JP7533746B2 - Aluminum alloy forging material, aluminum alloy forging product and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金鍛造用素材、アルミニウム合金製鍛造品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to aluminum alloy forging materials, aluminum alloy forgings, and methods for producing the same.
近年、アルミニウム合金は、軽量性を生かして各種製品の構造部材としての用途が拡大しつつある。例えば、自動車の足廻りやバンパー部品では、今まで高張力鋼が用いられてきた。一方、近年は高強度アルミニウム合金材が用いられるようになっている。 In recent years, aluminum alloys have been increasingly used as structural components for various products, taking advantage of their light weight. For example, high-tensile steel has traditionally been used for automobile suspension and bumper parts. However, in recent years, high-strength aluminum alloy materials have come to be used.
また、自動車部品、その中でも、例えば、サスペンションアームのような長尺状部品には、専ら鉄系材料が使用されていた。一方、近年は軽量化を主目的として、アルミニウム材料又はアルミニウム合金材料に置き換えられることが多くなってきた。 In addition, iron-based materials have been used exclusively for automobile parts, especially long parts such as suspension arms. However, in recent years, they have often been replaced with aluminum or aluminum alloy materials, mainly for the purpose of reducing weight.
これらの自動車部品では、優れた耐食性、高強度及び優れた加工性が要求されることから、アルミニウム合金材料としてAl-Mg-Si系合金、特にA6061が多用されている。そして、このような自動車部品は、強度の向上を図るため、アルミニウム合金材料を加工用素材として塑性加工の1つである鍛造加工を行って製造される。 Since these automobile parts require excellent corrosion resistance, high strength, and excellent workability, Al-Mg-Si alloys, especially A6061, are often used as the aluminum alloy material. In order to improve the strength of these automobile parts, they are manufactured by forging, a type of plastic processing, using the aluminum alloy material as the processing material.
また、最近では、コストダウンを図る必要があるため、押出をせずに鋳造部材をそのまま素材として鍛造した後、溶体化処理と人工時効処理を行う処理(T6処理)して得たサスペンション部品が実用化され始めており、さらなる軽量化を目的として、従来のA6061に代わる高強度合金の開発が進められている(例えば、特許文献1~3を参照。)。 In addition, recently, due to the need to reduce costs, suspension parts have begun to be put into practical use by forging cast components as they are without extrusion, and then performing a solution treatment and artificial aging treatment (T6 treatment). In order to further reduce weight, development of high-strength alloys to replace the conventional A6061 is underway (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
近年のCO2排出量の削減の観点より、自動車の軽量化が求められている中、アルミニウムの需要は増加傾向にある。但し、鉄鋼材からの代替としては更なる高強度化が必要となる。一方、アルミニウムの高強度化の1つの手法として、塑性加工及び溶体化処理工程において再結晶組織になることを抑制し、結晶粒径を微細化することが知られている。 In recent years, the demand for aluminum has been increasing as automobiles have become lighter in order to reduce CO2 emissions. However, aluminum needs to be stronger in order to replace steel. One method for increasing the strength of aluminum is to suppress the formation of recrystallized structures during the plastic processing and solution treatment processes and to refine the grain size.
しかしながら、上述したAl-Mg-Si系の高強度合金は、鍛造及び熱処理工程において加工組織が再結晶し、粗大な結晶粒が発生することにより、十分な高強度を得ることができないという問題があった。そのため、粗大な再結晶粒生成防止のため、Zr(ジルコニウム)を添加して再結晶を防止しているものがある(例えば、上記特許文献1、2を参照。)。
However, the above-mentioned high-strength Al-Mg-Si alloys have a problem in that the processed structure recrystallizes during the forging and heat treatment processes, resulting in the generation of coarse crystal grains, making it impossible to obtain sufficiently high strength. For this reason, some alloys have been modified to prevent recrystallization by adding Zr (zirconium) to prevent the generation of coarse recrystallized grains (see, for example,
しかしながら、Zrを添加することは、再結晶防止に効果があるものの、次のような問題点があった。
(1)Zrの添加により、Al-Ti-B系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、鋳造品自体の結晶粒が粗くなり、塑性加工後の加工品(鍛造品)の強度低下を招く。
(2)鋳造品自体の結晶粒微細化効果が弱められるため、鋳造品に割れが発生し易くなり、内部欠陥が増加し、歩留まりが悪化する。
(3)Zrは、Al-Ti-B系合金と化合物を形成し、合金溶湯を貯留する炉の底に化合物が堆積し、炉を汚染すると共に、製造した鋳造品においてもこれら化合物が鋳造品中に粗大に晶出し、強度を低下させる。
Although the addition of Zr is effective in preventing recrystallization, it has the following problems.
(1) The addition of Zr weakens the effect of refining the crystal grains of the Al-Ti-B alloy, making the crystal grains of the casting itself coarse, which leads to a decrease in the strength of the processed product (forged product) after plastic working.
(2) The effect of refining the crystal grains of the casting itself is weakened, so that the casting is more likely to crack, internal defects increase, and the yield decreases.
(3) Zr forms compounds with Al-Ti-B based alloys. These compounds accumulate at the bottom of the furnace in which the molten alloy is stored, contaminating the furnace. In addition, these compounds also crystallize out as coarse particles in the produced castings, reducing their strength.
このように、Zrの添加は、再結晶防止に効果があるものの、強度の安定性を維持するのが困難であった。
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、常温における機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造用素材、アルミニウム合金製鍛造品及びその製造方法を提供することを目的とする。
Thus, although the addition of Zr is effective in preventing recrystallization, it is difficult to maintain the stability of strength.
The present invention has been made in consideration of the above technical background, and aims to provide an aluminum alloy forging material having excellent mechanical properties at room temperature, an aluminum alloy forging product, and a manufacturing method thereof.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To solve the above problems, the present invention provides the following means.
(1)Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金鍛造用素材であって、前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 (1) Cu in the range of 0.25% by mass or more and 0.55% by mass or less, Mg in the range of 0.85% by mass or more and 1.25% by mass or less, Si in the range of 1.02% by mass or more and 1.4% by mass or less, Mn in the range of 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less, Fe in the range of 0.32% by mass or more and 0.65% by mass or less, Zn in the range of 0.25% by mass or less, Cr in the range of 0.050% by mass or more and 0.30% by mass or less, Ti in the range of 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less , B in the range of 0.0010% by mass to 0.030% by mass, Zr in the range of 0.0010% by mass to 0.050% by mass, the ratio of the Fe content to the Mn content Fe/Mn is 0.3 to 1.2 by mass, and the balance is Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has an alloy composition in which the melting start temperature of the aluminum alloy forging material is 560°C to 590°C.
(2)Cuを0.25質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Mgを0.80質量%以上1.8質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.9質量%以下の範囲内、Mnを0.30質量%以上1.2質量%以下の範囲内、Feを0.20質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で1.4未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品に用いるアルミニウム合金鍛造用素材であって、前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 (2) Cu in the range of 0.25% by mass or more and 1.0% by mass or less, Mg in the range of 0.80% by mass or more and 1.8% by mass or less, Si in the range of 0.90% by mass or more and 1.9% by mass or less, Mn in the range of 0.30% by mass or more and 1.2% by mass or less, Fe in the range of 0.20% by mass or more and 0.65% by mass or less, Zn in the range of 0.25% by mass or less, Cr in the range of 0.050% by mass or more and 0.30% by mass or less, Ti in the range of 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, B in the range of 0.0010% by mass or less, % or more and 0.030% or less by mass, Zr in the range of 0.0010% or more and 0.050% or less by mass, the ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) is less than 1.4 by mass, and the balance is an alloy composition consisting of Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C or more and 590°C or less.
