JPH0570909A - 高強度、高成形加工性アルミニウム合金管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カークーラー配管用途やパワーステアリング
を含む油圧配管用途に要求される、強度と成形加工性の
相反する特性を両立させる高強度、高成形加工性アルミ
ニウム合金管の製造方法を提供する。 【構成】 Ｓｉ 0.3〜 0.6wt％，Ｍｇ 0.4〜 0.6wt％，
Ｆｅ 0.3wt％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不純物か
らなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押出後、抽伸加工を
施してから時効処理を行う工程において、熱間押出後の
断面積を基にした抽伸加工後の断面減少率を15〜25％と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車配管用、特にカ
ークーラーの冷媒配管やブレーキ及びパワーステアリン
グ等油圧機器用配管に使用される高強度、高成形加工性
アルミニウム合金管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばカークーラーにおいては、その配
管にアルミニウム合金管が用いられているが、配管には
冷媒圧力やエンジンの振動に耐えるため高強度が要求さ
れ、且つエンジンルーム内の限られたスペースに効率良
く配管するためには曲げ加工を主とする成形加工性が優
れていることが要求され、更に陸上環境における耐食性
や耐応力腐食割れ性も当然要求される。そこで現在上記
の特性を満足するカークーラー配管用アルミニウム合金
管にはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の JIS6061（Ａｌ− 0.6
wt％Ｓｉ−0.27wt％Ｃｕ− 1.0wt％Ｍｇ− 0.2wt％Ｃ
ｒ）又は JIS6063（Ａｌ− 0.4wt％Ｓｉ−0.27wt％Ｍ
ｇ）が用いられると共に強度，加工性，耐食性の良好な
合金が特開昭63-97942号公報に開示されている。

【０００３】また最近では操舵力低減のため油圧式パワ
ーステアリングの普及が目ざましいが、パワーステアリ
ング機構を装着することで、車体重量が増加して燃料効
率が劣化することから燃料効率改善のため軽量化が望ま
れている。そこでパワーステアリング構成部品の一つで
ある配管を現在の鉄製からアルミニウム合金製にするこ
とが一部で実施されている。また同様の油圧機構として
はブレーキ機構が挙げられるが、現状のアルミニウム合
金管の実用化には至っていない。しかし上記のパワース
テアリング用配管と同様、基本的には油圧機器であるこ
とからブレーキを始めとするパワーステアリング機構以
外の油圧機器用配管への上記アルミニウム合金管の適用
の可能性が十分考えられる。

【０００４】これ等自動車用油圧機構配管における管へ
の要求特性は基本的に上記のカークーラー配管と同様で
あるため、パワーステアリング配管等の油圧配管に用い
られるアルミニウム合金管としては、 JIS6061または J
IS6063が用いられると共に、上記開示のアルミニウム合
金の適用も考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】カークーラー配管やパ
ワーステアリングを含む油圧配管に用いられるアルミニ
ウム合金管は、第一義的に必要とされる高強度化の要求
のため、素材製造工程において鋳塊を熱間押出により管
状に成形した直後に急冷し、冷間加工を施した後に時効
熱処理を行う。アルミニウム合金管としては最高強度が
得られる調質を行うのが一般的であるが、この調質にお
いても高強度を得るためには、押出管径を大きくして抽
伸時の冷間加工度を大きく取り、押出後の冷却速度を高
速にし、時効熱処理を高温で長時間行うことが必要にな
る。ところがこのような調質を行うと強度は高くなる
が、延性が低下することにより、強度と共に重要な特性
である成形加工性が劣化し、曲げ成形や拡管成形におい
て割れてしまう不都合を生ずる。そこで成形性を重視し
て延性を向上しようとすると、上記の強度を得るのと逆
条件で製造を行う必要があり必然的に強度が低下して、
使用中の振動や疲労により破壊する危険性がある。

【０００６】そこで実用上は上記条件を試行錯誤的に組
み合わせて最良な条件を求めているのが実際であること
から、成分のばらつきや押出管径のばらつきにより、強
度と成形性の最適化を図れない不都合を生じる。加えて
特開昭63-79942号公報開示のアルミニウム合金管では押
出直後の冷却速度を３℃/min以上にすることを特許構成
要件にしているが、冷却速度の高速化は上記の通り強度
を重視した製造条件であり、成形加工性に対しては逆効
果になる。また押出成形中のアルミニウム合金管の冷却
速度を連続して測定することは事実上困難である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、カークーラー配管用途やパワーステアリン
グを含む油圧配管用途に要求される強度と成形加工性の
相反する特性を両立させる高強度、高成形加工性アルミ
ニウム合金管の製造方法を開発したものである。即ち本
発明は、Ｓｉ 0.3〜 0.6wt％（以下wt％を％と略記），
Ｍｇ 0.4〜 0.6％，Ｆｅ 0.4％以下を含み、残部Ａｌと
不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押
出後、抽伸加工を施してから時効処理を行う工程におい
て、熱間押出後の断面積を基にした抽伸加工後の断面減
少率を15〜25％とすることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明は、合金的にＡｌにＳｉ及びＭｇを添加
すると共に、不可避的に含まれるＦｅ不純物を制限する
ことにより、金属間化合物であるＭｇ₂ Ｓｉを時効析出
させて強度向上を得ると共に、押出後の冷間加工度を規
定することで強度のみならず延性の低下を最小限にし
て、曲げを主とする成形加工が良好となることを知見す
ると共に、冷間加工度は押出後の管寸法と抽伸加工後の
所定管寸法より求められるため、実際に製造工程途中に
おいて手軽に実測できることから目に見える管理が可能
となり、製品の品質管理上も有効である。

