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JP7469072B2 - Aluminum alloy forgings and their manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、耐熱性に優れたアルミニウム合金製の鍛造品を製造するために用いられるアルミニウム合金鍛造材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy forging material used to manufacture aluminum alloy forgings with excellent heat resistance, and a method for manufacturing the same.

従来、アルミニウム合金鍛造材として様々な提案がなされている。例えば、特許文献1には、Si:0.1~2.0wt%、Fe:1.0~2.0wt%、Cu:2.0~6.0wt%、Mg:1.0~3.0wt%、Ni:3.0wt%以下、Ti:0.01~0.2wt%を含有し、Si+Fe+Mg≧3.1wt%であり、残部がAl及び不可避不純物であり、導電率が25.0%IACS以上40.0%IACS以下であることを特徴とするアルミニウム合金が提案されている。 Various proposals have been made for aluminum alloy forging materials. For example, Patent Document 1 proposes an aluminum alloy that contains 0.1-2.0 wt% Si, 1.0-2.0 wt% Fe, 2.0-6.0 wt% Cu, 1.0-3.0 wt% Mg, 3.0 wt% or less Ni, 0.01-0.2 wt% Ti, where Si+Fe+Mg≧3.1 wt%, the balance being Al and unavoidable impurities, and has electrical conductivity of 25.0% IACS or more and 40.0% IACS or less.

特開2017-214655号公報JP 2017-214655 A

一般的に、エンジン、コンプレッサー、ターボチャージャーインペラーなどの回転部品や直動部品は、高温で継続的に使用されるものも多い。従って、これらの部品の素材であるアルミニウム合金鍛造材にはクリープ特性が特に求められる。特許文献1で提案されているアルミニウム合金は耐熱性に優れるAA2618アルミニウム合金に分類される。特許文献1で提案されているアルミニウム合金は250℃での引張強度がJIS4032合金よりも大きい旨示されている。しかし、特許文献1で提案されているアルミニウム合金にはクリープ特性を高くすることについてさらに改善の余地があった。 In general, many rotating and linear components, such as engines, compressors, and turbocharger impellers, are used continuously at high temperatures. Therefore, the aluminum alloy forgings that are the raw materials for these components are particularly required to have good creep properties. The aluminum alloy proposed in Patent Document 1 is classified as an AA2618 aluminum alloy, which has excellent heat resistance. It is indicated that the tensile strength of the aluminum alloy proposed in Patent Document 1 at 250°C is greater than that of JIS 4032 alloy. However, there is still room for improvement in terms of improving the creep properties of the aluminum alloy proposed in Patent Document 1.

本発明は、優れたクリープ特性を備えたアルミニウム合金鍛造材及びその製造方法を提供することを目的とする。 The objective of the present invention is to provide an aluminum alloy forging material with excellent creep properties and a method for manufacturing the same.

本発明者は、AA2618アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鍛造材について優れたクリープ特性を備えるため鋭意研究開発した結果、FeとNiの合計含有量やMn、Cr、Zrの合計含有量を制御すると共に、金属間化合物の大きさと金属間化合物の分散の均一性とを制御することで前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research and development into aluminum alloy forgings made of AA2618 aluminum alloy to provide excellent creep properties, the inventors discovered that the above problems could be solved by controlling the total content of Fe and Ni and the total content of Mn, Cr, and Zr, as well as controlling the size of the intermetallic compounds and the uniformity of their dispersion, and thus completed the present invention.

すなわち、本発明に係るアルミニウム合金鍛造材は、Si:0.10~0.25質量%、Fe:0.9~1.3質量%、Cu:1.9~2.7質量%、Mg:1.3~1.8質量%、Zn:0.10質量%以下、Ni:0.9~1.2質量%、Ti:0.01~0.1質量%であり、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材であって、FeとNiの合計含有量が2.2質量%以下、かつ、Mn、Cr、Zrの合計含有量が0.20質量%以下であり、さらに、金属間化合物の平均円相当径が4.5μm以下、かつ、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3以下である構成とした。 In other words, the aluminum alloy forging material according to the present invention is an aluminum alloy forging material consisting of Si: 0.10-0.25 mass%, Fe: 0.9-1.3 mass%, Cu: 1.9-2.7 mass%, Mg: 1.3-1.8 mass%, Zn: 0.10 mass% or less, Ni: 0.9-1.2 mass%, Ti: 0.01-0.1 mass%, the balance being Al and unavoidable impurities, in which the total content of Fe and Ni is 2.2 mass% or less, the total content of Mn, Cr, and Zr is 0.20 mass% or less, the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds is 4.5 μm or less, and the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction is 2.3 or less.

また、本発明に係るアルミニウム合金鍛造材の製造方法は、前記合金組成からなるアルミニウム合金鍛造材の製造方法であって、前記合金組成からなる溶湯を1.2℃/秒以上の冷却速度で冷却して鋳塊を鋳造し、前記鋳塊に対して均質化処理、熱間鍛造、溶体化処理、焼入れ、時効処理を行うことでアルミニウム合金鍛造材を製造する構成とした。 The method for producing an aluminum alloy forging according to the present invention is a method for producing an aluminum alloy forging having the above alloy composition, in which a molten metal having the above alloy composition is cooled at a cooling rate of 1.2°C/sec or more to cast an ingot, and the ingot is subjected to homogenization treatment, hot forging, solution treatment, quenching, and aging treatment to produce the aluminum alloy forging.

本発明に係るアルミニウム合金鍛造材は、優れたクリープ特性を備える。
また、本発明に係るアルミニウム合金鍛造材の製造方法は、優れたクリープ特性を備えるアルミニウム合金鍛造材を製造できる。
The aluminum alloy forged material according to the present invention has excellent creep properties.
Furthermore, the method for producing an aluminum alloy forging according to the present invention can produce an aluminum alloy forging having excellent creep properties.

半連続鋳造法(DC鋳造法(Direct Chill casting process))の場合の溶湯温度を測定する様子を説明する模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a state in which a molten metal temperature is measured in the case of a semi-continuous casting method (DC casting method (Direct Chill casting process)). 金型鋳造法において金型温度と溶湯の冷却速度との線形近似式を求める際の様子を説明する概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a process for determining a linear approximation between a mold temperature and a cooling rate of a molten metal in a mold casting method. 金型温度と、溶湯の冷却速度と、線形近似式との一例を図示したグラフである。図中、横軸は金型温度(℃)を示し、縦軸は溶湯の冷却速度(℃/秒)を示している。1 is a graph showing an example of a mold temperature, a cooling rate of a molten metal, and a linear approximation equation, in which the horizontal axis indicates the mold temperature (° C.) and the vertical axis indicates the cooling rate of the molten metal (° C./sec.). 鋳型と、鋳型から取り出した鋳塊と、この鋳塊から鍛造試験用の試料を作製する部位とを説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a mold, an ingot removed from the mold, and a portion from which a sample for a forging test is prepared from the ingot. 熱間鍛造して作製された鍛造材の平面図である。図中のハッチング部分は、引張試験及びクリープ試験に用いる試験片の切り出し位置を示している。1 is a plan view of a forged material produced by hot forging, in which the hatched areas indicate the positions at which test pieces used for tensile tests and creep tests were cut out. 熱間鍛造して作製された鍛造材の側面図である。図中のハッチング部分は、引張試験及びクリープ試験に用いる試験片の切り出し位置を示している。1 is a side view of a forged material produced by hot forging, in which the hatched areas indicate the positions at which test pieces used for tensile tests and creep tests were cut out. 金型温度と、溶湯の冷却速度と、線形近似式とを図示したグラフである。図中、横軸は金型温度(℃)を示し、縦軸は溶湯の冷却速度(℃/秒)を示している。1 is a graph showing the mold temperature, the cooling rate of the molten metal, and a linear approximation equation, in which the horizontal axis shows the mold temperature (° C.) and the vertical axis shows the cooling rate of the molten metal (° C./sec.). 実施例及び比較例について、Mn、Cr、Zrの合計含有量(質量%)とFeとNiの合計含有量(質量%)との関係を示すグラフである。図中、実施例を「◆」でプロットし、比較例を「□」でプロットしている。1 is a graph showing the relationship between the total content (mass%) of Mn, Cr, and Zr and the total content (mass%) of Fe and Ni for examples and comparative examples. In the figure, examples are plotted with "◆" and comparative examples are plotted with "□". 実施例及び比較例について、金属間化合物の平均円相当径(μm)とST方向における金属間化合物間の距離のばらつきとの関係を示すグラフである。図中、実施例を「◆」でプロットし、比較例を「□」でプロットしている。1 is a graph showing the relationship between the average equivalent circle diameter (μm) of intermetallic compounds and the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction for examples and comparative examples. In the figure, examples are plotted with "◆" and comparative examples are plotted with "□". 実施例及び比較例について、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきとクリープ試験の破断時間(hr)との関係を示すグラフである。図中、実施例を「◆」でプロットし、比較例を「□」でプロットしている。1 is a graph showing the relationship between the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction and the rupture time (hr) in a creep test for the examples and the comparative examples. In the figure, the examples are plotted with "◆" and the comparative examples are plotted with "□". 実施例及び比較例について、金属間化合物の平均円相当径(μm)とクリープ試験の破断時間(hr)との関係を示すグラフである。図中、実施例を「◆」でプロットし、比較例を「□」でプロットしている。1 is a graph showing the relationship between the average equivalent circle diameter (μm) of intermetallic compounds and the rupture time (hr) in a creep test for examples and comparative examples. In the figure, examples are plotted with "♦" and comparative examples are plotted with "□".

