JPH08232051A

JPH08232051A - アルミニウム合金鍛造品の製造方法

Info

Publication number: JPH08232051A
Application number: JP6193195A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Matsuda; 眞一松田; Shinichi Komazawa; 真一駒澤; Hideo Yoshida; 英雄吉田
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｓｉ:0.5〜1.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃ
ｕ:0.2〜1.2 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.3 ％を含有し、さらに
必要に応じてＭｎ:0.05 〜1.0 ％、Ｃｒ:0.02 〜0.35
％、Ｔｉ:0.01 〜0.25％を含み、残部Ａｌおよび不可避
的不純物からなるアルミニウム金を、450 〜580 ℃の温
度で熱間鍛造し、鍛造後490 〜580 ℃で溶体化処理・焼
入れ、または鍛造終了後、鍛造品の温度が490 ℃未満に
なる前に焼入れ、焼入れ後に人工時効処理を行う。【効果】溶体化処理温度範囲で鍛造成形を行うことが
可能となるから、鍛造後溶体化処理することなく直ちに
焼入れすることにより、工数減少および作業時間短縮が
図られ、鍛造品のコスト低減が達成できる。鍛造後に溶
体化処理する場合にも再加熱のためのエネルギーが不要
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金鍛造
品の製造方法、とくに、必須合金成分としてＳｉ、Ｍ
ｇ、ＣｕおよびＺｒを含有する６０００系アルミニウム
合金鍛造品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車、オートバイ部品などの軽量化の
要求に伴い、これらの部品用としてアルミニウム合金材
料が使用されるようになってきているが、このうち６０
００系アルミニウム合金は優れた鍛造性を有しているた
めに、型打鍛造品あるいは自由鍛造品としてホイール、
サスペンション部品、油圧装置ケースなど各種部品に適
用されている。

【０００３】６０００系アルミニウム合金の鍛造品は、
通常、時効硬化処理を施した状態で提供されるが、従来
その製造プロセスは、例えば350 〜450 ℃の温度で熱間
鍛造し、鍛造後、一旦室温まで冷却して、510 〜550 ℃
程度の温度で溶体化処理し、焼入れ、時効処理を施すも
のであり、溶体化処理温度範囲では結晶粒が粗大となっ
て鍛造加工性が低下するために、熱間鍛造を溶体化処理
温度で行うことができず、熱間鍛造と溶体化処理とを異
なる温度範囲で実施しなければならないため、別の加熱
炉を必要とするという設備的難点があった。

【０００４】製品形状などにより鍛造加工度が低い場合
には、溶体化処理温度範囲での熱間鍛造が可能なことも
あるが、６０００系合金は焼入れ感受性が高く、溶体化
処理温度からの冷却速度が少しでも遅くなると焼きが入
らなくなるため、溶体化処理温度で熱間鍛造を開始して
も鍛造中の温度降下に対して十分な焼入れ効果が得られ
ず、鍛造後溶体化処理温度に再加熱することなく、直ち
に焼入れ、時効処理を行っても十分な強度特性が得られ
ないことが少なくない。

【０００５】従って、熱間鍛造後、溶体化処理温度に再
加熱することが必須となるため、生産工数および作業時
間を増大させる原因となっている。熱間鍛造後、熱間鍛
造品の温度が低下しないうちに所定の溶体化処理温度ま
で昇温することにより、溶体化処理温度までの昇温を迅
速にし、生産のリードタイムを減少する方法も提案され
ている（特開平2-185956号公報) が、鍛造温度と溶体化
処理温度が異なるため、再加熱が必要となるから、生産
コストの抜本的解決策とはなっていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、６０００系
アルミニウム合金の熱間鍛造品製造における従来の上記
問題点を解消するためになされたものであり、その目的
は、各合金元素の含有範囲の特定の組み合わせにより溶
体化処理温度での鍛造性を改善するとともに焼入れ感受
性を小さくして強度特性を改良し、また溶体化処理温度
範囲での鍛造加工を可能とし、鍛造後溶体化処理温度に
再加熱することなしに、直ちに焼入れ、人工時効処理を
行うことにより生産工数、作業時間の減少も達成するこ
とができるアルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるアルミニウム合金鍛造品の製造方法
は、Ｓｉ:0.5〜1.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃｕ:0.2〜
1.2 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.3 ％を含有し、必要に応じてさ
らにＭｎ:0.05 〜1.0 ％、Ｃｒ:0.02 〜0.35％およびＴ
ｉ:0.01 〜0.25％のうちの１種または２種以上を含み、
残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を
450 〜580 ℃の温度で熱間鍛造したのち、490 〜580 ℃
の温度で溶体化処理を行い、焼入れ、時効処理すること
を第１の特徴とする。