(3)Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.61質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品に用いるアルミニウム合金鍛造用素材であって、アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 (3) Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.61 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, B in the range of 0.0010 mass% or less, % or more and 0.030% or less by mass, Zr or Zr in the range of 0.0010% or more and 0.050% or less by mass, the ratio of the Fe content to the Mn content, Fe/Mn, is 0.3 or more and 1.2 or less by mass, and the balance is an alloy composition consisting of Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C or more and 590°C or less.
(4)長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品であって、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 (4) An aluminum alloy forging having a long portion, comprising: Cu in the range of 0.25% by mass to 0.55% by mass; Mg in the range of 0.85% by mass to 1.25% by mass; Si in the range of 1.02% by mass to 1.4% by mass; Mn in the range of 0.55% by mass to 1.0% by mass; Fe in the range of 0.32% by mass to 0.65% by mass; Zn in the range of 0.25% by mass or less; Cr in the range of 0.050% by mass to 0.30% by mass; Ti in the range of 0.01% by mass to 0.1% by mass; an aluminum alloy forging comprising: a Fe content in the range of 10% by mass or more and 0.030% by mass or less; Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less; a ratio of the Fe content to the Mn content, Fe/Mn, in terms of mass ratio, of 0.3 to 1.2, with the balance being made of Al and unavoidable impurities; a cross section of a central portion in the longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in the range of 5 μm to 60 μm and does not contain an AIFeSi(Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more; and a fatigue limit at 107 cycles to fracture in terms of smooth fatigue properties at room temperature is 150 MPa or more.
(5)長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品であって、Cuを0.25質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Mgを0.80質量%以上1.8質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.9質量%以下の範囲内、Mnを0.30質量%以上1.2質量%以下の範囲内、Feを0.20質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で1.4未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 (5) An aluminum alloy forging having a long portion, comprising Cu in the range of 0.25 mass% or more and 1.0 mass% or less, Mg in the range of 0.80 mass% or more and 1.8 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.9 mass% or less, Mn in the range of 0.30 mass% or more and 1.2 mass% or less, Fe in the range of 0.20 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, and B in the range of 0. % or more, and Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less, Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less, a ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) is less than 1.4 in terms of mass ratio, with the remainder having an alloy composition consisting of Al and unavoidable impurities, a cross section of a central portion in the longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in the range of 5 μm or more and 60 μm or less and does not contain an AIFeSi(Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more, and a fatigue limit at 107 cycles to fracture in terms of smooth fatigue properties at room temperature is 150 MPa or more.
(6)長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品であって、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.61質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 (6) An aluminum alloy forging having a long portion, comprising: Cu in the range of 0.25% by mass or more and 0.55% by mass or less; Mg in the range of 0.85% by mass or more and 1.25% by mass or less; Si in the range of 1.02% by mass or more and 1.4% by mass or less; Mn in the range of 0.61% by mass or more and 1.0% by mass or less; Fe in the range of 0.32% by mass or more and 0.65% by mass or less; Zn in the range of 0.25% by mass or less; Cr in the range of 0.050% by mass or more and 0.30% by mass or less; Ti in the range of 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less; an aluminum alloy forging comprising: a Fe content in the range of 10% by mass or more and 0.030% by mass or less; Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less; a ratio of the Fe content to the Mn content, Fe/Mn, in terms of mass ratio, of 0.3 to 1.2, with the balance being made of Al and unavoidable impurities; a cross section of a central portion in the longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in the range of 5 μm to 60 μm and does not contain an AIFeSi(Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more; and a fatigue limit at 107 cycles to fracture in terms of smooth fatigue properties at room temperature is 150 MPa or more.
(7) サスペンションアーム用である、上記(4)から(6)のいずれか1つに記載のアルミニウム合金製鍛造品。 (7) An aluminum alloy forged product according to any one of (4) to (6) above, which is used for a suspension arm.
(8)上記(4)から(7)のいずれか1つに記載のアルミニウム合金製鍛造品の製造方法であって、前記アルミニウム合金製鍛造品と同じ合金組成のアルミニウム合金溶湯を形成する合金溶湯形成工程と、前記合金溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯を冷却し凝固してアルミニウム合金鋳造品を形成する鋳造工程と、前記鋳造工程を経たアルミニウム合金鋳造品に、加熱温度450℃以上560℃以下の温度で鍛造加工を行う鍛造工程と、前記鍛造工程で得られた鍛造品に、530℃以上560℃以下の処理温度で0.3時間以上3時間以下保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、前記溶体化処理工程の完了後5秒以上60秒以下の範囲内に鍛造品の全ての表面を焼き入れ水に接触させ、1分以上30分以下の間、水槽内で焼き入れを行う焼き入れ処理工程と、前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に170℃以上210℃以下の加熱温度で0.5時間以上7時間以下の間、時効処理を行う時効処理工程と、を有する、アルミニウム合金製鍛造品の製造方法。 (8) A method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to any one of (4) to (7) above, comprising: a molten alloy forming process for forming an aluminum alloy molten having the same alloy composition as the aluminum alloy forged product; a casting process for cooling and solidifying the aluminum alloy molten obtained in the molten alloy forming process to form an aluminum alloy cast product; a forging process for forging the aluminum alloy cast product obtained in the casting process at a heating temperature of 450°C or higher and 560°C or lower; and a forging process for the forged product obtained in the forging process. A method for manufacturing an aluminum alloy forged product, comprising: a solution treatment process in which a solution treatment is performed at a treatment temperature of 530°C to 560°C and held for 0.3 hours to 3 hours; a quenching process in which the entire surface of the forged product is brought into contact with quenching water within a range of 5 seconds to 60 seconds after the completion of the solution treatment process, and quenched in a water tank for 1 minute to 30 minutes; and an aging process in which the forged product after the quenching process is aged at a heating temperature of 170°C to 210°C for 0.5 hours to 7 hours.
(9)前記鋳造工程と前記鍛造工程との間に、前記アルミニウム合金鋳造品を、370℃以上560℃以下の温度範囲で2時間以上10時間以下保持して均質化熱処理を行う均質化熱処理工程を更に有する、上記(8)に記載のアルミニウム合金製鍛造品の製造方法。 (9) The method for producing an aluminum alloy forged product described in (8) above further includes a homogenization heat treatment step between the casting step and the forging step, in which the aluminum alloy casting product is subjected to homogenization heat treatment by holding the aluminum alloy casting product at a temperature range of 370°C or higher and 560°C or lower for 2 hours or higher and 10 hours or lower.
本発明によれば、常温における機械的特性に優れたアルミニウム合金鍛造用素材、アルミニウム合金製鍛造品及びその製造方法を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide aluminum alloy forging materials, aluminum alloy forgings, and methods for manufacturing the same that have excellent mechanical properties at room temperature.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その効果を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of convenience in order to make the features easier to understand, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as in reality. In addition, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and may be modified as appropriate within the scope that does not change the effects of the present invention.
[アルミニウム合金用素材]
先ず、本発明のアルミニウム合金用素材について説明する。
[Aluminum alloy materials]
First, the aluminum alloy material of the present invention will be described.