以下、適宜図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明の一実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、又は、部材の一部の図示が省略されている場合がある。本明細書に記載される「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として有する意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている上限値又は下限値は、他の段階的に記載されている上限値又は下限値に置き換えてもよく、実施例に示された数値に置き換えてもよい。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. Note that the drawings referred to in the following description are schematic illustrations of one embodiment of the present invention, and therefore the scale, spacing, and positional relationships of each component may be exaggerated, or some components may not be shown. In this specification, "~" is used to mean that the numerical values before and after it are the lower and upper limits. The upper and lower limits described in stages in this specification may be replaced with other upper and lower limits described in stages, or may be replaced with numerical values shown in the examples.

[アルミニウム合金鍛造材]
はじめに、アルミニウム合金鍛造材の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造材は、アルミニウム合金として所定の合金組成を備えており、鍛造品(アルミニウム合金部品)を製造するために用いられる。アルミニウム合金鍛造材は、以下に示すような合金組成と組織的な特徴とを備えている。
[Aluminum alloy forgings]
First, one embodiment of an aluminum alloy forging will be described.
The aluminum alloy forging according to the present embodiment has a predetermined alloy composition as an aluminum alloy and is used to manufacture a forged product (aluminum alloy part). The aluminum alloy forging has the following alloy composition and structural characteristics.

すなわち、アルミニウム合金鍛造材は、Si:0.10~0.25質量%、Fe:0.9~1.3質量%、Cu:1.9~2.7質量%、Mg:1.3~1.8質量%、Zn:0.10質量%以下、Ni:0.9~1.2質量%、Ti:0.01~0.1質量%であり、残部Al及び不可避的不純物からなり、FeとNiの合計含有量が2.2質量%以下、かつ、Mn、Cr、Zrの合計含有量が0.20質量%以下である。さらに、アルミニウム合金鍛造材は、金属間化合物の平均円相当径が4.5μm以下、かつ、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3以下となる構成を備えている。なお、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきは、観測可能な全ての金属間化合物が該当する。 That is, the aluminum alloy forging material is composed of 0.10-0.25 mass% Si, 0.9-1.3 mass% Fe, 1.9-2.7 mass% Cu, 1.3-1.8 mass% Mg, 0.10 mass% or less Zn, 0.9-1.2 mass% Ni, 0.01-0.1 mass% Ti, the balance being Al and unavoidable impurities, the total content of Fe and Ni is 2.2 mass% or less, and the total content of Mn, Cr, and Zr is 0.20 mass% or less. Furthermore, the aluminum alloy forging material is configured such that the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds is 4.5 μm or less, and the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction is 2.3 or less. The variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction applies to all observable intermetallic compounds.

(合金組成)
前記合金組成からなるアルミニウム合金は、AA2618アルミニウム合金に属する。AA2618アルミニウム合金は、高温特性が要求される構造部材に用いられる。以下、前記合金組成について説明する。なお、これらの成分については、例えば、特許第6348466号や特許第5879181号に記載されているように一般的に知られており、下記のような作用を有する。
(Alloy Composition)
The aluminum alloy having the above alloy composition belongs to the AA2618 aluminum alloy. The AA2618 aluminum alloy is used for structural members that require high-temperature properties. The alloy composition will be described below. These components are generally known, as described in, for example, Japanese Patent No. 6348466 and Japanese Patent No. 5879181, and have the following effects.

(Si:0.10~0.25質量%)
Siは、Mnと共にAl-Mn-Si系化合物などの微細分散相を析出させ、転位のピンニング効果を高め、溶体化処理中の再結晶粒の粗大化を抑制することにより、アルミニウム合金鍛造材の強度を向上させる。Si含有量は、0.10~0.25質量%の範囲とする。Si含有量が0.10質量%未満の場合には、強度向上の効果が十分に得られない。Si含有量が0.25質量%を超える場合には、MgとSiの化合物などが形成され、耐熱性が低下する。なお、Si含有量の下限値は、好ましくは0.13質量%であり、より好ましくは0.15質量%である。また、Si含有量の上限値は、好ましくは0.23質量%であり、より好ましくは0.21質量%である。
(Si: 0.10 to 0.25 mass%)
Si, together with Mn, precipitates fine dispersed phases such as Al-Mn-Si compounds, enhances the pinning effect of dislocations, and inhibits the coarsening of recrystallized grains during solution treatment, thereby improving the strength of the aluminum alloy forging. The Si content is in the range of 0.10 to 0.25 mass%. If the Si content is less than 0.10 mass%, the effect of improving strength is not sufficiently obtained. If the Si content exceeds 0.25 mass%, compounds of Mg and Si are formed, and the heat resistance is reduced. The lower limit of the Si content is preferably 0.13 mass%, more preferably 0.15 mass%. The upper limit of the Si content is preferably 0.23 mass%, more preferably 0.21 mass%.

(Fe:0.9~1.3質量%)
Feは、Niと共にFe-Ni系化合物などを形成し、アルミニウム合金鍛造材の耐熱性を向上させる。Fe含有量は、0.9~1.3質量%の範囲とする。Fe含有量が0.9質量%未満の場合には、耐熱性向上の効果が十分に得られない。Fe含有量が1.3質量%を超える場合には、母相中に分散するAl-Fe系、Al-Fe-Cu系などのFe系化合物が著しく形成されるため、耐熱性向上の効果が小さくなる。なお、Fe含有量の下限値は、好ましくは1.0質量%である。また、Fe含有量の上限値は、好ましくは1.2質量%である。
(Fe: 0.9 to 1.3 mass%)
Fe forms Fe-Ni compounds together with Ni, improving the heat resistance of the aluminum alloy forging. The Fe content is in the range of 0.9 to 1.3 mass%. If the Fe content is less than 0.9 mass%, the effect of improving heat resistance is not sufficiently obtained. If the Fe content exceeds 1.3 mass%, Fe compounds such as Al-Fe and Al-Fe-Cu compounds dispersed in the matrix are significantly formed, so that the effect of improving heat resistance is reduced. The lower limit of the Fe content is preferably 1.0 mass%. The upper limit of the Fe content is preferably 1.2 mass%.

(Cu:1.9~2.7質量%)
Cuは、常温及び高温におけるアルミニウム合金鍛造材の強度向上に寄与する。Cuは固溶強化及び析出強化の双方の作用により、主として本発明の用途においてAl合金に要求される、常温耐力及び耐熱性を確保するために必須の元素である。より具体的には、Cuは高温の人工時効処理時にAl、Mgと化合し、G.P.B.ゾーンやS’相などを微細でかつ高密度に析出させ、人工時効処理後のAl合金の強度を向上させる。Cu含有量は1.9~2.7質量%の範囲とする。Cu含有量が1.9質量%未満の場合には、強度向上の効果が十分に得られない。Cu含有量が2.7質量%を超える場合には、共晶融解開始温度が低下し、溶体化処理温度を低くしなければならないため、母相中への固溶量が減り、強度向上の効果が望めない。Cu含有量の下限値は、好ましくは2.0質量%、より好ましくは2.1質量%である。また、Cu含有量の上限値は、好ましくは2.6質量%、より好ましくは2.5質量%である。
(Cu: 1.9 to 2.7 mass%)
Cu contributes to improving the strength of aluminum alloy forgings at room temperature and high temperature. Cu is an essential element for ensuring room temperature yield strength and heat resistance, which are mainly required for Al alloys in the applications of the present invention, due to the action of both solid solution strengthening and precipitation strengthening. More specifically, Cu combines with Al and Mg during high temperature artificial aging treatment, and causes fine and dense precipitation of G.P.B. zones and S' phases, etc., to improve the strength of the Al alloy after artificial aging treatment. The Cu content is in the range of 1.9 to 2.7 mass%. If the Cu content is less than 1.9 mass%, the effect of improving strength cannot be sufficiently obtained. If the Cu content exceeds 2.7 mass%, the eutectic melting start temperature decreases and the solution treatment temperature must be lowered, so the amount of solid solution in the parent phase decreases and the effect of improving strength cannot be expected. The lower limit of the Cu content is preferably 2.0 mass%, more preferably 2.1 mass%. The upper limit of the Cu content is preferably 2.6 mass %, and more preferably 2.5 mass %.

(Mg:1.3~1.8質量%)
Mgは、Cuと共存して常温及び高温におけるアルミニウム合金鍛造材の強度向上に寄与する。Mgは固溶強化及び析出強化の双方の作用により、主として本発明の用途においてAl合金に要求される、常温耐力及び耐熱性を確保するために必須の元素である。より具体的には、Mgは高温の人工時効処理時にAl、Cuと化合し、G.P.B.ゾーンやS’相などを微細でかつ高密度に析出させ、人工時効処理後のAl合金の強度を向上させる。Mg含有量は1.3~1.8質量%の範囲とする。Mg含有量が1.3質量%未満の場合には、強度向上の効果が小さい。Mg含有量が1.8質量%を超える場合には、鍛造等の熱間加工において材料の変形抵抗が高くなり、生産性が低下する。Mg含有量の下限値は、好ましくは1.4質量%、より好ましくは1.5質量%である。また、Mg含有量の上限値は、好ましくは1.7質量%、より好ましくは1.6質量%である。
(Mg: 1.3 to 1.8% by mass)
Mg coexists with Cu and contributes to improving the strength of aluminum alloy forgings at room temperature and high temperature. Mg is an essential element for ensuring room temperature yield strength and heat resistance, which are mainly required for Al alloys in the applications of the present invention, due to the effects of both solid solution strengthening and precipitation strengthening. More specifically, Mg combines with Al and Cu during high temperature artificial aging treatment, and precipitates G.P.B. zones and S' phases finely and densely, thereby improving the strength of the Al alloy after artificial aging treatment. The Mg content is in the range of 1.3 to 1.8 mass%. If the Mg content is less than 1.3 mass%, the effect of improving strength is small. If the Mg content exceeds 1.8 mass%, the deformation resistance of the material increases during hot working such as forging, and productivity decreases. The lower limit of the Mg content is preferably 1.4 mass%, more preferably 1.5 mass%. The upper limit of the Mg content is preferably 1.7 mass%, more preferably 1.6 mass%.

