JP3690897B2 - 高温強度に優れたアルミニウム材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温域において優れた強度を有するアルミニウム材に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語はアルミニウムおよびその合金を含む意味で用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、Ａｌ−Ｍｎ系合金は、Ｍｎの添加により純アルミニウムの加工性や耐食性を低下させることなく強度の改善を図ったものであり、各種器物、建材等に広く用いられている。そして、これらの製品は、引抜きや圧延等の冷間加工により、所要形状や寸法を形成するとともに、加工硬化による強度調整が行われ、さらに加工歪を解消するための焼鈍を経て製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、冷間加工を行うと再結晶温度が低くなるため、製品を３００〜４００℃程度の高温域で長期間使用すると、焼きなましたと同じ状態となり強度が低下するという問題点があった。
【０００５】
なお、一般に、強度向上のためには多量のＭｇを添加することが知られているが、Ｍｇ添加により強度が向上する反面、加工時の変形抵抗が大きくなり生産性が悪くなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような技術背景に鑑み、現状のＡｌ−Ｍｎ系合金の加工性を損なうことなく、高温強度に優れたアルミニウム合金材の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の高温強度に優れたアルミニウム材は、前記目的を達成するために、
熱間押出後に冷間加工を施すアルミニウム材であって、合金組成において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、不純物としてのＦｅが０．４wt％以下、Ｓｉが０．４wt％以下、Ｍｇが０．５wt％以下、他元素がそれぞれ０．２wt％以下に規制されてなり、合金組織において、Ｍｎ固溶量が０．３wt％以上であり、長径１μｍ以上の金属間化合物が１×１０4 個／mm2 未満であることを特徴とする。
【０００８】
また、前記熱間押出後の合金組織が再結晶組織であり、かつ前記冷間加工の加工率が５〜３０％であることが好ましい。
【０００９】
この発明のアルミニウム材の合金組成において、各元素の添加意義および含有量の限定理由、ならびに不純物の規制理由は次のとおりである。
【００１０】
Ｍｎは、再結晶粒の成長を抑制して再結晶粒を微細化するとともに粒界移動を抑止することにより、強度向上に寄与する元素である。Ｍｎ含有量は、０．５wt％未満では前記効果に乏しく、一方１．５wt％を超えると固溶されないＭｎ量がが増加して粗大な金属間化合物を生成し、再結晶粒を成長させて強度を低下させるおそれがある。従って、Ｍｎ含有量は０．５〜１．５wt％とする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限値は０．８wt％であり、好ましい上限値は１．３wt％である。
【００１１】
また、前記元素の残部はＡｌと不純物である。合金中に不純物としてＦｅおよびＳｉが存在すると、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ等の金属間化合物が晶出し、ひいては結晶粒を粗大化させる原因となる。そのため、ＦｅおよびＳｉはそれぞれ０．４wt％以下に規制する必要がある。Ｆｅ含有量の好ましい上限値は０．３wt％であり、Ｓｉの好ましい上限値は０．２wt％である。また、不純物としてのＭｇの含有が多いと冷間加工時に変形抵抗が大きくなり生産性が悪化するため０．５wt％以下に規制する必要がある。Ｍｇの好ましい上限値は０．１wt％である。また、Ｃｕは強度向上に寄与する元素であるが、含有量が多くなると粗大粒子を晶出させる原因となるため、０．５wt％以下に規制する必要がある。Ｃｕの好ましい上限値は０．３wt％である。その他の不純物元素は、粗大粒子の晶出を抑制するために、それぞれ０．２wt％以下に規制する必要があり、特に０．１wt％以下が好ましい。
【００１２】
このような組成のアルミニウム材の合金組織において、固溶されないＭｎは、粗大な金属間化合物を形成して強度を低下させる原因となる。そこで、この発明では、Ｍｎ含有量を上記範囲に定めるとともにＭｎ固溶量を合金全体の０．３wt％以上と定め、粗大金属化合物の生成を抑制している。好ましいＭｎ固溶量は０．５wt％以上である。
【００１３】