本発明の一実施形態のアルミニウム合金用素材は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金鍛造用素材であって、このアルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下であるとされている。 An aluminum alloy material according to one embodiment of the present invention contains Cu in the range of 0.25% by mass to 0.55% by mass, Mg in the range of 0.85% by mass to 1.25% by mass, Si in the range of 1.02% by mass to 1.4% by mass, Mn in the range of 0.55% by mass to 1.0% by mass, Fe in the range of 0.32% by mass to 0.65% by mass, Zn in the range of 0.25% by mass or less, Cr in the range of 0.050% by mass to 0.30% by mass, and Ti in the range of 0.01% by mass or less. It is an aluminum alloy forging material that contains 0.1% by mass or less of Zr, 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less of B, 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less of Zr, the ratio of the Fe content to the Mn content, Fe/Mn, is 0.3 to 1.2 by mass, and the balance is made of Al and unavoidable impurities, and the melting start temperature of this aluminum alloy forging material is 560°C to 590°C.
本発明の別な実施形態のアルミニウム合金用素材は、Cuを0.25質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Mgを0.80質量%以上1.8質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.9質量%以下の範囲内、Mnを0.30質量%以上1.2質量%以下の範囲内、Feを0.20質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で1.4未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品に用いるアルミニウム合金鍛造用素材であって、前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下であるとされている。 In another embodiment of the present invention, the aluminum alloy material contains Cu in the range of 0.25% by mass to 1.0% by mass, Mg in the range of 0.80% by mass to 1.8% by mass, Si in the range of 0.90% by mass to 1.9% by mass, Mn in the range of 0.30% by mass to 1.2% by mass, Fe in the range of 0.20% by mass to 0.65% by mass, Zn in the range of 0.25% by mass or less, Cr in the range of 0.050% by mass to 0.30% by mass, and Ti in the range of 0.01% by mass to 0.1% by mass. , B in the range of 0.0010% by mass to 0.030% by mass, Zr in the range of 0.0010% by mass to 0.050% by mass, the ratio of Fe content to Mn content Fe/Mn is less than 1.4 in mass ratio, the balance is an alloy composition consisting of Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C to 590°C.
本発明の更に別な実施形態のアルミニウム合金用素材は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.61質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、長尺部を有するアルミニウム合金製鍛造品に用いるアルミニウム合金鍛造用素材であって、アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下であるとされている。 In yet another embodiment of the present invention, the aluminum alloy material contains Cu in the range of 0.25% by mass to 0.55% by mass, Mg in the range of 0.85% by mass to 1.25% by mass, Si in the range of 1.02% by mass to 1.4% by mass, Mn in the range of 0.61% by mass to 1.0% by mass, Fe in the range of 0.32% by mass to 0.65% by mass, Zn in the range of 0.25% by mass or less, Cr in the range of 0.050% by mass to 0.30% by mass, and Ti in the range of 0.01% by mass to 0.1% by mass. , B in the range of 0.0010% by mass to 0.030% by mass, Zr in the range of 0.0010% by mass to 0.050% by mass, the ratio of the Fe content to the Mn content Fe/Mn is 0.3 to 1.2 in mass ratio, and the balance is an alloy composition consisting of Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C to 590°C.
[アルミニウム合金製鍛造品]
次に、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製鍛造品について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製鍛造品の斜視図である。
図1に示すように、アルミニウム合金製鍛造品1aは、長尺部2と、長尺部2の長手方向の両端にそれぞれ接続された連結部4a,4bとを有する。長尺部は断面が4角形とされている。この形状のアルミニウム合金製鍛造品1aは、例えば、I型サスペンションアームとして用いることができる。
[Aluminum alloy forgings]
Next, an aluminum alloy forged product according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a perspective view of an aluminum alloy forged product according to one embodiment of the present invention.
As shown in Fig. 1, an
アルミニウム合金製鍛造品1aは、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金組成を有する。また、アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2における長手方向の中央部2aの断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均粒子径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温における平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上とされている。
The aluminum alloy forged
本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aの材料であるアルミニウム合金は、MgとSiを含む点で6000系アルミニウム合金に相当する。
The aluminum alloy that is the material of the aluminum alloy forged
(Cu:0.25質量%以上0.55質量%以下)
Cuは、アルミニウム合金中でMg-Si系化合物を微細に分散させる作用や、Q相を始めとするAl-Cu-Mg-Si系化合物として析出することでアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Cuの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性を向上させることができる。
(Cu: 0.25% by mass or more and 0.55% by mass or less)
Cu acts to finely disperse Mg-Si compounds in the aluminum alloy and to improve the tensile strength of the aluminum alloy by precipitating as Al-Cu-Mg-Si compounds including the Q phase. When the Cu content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged
(Mg:0.85質量%以上1.25質量%以下)
Mgは、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。アルミニウム母相へMgが固溶する、あるいは、β”相などのMg-Si系化合物(Mg2Si)、またはQ相を始めとするAl-Cu-Mg-Si系化合物(AlCuMgSi)として析出することで、アルミニウム合金の強化に寄与する。また、Mg2Siは、アルミニウム合金中でのCuAl2相の生成を抑制する作用がある。CuAl2相の生成が抑制されることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの耐食性が向上する。Mgの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性とともに耐食性を向上させることができる。
(Mg: 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less)
Mg has the effect of improving the tensile strength of aluminum alloys. Mg dissolves in the aluminum matrix, or forms Mg-Si compounds (Mg 2 Si) such as the β″ phase, or the Q phase. Mg 2 Si contributes to strengthening the aluminum alloy by precipitating as an Al-Cu-Mg-Si compound (AlCuMgSi) that is a compound that inhibits the formation of the CuAl 2 phase in the aluminum alloy. By suppressing the formation of the CuAl2 phase, the corrosion resistance of the aluminum alloy forged
(Si:1.02質量%以上1.4質量%以下)
Siは、Mgと同様にアルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性と共に耐食性を向上させる作用を有する。但し、アルミニウム合金にSiを過剰に添加すると、粗大な初晶Si粒が晶出することにより、アルミニウム合金の引張強さが低下するおそれがある。Siの含有率が上記の範囲内にあることによって、初晶Siの晶出を抑えつつ、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性と共に耐食性を向上させることができる。
(Si: 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less)
Like Mg, Si has the effect of improving the mechanical properties and corrosion resistance of the aluminum alloy forged
(Mn:0.55質量%以上1.0質量%以下)
Mnは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Fe-SiやAl-Mn-Cr-Fe-Siなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Mnの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性を向上させることができる。
(Mn: 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less)
Mn forms fine granular precipitates, including intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si and Al-Mn-Cr-Fe-Si, in aluminum alloys, and thereby increases the tensile strength of the aluminum alloy. When the Mn content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged
(Fe:0.32質量%以上0.65質量%以下)
Feは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Fe-Si、Al-Mn-Cr-Fe-Si、Al-Fe-Si、Al-Cu-Fe、Al-Mn-Feなどの金属間化合物を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用がある。Feの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性を向上させることができる。
なお、Fe/Mnの関係は0.3以上1.2以下である。Fe/Mnの関係が1.2以下であることによって、3.0μm以上のAlFeSi系化合物の晶出を抑制することができ、機械的特性を向上することができる。
(Fe: 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less)
Fe is a fine particle that contains intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si, Al-Mn-Cr-Fe-Si, Al-Fe-Si, Al-Cu-Fe, and Al-Mn-Fe in aluminum alloys. The Fe content in the above range improves the mechanical properties of the aluminum alloy forging 1a at room temperature. can be improved.