(Zn:0.10質量%以下)
Znは、不可避的不純物として含有されることが多い元素である。また、Znは、固溶強化及び析出強化によりアルミニウム合金鍛造材の常温及び高温強度を向上し得る添加元素の一つでもある。しかし、Znは、耐食性に対して特に有害である。そのため、Zn含有量は0.10質量%以下とする。アルミニウム合金鍛造材の常温及び高温強度の向上効果はCuやMgの添加により十分に得ることができるため、Znは含有していなくてもよい(Zn含有量は0質量%であってもよい)。Zn含有量の上限値は、好ましくは0.09質量%であり、より好ましくは0.08質量%であり、さらに好ましくは0.05質量%である。
(Zn: 0.10 mass% or less)
Zn is an element that is often contained as an unavoidable impurity. Zn is also one of the additive elements that can improve the room temperature and high temperature strength of aluminum alloy forgings by solid solution strengthening and precipitation strengthening. However, Zn is particularly harmful to corrosion resistance. Therefore, the Zn content is set to 0.10 mass% or less. Since the effect of improving the room temperature and high temperature strength of aluminum alloy forgings can be sufficiently obtained by adding Cu and Mg, Zn does not need to be contained (the Zn content may be 0 mass%). The upper limit of the Zn content is preferably 0.09 mass%, more preferably 0.08 mass%, and even more preferably 0.05 mass%.

(Ni:0.9~1.2質量%)
Niは、Feと共にFe-Ni系化合物などを形成し、アルミニウム合金鍛造材の耐熱性を向上させる。Ni含有量は0.9~1.2質量%の範囲とする。Ni含有量が0.9質量%未満の場合には、耐熱性向上の効果が十分に得られない。Ni含有量が1.2質量%を超える場合には、母相中に分散するAl-Ni系、Al-Ni-Cu系などのNi系化合物が形成されるため、耐熱性向上の効果が小さくなる。また、Ni含有量が1.2質量%を超える場合には、粗大なFe-Ni系などの金属間化合物が形成される。そのため、この場合には、鍛造などの熱間加工において割れが発生し易くなり、生産性が低下する。Ni含有量の下限値は、好ましくは0.95質量%であり、より好ましくは1.0質量%である。また、Ni含有量の上限値は、好ましくは1.18質量%であり、より好ましくは1.1質量%である。
(Ni: 0.9 to 1.2 mass%)
Ni forms Fe-Ni compounds together with Fe, improving the heat resistance of the aluminum alloy forging. The Ni content is in the range of 0.9 to 1.2 mass%. When the Ni content is less than 0.9 mass%, the effect of improving heat resistance is not sufficiently obtained. When the Ni content exceeds 1.2 mass%, Ni compounds such as Al-Ni and Al-Ni-Cu compounds dispersed in the matrix are formed, so that the effect of improving heat resistance is reduced. When the Ni content exceeds 1.2 mass%, coarse intermetallic compounds such as Fe-Ni compounds are formed. Therefore, in this case, cracks are likely to occur during hot working such as forging, and productivity is reduced. The lower limit of the Ni content is preferably 0.95 mass%, more preferably 1.0 mass%. The upper limit of the Ni content is preferably 1.18 mass%, more preferably 1.1 mass%.

(Ti:0.01~0.1質量%)
Tiは、Zrと同様、微細結晶粒組織を安定して得るために添加される。Ti含有量は0.01~0.1質量%の範囲とする。Ti含有量が0.01質量%未満の場合には、微細結晶粒組織を安定させる効果が十分に得られない。Ti含有量が0.1質量%を超える場合には、鋳造時に巨大なZr-Ti系化合物などが形成され、強度が低下する。Ti含有量の下限値は、好ましくは0.04質量%である。Ti含有量の上限値は、好ましくは0.09質量%である。
(Ti: 0.01 to 0.1 mass%)
Ti, like Zr, is added to stably obtain a fine crystal grain structure. The Ti content is in the range of 0.01 to 0.1 mass%. If the Ti content is less than 0.01 mass%, the effect of stabilizing the fine crystal grain structure is not sufficiently obtained. If the Ti content exceeds 0.1 mass%, huge Zr-Ti compounds are formed during casting, reducing the strength. The lower limit of the Ti content is preferably 0.04 mass%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.09 mass%.

(残部)
残部は、Al及び不可避的不純物である。不可避的不純物は、実操業上、使用する原料などに由来して不可避的に含有され得る。不可避的不純物としては、前記したZn以外に、例えば、Mn、Cr、Zr、Vなどが挙げられる。Vは0.05質量%以下であれば特に問題は生じない。Mn、Cr、Zrについては後述する。なお、Mn、Cr、Zr、Vは、本明細書で説明する所定の含有量や合計含有量を超えなければ不可避的不純物として含有される場合だけでなく積極的に添加される場合であっても本発明の効果を妨げない。
(Remainder)
The balance is Al and inevitable impurities. In actual operation, inevitable impurities may be inevitably contained due to raw materials used. In addition to the above-mentioned Zn, inevitable impurities include, for example, Mn, Cr, Zr, V, etc. V does not cause any particular problem if it is 0.05 mass% or less. Mn, Cr, and Zr will be described later. Note that Mn, Cr, Zr, and V do not interfere with the effects of the present invention not only when they are contained as inevitable impurities but also when they are actively added, as long as they do not exceed the predetermined content or total content described in this specification.

(FeとNiの合計含有量:2.2質量%以下)
アルミニウム合金鍛造材の耐熱性を向上させるFeとNiではあるが、その合計含有量が2.2質量%を超えるとFe-Ni系金属間化合物などの金属間化合物が多数形成されるようになる。そのため、所定の面(断面)における金属間化合物の面積率や個数密度が高くなる。FeとNiの合計含有量が2.2質量%を超えた場合に出現する金属間化合物として、Al-Cr-Cu-Fe-Mn-Si系、Fe-Ni系、Mg-Si系、Al-Cu-Fe系金属間化合物などが挙げられる。また、FeとNiの合計含有量が2.2質量%を超えると、偏析によって金属間化合物の分散に偏りが生じるようになる。そして、その影響を受けてST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが大きくなる。ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきの具体的な数値範囲については後述する。ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが大きいということは、金属間化合物の分散が均一でないということであり、これによりクリープ特性が低下する。従って、FeとNiの合計含有量は2.2質量%以下とする。FeとNiの合計含有量の上限値は、好ましくは2.1質量%であり、より好ましくは2.0質量%である。なお、所定の面(断面)としては、例えば、アルミニウム合金鍛造材又は試験片のメタルフロー(L方向)に垂直な断面が挙げられる。また、ST方向とは、アルミニウム合金が鍛造加工によって最も変形を受けた厚さ方向をいう。
(Total content of Fe and Ni: 2.2 mass% or less)
Fe and Ni improve the heat resistance of aluminum alloy forgings, but when the total content exceeds 2.2 mass%, a large number of intermetallic compounds such as Fe-Ni intermetallic compounds are formed. Therefore, the area ratio and number density of the intermetallic compounds in a given surface (cross section) are high. Examples of intermetallic compounds that appear when the total content of Fe and Ni exceeds 2.2 mass% include Al-Cr-Cu-Fe-Mn-Si, Fe-Ni, Mg-Si, and Al-Cu-Fe intermetallic compounds. In addition, when the total content of Fe and Ni exceeds 2.2 mass%, the dispersion of the intermetallic compounds becomes biased due to segregation. Then, under the influence of this, the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction increases. The specific numerical range of the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction will be described later. A large variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction means that the dispersion of the intermetallic compounds is not uniform, which reduces the creep characteristics. Therefore, the total content of Fe and Ni is set to 2.2 mass% or less. The upper limit of the total content of Fe and Ni is preferably 2.1 mass%, more preferably 2.0 mass%. The predetermined plane (cross section) may be, for example, a cross section perpendicular to the metal flow (L direction) of the aluminum alloy forging or test piece. The ST direction refers to the thickness direction in which the aluminum alloy is most deformed by the forging process.

(Mn、Cr、Zrの合計含有量:0.20質量%以下)
前記したように、Mn、Cr、Zrは不可避的不純物として含まれる。Mn、Cr及びZrは、アルミニウム合金鍛造材の金属組織(ミクロ組織)を微細化し、再結晶化を抑制する。しかし、Mn、Cr、Zrは、これらの合計含有量が0.20質量%を超えると、鋳造時に偏析したり、晶出物の核生成・成長を助長したりするので、金属間化合物の分散に偏りが生じるようになる。これにより、例えば、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが大きくなる。そして、金属間化合物の分散が均一でないためクリープ特性が低下する。従って、Mn、Cr、Zrの合計含有量は0.20質量%以下とする。Mn、Cr、Zrの合計含有量の上限値は、好ましくは0.15質量%である。
(Total content of Mn, Cr, and Zr: 0.20 mass% or less)
As described above, Mn, Cr, and Zr are included as unavoidable impurities. Mn, Cr, and Zr refine the metal structure (microstructure) of the aluminum alloy forging material and suppress recrystallization. However, if the total content of Mn, Cr, and Zr exceeds 0.20 mass%, they segregate during casting or promote the nucleation and growth of crystallized matter, so that the dispersion of the intermetallic compounds becomes biased. As a result, for example, the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction increases. And, the creep characteristics are deteriorated because the dispersion of the intermetallic compounds is not uniform. Therefore, the total content of Mn, Cr, and Zr is set to 0.20 mass% or less. The upper limit of the total content of Mn, Cr, and Zr is preferably 0.15 mass%.