さらに、再結晶粒の粗大化を抑制するためには、金属間化合物は長径１μｍ以上の粗大なものを１×１０4 個／mm2 未満とする必要があり、特に０．８×１０4 個／mm2 未満が好ましい。
【００１４】
また、この発明のアルミニウム材は熱間押出後に冷間加工を施して所要形状の製品に形成されるが、この発明では高い強度を得るために熱間押出後の合金組織および冷間加工率を定めている。
【００１５】
即ち、熱間押出後の合金組織は、再結晶組織であることが好ましく、その後の冷間加工および高温域での製品使用中における結晶粒の粗大化を抑制して強度を維持する。また、強度保持のために、この再結晶粒は微細粒であることが好ましく、具体的には結晶粒径１０mm以下が好ましい。このような再結晶組織を得るための押出条件として、押出温度が３５０〜５５０℃、押出速度が製品速度として２０ｍ／ｍｉｎ以上の条件を推奨できる。これは、低温低速の押出では結晶組織が繊維状となり焼鈍による強度低下が著しく、また高温の押出では、Ｍｎの析出および結晶粒の粗大化が進み、特に高温における強度が低下する傾向にあるためである。
【００１６】
また、冷間加工は、引抜、圧延等のいかなる加工法法も適用でき、次式で表される冷間加工率を５〜３０％とすることが好ましい。
【００１７】
冷間加工率（％）＝（１−Ａ1 ／Ａ0 ）×１００
ただし、Ａ0 ：冷間加工前の断面積
Ａ1 ：冷間加工後の断面積
冷間加工率が５％未満では加工硬化が不十分であって冷間加工後の強度が不足し、それに伴って高温保持後の強度も不足する。かつ、再結晶粒が十分に微細化されず、高温保持後の強度不足の原因となる。一方、冷間加工率が３０％を超えると、加工硬化により強度は高くなるが、高温保持による強度の低下率が高くなるため、高温で長時間使用したときの強度が不足する。また、冷間加工が引抜である場合、冷間加工率が同じでも、外径落とし量が大きいほど引抜き後の強度は高くなるが、その一方で高温保持後の強度の低下率も大きくなる。そのため、外径落とし量の大小による強度の高低と高温保持後の強度の高低とが逆転することがある。従って、高温使用時に高い強度を得るために、冷間加工率とともに外径の落とし量を調節することが好ましい。
【００１８】
【実施例】
次に、この発明のアルミニウム材の具体的実施例について説明する。
【００１９】
まず、後掲の表１に示す各合金組成およびＭｎ固溶量のビレットを鋳造し、該ビレットを４５０℃に加熱し、押出速度６０ｍ／分の一定条件で外径７２mm×肉厚２．０mmの管を押出した。これらの押出管の合金組織において、長径が１μｍ以上の金属間化合物量、合金組織、結晶粒径を調べたところ、合金組織はいずれも再結晶組織であり、結晶粒径はいずれも１０mm以下の微細結晶であった。また、１μｍ以上の粗大な金属間化合物量は表１に示すとおりであった。さらに、これらの押出管をリダクション（冷間加工率）２０％、外径落とし量３mmの一定条件で引抜いた。
【００２０】
得られた各引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。これらの結果を表１に併せて示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１の結果から、合金組成、Ｍｎ固溶量、および１μｍ以上の金属間化合物量を本発明の範囲内とすることにより、高温保持後も高い耐力を維持できることを確認できた。
【００２３】
次に、前述の実施例５と同一組成の合金を用い、押出温度および押出速度を変えて製作した押出管について、結晶組織および結晶粒径を調べた。そして、さらに各押出管をリダクション２０％、外径落とし量３mmの一定条件で引抜いた。
【００２４】
得られた引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。押出条件および引抜管の耐力を表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
次に、前述の実施例５と同一組成の合金を用い、ビレット４５０℃、押出速度６０ｍ／分の一定条件で押出した多数の同一押出管について、表３に示す各条件で引抜いた。得られた引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。引抜条件および引抜管の耐力を表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
表２および表３の結果より、本発明の合金組成、Ｍｎ固溶量を有し、粗大金属間化合物が規制された合金について、熱間押出後の合金組織を再結晶組織とするとともに冷間加工率を所定範囲とすることにより、高温保持後も高い耐力を維持できることを確認できた。