The Fe/Mn relationship is 0.3 or more and 1.2 or less. By keeping the Fe/Mn relationship at 1.2 or less, it is possible to suppress the crystallization of AlFeSi-based compounds having a size of 3.0 μm or more. This makes it possible to improve the mechanical properties.
(Cr:0.050質量%以上、0.30質量%以下)
Crは、アルミニウム合金中でAl-Mn-Cr-Fe-SiやAl-Fe-Crなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Crの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの常温における機械的特性を向上させることができる。
(Cr: 0.050 mass% or more, 0.30 mass% or less)
Cr improves the tensile strength of aluminum alloys by forming fine granular precipitates containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Cr-Fe-Si and Al-Fe-Cr in the aluminum alloy. When the Cr content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forged
(Ti:0.01質量%以上、0.1質量%以下)
Tiは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。Ti含有率が0.01質量%未満の場合、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Ti含有率が0.1質量%を超えると、粗大な晶出物を形成し、展伸加工性が低下するおそれがある。また、アルミニウム合金製鍛造品1aにTiを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Tiの含有率は0.012質量%以上、0.035質量%以下とする。Tiの含有率は、好ましくは0.015質量%以上、0.050質量%以下である。
(Ti: 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or less)
Ti has the effect of refining the crystal grains of an aluminum alloy and improving the wrought workability. If the Ti content is less than 0.01 mass%, the effect of refining the crystal grains may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.1 mass %, coarse crystallized products are formed, and the wrought workability may be deteriorated. If a large amount of such crystallized substances are mixed in, the toughness may decrease. Therefore, the Ti content is set to 0.012 mass % or more and 0.035 mass % or less. The Ti content is preferably 0. The content of the Cr-based alloy is 0.015 mass % or more and 0.050 mass % or less.
(B:0.0010質量%以上、0.030質量%以下)
Bは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。上述したTiと共にBをアルミニウム合金に添加することによって、結晶粒の微細化効果が向上する。Bの含有率が0.0010質量%未満では、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Bの含有率が0.030質量%を超えると、粗大な晶出物を形成し、介在物としてアルミニウム合金製鍛造品1aに混入するおそれがある。また、アルミニウム合金の最終製品にBを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Bの含有率は0.0010質量%以上、0.030質量%とする。Bの含有率は、好ましくは0.0050質量%以上、0.025質量%である。
(B: 0.0010% by mass or more, 0.030% by mass or less)
B has the effect of refining the crystal grains of an aluminum alloy and improving the wrought workability. By adding B to an aluminum alloy together with the above-mentioned Ti, the effect of refining the crystal grains is improved. If the B content is less than 0.0010% by mass, the effect of refining the crystal grains may not be sufficient. On the other hand, if the B content exceeds 0.030% by mass, coarse crystals are formed. There is a risk that B may be mixed as an inclusion into the aluminum alloy forged
(Zr:0.0010質量%以上、0.05質量%以下)
Zrは、0.05質量%以下であれば、Al3ZrおよびAl-(Ti,Zr)という形で析出することで、再結晶抑制効果や析出強化によりアルミニウム合金製鍛造品1aの強度の向上に寄与する。Zrの含有率が0.050質量%を超えると粗大なZr化合物として晶出することによって、アルミニウム合金製鍛造品1aの耐食性の低下につながるおそれがある。このため、Zrの含有率は、0.050質量%以下とする。また、上記の再結晶抑制効果や析出強化による鍛造品の強度の向上の効果を得るためにはZrの含有率は、0.0010質量%以上であることが好ましい。
(Zr: 0.0010 mass% or more, 0.05 mass% or less)
When the content of Zr is 0.05 mass % or less, it precipitates in the form of Al 3 Zr and Al-(Ti, Zr), and thus has a recrystallization suppressing effect and improves the strength of the aluminum alloy forged
(Zn:0.250質量%以下)
Znは0.250質量%以下であればよい。Znの含有率が0.250質量%を超えるとMgZn2が生成し、Al母相から粒界に析出することで粒界腐食を起こし、アルミニウム合金鍛造品の耐食性の低下につながる。このため、Znの含有率は、0.250質量%以下、あるいは全く含まないことが好ましい。
(Zn: 0.250% by mass or less)
The Zn content may be 0.250 mass% or less. If the Zn content exceeds 0.250 mass%, MgZn2 is generated and precipitates at the grain boundaries from the Al matrix, causing intergranular corrosion and aluminum. This leads to a decrease in the corrosion resistance of the alloy forged product. Therefore, it is preferable that the Zn content is 0.250 mass % or less, or that no Zn is contained at all.
(不可避不純物)
不可避不純物は、原料又は製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。不可避不純物の例としては、Ni、Sn、Beなどを挙げることができる。これらの不可避不純物の含有率は0.1質量%を超えないことが好ましい。
(Inevitable impurities)
Inevitable impurities are impurities that are inevitably mixed into the aluminum alloy from the raw materials or manufacturing process. Examples of inevitable impurities include Ni, Sn, Be, etc. The content of these inevitable impurities is preferably not more than 0.1 mass%.
本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の長手方向の中央部2aは、例えば、アルミニウム合金製鍛造品1aを車両のサスペンションアームとして使用した場合に、最大主応力がかかる部分である。中央部2aは、例えば、長尺部2の長手方向の中心を含む長尺部2の全体に対して1%以上80%以下の範囲内の領域である。長尺部2のアスペクト比(長手方向の長さ/長手方向に垂直な方向の短辺の長さ)は、例えば、2以上100以下の範囲内にある。長尺部2の中央部2aの断面は、鍛造加工によってアルミニウム合金製鍛造品1aを製造する際に、圧力を加えた方向に沿った方向の断面(以下、中央部断面と称することがある)である。
The
ここで、結晶粒径は、各結晶粒の面積と等しい面積を有する円の直径(円相当径)とした。結晶粒の面積は、SEM(走査型電子顕微鏡)やEBSD(電子線後方散乱回折装置)を用いて得た結晶粒の画像から算出した。平均結晶粒径は、420個以上の結晶粒の円相当径の平均値とした。平均結晶粒径は、例えば、市販の画像解析ソフトを用いて算出してもよい。 Here, the crystal grain size was defined as the diameter of a circle (equivalent circle diameter) having an area equal to that of each crystal grain. The area of the crystal grains was calculated from images of the crystal grains obtained using a scanning electron microscope (SEM) or electron backscatter diffraction (EBSD). The average crystal grain size was defined as the average value of the equivalent circle diameters of 420 or more crystal grains. The average crystal grain size may be calculated, for example, using commercially available image analysis software.