(ミクロ組織)
(金属間化合物の平均円相当径:4.5μm以下)
金属間化合物は、平均円相当径が4.5μmを超えると、クリープ特性が低下する。従って、金属間化合物の平均円相当径は4.5μm以下とする。金属間化合物の平均円相当径は、好ましくは4.2μm以下であり、より好ましくは4.0μm以下である。金属間化合物の平均円相当径は、鋳塊を鋳造する際の溶湯の冷却速度に大きな影響を受ける。鋳塊を鋳造する際の溶湯の冷却速度については製造方法の項目で説明する。
(Microstructure)
(Average circle equivalent diameter of intermetallic compounds: 4.5 μm or less)
If the average equivalent circle diameter of the intermetallic compound exceeds 4.5 μm, the creep properties are degraded. Therefore, the average equivalent circle diameter of the intermetallic compound is set to 4.5 μm or less. The average equivalent circle diameter of the intermetallic compound is preferably 4.2 μm or less, and more preferably 4.0 μm or less. The average equivalent circle diameter of the intermetallic compound is significantly affected by the cooling rate of the molten metal when casting the ingot. The cooling rate of the molten metal when casting the ingot will be explained in the section on the manufacturing method.

(ST方向における金属間化合物間の距離のばらつき:2.3以下)
ST方向における金属間化合物間の距離のばらつき(標準偏差)は、観察した断面におけるST方向に隣り合う金属間化合物と金属間化合物との間の最短距離のばらつきを算出・評価したものである。つまり、このばらつきは、ST方向における金属間化合物の分散の均一性を表している。このばらつきが小さいほど金属間化合物が均一に分散していることを意味しており、良質なミクロ組織であると言える。ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきは式(1)で求めることができる。
(Variation in distance between intermetallic compounds in ST direction: 2.3 or less)
The variation (standard deviation) of the distance between intermetallic compounds in the ST direction is calculated and evaluated as the variation of the shortest distance between adjacent intermetallic compounds in the ST direction in the observed cross section. In other words, this variation represents the uniformity of the dispersion of intermetallic compounds in the ST direction. The smaller this variation, the more uniformly the intermetallic compounds are dispersed, which means a good quality microstructure. The variation of the distance between intermetallic compounds in the ST direction can be calculated using formula (1).

Figure 0007469072000001
Figure 0007469072000001

ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3を超えると、金属間化合物の分散の均一性が低い(すなわち、金属間化合物が偏在している)ため、クリープ特性が低下する。従って、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきは2.3以下とする。このばらつきは、好ましくは2.13以下であり、より好ましくは2.02以下である。 If the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction exceeds 2.3, the uniformity of the dispersion of the intermetallic compounds is low (i.e., the intermetallic compounds are unevenly distributed), and the creep properties deteriorate. Therefore, the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction is set to 2.3 or less. This variation is preferably 2.13 or less, and more preferably 2.02 or less.

(ミクロ組織の観察(平均円相当径など))
金属間化合物の平均円相当径やST方向における金属間化合物間の距離などは、次のようにしてミクロ組織を観察することにより把握できる。
例えば、ミクロ組織の観察は、T61調質処理済みの鍛造材から約10mm角の試験片を切り出し、機械研磨、バフ研磨後、光学顕微鏡(Nikon社製ECLIPSE MA200)を用いて100倍の倍率でメタルフロー(L方向)に対して垂直な断面の金属組織を2~3視野観察する。観察した組織写真から、切片法を用いてST方向の結晶粒径を測定すると共に、解析ソフトを用いた画像解析により、金属間化合物に対して平均円相当径、視野に占める面積率、個数密度などを計算する。
また、観測可能な全ての金属間化合物間の距離をST方向について観察・測定し、距離のばらつきを標準偏差にて評価する。観測可能な金属間化合物としては、例えば、粒径が0.4μm以上であるものが該当する。
解析ソフトは、実施例では三谷商事社製WinROOF2018が使用できたが、これに限定されない。
(Observation of microstructure (average circle equivalent diameter, etc.))
The average equivalent circle diameter of the intermetallic compounds and the distance between the intermetallic compounds in the ST direction can be grasped by observing the microstructure as follows.
For example, to observe the microstructure, a test piece of about 10 mm square is cut out from a forged material that has been subjected to T61 tempering treatment, mechanically polished and buffed, and then the metal structure of a cross section perpendicular to the metal flow (L direction) is observed in 2 to 3 fields of view at a magnification of 100 times using an optical microscope (Nikon Eclipse MA200). From the observed microstructure photograph, the grain size in the ST direction is measured using a sectioning method, and the average circle equivalent diameter, area ratio in the field of view, number density, etc. of the intermetallic compounds are calculated by image analysis using analysis software.
In addition, the distances between all the intermetallic compounds that can be observed are observed and measured in the ST direction, and the variation in the distances is evaluated in terms of the standard deviation. The intermetallic compounds that can be observed are, for example, those with a grain size of 0.4 μm or more.
In the embodiment, WinROOF2018 manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd. was used as the analysis software, but the analysis software is not limited to this.

以上に説明したように、アルミニウム合金鍛造材は、所定の合金組成とし、FeとNiの合計含有量及びMn、Cr、Zrの合計含有量をそれぞれ所定値以下とすると共に、金属間化合物の平均円相当径及びST方向における金属間化合物間の距離のばらつきをそれぞれ所定値以下としたことにより、優れたクリープ特性を得ることができる。 As explained above, the aluminum alloy forging material has a specified alloy composition, the total content of Fe and Ni and the total content of Mn, Cr, and Zr are each set to a specified value or less, and the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds and the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction are each set to a specified value or less, thereby achieving excellent creep properties.

[製造方法]
次に、アルミニウム合金鍛造材の製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の製造方法に関する説明において、既に説明した事項については詳細な説明を省略する。
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造材の製造方法は、前記した合金組成からなるアルミニウム合金鍛造材を製造するための製造方法である。
本製造方法は、前記した合金組成からなる溶湯を1.2℃/秒以上の冷却速度で冷却して鋳塊を鋳造し、前記鋳塊に対して予め設定された温度範囲において均質化処理、熱間鍛造、溶体化処理、焼入れ、時効処理を行うことでアルミニウム合金鍛造材を製造する。
[Production method]
Next, an embodiment of a method for producing an aluminum alloy forging will be described. In the following description of the production method, detailed description of items that have already been described will be omitted.
The method for producing an aluminum alloy forging according to this embodiment is a method for producing an aluminum alloy forging having the alloy composition described above.
In this manufacturing method, a molten metal having the above-mentioned alloy composition is cooled at a cooling rate of 1.2°C/sec or more to cast an ingot, and the ingot is subjected to homogenization treatment, hot forging, solution treatment, quenching, and aging treatment within a preset temperature range, thereby producing an aluminum alloy forging.

(溶湯の冷却速度:1.2℃/秒以上)
鋳塊を鋳造する際の溶湯の冷却速度は、金属間化合物(例えば、Fe-Ni系金属間化合物など)の大きさに大きな影響を与える。溶湯の冷却速度は1.2℃/秒以上とする。溶湯の冷却速度が1.2℃/秒未満であると、溶湯の凝固に時間がかかり過ぎるため、固溶していたFeやNiなどが粒界に析出し、金属間化合物を大きく成長させる。そのため、金属間化合物の大きさが大きくなる。溶湯の冷却速度は、好ましくは1.8℃/秒以上であり、より好ましくは3℃/秒以上であり、さらに好ましくは10℃/秒以上である。
(Cooling rate of molten metal: 1.2°C/sec or more)
The cooling rate of the molten metal when casting an ingot has a large effect on the size of the intermetallic compounds (e.g., Fe-Ni intermetallic compounds). The cooling rate of the molten metal is 1.2°C/sec or more. If the cooling rate of the molten metal is less than 1.2°C/sec, it takes too long for the molten metal to solidify, so that the dissolved Fe, Ni, etc. precipitate at grain boundaries, causing the intermetallic compounds to grow larger. As a result, the size of the intermetallic compounds increases. The cooling rate of the molten metal is preferably 1.8°C/sec or more, more preferably 3°C/sec or more, and even more preferably 10°C/sec or more.

(溶湯の冷却速度の測定・算出)
溶湯の冷却速度の測定や算出は、金型鋳造法の場合とDC鋳造法の場合とにおいて、例えば以下の《1》~《3》に挙げる方法で行うことができる。本製造方法は、鋳塊を鋳造する際の溶湯の冷却速度の条件として、予め《1》~《3》に挙げた方法で算出した溶湯の冷却速度を用いることができる。
(Measurement and calculation of the cooling rate of molten metal)
The cooling rate of the molten metal can be measured or calculated, for example, by the following methods in {1} to {3} in the case of the mold casting method and the DC casting method. In this manufacturing method, the cooling rate of the molten metal calculated in advance by the methods in {1} to {3} can be used as the cooling rate condition of the molten metal when casting an ingot.