【００２９】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明のアルミニウム材は、熱間押出後に冷間加工を施すアルミニウム材であって、合金組成において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、不純物としてのＦｅが０．４wt％以下、Ｓｉが０．４wt％以下、Ｍｇが０．５wt％以下、他元素がそれぞれ０．２wt％以下に規制されてなり、合金組織において、Ｍｎ固溶量が０．３wt％以上であり、長径１μｍ以上の金属間化合物が１×１０4 個／mm2 未満であるため、結晶粒が微細化され、かつ冷間加工後の結晶粒の成長が抑制される。そのため、高温保持による強度低下が抑制され、高温域においても安定して高い強度を保持することができる。また、不純物としてのＭｇ含有量が規制されているため、加工性が損なわれるおそれもない。
【００３０】
さらに前記アルミニウム材において、熱間押出後の合金組織が再結晶組織であり、かつ前記冷間加工の加工率が５〜３０％である場合、上述の冷間加工後の再結晶粒の成長抑制効果が顕著であり、優れた高温強度が確実に得られる。
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温域において優れた強度を有するアルミニウム材に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語はアルミニウムおよびその合金を含む意味で用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、Ａｌ−Ｍｎ系合金は、Ｍｎの添加により純アルミニウムの加工性や耐食性を低下させることなく強度の改善を図ったものであり、各種器物、建材等に広く用いられている。そして、これらの製品は、引抜きや圧延等の冷間加工により、所要形状や寸法を形成するとともに、加工硬化による強度調整が行われ、さらに加工歪を解消するための焼鈍を経て製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、冷間加工を行うと再結晶温度が低くなるため、製品を３００〜４００℃程度の高温域で長期間使用すると、焼きなましたと同じ状態となり強度が低下するという問題点があった。
【０００５】
なお、一般に、強度向上のためには多量のＭｇを添加することが知られているが、Ｍｇ添加により強度が向上する反面、加工時の変形抵抗が大きくなり生産性が悪くなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような技術背景に鑑み、現状のＡｌ−Ｍｎ系合金の加工性を損なうことなく、高温強度に優れたアルミニウム合金材の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の高温強度に優れたアルミニウム材は、前記目的を達成するために、
熱間押出後に冷間加工を施すアルミニウム材であって、合金組成において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、不純物としてのＦｅが０．４wt％以下、Ｓｉが０．４wt％以下、Ｍｇが０．５wt％以下、他元素がそれぞれ０．２wt％以下に規制されてなり、合金組織において、Ｍｎ固溶量が０．３wt％以上であり、長径１μｍ以上の金属間化合物が１×１０4 個／mm2 未満であることを特徴とする。
【０００８】
また、前記熱間押出後の合金組織が再結晶組織であり、かつ前記冷間加工の加工率が５〜３０％であることが好ましい。
【０００９】
この発明のアルミニウム材の合金組成において、各元素の添加意義および含有量の限定理由、ならびに不純物の規制理由は次のとおりである。
【００１０】
Ｍｎは、再結晶粒の成長を抑制して再結晶粒を微細化するとともに粒界移動を抑止することにより、強度向上に寄与する元素である。Ｍｎ含有量は、０．５wt％未満では前記効果に乏しく、一方１．５wt％を超えると固溶されないＭｎ量がが増加して粗大な金属間化合物を生成し、再結晶粒を成長させて強度を低下させるおそれがある。従って、Ｍｎ含有量は０．５〜１．５wt％とする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限値は０．８wt％であり、好ましい上限値は１．３wt％である。
【００１１】