【０００８】また、上記アルミニウム合金を450 〜580
℃の温度で熱間鍛造し、熱間鍛造されたアルミニウム合
金の温度が490 ℃未満になる前に焼入れし、さらに時効
処理することを本発明の第２の特徴とする。

【０００９】上記本発明の目的を達成するためには、ま
ず本発明のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の組成を特定の範囲
に限定しなければならない。本発明における合金元素の
意義および限定理由について説明すると、Ｓｉは、Ｍｇ
と共存してマトリックス中にＭｇ₂Ｓｉ粒子を析出さ
せ、合金の強度を向上させる。好ましい含有範囲は0.5
〜1.5 ％であり、0.5 ％未満では十分な強度が得られ
ず、1.5 ％を越えて含有すると、マトリックス中に単体
Ｓｉが晶出し、加工性および焼入れ性を害する。

【００１０】Ｍｇは、ＳｉおよびＣｕと共存して合金の
強度を高める。好ましい含有範囲は0.5 〜1.5 ％であ
り、0.5 ％未満では強度が不十分となり、1.5 ％を越え
ると加工性および焼入れ性を低下させる。Ｃｕは、Ｍｇ
と複合して含有させることによりＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の
粒子を析出し強度向上に役立つ。0.2 〜1.2 ％の範囲で
含有させるのが好ましく、0.2 ％未満では十分な強度向
上効果が得られず、1.2％を越えると加工性および焼入
れ性がわるくなる。

【００１１】Ｚｒは、再結晶粒を微細化し加工性を向上
させる。好ましい含有範囲は0.05〜0.3 ％であり、0.05
％未満ではその効果が小さく、0.3 ％を越えると巨大な
不溶性金属間化合物が生成し、延性を劣化させ、再結晶
微細化効果を弱める。選択成分として添加されるＭｎ、
Ｃｒ、Ｔｉは、Ｚｒと複合して含有することにより、マ
トリックス中にＡｌ−Ｍｎ−（Ｓｉ）系、Ａｌ−Ｃｒ
系、Ａｌ−Ｔｉ系の微細化合物粒子を析出させ、再結晶
粒微細化効果を一層向上させる。それぞれ下限未満では
その効果が小さく、上限を越えると巨大な金属間化合物
が形成され、延性が低下する。

【００１２】本発明においては、上記組成を有するＡｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金の鍛造素材を型打鍛造
や自由鍛造により所望の鍛造品に加工し、鍛造終了温度
から再加熱することなしに直接焼入れ、または常温まで
冷却して再加熱あるいは鍛造終了温度から加熱して溶体
化処理温度まで昇温したのちに焼入れ処理し、さらに人
工時効処理することによって所定のアルミニウム合金鍛
造品を得る。

【００１３】鍛造終了温度から溶体化処理温度まで再加
熱する場合にも、また鍛造終了温度から再加熱すること
なく直接焼入れする場合にも、鍛造温度は450 〜580 ℃
の範囲が好ましい。鍛造温度が450 ℃未満では、鍛造後
の温度低下によりＭｇ₂Ｓｉが析出し、焼入れ、時効処
理後に十分な強度が得られない。鍛造温度が580 ℃を越
えると加工性が低下するとともに、溶解のおそれも生じ
る。さらに好ましい鍛造温度は520 〜580 ℃の範囲であ
る。

【００１４】鍛造後、鍛造終了温度から溶体化処理処理
温度まで再加熱する場合の溶体化処理温度は490 〜580
℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは520 〜580 ℃の
範囲とする。490 ℃未満では時効処理後に十分な強度が
得られず、580 ℃を越えると加工性が低下するととも
に、溶解のおそれが生じる。

【００１５】鍛造中、アルミニウム合金材の温度は加工
熱のため上昇し、通常490 ℃以上に達するから、鍛造終
了温度から直接焼入れを行う場合には、鍛造終了後、鍛
造品の温度が490 ℃未満まで低下する前、好ましくは52
0 ℃未満まで低下する前に焼入れ処理を行う。490 ℃未
満の温度となると、粗大なＭｇ₂Ｓｉの析出が起こり、
時効後に十分な強度が得難い。焼入れ処理は、通常、鍛
造品を水槽に投入することにより行われる。焼入れ後、
一般の６０００系アルミニウム合金の場合と同様、例え
ば170 〜180 ℃で8hの条件で人工時効処理を施す。