(平均結晶粒径:5μm以上、60μm以下)
アルミニウム合金製鍛造品1aの中央部断面における合金組織の平均結晶粒径は、アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の結晶粒の微細化の程度の指標となる。長尺部2の長手方向の中央部2aの断面の組織において、結晶粒の平均結晶粒径が60μmを超えると、ホールペッチ則の関係より、長尺部2の引張特性や疲労特性を低下するおそれがある。一方、平均結晶粒径が5μm未満では、長尺部2の靭性が悪化して衝撃性が低下するおそれがある。このため、長尺部2の長手方向の中央部2aの断面の組織において、平均結晶粒径は5μm以上、60μm以下の範囲とされている。
(Average grain size: 5 μm or more, 60 μm or less)
The average grain size of the alloy structure in the cross section of the central portion of the aluminum alloy forging 1a is an index of the degree of grain refinement of the
アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の長手方向の中央部2aの断面の組織において、結晶粒径の標準偏差は特に制限されないが、30以下であることが好ましい。結晶粒径の標準偏差が30以下となるように結晶粒径のばらつきが抑制されていると、アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の耐衝撃性が高くなるからである。結晶粒径の標準偏差は25以下であることがより好ましく、20以下であることがさらに好ましい。
In the cross-sectional structure of the
(平均粒子径が2.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まない)
アルミニウム合金製鍛造品1aの中央部断面における合金組織には、平均粒子径が2.0μm以上、好ましくは3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まないようにする。平均粒子径が1.5μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物が存在すると、機械的特性(引張特性/平滑疲労特性等)が低下する虞がある。なお、平均粒子径が2.0μm未満のAIFeSi(Mn)系化合物であっても、視野面積が1.5815mm2の断面組織においてAIFeSi(Mn)系化合物の断面面積率を12%以下にすることが好ましい。
(Does not contain AIFeSi(Mn) based compounds with an average particle size of 2.0 μm or more)
The alloy structure in the central cross section of the aluminum alloy forged
(繰り返しサイクルでの疲労限が150MPa以上)
アルミニウム合金製鍛造品1aの中央部断面は、常温(20℃)での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上の機械的特性を有する。この疲労限が150MPa未満では、部品の耐久性が低下する虞がある。
(Fatigue limit in repeated cycles is 150 MPa or more)
The central cross section of the aluminum alloy forged
(結晶方位差15°以上の大角粒界の比率27%以下)
アルミニウム合金製鍛造品1aの中央部断面において、結晶方位差15°以上の結晶粒界(大角粒界)は、アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の再結晶化の進行程度の指標となる。この大角粒界の比率が27%以下であることは、再結晶化が十分に抑制されていることを表す。再結晶化が十分に抑制されていることによって、長尺部2の機械的特性が向上する。大角粒界の比率は、EBSD像から得ることができる。
(The ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less)
In the cross section of the central portion of the aluminum alloy forging 1a, grain boundaries (high-angle grain boundaries) with a crystal orientation difference of 15° or more are indicators of the degree of progress of recrystallization in the
以上のような構成とされた本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aは、その材料であるアルミニウム合金が上記の合金組成とされているので、鍛造品を製造する際に再結晶化が起こりにくい。このため、過度に粗大な結晶粒が生成しにくい。また、本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の中央部2aの断面は、平均結晶粒径が10μm以上40μm以下の範囲内にあって、平均粒子径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まない合金組織を有する。このため、長尺部2の中央部2aは、引張特性や平滑疲労特性が高く、靭性に優れ耐衝撃性が向上する。さらに、本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aは、アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の中央部2aの破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上であり、鉄系の金属材料に匹敵する耐久性を有する。
The aluminum alloy forging 1a of the present embodiment, which has the above-mentioned configuration, is made of the aluminum alloy having the above-mentioned alloy composition, so that recrystallization is unlikely to occur when the forging is manufactured. Therefore, excessively coarse crystal grains are unlikely to be generated. In addition, the cross section of the
本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aは、長尺部2の中央部2aの強度や耐久性が高く、かつ軽量であるため、自動車などの車両のサスペンションアーム用として有利に使用することができる。
The aluminum alloy forged
図1に示す本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品1aにおいては、一方の連結部4aは相対的に直径が小さい円柱状で、一方の連結部4bは相対的に直径が大きい円柱状とされ、長尺部2は、一方の連結部4a側の端辺から他方の連結部4b側の端辺に向けて幅が広くなった形状とされているが、アルミニウム合金製鍛造品1aの形状は、これに限定されるものでない。例えば、アルミニウム合金製鍛造品1aの一方の連結部4aと他方の連結部4bは同じ形状であってもよい。長尺部2の幅は一定であってもよい。また、長尺部2は湾曲した形状であってもよい。連結部4は3個以上形成されていてもよい。
In the aluminum alloy forged
図2は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製鍛造品の別の一例の平面図である。
図2に示すアルミニウム合金製鍛造品1bは、3つの連結部4c,4d,4eを有する。連結部4cと連結部4dは長尺部2で接続され、連結部4dと連結部4eとは、長尺部2よりも相対的に長さが短く短尺部5で接続されている。このアルミニウム合金製鍛造品1bは、例えば、L型サスペンションアームとして用いることができる。
FIG. 2 is a plan view of another example of an aluminum alloy forged product according to an embodiment of the present invention.
The aluminum alloy forging 1b shown in Fig. 2 has three connecting
図3は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製鍛造品のさらに別の一例の平面図である。
図3に示すアルミニウム合金製鍛造品1cは、3つの連結部4f,4g,4hを有する。連結部4fと連結部4g及び連結部4fと連結部4hはそれぞれ長尺部2で接続されている。このアルミニウム合金製鍛造品1bは、例えば、A型サスペンションアームとして用いることができる。
FIG. 3 is a plan view of yet another example of an aluminum alloy forged product according to an embodiment of the present invention.
The aluminum alloy forging 1c shown in Fig. 3 has three connecting
[アルミニウム合金製鍛造品の製造方法]
次に、本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品の製造方法について説明する。
本実施形態のアルミニウム合金製鍛造品の製造方法は、例えば、溶湯形成工程と、鋳造工程と、均質化熱処理工程と、鍛造工程と、溶体化処理工程と、焼き入れ処理工程と、時効処理工程とを含む。このうち、溶体化処理工程は必要に応じて行えばよく、必須な工程ではない。
[Method of manufacturing aluminum alloy forged products]
Next, a method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to this embodiment will be described.
The method for producing an aluminum alloy forged product of this embodiment includes, for example, a molten metal forming step, a casting step, a homogenizing heat treatment step, a forging step, a solution treatment step, a quenching treatment step, and an aging treatment step. Among these steps, the solution treatment step may be performed as necessary and is not an essential step.
(溶湯形成工程)
溶湯形成工程は、原料を溶解して組成を調製したアルミニウム合金溶湯を得る工程である。アルミニウム合金溶湯の組成は、アルミニウム合金製鍛造品の組成と同じである。すなわち、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成になるように調整して6000系アルミニウム合金の溶湯を得る。
上記組成のアルミニウム合金溶湯を用いてこれ以降の工程を行うことで、再結晶発生がしにくく、常温における機械的特性に優れたAl-Mg-Si系のアルミニウム合金製鍛造品を得ることができる。なお、アルミニウム新塊とは、鉱物から製造されたアルミナに、電解精錬と呼ばれる電気分解を行うことで得られる濃度99%以上のアルミニウムである。
(Molten metal forming process)
The molten metal forming step is a step in which raw materials are melted to obtain a molten aluminum alloy having a composition adjusted. The composition of the molten aluminum alloy is the same as that of the aluminum alloy forging. That is, a molten 6000 series aluminum alloy is obtained by adjusting the alloy composition so that it contains Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.55 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, B in the range of 0.0010 mass% or more and 0.030 mass% or less, and Zr in the range of 0.0010 mass% or more and 0.050 mass% or less, and the ratio of the Fe content to the Mn content, Fe/Mn, is 0.3 to 1.2 in mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities.
By carrying out the subsequent steps using the molten aluminum alloy of the above composition, it is possible to obtain an Al-Mg-Si aluminum alloy forging that is less susceptible to recrystallization and has excellent mechanical properties at room temperature. Note that virgin aluminum ingot is aluminum with a concentration of 99% or more that is obtained by subjecting alumina produced from minerals to electrolysis, a process known as electrolytic refining.