《1》金型鋳造法の場合における溶湯の冷却速度の測定・算出方法
金型鋳造法の場合における溶湯の冷却速度の測定・算出方法としては、鋳込んだ溶湯の温度を熱電対に接続したデジタル記録計により直接測定し、その結果から溶湯の冷却速度を算出することが挙げられる。
<<1>> Method for measuring and calculating the cooling rate of molten metal in the case of metal mold casting One method for measuring and calculating the cooling rate of molten metal in the case of metal mold casting involves directly measuring the temperature of the poured molten metal using a digital recorder connected to a thermocouple and calculating the cooling rate of the molten metal from the results.

《2》DC鋳造法の場合における溶湯の冷却速度の測定・算出方法
DC鋳造法の場合における溶湯の冷却速度の測定・算出方法としては、次のようにすることが挙げられる。ここで、図1は、DC鋳造法の場合の溶湯温度を測定する様子を説明する模式図である。
図1に示すように、DC鋳造装置11に熱電対12を設置する。熱電対12は、DC鋳造装置11の金型13から約10mm離れており、溶湯14が凝固して鋳塊15となる前の溶融アルミである位置16(金型13内の溶湯14の表面から少し下となる位置)に設置する。なお、金型13は水冷金型であり、金型13の内部から溶融アルミに向けて水Wが射出するようになっている。鋳造テーブル17の底部に針金18を固定する。針金18は、長さ方向が鋳造テーブル17の引き下げ方向と平行な方向となるように固定する。そして、この針金18に熱電対12を固定することで、熱電対12が水平方向にずれないようにする。熱電対12はデジタル記録計19と接続されており、溶湯14の温度を直接測定する。つまり、熱電対12は鋳造テーブル17の底部に固定された針金18と共に鋳造テーブル17によって引き下げられ、溶湯14が凝固して鋳塊15となるまでの温度を連続的に直接測定する。そして、溶湯温度が固相線(550℃)まで低下した際の単位時間に対する温度の変化より冷却速度(℃/秒)を算出する。
<2> Method for measuring and calculating the cooling rate of the molten metal in the case of DC casting Methods for measuring and calculating the cooling rate of the molten metal in the case of DC casting include the following: Here, Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the state of measuring the molten metal temperature in the case of DC casting.
As shown in FIG. 1, a thermocouple 12 is installed in a DC casting device 11. The thermocouple 12 is installed about 10 mm away from a mold 13 of the DC casting device 11, at a position 16 (a position slightly below the surface of the molten metal 14 in the mold 13) where the molten metal 14 is molten aluminum before it solidifies to become an ingot 15. The mold 13 is a water-cooled mold, and water W is injected from inside the mold 13 toward the molten aluminum. A wire 18 is fixed to the bottom of a casting table 17. The wire 18 is fixed so that its length is parallel to the direction in which the casting table 17 is pulled down. The thermocouple 12 is fixed to the wire 18 to prevent the thermocouple 12 from shifting in the horizontal direction. The thermocouple 12 is connected to a digital recorder 19, and the temperature of the molten metal 14 is directly measured. That is, the thermocouple 12 is pulled down by the casting table 17 together with the wire 18 fixed to the bottom of the casting table 17, and the temperature is continuously and directly measured until the molten metal 14 solidifies to become the ingot 15. The cooling rate (°C/sec) is calculated from the change in temperature per unit time when the molten metal temperature drops to the solidus (550°C).

《3》金型鋳造法の場合における溶湯の冷却速度の測定・算出方法の他の実施形態
前記《1》及び《2》に挙げた方法は熱電対を用いて、直接、溶湯の温度を測定しているので正確な溶湯の冷却速度の測定・算出が可能である。ここで、金型鋳造法の場合は、《1》に挙げた方法の他にも、以下に説明するように、金型温度と予め設定した相関式(線形近似式)とから溶湯の冷却速度を算出(推定)してもよい。
<3> Other embodiments of the method for measuring and calculating the cooling rate of the molten metal in the case of the mold casting method The methods listed in <1> and <2> above use a thermocouple to directly measure the temperature of the molten metal, so that it is possible to accurately measure and calculate the cooling rate of the molten metal. Here, in the case of the mold casting method, in addition to the method listed in <1>, the cooling rate of the molten metal may be calculated (estimated) from the mold temperature and a preset correlation equation (linear approximation equation), as described below.

線形近似式は、例えば、次のようにして求める。ここで、図2は、金型鋳造法において金型温度と溶湯の冷却速度との線形近似式を求める際の様子を説明する概略断面図である。
図2に示すように、金型21中の溶湯が流し込まれる空間22の中心位置23の温度が測定できるように熱電対24を配置する。次いで、金型21をガスバーナーで所定の温度まで加熱し、金型21の開口部25の周辺の金型温度を接触式温度計で測定する。その後、前記した合金組成に溶解調整された溶湯(例えば、720℃)を金型21の中に流し込み、鋳塊を作製する。溶湯温度は、熱電対24を接続したデジタル記録計26で連続的に記録する。そして、溶湯温度が固相線(550℃)まで低下した際の単位時間に対する温度の変化より冷却速度(℃/秒)を算出する。これを、例えば、金型温度200℃、246℃、296℃の3点について行い、それぞれの金型温度での溶湯の冷却速度を算出する。
溶湯が固相線まで低下した際の冷却速度は、金型温度200℃の場合は、例えば、3.25℃/秒である。
溶湯が固相線まで低下した際の冷却速度は、金型温度246℃の場合は、例えば、2.7℃/秒である。
溶湯が固相線まで低下した際の冷却速度は、金型温度296℃の場合は、例えば、2.2℃/秒である。
The linear approximation formula is obtained, for example, as follows: Here, Fig. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining how to obtain a linear approximation formula between the mold temperature and the cooling rate of the molten metal in the mold casting method.
As shown in FIG. 2, a thermocouple 24 is arranged so that the temperature of the center position 23 of the space 22 into which the molten metal is poured in the mold 21 can be measured. Next, the mold 21 is heated to a predetermined temperature by a gas burner, and the mold temperature around the opening 25 of the mold 21 is measured by a contact thermometer. Then, the molten metal (for example, 720°C) melted and adjusted to the above-mentioned alloy composition is poured into the mold 21 to produce an ingot. The molten metal temperature is continuously recorded by a digital recorder 26 connected to the thermocouple 24. Then, the cooling rate (°C/sec) is calculated from the change in temperature per unit time when the molten metal temperature drops to the solidus (550°C). This is performed for three mold temperatures, for example, 200°C, 246°C, and 296°C, and the cooling rate of the molten metal at each mold temperature is calculated.
The cooling rate when the molten metal reaches the solidus is, for example, 3.25° C./sec when the mold temperature is 200° C.
The cooling rate when the molten metal reaches the solidus is, for example, 2.7° C./sec when the mold temperature is 246° C.
The cooling rate when the molten metal reaches the solidus is, for example, 2.2°C/sec when the mold temperature is 296°C.

そして、図3は、金型温度と、溶湯の冷却速度と、線形近似式との一例を図示したグラフである。図3に示すように、×印で示す3点(前記例示した3つの溶湯の冷却速度)から線形近似式を求める。図3に示す例では、線形近似式は、y=-0.0109x+5.4185となる。なお、当該式において、yは溶湯の冷却速度(℃/秒)、xは金型温度(℃)である。溶湯の冷却速度の推定にはこのようにして求めた線形近似式を用いることができる。この線形近似式によって算出される溶湯の冷却速度の推定値は、前記《1》の直接測定する方法で測定された溶湯の温度から算出される冷却速度とほぼ同じである。 Figure 3 is a graph showing an example of the mold temperature, the cooling rate of the molten metal, and the linear approximation formula. As shown in Figure 3, the linear approximation formula is obtained from the three points marked with x (the cooling rates of the three molten metals shown above). In the example shown in Figure 3, the linear approximation formula is y = -0.0109x + 5.4185. In this formula, y is the cooling rate of the molten metal (°C/sec), and x is the mold temperature (°C). The linear approximation formula obtained in this manner can be used to estimate the cooling rate of the molten metal. The estimated value of the cooling rate of the molten metal calculated using this linear approximation formula is approximately the same as the cooling rate calculated from the temperature of the molten metal measured using the direct measurement method described in {1} above.

以上、溶湯の冷却速度の測定・算出方法について説明したが、本実施形態においてはこれらに限定されるものではなく、以上に説明した以外の方法で測定・算出したものであってもよい。 The above describes the methods for measuring and calculating the cooling rate of the molten metal, but this embodiment is not limited to these, and the measurement and calculation may be performed using methods other than those described above.

(本製造方法におけるその他の処理)
本製造方法におけるその他の処理、つまり、溶湯の合金組成の溶解調整、均質化処理、熱間鍛造、溶体化処理、焼入れ及び時効処理は、例えば、AA2618アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鍛造材に対して行われている一般的な条件で行うことができる。例えば、溶湯の合金組成の溶解調整は、700~760℃で行える。均質化処理は450~550℃で行える。熱間鍛造は300~355℃で行える。溶体化処理は500~550℃で行える。焼入れは温度90~100℃の水又は油を用いて行うことができるが、常温(25℃程度)の水又は油で行うこともできる。時効処理は170~220℃で行える。つまり、本製造方法は、T6処理又はT61処理で行えるが、好ましくはT61処理で行う。本製造方法はこのような製造条件とすることにより、本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造材を製造できる。なお、本製造方法はここで例示した一般的な条件に限定されない。
(Other treatments in this manufacturing method)
Other treatments in the present manufacturing method, i.e., melt adjustment of the alloy composition of the molten metal, homogenization treatment, hot forging, solution treatment, quenching, and aging treatment, can be performed under general conditions that are performed, for example, on aluminum alloy forgings made of AA2618 aluminum alloy. For example, melt adjustment of the alloy composition of the molten metal can be performed at 700 to 760°C. Homogenization treatment can be performed at 450 to 550°C. Hot forging can be performed at 300 to 355°C. Solution treatment can be performed at 500 to 550°C. Quenching can be performed using water or oil at a temperature of 90 to 100°C, but can also be performed using water or oil at room temperature (about 25°C). Aging treatment can be performed at 170 to 220°C. In other words, the present manufacturing method can be performed by T6 treatment or T61 treatment, but is preferably performed by T61 treatment. By setting such manufacturing conditions, the present manufacturing method can manufacture the aluminum alloy forgings according to this embodiment. It should be noted that the present manufacturing method is not limited to the general conditions exemplified here.