また、前記元素の残部はＡｌと不純物である。合金中に不純物としてＦｅおよびＳｉが存在すると、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ等の金属間化合物が晶出し、ひいては結晶粒を粗大化させる原因となる。そのため、ＦｅおよびＳｉはそれぞれ０．４wt％以下に規制する必要がある。Ｆｅ含有量の好ましい上限値は０．３wt％であり、Ｓｉの好ましい上限値は０．２wt％である。また、不純物としてのＭｇの含有が多いと冷間加工時に変形抵抗が大きくなり生産性が悪化するため０．５wt％以下に規制する必要がある。Ｍｇの好ましい上限値は０．１wt％である。また、Ｃｕは強度向上に寄与する元素であるが、含有量が多くなると粗大粒子を晶出させる原因となるため、０．５wt％以下に規制する必要がある。Ｃｕの好ましい上限値は０．３wt％である。その他の不純物元素は、粗大粒子の晶出を抑制するために、それぞれ０．２wt％以下に規制する必要があり、特に０．１wt％以下が好ましい。
【００１２】
このような組成のアルミニウム材の合金組織において、固溶されないＭｎは、粗大な金属間化合物を形成して強度を低下させる原因となる。そこで、この発明では、Ｍｎ含有量を上記範囲に定めるとともにＭｎ固溶量を合金全体の０．３wt％以上と定め、粗大金属化合物の生成を抑制している。好ましいＭｎ固溶量は０．５wt％以上である。
【００１３】
さらに、再結晶粒の粗大化を抑制するためには、金属間化合物は長径１μｍ以上の粗大なものを１×１０4 個／mm2 未満とする必要があり、特に０．８×１０4 個／mm2 未満が好ましい。
【００１４】
また、この発明のアルミニウム材は熱間押出後に冷間加工を施して所要形状の製品に形成されるが、この発明では高い強度を得るために熱間押出後の合金組織および冷間加工率を定めている。
【００１５】
即ち、熱間押出後の合金組織は、再結晶組織であることが好ましく、その後の冷間加工および高温域での製品使用中における結晶粒の粗大化を抑制して強度を維持する。また、強度保持のために、この再結晶粒は微細粒であることが好ましく、具体的には結晶粒径１０mm以下が好ましい。このような再結晶組織を得るための押出条件として、押出温度が３５０〜５５０℃、押出速度が製品速度として２０ｍ／ｍｉｎ以上の条件を推奨できる。これは、低温低速の押出では結晶組織が繊維状となり焼鈍による強度低下が著しく、また高温の押出では、Ｍｎの析出および結晶粒の粗大化が進み、特に高温における強度が低下する傾向にあるためである。
【００１６】
また、冷間加工は、引抜、圧延等のいかなる加工法法も適用でき、次式で表される冷間加工率を５〜３０％とすることが好ましい。
【００１７】
冷間加工率（％）＝（１−Ａ1 ／Ａ0 ）×１００
ただし、Ａ0 ：冷間加工前の断面積
Ａ1 ：冷間加工後の断面積
冷間加工率が５％未満では加工硬化が不十分であって冷間加工後の強度が不足し、それに伴って高温保持後の強度も不足する。かつ、再結晶粒が十分に微細化されず、高温保持後の強度不足の原因となる。一方、冷間加工率が３０％を超えると、加工硬化により強度は高くなるが、高温保持による強度の低下率が高くなるため、高温で長時間使用したときの強度が不足する。また、冷間加工が引抜である場合、冷間加工率が同じでも、外径落とし量が大きいほど引抜き後の強度は高くなるが、その一方で高温保持後の強度の低下率も大きくなる。そのため、外径落とし量の大小による強度の高低と高温保持後の強度の高低とが逆転することがある。従って、高温使用時に高い強度を得るために、冷間加工率とともに外径の落とし量を調節することが好ましい。
【００１８】
【実施例】
次に、この発明のアルミニウム材の具体的実施例について説明する。
【００１９】
まず、後掲の表１に示す各合金組成およびＭｎ固溶量のビレットを鋳造し、該ビレットを４５０℃に加熱し、押出速度６０ｍ／分の一定条件で外径７２mm×肉厚２．０mmの管を押出した。これらの押出管の合金組織において、長径が１μｍ以上の金属間化合物量、合金組織、結晶粒径を調べたところ、合金組織はいずれも再結晶組織であり、結晶粒径はいずれも１０mm以下の微細結晶であった。また、１μｍ以上の粗大な金属間化合物量は表１に示すとおりであった。さらに、これらの押出管をリダクション（冷間加工率）２０％、外径落とし量３mmの一定条件で引抜いた。
【００２０】
得られた各引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。これらの結果を表１に併せて示す。
【００２１】
【表１】
表１の結果から、合金組成、Ｍｎ固溶量、および１μｍ以上の金属間化合物量を本発明の範囲内とすることにより、高温保持後も高い耐力を維持できることを確認できた。
【００２３】
次に、前述の実施例５と同一組成の合金を用い、押出温度および押出速度を変えて製作した押出管について、結晶組織および結晶粒径を調べた。そして、さらに各押出管をリダクション２０％、外径落とし量３mmの一定条件で引抜いた。
【００２４】
得られた引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。押出条件および引抜管の耐力を表２に示す。