アルミニウム合金溶湯は、アルミニウム合金を加熱して溶融させることによって得ることができる。また、アルミニウム合金の原料となる元素の単体若しくは元素を2種以上含む化合物を、目的のアルミニウム合金を生成する割合で含む混合物を溶融させることによって成形してもよい。例えば、鋳造工程で生成させるアルミニウム合金の結晶粒径を制御する目的で、TiやBをAl-Ti-Bロッドなどの結晶粒微細化材として混合してもよい。 A molten aluminum alloy can be obtained by heating and melting an aluminum alloy. Alternatively, the aluminum alloy may be formed by melting a mixture containing the elemental elements or compounds containing two or more elements that are the raw materials for the aluminum alloy in a ratio that produces the desired aluminum alloy. For example, Ti and B may be mixed as grain refiners such as Al-Ti-B rods in order to control the grain size of the aluminum alloy produced in the casting process.
また、アルミニウム合金溶湯の原料として1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系のアルミニウム合金のスクラップ材を10%以上使用し、残部がアルミニウム新塊、上記の添加元素であるものを用い、これらを溶解して組成を調製したアルミニウム合金溶湯を得てもよい。この場合、再結晶発生がしにくく常温における機械的特性に優れたAl-Mg-Si系アルミニウム合金鍛造品を得ることができる。なお、アルミニウム新塊とは、鉱物から製造されたアルミナに、電解精錬と称される電気分解を行うことで得られる、例えば純度が99%以上のアルミニウムである。 Also, the raw material for the molten aluminum alloy may be 10% or more of scrap material of 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, or 7000 series aluminum alloys, with the remainder being new aluminum ingots and the above-mentioned additive elements, and the molten aluminum alloy may be obtained by melting these and adjusting the composition. In this case, it is possible to obtain an Al-Mg-Si-based aluminum alloy forging that is less prone to recrystallization and has excellent mechanical properties at room temperature. Note that new aluminum ingots are aluminum with a purity of, for example, 99% or more, obtained by subjecting alumina produced from minerals to electrolysis, a process known as electrolytic refining.
(鋳造工程)
鋳造工程では、アルミニウム合金の溶湯(液相)を冷却して固体(固相)に凝固させて、アルミニウム合金鋳造品を得る。鋳造工程は、例えば、水平連続鋳造法を用いることができる。
(Casting process)
In the casting process, the molten aluminum alloy (liquid phase) is cooled and solidified into a solid (solid phase) to obtain an aluminum alloy cast product. The casting process can be, for example, a horizontal continuous casting method.
ここで、本実施形態のアルミニウム合金鋳造品の製造に用いることができる水平連続鋳造装置を図4及び図5に示す。
なお、図4は、水平連続鋳造装置10の鋳型12付近の一例を示す断面図である。図5は、水平連続鋳造装置10の冷却水キャビティ24付近の要部を拡大した断面図である。
A horizontal continuous casting apparatus that can be used to manufacture the aluminum alloy casting of this embodiment is shown in FIGS.
4 is a cross-sectional view showing an example of the vicinity of the
図4及び図5に示す水平連続鋳造装置10は、溶湯受部(タンディッシュ)11と、中空円筒状の鋳型12と、この鋳型12の一端側12aと溶湯受部11との間に配される耐火物製板状体(断熱部材)13とを有している。
The horizontal
溶湯受部11は、上記の溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯Mを受ける溶湯流入部11a、溶湯保持部11b、鋳型12の中空部21への流出部11cから構成されている。
The molten
溶湯受部11は、アルミニウム合金溶湯Mの上液面のレベルを鋳型12の中空部21の上面よりも高い位置に維持し、且つ、多連鋳造の場合には、それぞれの鋳型12にアルミニウム合金溶湯Mを安定的に分配するものである。
The molten
溶湯受部11内の溶湯保持部11bに保持されたアルミニウム合金溶湯Mは、耐火物製板状体13に設けられた注湯用通路13aから鋳型12の中空部21内に注湯される。そして、中空部21内に供給されたアルミニウム合金溶湯Mは、後述する冷却装置23によって冷却されて固化し、凝固鋳塊であるアルミニウム合金棒Bとして、鋳型12の他端側12bから引き出される。
The molten aluminum alloy M held in the molten
鋳型12の他端側12bには、鋳造されたアルミニウム合金棒Bを一定速度で引き出す引出駆動装置(図示略)が設置されていればよい。また、連続して引き出されたアルミニウム合金棒Bを任意の長さに切断する同調切断機(図示略)が設置されていることも好ましい。
On the
耐火物製板状体13は、溶湯受部11と鋳型12との間の熱移動を遮断する部材であり、例えば、ケイ酸カルシウム、アルミナ、シリカ、アルミナとシリカの混合物、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト等の材料で構成されていてもよい。こうした耐火物製板状体13は、互いに構成材料の異なる複数の層から構成することもできる。
The
鋳型12は、本実施形態では中空円筒状の部材であり、例えば、アルミニウム、銅、若しくはそれらの合金から選ばれる1種又は2種以上を組み合わせた材料から形成されている。こうした鋳型12の材料は、熱伝導性、耐熱性、機械強度の点から最適な組み合わせを選択すればよい。
In this embodiment, the
鋳型12の中空部21は、鋳造するアルミニウム合金棒Bを円筒棒状にするために断面円形に形成されており、この中空部21の中心を通る鋳型中心軸(中心軸)Cがほぼ水平方向に沿うように鋳型12が保持されている。
The
鋳型12の中空部21の内周面21aは、アルミニウム合金棒Bの鋳造方向(図4を参照)に向けて鋳型中心軸Cに対して0°~3°(より好ましくは0°~1°)の仰角で形成されている。すなわち、内周面21aは、鋳造方向に向かってコーン状に開いたテーパー状に構成されている。そしてそのテーパーのなす角度が仰角である。
The inner
仰角が0°未満では、アルミニウム合金棒Bが鋳型12から引き出される際に、鋳型出口である他端側12bで抵抗を受けるために鋳造が困難になるおそれがある。一方、仰角が3°を越えると、内周面21aのアルミニウム合金溶湯Mへの接触が不十分になり、アルミニウム合金溶湯Mやこれが冷却固化した凝固殻から鋳型12への抜熱効果が低下することによって凝固が不十分になるおそれがある。その結果、アルミニウム合金棒Bの表面に再溶融肌が生じ、又は、アルミニウム合金棒Bの端部から未凝固のアルミニウム合金溶湯Mが噴出するなどの鋳造トラブルにつながるおそれがあるので好ましくない。
If the elevation angle is less than 0°, the aluminum alloy rod B may encounter resistance at the
