプレス加工用の材料を供給するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、Si:0.4
〜1.5%、Mg:0.3〜1.5%を含有し、あるい
はさらにCu:1.00以下、Mn:0.40%以下、
Cr:0.20%以下、V:0.20%以下の1種以上
を含有し、残Alおよび不可避不純物からなる合金材料
を半連続鋳造し、得られた鋳塊を通常の圧延後、溶体化
処理、焼入、室温放置した材料を、50〜120℃の温
度範囲で2〜200時間の前熱処理を行った後、室温で
60分以内に、180〜250℃で1〜10分の最終熱
処理を行うことを特徴とする成形加工用アルミニウム合
金材の製造法である。
【0010】以上の各構成要件の限定理由は下記の通り
である。 Si:高強度を得るために必要で、Mg2Siを形成し
て高強度を得ることができる。0.4%未満では強度が
低く塗装焼付による加熱がなされても十分な強度が得ら
れない。また、1.5%を越えると、最終熱処理完了後
の耐力が高く、成形性及び形状凍結性が劣る。
【0011】Mg:Siと同様に高強度を得るために必
要で、0.3%未満では強度が低く塗装焼付時の加熱で
十分な強度が得られない。また、1.5%を越えると最
終熱処理完了後の耐力が高く成形性及び形状凍結性が劣
る。
【0012】Cu:添加することにより、さらに強度を
増すことができる。しかし、1.00%を越えて添加す
ると、最終熱処理完了後の耐力が高く成形性及び形状凍
結性が劣るとともに、耐食性が劣る。
【0013】Mn:添加することにより、さらに強度を
増すことができ、また結晶粒を微細化することができ、
成形性が向上する。しかし、0.40%を越えて添加す
ると、最終熱処理完了後の耐力が高く成形性及び形状凍
結性が劣るとともに、粗大な金属間化合物が増えてくる
ため、成形性が低下する。
【0014】Cr:添加することにより、さらに強度を
増すことができ、また結晶粒を微細化する事ができ、成
形性が向上する。しかし、0.20%を越えて添加する
と、最終熱処理完了後の耐力が高く成形性及び形状凍結
性が劣るとともに、粗大な金属間化合物が増えてくるた
め、成形性が低下する。
【0015】V:添加することにより、さらに強度を増
すことができ、機械的性質の異方性を低減することがで
き、結晶粒を微細化することができ、成形性が向上す
る。しかし、0.20%を越えて添加すると、最終熱処
理完了後の耐力が高く成形性及び形状凍結性が劣る。
【0016】室温放置後の前熱処理:室温放置後に50
〜120℃の温度に2〜200時間保持することによ
り、塗装焼付時に析出するための核を生成する。この核
生成で最終熱処理後の室温時効を抑制し良好な成形性を
維持するとともに、塗装焼付の175℃程度に加熱した
時に短時間で硬化しやすくする。温度については50℃
未満ではその後の熱処理に十分な効果がなく、120℃
を越えると耐力が増加し成形性が低下する。前熱処理時
間は2時間より短ければ最終熱処理の効果が小さくな
り、塗装焼付硬化性が劣り、200時間を越えて行って
も効果が同じであるので、工業的効果が少ないかもしく
は最終熱処理後の耐力が増加しはじめ成形性が劣る。
【0017】前熱処理後の最終熱処理:前熱処理後に1
80℃以上250℃以下で1〜10minの復元処理を
行うことにより、室温放置で形成したG.Pゾーンのみ
を分解し、前処理で形成した核は保持される。それによ
り核塗装焼付の175℃程度に加熱した時に短時間で硬
化しやすくなる。
【0018】温度については、180℃未満では焼付け
硬化性が低下し、250℃を越えると耐力が増加し成形
性が劣り焼付け硬化性も低下する。前熱処理から最終熱
処理までの室温での時間的制限はなくいずれの条件でも
良好な材料が得られる。
【0019】
【実施例】表1に示す合金を半連続鋳造後、鋳肌部の表
面切削を行った。Fe、Tiは不純物である。次いで5
40℃で24hの均質化処理後、500℃まで降温しそ
の温度で熱間圧延を開始し、厚さ6mmまで圧延した。
次に350℃にて1hのバッチ炉での中間焼鈍を行っ
た。そして冷間圧延を経て、厚さ1mmの板とした。さ
らに連続焼鈍炉において昇温速度500℃/minにて
540℃×20sの溶体化処理を行い、100℃まで5
00℃/minで冷却の後、室温で48h放置後、表2