[アルミニウム合金部品]
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造材は、鍛造(熱間、冷間)してニアネット形状を得た後、切削加工することにより、エンジン、コンプレッサー、ターボチャージャーインペラーなどの回転部品や直動部品(アルミニウム合金部品)を製造することができる。
[Aluminum alloy parts]
The aluminum alloy forged material according to this embodiment can be forged (hot or cold) to obtain a near-net shape, and then cut to produce rotating parts and linear parts (aluminum alloy parts) for engines, compressors, turbocharger impellers, and the like.

次に、実施例により本発明に係るアルミニウム合金鍛造材及びその製造方法について具体的に説明する。図4は、鋳型と、鋳型から取り出した鋳塊と、この鋳塊から鍛造試験用の試料を作製する部位とを説明する説明図である。図5は、熱間鍛造して作製された鍛造材の平面図である。図6は、熱間鍛造して作製された鍛造材の側面図である。図5及び図6中のハッチング部分はそれぞれ引張試験及びクリープ試験に用いる試験片の切り出し位置を示している。 Next, the aluminum alloy forging material and its manufacturing method according to the present invention will be specifically described using examples. Figure 4 is an explanatory diagram illustrating a mold, an ingot removed from the mold, and a portion from which a sample for a forging test is made from the ingot. Figure 5 is a plan view of the forging material made by hot forging. Figure 6 is a side view of the forging material made by hot forging. The hatched areas in Figures 5 and 6 indicate the positions from which test pieces are cut out for use in tensile tests and creep tests, respectively.

表1のNo.1~9に示す合金組成に調整されたAA2618アルミニウム合金の溶湯(720℃)を、銅鋳型を用いた金型鋳造法により又はDC鋳造法により鋳塊を作製した。このようにして作製された銅鋳型(表1では単に「鋳型」と表記)による鋳塊は質量約8.5kgであり、DC鋳造法(表1では単に「DC」と表記)による鋳塊は質量約17kg及び約42kgであった。なお、本実施例はここで例示した一般的な条件に限定されず、質量2t以上の鋳塊においても同様である。 Molten AA2618 aluminum alloy (720°C) adjusted to the alloy composition shown in No. 1 to 9 in Table 1 was used to produce ingots by die casting using a copper mold or by DC casting. The ingots produced using the copper mold (simply referred to as "mold" in Table 1) had a mass of approximately 8.5 kg, while the ingots produced using the DC casting method (simply referred to as "DC" in Table 1) had masses of approximately 17 kg and approximately 42 kg. Note that this embodiment is not limited to the general conditions exemplified here, and the same applies to ingots with a mass of 2 tons or more.

そして、図4に示すように、鋳型41から取り出した鋳塊42を切断し、切削加工して鋳塊のほぼ中心位置から直径100mm×高さ120mmの試料43を作製した。
次に、当該試料43を空気炉中で520℃×20hrの均質化熱処理を施した後、室温まで冷却した。
その後、当該試料43を空気炉中で300~340℃に加熱後、炉から取り出し、油圧鍛造圧プレス機で図5及び図6に示すように高さ30mm(直径は概ね200mm)まで熱間鍛造して鍛造材56を作製した。
その後、空気炉中で530℃×6hrの溶体化処理を施した後、沸騰水中で焼き入れを行った。
次いで、空気炉中で197℃×22hrの人工時効処理を施し、T61処理の試験材とした。
このようにして作製した試験材から、後述するミクロ組織観察用の試験片、引張試験用の試験片、クリープ試験用の試験片をそれぞれ切り出し、観察や試験に用いた。なお、引張試験用の試験片及びクリープ試験用の試験片は、図5に示すL方向のハッチング部分かつ図6に示すST方向中央部のハッチング部分となるように切り出した。ここで、L方向とは、試験材のメタルフローの方向をいう。本実施例・比較例ではL方向として試験材の平面視長さ方向(半径方向)がこれに相当する。また、ST方向とはアルミニウム合金が鍛造加工によって最も変形を受けた厚さ方向をいう。本実施例・比較例ではST方向として試験材の厚さ方向がこれに相当する。
Then, as shown in FIG. 4, the ingot 42 removed from the mold 41 was cut and machined to prepare a sample 43 having a diameter of 100 mm and a height of 120 mm from approximately the center of the ingot.
Next, the sample 43 was subjected to homogenization heat treatment in an air furnace at 520° C. for 20 hours, and then cooled to room temperature.
Thereafter, the sample 43 was heated to 300 to 340° C. in an air furnace, removed from the furnace, and hot forged in a hydraulic forging press to a height of 30 mm (diameter approximately 200 mm) as shown in FIGS. 5 and 6 to produce a forged material 56.
Thereafter, the steel was subjected to a solution treatment at 530° C. for 6 hours in an air furnace, and then quenched in boiling water.
Next, the specimens were subjected to artificial aging treatment at 197° C. for 22 hours in an air furnace to obtain T61-treated test specimens.
From the test material thus prepared, test pieces for microstructure observation, tensile test, and creep test were cut out and used for observation and testing. The test pieces for the tensile test and creep test were cut out so as to be in the hatched portion in the L direction shown in FIG. 5 and the hatched portion in the center of the ST direction shown in FIG. 6. Here, the L direction refers to the direction of metal flow of the test material. In this embodiment and comparative example, the L direction corresponds to the length direction (radial direction) of the test material in a plan view. The ST direction refers to the thickness direction in which the aluminum alloy is most deformed by forging. In this embodiment and comparative example, the ST direction corresponds to the thickness direction of the test material.

ここで、金型鋳造法の場合は、銅鋳型の金型に溶湯を流し込む直前に接触式温度計により金型温度を測定した。その金型温度を表1に示す。なお、DC鋳造法については、水冷金型を用いているので金型温度は測定しなかった。 In the case of permanent mold casting, the mold temperature was measured with a contact thermometer immediately before pouring the molten metal into the copper mold. The mold temperatures are shown in Table 1. Note that for DC casting, the mold temperature was not measured because a water-cooled mold was used.

溶湯温度が固相線(550℃)まで低下した際の単位時間に対する温度の変化より冷却速度(℃/秒)を算出した。ここでは、実施形態の《3》で説明した内容に基づいて、金型温度200℃、246℃、296℃の3点について、金型鋳造法における溶湯の冷却速度を算出した。
その結果、溶湯(720℃)が固相線まで低下した際の冷却速度は、金型温度200℃の場合は3.25℃/秒、金型温度246℃の場合は2.7℃/秒、金型温度296℃の場合は2.2℃/秒と算出された。
The cooling rate (°C/sec) was calculated from the change in temperature per unit time when the molten metal temperature dropped to the solidus (550°C). Here, based on the contents explained in the embodiment (3), the cooling rates of the molten metal in the mold casting method were calculated for three mold temperatures of 200°C, 246°C, and 296°C.
As a result, the cooling rate when the molten metal (720°C) dropped to the solidus was calculated to be 3.25°C/sec when the mold temperature was 200°C, 2.7°C/sec when the mold temperature was 246°C, and 2.2°C/sec when the mold temperature was 296°C.

図7は、金型温度と、溶湯の冷却速度と、相関式(線形近似式)とを図示したグラフである。前記算出された3つの溶湯の冷却速度を図7中において×印で示す。そして、これら3つの溶湯の冷却速度から線形近似式を求めた。図7に示すように、線形近似式は、y=-0.0109x+5.4185であった。なお、yは溶湯の冷却速度(℃/秒)、xは金型温度(℃)である。金型鋳造法における溶湯の冷却速度は、金型温度とこの線形近似式を用いて算出(推定)することができ、表1に示す金型鋳造法(鋳型)の溶湯の冷却速度はこの線形近似式により算出した値である。この線形近似式によって算出される溶湯の冷却速度の推定値は、実施形態の《1》で説明した直接測定する方法で測定された溶湯の温度から算出される冷却速度とほぼ同じであった。 Figure 7 is a graph showing the mold temperature, the cooling rate of the molten metal, and the correlation equation (linear approximation equation). The calculated cooling rates of the three molten metals are indicated by x marks in Figure 7. A linear approximation equation was then obtained from these cooling rates of the three molten metals. As shown in Figure 7, the linear approximation equation was y = -0.0109x + 5.4185. Note that y is the cooling rate of the molten metal (°C/sec), and x is the mold temperature (°C). The cooling rate of the molten metal in the mold casting method can be calculated (estimated) using the mold temperature and this linear approximation equation, and the cooling rate of the molten metal in the mold casting method (mold) shown in Table 1 is a value calculated by this linear approximation equation. The estimated value of the cooling rate of the molten metal calculated by this linear approximation equation was almost the same as the cooling rate calculated from the temperature of the molten metal measured by the direct measurement method described in embodiment 1.