なお、鋳型12の中空部21の断面形状(鋳型12の中空部21を他端側21bから見たときの平面形状)は、本実施形態の円形以外にも、例えば、三角形や矩形断面形状、多角形、半円、楕円若しくは対称軸や対称面を持たない異形断面形状を有した形状など、鋳造するアルミニウム合金棒の形状に合わせて選択されればよい。
The cross-sectional shape of the
鋳型12の一端側12aには、鋳型12の中空部21内に潤滑流体を供給する流体供給管22が配置されている。流体供給管22から供給される潤滑流体としては、気体潤滑材、液体潤滑材から選ばれる何れか1種又は2種以上の潤滑流体とすることができる。気体潤滑材と液体潤滑材を両方供給する場合には、それぞれ流体供給管を別々に設けることが好ましい。流体供給管22から加圧供給された潤滑流体は、環状の潤滑材供給口22aを通って鋳型12の中空部21内に供給される。
A
本実施形態では、圧送された潤滑流体が潤滑材供給口22aから鋳型12の内周面21aに供給される。なお、液体潤滑材は加熱されて分解気体となって、鋳型12の内周面21aに供給される構成であってもよい。また、潤滑材供給口22aに多孔質材料を配して、この多孔質材料を介して潤滑流体を鋳型12の内周面21aに滲出させる構成であってもよい。
In this embodiment, the pressurized lubricating fluid is supplied from the lubricating
鋳型12の内部には、アルミニウム合金溶湯Mを冷却、固化させる冷却手段である冷却装置23が形成されている。本実施形態の冷却装置23は、鋳型12の中空部21の内周面21aを冷却するための冷却水Wを収容する冷却水キャビティ24と、この冷却水キャビティ24と鋳型12の中空部21とを連通させる冷却水噴射通路25とを有している。
Inside the
冷却水キャビティ24は、鋳型12の内部で中空部21の内周面21aよりも外側に、中空部21を取り巻くように環状に形成され、冷却水供給管26を介して冷却水Wが供給される。
The cooling
鋳型12は、冷却水キャビティ24に収容される冷却水Wによって内周面21aが冷却されることにより、鋳型12の中空部21内に充満したアルミニウム合金溶湯Mの熱を鋳型12の内周面21aに接触する面から奪って、アルミニウム合金溶湯Mの表面に凝固殻を形成させる。
The
また、冷却水噴射通路25は、中空部21に臨むシャワー開口25aから、鋳型12の他端側12bにおいてアルミニウム合金棒Bに向けて直接、冷却水Wを当ててアルミニウム合金棒Bを冷却する。こうした冷却水噴射通路25の縦断面形状は、本実施形態の円状以外にも、例えば、半円、洋ナシ形状、馬蹄形状であってもよい。
The cooling
なお、本実施形態では、冷却水供給管26を介して供給される冷却水Wを、先ず冷却水キャビティ24に収容して鋳型12の中空部21の内周面21aの冷却を行い、更に冷却水キャビティ24の冷却水Wを冷却水噴射通路25からアルミニウム合金棒Bに向けて噴射しているが、これらをそれぞれ別系統の冷却水供給管によって供給する構成にすることもできる。
In this embodiment, the cooling water W supplied through the cooling
冷却水噴射通路25のシャワー開口25aの中心軸の延長線が、鋳造されたアルミニウム合金棒Bの表面に当る位置から、鋳型12と耐火物製板状体13との接触面までの長さを有効モールド長Lと称し、この有効モールド長Lは、例えば、10mm以上40mm以下であるのが好ましい。この有効モールド長Lが、10mm未満では、良好な皮膜が形成されない等から鋳造不可となり、40mmを超えると、強制冷却の効果が低くなり、鋳型壁による凝固が支配的になって、鋳型12とアルミニウム合金溶湯M又はアルミニウム合金棒Bとの接触抵抗が大きくなって、鋳肌に割れが生じたり、鋳型内部で千切れたりする等、鋳造が不安定になるおそれがあるので好ましくない。
The length from the position where the extension line of the central axis of the
これら冷却水キャビティ24への冷却水Wの供給や、冷却水噴射通路25のシャワー開口25aからの冷却水Wの噴射は、制御装置(図示略)からの制御信号によってそれぞれ動作を制御できることが好ましい。
It is preferable that the supply of cooling water W to these cooling
冷却水キャビティ24は、鋳型12の中空部21寄りの内底面24aが、鋳型12の中空部21の内周面21aに対して、互いに平行面になるように形成されている。
The cooling
なお、ここでいう平行とは、冷却水キャビティ24の内底面24aに対して、鋳型12の中空部21の内周面21aが0°~3°の仰角で形成されている場合、すなわち、内底面24aが内周面21aに対して0°を超えて3°まで傾斜している場合も含む。
Note that "parallel" in this context also includes cases where the inner
図4に示すように、こうした冷却水キャビティ24の内底面24aと鋳型12の中空部21の内周面21aとが対向する部分である鋳型12の冷却壁部27は、中空部21のアルミニウム合金溶湯Mから冷却水キャビティ24の冷却水Wに向かう単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上、50×105W/m2以下の範囲内になるように形成されている。
As shown in Figure 4, the cooling
こうした鋳型12の冷却壁部27の厚みt、即ち冷却水キャビティ24の内底面24aと鋳型12の中空部21の内周面21aとの間隔が、例えば、0.5mm以上3.0mm以下、好ましくは0.5mm以上2.5mm以下の範囲内になるように鋳型12が形成されていればよい。また、鋳型12の少なくとも冷却壁部27の熱伝導率が100W/m・K以上400W/m・K以下の範囲内になるように、鋳型12の形成材料が選択されればよい。
The
図4において、溶湯受部11中のアルミニウム合金溶湯Mは、耐火物製板状体13を経て鋳型中心軸Cがほぼ水平になるように保持された鋳型12の一端側12aから供給され、鋳型12の他端側12bで強制冷却されてアルミニウム合金棒Bとなる。
In FIG. 4, the molten aluminum alloy M in the molten
アルミニウム合金棒Bは、鋳型12の他端側12b近くに設置された引出駆動装置(図示略)によって一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されて長尺のアルミニウム合金棒Bが形成される。引き出されたアルミニウム合金棒Bは、例えば、同調切断機(図示略)によって所望の長さに切断される。
The aluminum alloy rod B is pulled out at a constant speed by a pull-out drive device (not shown) installed near the
なお、鋳造されたアルミニウム合金棒Bの組成比は、例えば、「JIS H 1305」に記載されているような光電測光式発光分光分析装置(装置例:日本島津製作所製、PDA-5500)による方法で確認できる。 The composition ratio of the cast aluminum alloy rod B can be confirmed, for example, by a method using a photoelectric emission spectrophotometric analyzer (example: Shimadzu Corporation, PDA-5500) as described in "JIS H 1305."
溶湯受部11内に貯留されたアルミニウム合金溶湯Mの液面レベルの高さと、鋳型12の上側の内周面21aとの高さの差は、0mm~250mm(より好ましくは50mm~170mm。)とするのが好ましい。こうした範囲にすることで、鋳型12内に供給されるアルミニウム合金溶湯Mの圧力と潤滑油及び潤滑油が気化したガスとが好適にバランスするために鋳造性が安定する。
The difference in height between the liquid level of the molten aluminum alloy M stored in the
液体潤滑材は、潤滑油である植物油を用いることができる。例えば、菜種油、ひまし油、サラダ油を挙げることができる。これらは環境への悪影響が小さいので好ましい。 For the liquid lubricant, vegetable oils, which are lubricating oils, can be used. Examples include rapeseed oil, castor oil, and salad oil. These are preferred because they have little adverse effect on the environment.