【００１６】

【作用】本発明においては、６０００系アルミニウム合
金を熱間鍛造、溶体化処理、焼入れ、時効処理するに際
し、合金組成を特定することにより焼入れ感受性を小さ
くするとともに再結晶粒の粗大化を防いで加工性を向上
させ、特定の合金組成と所定の鍛造および溶体化処理温
度、焼入れ条件を組み合わせることにより、熱間鍛造と
溶体化処理とを同一の温度範囲で行うことを可能とし、
熱間鍛造終了後、溶体化処理温度に再加熱することなし
に直ちに焼入れ処理することができるから、生産工数お
よび作業時間を大幅に減少し、溶体化処理のためのエネ
ルギーも不要となって鍛造品の低コスト化を達成でき
る。

【００１７】また、熱間鍛造後、溶体化処理温度に再加
熱する場合にも、熱間鍛造と溶体化処理とが同一温度範
囲で行われるから、鍛造素材の加熱および溶体化処理に
同一の加熱炉を使用することも可能となって設備的利点
が得られ、さらに鍛造材の温度は、鍛造中に加工熱によ
り上昇し、ほとんど溶体化処理温度範囲に保たれるか
ら、鍛造終了後直ちに加熱炉に送り込むことによりエネ
ルギー損失も少なくなり、鍛造品のコスト低減に役立
つ。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。実施例１表１に示す組成のアルミニウム合金からなる鍛造用素材
を520 ℃で熱間鍛造し、鍛造終了後、鍛造品が500 ℃の
温度になった時点で水槽に投入して焼入れ処理し、さら
に170 ℃で8hの人工時効処理を行った。得られた鍛造品
について、機械的性質（引張強さ：σ_B、耐力：
σ_0.2、伸び率：δ）を測定し、鍛造品外観の割れ、シ
ワ、カブリなどの欠陥の有無を観察することにより鍛造
性を評価した。結果を表１に示す。表１に示されるよう
に、本発明による鍛造品はいずれも330MPa以上の優れた
耐力をそなえ、鍛造品の外観にも何ら欠陥はなく良好な
鍛造性を有している。

【００１９】

【表１】

【００２０】比較例１表２に示す組成のアルミニウム合金からなる鍛造用素材
について、実施例１と同様の条件で鍛造成形、焼入れ、
人工時効処理を行い、得られた鍛造品について、実施例
１と同様、機械的性質の測定および鍛造性の評価を行っ
た。結果を表２に示す。なお、表２において、本発明の
条件を外れたものには下線を付した。

【００２１】

【表２】《表注》試験材No.21:6063合金、試験材No.22:6N01合金、試験材No.23:6061合金鍛造性 ○: 良好

【００２２】表２に示されるように、試験材No.13 、1
5、17はそれぞれＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇが本発明の下限未満
であるため、いずれも耐力が300MPaを下回り強度が不足
する。試験材No.14 、16、18はそれぞれＳｉ、Ｃｕ、Ｍ
ｇが上限を越えているため、加工性がわるく、いずれも
鍛造成形で割れが生じた。試験材No.19 はＺｒ量が下限
未満であるため再結晶粒が大きく、鍛造時に変形ムラに
よるシワが発生した。試験材No.20 はＺｒが上限値を越
えているため、鍛造成形で割れが生じた。試験材No.21
〜23は従来合金で、いずれも鍛造時にシワが生じ、強度
も十分でない。

【００２３】実施例２、比較例２Ｓｉ:0.9％、Ｍｇ:0.8％、Ｃｕ:0.5％、Ｚｒ:0.10 ％を
含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミ
ニウム合金の鍛造用素材を、表３に示す温度で熱間鍛造
し、鍛造終了後、鍛造品の温度が表３に示す温度となっ
た時点で水槽に投入して焼入れ処理した。ついで170 ℃
で8hの人工時効処理を行い、得られた鍛造品について、
実施例１と同様、機械的性質を測定し、鍛造性を評価し
た。結果を表３に示す。なお、表３において、本発明の
条件を外れたものには下線を付した。

【００２４】

【表３】

【００２５】表３に示されるように、本発明の条件に従
う試験材No.24 〜28は、いずれも耐力320MPaを越える優
れた強度と良好な鍛造性をそなえているが、試験材No.2
9 は鍛造温度が高過ぎるため、加工性が低下し鍛造中に
割れが生じた。試験材No.30は鍛造温度が低いため、ま
た試験材No.31 は焼入れ温度が低いため、十分な強度が
得られない。

【００２６】実施例３表４に示す組成を有するアルミニウム合金からなる鍛造
用素材を520 ℃の温度で熱間鍛造成形し、その後520 ℃
の温度で溶体化処理を行ったのち、水槽に投入して焼入
れ、170 ℃で8h人工時効処理した。得られた鍛造品につ
いて、実施例１と同様、機械的性質を測定し、鍛造性を
評価した。結果を表４に示す。表４にっみられるよう
に、本発明に従う試験材はいずれも優れた強度と良好な
鍛造性をそなえている。