図7のグラフ及び線形近似式によると、金型温度326℃の場合、溶湯の冷却速度は1.87℃/秒と推定されるが、表1には小数点第2位を四捨五入して1.9℃/秒と示した。
同様に、金型温度332℃の場合、溶湯の冷却速度は1.80℃/秒と推定されるが、表1には小数点第2位を四捨五入して1.8℃/秒と示した。
同様に、金型温度336℃の場合、溶湯の冷却速度は1.76℃/秒と推定されるが、表1には小数点第2位を四捨五入して1.8℃/秒と示した。
同様に、金型温度393℃の場合、溶湯の冷却速度は1.13℃/秒と推定されるが、表1には小数点第2位を四捨五入して1.1℃/秒と示した。
金型温度200℃は、前記したように実測値及び図7のグラフ及び線形近似式では、溶湯の冷却速度は3.25℃/秒であるが、上記と同様、表1には小数点第2位を四捨五入して3.3℃/秒と示した。
According to the graph of FIG. 7 and the linear approximation equation, when the mold temperature is 326° C., the cooling rate of the molten metal is estimated to be 1.87° C./sec., but in Table 1, this is rounded to one decimal place and shown as 1.9° C./sec.
Similarly, when the mold temperature is 332° C., the cooling rate of the molten metal is estimated to be 1.80° C./sec, but in Table 1 it is shown as 1.8° C./sec, rounded off to one decimal place.
Similarly, when the mold temperature is 336° C., the cooling rate of the molten metal is estimated to be 1.76° C./sec, but in Table 1 it is shown as 1.8° C./sec, rounded off to one decimal place.
Similarly, when the mold temperature is 393° C., the cooling rate of the molten metal is estimated to be 1.13° C./sec, but in Table 1 it is shown as 1.1° C./sec, rounded off to one decimal place.
As described above, when the mold temperature was 200° C., the cooling rate of the molten metal was 3.25° C./sec according to the actual measured values, the graph in FIG. 7, and the linear approximation equation. However, as described above, in Table 1, this value was rounded off to one decimal place to give a value of 3.3° C./sec.

一方、実施形態の《2》で図1を参照しつつ説明した内容に基づいて、DC鋳造法における溶湯の冷却速度を測定・算出した。DC鋳造法の場合の溶湯の冷却速度を表1に示す。 On the other hand, based on the contents explained in embodiment 2 with reference to FIG. 1, the cooling rate of the molten metal in the DC casting method was measured and calculated. The cooling rate of the molten metal in the DC casting method is shown in Table 1.

(ミクロ組織の観察)
作製したT61処理の試験材のミクロ組織の観察は次のようにして行った。
前記試験材から、約10mm角の試験片を切り出し、機械研磨、バフ研磨後、光学顕微鏡(Nikon社製ECLIPSE MA200)を用いて100倍の倍率で試験材のメタルフロー(L方向)に対して垂直な断面の金属組織を2~3視野観察・撮影した。解析ソフト(三谷商事社製WinROOF2018)を用いて観察・撮影した組織写真を解析した。結晶粒径(μm)を測定すると共に、金属間化合物に対して平均円相当径(μm)、視野に占める面積率(%)、個数密度(個/mm)を計算した。
また、平均円相当径が0.4μm以上である観測可能な全ての金属間化合物間の距離をST方向について測定し、距離のばらつきを標準偏差で評価した。標準偏差は実施形態で説明した式(1)で算出した。
これらの結果を表2に示す。
(Observation of Microstructure)
The microstructure of the prepared T61 treated test material was observed as follows.
From the test material, a test piece of about 10 mm square was cut out, mechanically polished, buffed, and then the metal structure of the cross section perpendicular to the metal flow (L direction) of the test material was observed and photographed in 2 to 3 fields of view at 100 times magnification using an optical microscope (Nikon Corporation ECLIPSE MA200). The observed and photographed structural photographs were analyzed using analysis software (Mitani Shoji Co., Ltd. WinROOF2018). The crystal grain size (μm) was measured, and the average circle equivalent diameter (μm), area ratio (%) in the field of view, and number density (pieces/mm 2 ) of the intermetallic compounds were calculated.
In addition, the distances between all the intermetallic compounds having an average equivalent circle diameter of 0.4 μm or more that could be observed were measured in the ST direction, and the variation in the distances was evaluated in terms of standard deviation. The standard deviation was calculated using the formula (1) described in the embodiment.
The results are shown in Table 2.

(引張試験、クリープ試験)
図5及び図6中のハッチング部分に示す位置より、ASTM E8及びASTM B357に準じた全長約85mm、平行部長さ25mm、平行部径6.35mmの引張試験片(試験片TP)を作製し、引張試験を行った。
また、同様の位置より、全長約90mm、平行部長さ40mm、平行部径6mmのクリープ試験片(試験片TP)を作製し、180℃、負荷応力220MPaで試験片が破断するまでJIS Z 2271:2010によるクリープ試験を行った。クリープ試験の結果、破断時間が220hr以上のものを合格(〇)、そうでないものを不合格(×)とした。クリープ試験の温度及び負荷応力と共に、クリープ試験の結果、つまり、クリープ特性(破断時間(hr))を表2に示す。
(tensile test, creep test)
A tensile test piece (test piece TP) having a total length of about 85 mm, a parallel portion length of 25 mm, and a parallel portion diameter of 6.35 mm in accordance with ASTM E8 and ASTM B357 was prepared from the position shown in the hatched portion in FIG. 5 and FIG. 6, and a tensile test was performed.
Also, a creep test piece (test piece TP) with a total length of about 90 mm, a parallel portion length of 40 mm, and a parallel portion diameter of 6 mm was prepared from the same position, and a creep test was performed according to JIS Z 2271:2010 at 180°C and a load stress of 220 MPa until the test piece broke. As a result of the creep test, a specimen with a break time of 220 hours or more was rated as pass (◯), and a specimen without such a break time was rated as fail (×). The creep test temperature and load stress, as well as the results of the creep test, i.e., creep characteristics (break time (hr)), are shown in Table 2.

(ラーソン・ミラー・パラメータ(LMP))
設計基準にクリープ特性を適用する場合、1000時間当り0.01%のクリープ速度を起こさせる応力、100000時間破断片応力が用いられることが多い。ただし、これらの値を求めるには長時間を要する。そこで、短時間の試験結果から長時間のクリープ特性を推定する手法として、LMP(ラーソン・ミラー・パラメータ)を用いることが多い(「アルミニウム材料の基礎の工業技術」、社団法人日本アルミニウム協会発行、P.307)。LMPは、例えば、LMP=T(20+Log(tr))、T:温度(絶対温度、K)、tr:破断時間(hr)で定義される。この式が示すように、高温、短時間のクリープ試験結果から、低温、長時間のクリープ特性を推定することができる。この式から算出したLMPをクリープ試験の結果と共に表2に示す。
(Larson-Miller Parameter (LMP))
When creep properties are applied to design criteria, the stress that causes a creep rate of 0.01% per 1000 hours, or the 100,000-hour fracture stress, is often used. However, it takes a long time to obtain these values. Therefore, the Larson-Miller parameter (LMP) is often used as a method for estimating long-term creep properties from short-term test results ("Basic Industrial Technology of Aluminum Materials," published by the Japan Aluminum Association, p. 307). LMP is defined as, for example, LMP = T (20 + Log (tr)), T: temperature (absolute temperature, K), tr: fracture time (hr). As this formula shows, low-temperature, long-term creep properties can be estimated from high-temperature, short-term creep test results. The LMP calculated from this formula is shown in Table 2 together with the creep test results.

Figure 0007469072000002
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Figure 0007469072000003
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なお、表1及び表2中の各下線は要件を満たしていないことや、合格基準を満たしていないことを示している。表1中の「-」は、成分については検出下限未満であることを示しており、DC鋳造法では水冷金型を使用しているため金型温度を測定していないことを示している。 Note that the underlines in Tables 1 and 2 indicate that the requirements or pass criteria are not met. The "-" in Table 1 indicates that the component is below the detection limit, and indicates that the mold temperature was not measured because a water-cooled mold is used in the DC casting method.

表1及び表2に示すように、No.1~5に係るアルミニウム合金鍛造材は、クリープ特性が優れていた(いずれも実施例)。また、No.1~5に係るアルミニウム合金鍛造材はいずれもJIS規格を満足する引張特性を有していた。
No.6~9に係るアルミニウム合金鍛造材は、引張特性はJIS規格を満足していたものの、クリープ特性が劣っていた(いずれも比較例)。
As shown in Tables 1 and 2, the aluminum alloy forgings according to Nos. 1 to 5 (all of which are examples) had excellent creep properties. In addition, the aluminum alloy forgings according to Nos. 1 to 5 all had tensile properties that satisfied the JIS standard.
The aluminum alloy forgings according to Nos. 6 to 9 satisfied the JIS standard in terms of tensile properties, but were inferior in creep properties (all of which are comparative examples).