【００２５】
【表２】
次に、前述の実施例５と同一組成の合金を用い、ビレット４５０℃、押出速度６０ｍ／分の一定条件で押出した多数の同一押出管について、表３に示す各条件で引抜いた。得られた引抜管について、引抜直後および５００℃で３時間保持したのちの耐力を常法により測定した。引抜条件および引抜管の耐力を表３に示す。
【００２７】
【表３】
表２および表３の結果より、本発明の合金組成、Ｍｎ固溶量を有し、粗大金属間化合物が規制された合金について、熱間押出後の合金組織を再結晶組織とするとともに冷間加工率を所定範囲とすることにより、高温保持後も高い耐力を維持できることを確認できた。
【００２９】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明のアルミニウム材は、熱間押出後に冷間加工を施すアルミニウム材であって、合金組成において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、不純物としてのＦｅが０．４wt％以下、Ｓｉが０．４wt％以下、Ｍｇが０．５wt％以下、他元素がそれぞれ０．２wt％以下に規制されてなり、合金組織において、Ｍｎ固溶量が０．３wt％以上であり、長径１μｍ以上の金属間化合物が１×１０4 個／mm2 未満であるため、結晶粒が微細化され、かつ冷間加工後の結晶粒の成長が抑制される。そのため、高温保持による強度低下が抑制され、高温域においても安定して高い強度を保持することができる。また、不純物としてのＭｇ含有量が規制されているため、加工性が損なわれるおそれもない。
【００３０】
さらに前記アルミニウム材において、熱間押出後の合金組織が再結晶組織であり、かつ前記冷間加工の加工率が５〜３０％である場合、上述の冷間加工後の再結晶粒の成長抑制効果が顕著であり、優れた高温強度が確実に得られる。
Claims (2)
- 熱間押出後に冷間加工を施すアルミニウム材であって、
合金組成において、Ｍｎ：０．５〜１．５wt％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、不純物としてのＦｅが０．３wt％以下、Ｓｉが０．４wt％以下、Ｍｇが０．５wt％以下、Ｃｕが０．５wt％以下、他元素がそれぞれ０．２wt％以下に規制されてなり、
熱間押出が、押出温度４００〜４５０℃、押出速度４０ｍ／ｍｉｎ以上でなされ、
熱間押出後で冷間加工前の合金組織において、Ｍｎ固溶量が０．３wt％以上であり、長径１μｍ以上の金属間化合物が１×１０4個／mm2未満であり、かつ結晶粒径が１０ mm 以下の再結晶組織であることを特徴とする高温強度に優れたアルミニウム材。 - 前記冷間加工の加工率が５〜３０％である請求項１に記載の高温強度に優れたアルミニウム材。
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|---|---|---|---|
| JP12703797A JP3690897B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 高温強度に優れたアルミニウム材 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP12703797A JP3690897B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 高温強度に優れたアルミニウム材 |
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| JP12703797A Expired - Lifetime JP3690897B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 高温強度に優れたアルミニウム材 |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5116255B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2013-01-09 | 東洋アルミニウム株式会社 | アルミニウム合金を用いた包装材および電気電子構造部材 |
-
1997
- 1997-05-16 JP JP12703797A patent/JP3690897B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10317081A (ja) | 1998-12-02 |
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