に示す条件の前熱処理−最終熱処理を施した。これらの
材料の機械的性質の評価は、最終熱処理後1カ月室温時
効させた後に行った。また、1カ月室温時効差せた材料
に、さらに塗装焼付硬化処理に相当する175℃−30
minの加熱処理を行った後、耐力を調べた。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表3に供試材の評価結果を示す。判定は、
1カ月室温時効後の耐力が13.5kgf/mm2以下
のものを優れた形状凍結性とし、伸びが28%以上及び
エリクセン値が9.5mm以上のものを良好な成形性が
あるものとし、1カ月室温時効後でも175℃に30m
in加熱した後の耐力の増加が5kgf/mm2以上で
あるものを塗装焼付硬化性が良好とし、塗装焼付硬化後
の耐力が13.5kgf/mm2以上のものをデント性
が良好な材料とし合格とした。さらに結晶粒径について
は、板面の観察において100μm以下を合格とした。
【0023】
【表3】 EV:エリクセン値
【0024】本発明例1〜12は、いずれも特許請求の
範囲内であり、良好な性能が得られている。
【0025】比較例13はSi量が、また比較例14は
Mg量がそれぞれ特許請求の範囲の下限よりも少ないた
め、最終熱処理後175℃−30min加熱処理におい
ても耐力が低かった。
【0026】比較例15はSi量、比較例16はMgお
よびCu量、比較例17はMn量およびV量、比較例1
8はCr量がそれぞれ特許請求の範囲の上限よりも多
く、耐力が13.5kgf/mm2を越えたため、形状
凍結性が悪く、成形性も悪かった。比較例19は前熱処
理が特許請求の範囲の下限より短かかったため、比較例
20は前処理温度感が特許請求の範囲の下限よりも低か
ったため、それぞれ塗装焼付硬化性が劣った。比較例2
1は前熱処理時間が特許請求範囲の上限よりも長かった
ため、比較例22は前熱処理温度が特許請求範囲の上限
よりも高かったため、それぞれ耐力がアップし形状凍結
性が悪く、成形性がおとった。比較例23は最終熱処理
温度が特許請求範囲の下限よりも低かったため塗装焼付
硬化性が劣り、比較例24は最終熱処理温度が特許請求
範囲の上限よりも高かったため比較例25は最終熱処理
時間が特許請求範囲の上限よりも長かったため、それぞ
れ耐力が増加し形状凍結性が悪く、成形性が劣った。比
較例26は最終熱処理時間が特許請求の範囲の下限より
も短かったため塗装焼付硬化性が低かった。
【0027】
【発明の効果】本発明を用いることで、従来の設備を利
用して薄板の各種成形材が製造可能となり、より一層の
軽量化を促進することが可能となる。さらに本発明は、
主に板材の例を述べたが、押出材等の他の製造方法の場
合にも合金材製造の原理は同じであるため、適用可能で
ある。また、塗装焼付温度が近い将来150℃もしくは
それ以下に低下しても、175℃加熱ほどの硬化は期待
できないが、本発明によって製造すれば、従来法より
も、明らかに良好な性能が得られる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si:0.4〜1.5%(重量%、以下
    同じ)、Mg:0.3〜1.5%を含有し、残Alおよ
    び不可避不純物からなる合金材料を半連続鋳造し、得ら
    れた鋳塊を通常の圧延後、溶体化処理、焼入、室温放置
    した材料を、50〜120℃の温度範囲で2〜200時
    間の前熱処理を行った後、180〜250℃で1〜10
    分の最終熱処理を行うことを特徴とする成形加工用アル
    ミニウム合金材の製造法。
  2. 【請求項2】 Si:0.4〜1.5%、Mg:0.3
    〜1.5%を含有し、さらにCu:1.00%以下、M
    n:0.40%以下、Cr:0.20%以下、V:0.
    20%以下の1種以上を含有し、残Alおよび不可避不
    純物からなる合金材料を半連続鋳造し、得られた鋳塊を
    通常の圧延後、溶体化処理、焼入、室温放置した材料
    を、50〜120℃の温度範囲で2〜200時間の前熱
    処理を行った後、180〜250℃で1〜10分の最終
    熱処理を行うことを特徴とする成形加工用アルミニウム
    合金材の製造法。
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