前記した結果になったNo.1~9に係るアルミニウム合金鍛造材について分析する。図8~11は、得られた結果に基づいていくつかの項目をグラフ化したものである。図8は、実施例及び比較例について、Mn、Cr、Zrの合計含有量とFeとNiの合計含有量との関係を示すグラフである。図9は、実施例及び比較例について、金属間化合物の平均円相当径とST方向における金属間化合物間の距離のばらつきとの関係を示すグラフである。図10は、実施例及び比較例について、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきとクリープ試験の破断時間との関係を示すグラフである。図11は、実施例及び比較例について、金属間化合物の平均円相当径とクリープ試験の破断時間との関係を示すグラフである。図8~11においていずれも実施例を「◆」でプロットし、比較例を「□」でプロットしている。 The aluminum alloy forgings No. 1 to 9 that gave the above results are analyzed. Figures 8 to 11 are graphs of several items based on the obtained results. Figure 8 is a graph showing the relationship between the total content of Mn, Cr, and Zr and the total content of Fe and Ni for the examples and comparative examples. Figure 9 is a graph showing the relationship between the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds and the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction for the examples and comparative examples. Figure 10 is a graph showing the relationship between the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction and the rupture time in the creep test for the examples and comparative examples. Figure 11 is a graph showing the relationship between the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds and the rupture time in the creep test for the examples and comparative examples. In all of Figures 8 to 11, the examples are plotted with "◆" and the comparative examples are plotted with "□".

図8に示すように、実施例は、Mn、Cr、Zrの合計含有量とFeとNiの合計含有量とが共に低い合計含有量であることが分かる。また、図9に示すように、実施例は、金属間化合物の平均円相当径とST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが共に低い値であることが分かる。表1、表2、図10及び図11に示すように、クリープ試験の破断時間が合格となるためには、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつき及び金属間化合物の平均円相当径のいずれもが低い値でなければならないことが分かる。 As shown in Figure 8, the examples have low total contents of Mn, Cr, and Zr, and low total contents of Fe and Ni. Also, as shown in Figure 9, the examples have low average circle-equivalent diameters of intermetallic compounds and low variations in the distance between intermetallic compounds in the ST direction. As shown in Tables 1, 2, Figures 10, and 11, in order for the rupture time of the creep test to pass, both the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction and the average circle-equivalent diameter of the intermetallic compounds must be low.

実施例であるNo.1~5及び比較例であるNo.6~9に係るアルミニウム合金鍛造材のそれぞれの光学顕微鏡写真を解析ソフトで解析した。
その結果、No.1~5に係るアルミニウム合金鍛造材は、金属間化合物が均一に分散していた。
一方、No.6~9に係るアルミニウム合金鍛造材は、金属間化合物が近接して連なるように存在していたり、離れて存在していたりしており、不均一に分散していた。
Optical micrographs of the aluminum alloy forgings according to Examples No. 1 to No. 5 and Comparative Examples No. 6 to No. 9 were analyzed using analysis software.
As a result, in the aluminum alloy forgings according to Nos. 1 to 5, the intermetallic compounds were uniformly dispersed.
On the other hand, in the aluminum alloy forgings according to Nos. 6 to 9, the intermetallic compounds were either closely connected or distant from each other, and were unevenly dispersed.

以上のことから、実施例であるNo.1~5に係るアルミニウム合金鍛造材は、FeとNiの合計含有量が2.2質量%以下、かつ、Mn、Cr、Zrの合計含有量が0.20質量%以下であり、さらに、金属間化合物の平均円相当径が4.5μm以下、かつ、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3以下であることが確認できた。このような構成とすることにより、No.1~5に係るアルミニウム合金鍛造材はクリープ特性に優れたものとできることが確認された。 From the above, it was confirmed that the aluminum alloy forgings according to Examples No. 1 to 5 have a total Fe and Ni content of 2.2 mass% or less, a total Mn, Cr, and Zr content of 0.20 mass% or less, an average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds of 4.5 μm or less, and a variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction of 2.3 or less. It was confirmed that by adopting such a configuration, the aluminum alloy forgings according to Examples No. 1 to 5 can be made to have excellent creep properties.

一方、No.6~9に係るアルミニウム合金鍛造材は、FeとNiの合計含有量、Mn、Cr、Zrの合計含有量、金属間化合物の平均円相当径、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきについて要件を満たしていないものがあった。そのため、No.6~9に係るアルミニウム合金鍛造材は、クリープ特性が劣っていた。 On the other hand, some of the aluminum alloy forgings Nos. 6 to 9 did not meet the requirements for the total content of Fe and Ni, the total content of Mn, Cr, and Zr, the average circle equivalent diameter of the intermetallic compounds, and the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction. Therefore, the aluminum alloy forgings Nos. 6 to 9 had poor creep properties.

なお、比較例について具体的には、No.6、9に係るアルミニウム合金鍛造材は、Mn、Cr、Zrの合計含有量が0.20質量%を超えていたため、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3を超えることになった。つまり、No.6、9に係るアルミニウム合金鍛造材は金属間化合物が均一に分散しておらず、偏在していた。そのため、No.6、9に係るアルミニウム合金鍛造材は、クリープ特性が劣る結果となった。 Specifically, for the comparative examples, the aluminum alloy forgings according to Nos. 6 and 9 had a total content of Mn, Cr, and Zr exceeding 0.20 mass%, so the variation in the distance between intermetallic compounds in the ST direction exceeded 2.3. In other words, the intermetallic compounds in the aluminum alloy forgings according to Nos. 6 and 9 were not uniformly dispersed, but were unevenly distributed. As a result, the creep properties of the aluminum alloy forgings according to Nos. 6 and 9 were poor.

また、No.7、8に係るアルミニウム合金鍛造材は共にFeとNiの合計含有量が2.2質量%を超えていた。
ここで、No.7に係るアルミニウム合金鍛造材は、溶湯の冷却速度が1.2℃/秒未満であったため、金属間化合物の平均円相当径が4.5μmを超えた。そのため、No.7に係るアルミニウム合金鍛造材はクリープ特性が劣る結果となった。
一方、No.8に係るアルミニウム合金鍛造材は、溶湯の冷却速度が1.2℃/秒以上であったため、金属間化合物の平均円相当径は4.5μm以下であったものの、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3を超えた。No.8に係るアルミニウム合金鍛造材は金属間化合物が均一に分散しておらず、偏在していた。そのため、No.8に係るアルミニウム合金鍛造材は、クリープ特性が劣る結果となった。
No.7、8に係るアルミニウム合金鍛造材に関する結果から、溶湯の冷却速度は、金属間化合物の大きさに大きな影響を与えることが分かった。そして、これらのことから、溶湯の冷却速度を適切に制御することが肝要であると推察された。
In addition, the aluminum alloy forgings according to Nos. 7 and 8 both had a total content of Fe and Ni exceeding 2.2 mass%.
Here, in the aluminum alloy forging material according to No. 7, the cooling rate of the molten metal was less than 1.2° C./sec, so that the average equivalent circle diameter of the intermetallic compounds exceeded 4.5 μm, and therefore the creep properties of the aluminum alloy forging material according to No. 7 were poor.
On the other hand, in the aluminum alloy forging according to No. 8, the cooling rate of the molten metal was 1.2°C/sec or more, so that the average equivalent circle diameter of the intermetallic compounds was 4.5 μm or less, but the variation in the distance between the intermetallic compounds in the ST direction exceeded 2.3. In the aluminum alloy forging according to No. 8, the intermetallic compounds were not uniformly dispersed, but were unevenly distributed. Therefore, the aluminum alloy forging according to No. 8 had poor creep properties.
From the results of the aluminum alloy forgings Nos. 7 and 8, it was found that the cooling rate of the molten metal has a large effect on the size of the intermetallic compounds. From these results, it was inferred that it is essential to appropriately control the cooling rate of the molten metal.

以上、本発明に係るアルミニウム合金鍛造材及びその製造方法について実施形態及び実施例により詳細に説明したが、本発明の主旨はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて広く解釈されなければならない。 The aluminum alloy forging material and its manufacturing method according to the present invention have been described in detail above through embodiments and examples, but the gist of the present invention is not limited to these and should be interpreted broadly based on the scope of the claims.

Claims (2)

Si:0.10~0.25質量%、
Fe:0.9~1.3質量%、
Cu:1.9~2.7質量%、
Mg:1.3~1.8質量%、
Zn:0.10質量%以下、
Ni:0.9~1.2質量%、
Ti:0.01~0.1質量%であり、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鍛造材であって、
FeとNiの合計含有量が2.2質量%以下、かつ、Mn、Cr、Zrの合計含有量が0.20質量%以下であり、さらに、金属間化合物の平均円相当径が4.5μm以下、かつ、ST方向における金属間化合物間の距離のばらつきが2.3以下のアルミニウム合金鍛造材。
Si: 0.10 to 0.25 mass%;
Fe: 0.9 to 1.3 mass%,
Cu: 1.9 to 2.7 mass%,
Mg: 1.3 to 1.8% by mass,
Zn: 0.10% by mass or less,
Ni: 0.9 to 1.2 mass%,
An aluminum alloy forging material comprising Ti: 0.01 to 0.1 mass%, the balance being Al and unavoidable impurities,
An aluminum alloy forging having a total content of Fe and Ni of 2.2 mass% or less, a total content of Mn, Cr and Zr of 0.20 mass% or less, an average circle equivalent diameter of intermetallic compounds of 4.5 μm or less, and a variation in distance between intermetallic compounds in the ST direction of 2.3 or less.
請求項1に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法であって、
請求項1に記載の合金組成からなる溶湯を1.2℃/秒以上の冷却速度で冷却して鋳塊を鋳造し、前記鋳塊に対して均質化処理、熱間鍛造、溶体化処理、焼入れ、時効処理を行うことでアルミニウム合金鍛造材を製造するアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
A method for producing an aluminum alloy forging according to claim 1,
13. A method for producing an aluminum alloy forging, comprising the steps of: cooling a molten metal having the alloy composition according to claim 1 at a cooling rate of 1.2° C./sec or more to cast an ingot; and subjecting the ingot to a homogenization treatment, hot forging, solution treatment, quenching, and aging treatment to produce an aluminum alloy forging.
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