【００２７】

【表４】

【００２８】比較例３表５に示す組成を有するアルミニウム合金の鍛造用素材
を、実施例３と同様、520 ℃の温度で鍛造成形し、鍛造
後520 ℃の温度で溶体化処理し、水槽に投入して焼入れ
したのち、170 ℃で8h人工時効処理した。得られた鍛造
品について、機械的性質を測定し、鍛造性の評価を行っ
た。結果を表５に示す。なお、表５において、本発明の
条件を外れたものには下線を付した。

【００２９】

【表５】《表注》試験材No.52:6063合金、試験材No.53:6N01合金、試験材No.54:6061合金

【００３０】表５にみられるように、試験材No.44 、4
6、48はそれぞれＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ量が本発明の下限未
満であるため、いずれも耐力が300MPa以下で十分な強度
が得られていない。試験材No.45 、47、49はそれぞれＳ
ｉ、Ｃｕ、Ｍｇが上限量を越えているため、加工性が劣
り鍛造時に割れが生じた。試験材No.50 はＺｒ量が少な
いため再結晶微細化の効果が小さく、鍛造時に変形ムラ
によるシワが発生した。試験材No.51 はＺｒが多過ぎる
ため、延性が低下し鍛造加工で割れが生じた。試験材N
o.52 〜54は従来合金で加工性がわるく、いずれも鍛造
時にシワが生じ、強度も十分でない。

【００３１】実施例４、比較例４Ｓｉ:0.9％、Ｍｇ:0.8％、Ｃｕ:0.5％、Ｚｒ:0.10 ％を
含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミ
ニウム合金の鍛造用素材を、表６に示す鍛造温度で熱間
鍛造成形したのち、表６に示す溶体化処理温度で溶体化
処理し、水槽に投入して焼入れ、さらに170 ℃で8hの人
工時効処理を行った。得られた鍛造品について、実施例
１と同様、機械的性質を測定した。結果を表６に示す。
なお、表６において、本発明の条件を外れたものには下
線を付した。

【００３２】

【表６】

【００３３】表６に示されるように、本発明の条件に従
う試験材No.55 〜59はいずれも高強度を示したが、試験
材No.60 、61は鍛造温度が低いため、また試験材No.63
は溶体化処理温度が低いため、十分な強度が得られず、
試験材No.62 は溶体化処理温度が高過ぎるために部分溶
解が生じ、鍛造品が変形した。

【００３４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、溶体化
処理温度での熱間鍛造加工が可能となるから、鍛造後直
ちに焼入れすることにより、生産工数の減少および作業
時間の短縮を図ることができ、アルミニウム合金鍛造品
のコスト低減が達成される。鍛造終了後に溶体化処理を
行う場合も、再加熱に要するエネルギーは少なく、鍛造
素材の加熱と溶体化処理加熱を同一炉で実施することも
可能となるから、設備的な利点も生じる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ:0.5〜1.5 ％（質量％、以下同
じ）、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃｕ:0.2〜1.2 ％およびＺ
ｒ:0.05 〜0.3 ％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不
純物からなるアルミニウム合金を450 〜580 ℃の温度で
熱間鍛造したのち、490 〜580 ℃の温度で溶体化処理を
行い、焼入れ、時効処理することを特徴とするアルミニ
ウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項２】アルミニウム合金がＳｉ:0.5〜1.5 ％、
Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃｕ:0.2〜1.2 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.
3 ％を含有し、さらにＭｎ:0.05 〜1.0 ％、Ｃｒ:0.02
〜0.35％およびＴｉ:0.01 〜0.25％のうちの１種または
２種以上を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金鍛
造品の製造方法。
【請求項３】Ｓｉ:0.5〜1.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、
Ｃｕ:0.2〜1.2 ％およびＺｒ:0.05 〜0.3 ％を含有し、
残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合
金を450 〜580 ℃の温度で熱間鍛造し、熱間鍛造された
アルミニウム合金の温度が490 ℃未満になる前に焼入れ
し、さらに時効処理することを特徴とするアルミニウム
合金鍛造品の製造方法。
【請求項４】アルミニウム合金がＳｉ:0.5〜1.5 ％、
Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃｕ:0.2〜1.2 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.
3 ％を含有し、さらにＭｎ:0.05 〜1.0 ％、Ｃｒ:0.02
〜0.35％およびＴｉ:0.01 〜0.25％のうちの１種または
２種以上を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする請求項３記載のアルミニウム合金鍛
造品の製造方法。