【０００９】しかして本発明で使用するアルミニウム合
金の組成を上記の様に限定したのは次の理由によるもの
である。ＳｉはＭｇと共に時効熱処理により極めて微細
な金属間化合物Ｍｇ₂ Ｓｉを形成し、強度を向上する効
果を有する。しかしてＳｉ含有量を 0.3〜 0.6％と限定
したのは、 0.3％未満では十分な強度が得られず、 0.6
％を超えるとＳｉの過剰析出により曲げ加工や拡管加工
等の成形加工性が低下するためである。

【００１０】Ｍｇはマトリックス中に固溶して強度を向
上すると同時に、Ｓｉと共に時効熱処理により微細な金
属間化合物Ｍｇ₂ Ｓｉを析出して強度を更に向上する効
果を有する。しかしＭｇ含有量を 0.4〜 0.6％と限定し
たのは、 0.4％未満では十分な強度が得られず、 0.6％
を越えると押出性や曲げ加工や拡管加工等の成形加工性
が低下するためである。

【００１１】またＦｅは不可避的不純物として含まれる
もので、その含有量を0.3％以下に限定したのは、含有
量が 0.3％を越えると、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が
多くなり、成形加工する時に割れの起点となる恐れがあ
るためである。

【００１２】尚微量のＴｉ，Ｂは鋳造組織を微細化し、
成形加工性を向上する効果を有するところから微量添加
するとよい。

【００１３】次に本発明の製造方法について説明する。
先ず上記組成範囲の合金を常法により溶製して円柱状の
ビレットに鋳造する。得られたビレットを均質化処理
後、所定長さに切断して余熱し、管状に熱間押出成形す
る。この押出管を冷間で抽伸加工により所定寸法に成形
するが、この抽伸加工による冷間加工度を15〜25％にす
ることが必要である。冷間加工度が15％未満では冷間歪
みの導入が不十分で、その後に時効熱処理を行なっても
強度が不十分となり、冷間加工度が25％を越えると、延
性が低下して曲げ加工や拡管加工等の成形加工性を劣化
する。次に以上の冷間加工を施した抽伸管を時効熱処理
して所定の強度を付与するものである。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。表１
に示す組成の合金を溶解し、直径 175mmの押出し用丸形
状ビレットに鋳造した。得られたビレットを 530℃で５
時間均質化処理した後、押出ダイス温度480〜 510℃に
調整した熱間押出法により、それぞれ抽伸後の加工度が
表１に示す値になるような外径寸法と内径寸法の管に押
出し、押出直後に水冷した。次いで各管を抽伸加工によ
り外径19.0mm，内径15.5mm，内厚1.75mmとした後、 140
℃で８時間の時効熱処理を行った。

【００１５】以上の工程で製造して得た管に対して、機
械的性質，曲げ加工性，限界拡管率について評価し、そ
の結果を表２に示す。

【００１６】機械的性質は引張試験による引張強さ，耐
力，伸びで表した。曲げ加工性は実際の曲げ加工に供さ
れているのと同様の引張曲げ（ストレッチベンド）法に
より実用上最も厳しい加工条件である曲げ半径30mmで曲
げ角度180°とする条件で行い、異常なく曲った場合を
○，管が割れてしまったり管表面に肌あれを生じた場合
を×で評価した。拡管率は管内部へ鉄製の軸を圧入して
拡管する方法により、圧入する軸の直径を段階的に大き
くして管に亀裂が生じるまで行い、亀裂を生じた軸直径
の１段階小さい直径を管内径の倍数に置き換えて限界拡
管率として表した。したがって限界拡管率の大きいほど
拡管加工性は良好となる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表２から明らかなように本発明例Ｎo.１〜
11はＭｇ含有量，Ｓｉ含有量，Ｆｅ含有量を本発明の限
定範囲内にして、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな
り、冷間加工度を本発明の限定範囲内にしているため、
強度が高いにもかかわらず、曲げ加工性や拡管性に優
れ、強度と成形加工性が両立していることが判る。

【００２０】これに対し比較例Ｎo.１はＭｇ含有量，Ｓ
ｉ含有量，Ｆｅ含有量が本発明の限定範囲内であるにも
かかわらず、冷間加工度が本発明の限定範囲を下回るた
め強度が低くなった。比較例Ｎo.２はＭｇ含有量，Ｓｉ
含有量，Ｆｅ含有量が本発明の限定範囲内であるにもか
かわらず、冷間加工度が本発明の限定範囲を上回るため
強度が高過ぎて曲げ加工性及び拡管率が劣化した。比較
例Ｎo.３は冷間加工度が本発明の限定範囲内であるにも
かかわらず、Ｍｇ含有量及びＳｉ含有量が本発明の限定
範囲を下回るため強度が低下した。比較例４は冷間加工
度が本発明の限定範囲内であるにもかかわらず、Ｍｇ含
有量及びＳｉ含有量が本発明の限定範囲を上回るため強
度が高過ぎて曲げ加工性及び拡管率が劣化した。

【００２１】

【発明の効果】このように本発明によれば、得られたア
ルミニウム合金管は、従来のアルミニウム合金管におい
て成し得なかった強度と成形加工性の相反する特性の双
方に優れると共に、その製造途中の条件管理が確実且つ
容易になる等工業上顕著な効果を奏する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ 0.3〜 0.6wt％，Ｍｇ 0.4〜0.6wt
   ％，Ｆｅ 0.3wt％以下を含み、残部Ａｌと不可避的不純
   物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押出後、抽伸加
   工を施してから時効処理を行う工程において、熱間押出
   後の断面積を基にした抽伸加工後の断面減少率を15〜25
   ％とすることを特徴とする高強度、高成形加工性アルミ
   ニウム合金管の製造方法。