潤滑油供給量は0.05mL/分~5mL/分(より好ましくは0.1mL/分以上、1mL/分以下。)であるのが好ましい。供給量が過少だと、潤滑不足によってアルミニウム合金棒Bのアルミニウム合金溶湯Mが固まらずに鋳型12から漏れるおそれがある。供給量が過多であると、余剰分がアルミニウム合金棒B中に混入して内部欠陥となるおそれがある。
The lubricating oil supply rate is preferably 0.05 mL/min to 5 mL/min (more preferably 0.1 mL/min to 1 mL/min). If the supply rate is too low, the molten aluminum alloy M in the aluminum alloy rod B may not solidify and may leak from the
鋳型12からアルミニウム合金棒Bを引き抜く速度である鋳造速度は、200mm/分以上、1500mm/分以下(より好ましくは400mm/分以上、1000mm/分以下。)であるのが好ましい。それは、この範囲内の鋳造速度であれば、鋳造で形成される晶出物のネットワーク組織が均一微細となり、高温下でのアルミニウム生地の変形に対する抵抗が増し、高温機械的強度が向上するためである。
The casting speed, which is the speed at which the aluminum alloy rod B is pulled out of the
冷却水噴射通路25のシャワー開口25aから噴射される冷却水量は、鋳型当り10L/分以上、50L/分以下(より好ましくは25L/分以上、40L/分以下。)であるのが好ましい。冷却水量がこれよりも少ないと、アルミニウム合金溶湯Mが固まらずに鋳型12から漏れるおそれがある。また、鋳造したアルミニウム合金棒Bの表面が再溶融して不均一な組織が形成され、内部欠陥として残存するおそれがある。一方、冷却水量がこの範囲よりも多い場合、鋳型12の抜熱が大き過ぎて途中で凝固してしまうおそれがある。
The amount of cooling water sprayed from the
溶湯受部11内から鋳型12へ流入するアルミニウム合金溶湯Mの平均温度は、例えば、650℃以上、750℃以下(より好ましくは680℃以上、720℃以下。)であるのが好ましい。アルミニウム合金溶湯Mの温度が低すぎると、鋳型12及びその手前で粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金棒Bの内部に内部欠陥として取り込まれるおそれがある。一方、アルミニウム合金溶湯Mの温度が高すぎると、アルミニウム合金溶湯M中に大量の水素ガスが取り込まれやすく、アルミニウム合金棒B中にポロシティーとして取り込まれ、内部の空洞となるおそれがある。
The average temperature of the molten aluminum alloy M flowing from the
そして、鋳型12の冷却壁部27において、中空部21のアルミニウム合金溶湯Mから冷却水キャビティ24の冷却水Wに向かう単位面積当たりの熱流束値は、10×105W/m2以上、50×105W/m2以下の範囲内にすることによって、アルミニウム合金棒Bの焼き付きが発生することを防止できる。
Furthermore, by setting the heat flux value per unit area from the molten aluminum alloy M in the
鋳型12の冷却壁部27は、アルミニウム合金溶湯Mからの抜熱によって熱を受け、この熱を冷却水キャビティ24に収容される冷却水Wで冷却することで熱交換を行っているが、この熱交換の状態について、図6に示す説明図のように、単位面積あたりの熱流束に着目した。単位面積あたりの熱流束は、フーリエの法則にて以下の式(1)で表される。
Q=-k×(T1-T2)/L・・・(1)
Q:熱流束
k:熱を通過する箇所(本実施形態では鋳型12の冷却壁部27)の熱伝導率(W/m・K)
T1:熱が通過する箇所の低温側温度(本実施形態では冷却水キャビティ24の内底面24a)
T2:熱が通過する箇所の高温側温度(本実施形態では鋳型12の中空部21の内周面21a)
L:熱が通過する箇所の区間長さ(mm)(本実施形態では鋳型12の冷却壁部27の厚みt)
The cooling
Q=-k×(T1-T2)/L...(1)
Q: heat flux k: thermal conductivity (W/m·K) of the portion through which heat passes (the cooling
T1: Low temperature side temperature of the portion through which heat passes (in this embodiment, the
T2: High temperature side temperature of the portion through which heat passes (in this embodiment, the inner
L: Length (mm) of the section where heat passes through (in this embodiment, the thickness t of the
鋳造時に潤滑油量を減らしても良好な結果が得られた鋳型材質、厚み、測温データに基づいて、単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上になるように鋳型12の冷却壁部27を構成することで、鋳造したアルミニウム合金棒Bの焼き付きを防止することができる。また、単位面積当たりの熱流束値が50×105W/m2以下にすることが好ましい。
Based on the mold material, thickness, and temperature measurement data that show good results even when the amount of lubricating oil is reduced during casting, the cooling
鋳型12の冷却壁部27をこうした熱流束値の範囲にするために、鋳型12の冷却壁部27の厚みtを例えば、0.5mm以上、3.0mm以下の範囲になるように鋳型12を形成すればよい。また、鋳型12の少なくとも冷却壁部27の熱伝導率を100W/m・K以上、400W/m・K以下の範囲にすればよい。
To set the
本実施形態のアルミニウム合金棒Bを製造する際には、上述した水平連続鋳造装置10を用いて、溶湯受部11内に貯留されたアルミニウム合金溶湯Mを、鋳型12の一端側12aから中空部21内に連続して供給する。また、冷却水キャビティ24に冷却水Wを供給すると共に、流体供給管22から潤滑流体、例えば潤滑油を供給する。
When manufacturing the aluminum alloy bar B of this embodiment, the above-mentioned horizontal
そして、中空部21内に供給されたアルミニウム合金溶湯Mを、冷却壁部27における単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上の条件で冷却、凝固させてアルミニウム合金棒Bを鋳造する。また、アルミニウム合金棒Bを鋳造時において、冷却水Wによって冷却される鋳型12の冷却壁部27の壁面温度を100℃以下にすることが好ましい。
The molten aluminum alloy M supplied into the
こうして得られるアルミニウム合金棒Bは、冷却壁部27における単位面積当たりの熱流束値が10×105W/m2以上の条件で冷却、凝固させることによって、潤滑油のガスとアルミニウム合金溶湯Mとの接触による反応生成物、例えば炭化物の固着が抑制される。これにより、アルミニウム合金棒Bの表面の炭化物等を切削除去する必要がなく、高収率でアルミニウム合金棒Bを製造することができる。
The aluminum alloy rod B thus obtained is cooled and solidified under conditions where the heat flux value per unit area in the cooling
アルミニウム合金溶湯Mから鋳造品を得る鋳造工程は、上述の水平連続鋳造法に限定されるものではなく、垂直連続鋳造法など公知の連続鋳造法を用いることができる。垂直連続鋳造法は、アルミニウム合金溶湯Mのモールド(鋳型12)への供給方式によってフロート法やホットトップ法に分類されるが、以下では、ホットトップ法を用いる場合について簡単に説明する。 The casting process for obtaining a cast product from the molten aluminum alloy M is not limited to the horizontal continuous casting method described above, and any known continuous casting method such as vertical continuous casting can be used. Vertical continuous casting methods are classified into the float method and the hot top method depending on the method of supplying the molten aluminum alloy M to the mold (casting mold 12), but the following will briefly explain the case where the hot top method is used.
ホットトップ法に用いられる鋳造装置は、モールド、溶湯受容器(ヘッダー)等を備えている。溶湯受部へ供給された溶湯は、出湯口を通り、ヘッダーを通ることで流速を調整され、ほぼ水平に設置された筒状鋳型内に入り、ここで強制冷却されて溶湯の外表面に凝固殻が形成される。 The casting equipment used in the hot top method is equipped with a mold, a molten metal receiving vessel (header), etc. The molten metal supplied to the molten metal receiving vessel passes through a spout and through the header, where the flow rate is adjusted, and enters a cylindrical mold installed almost horizontally, where it is forcibly cooled and a solidified shell is formed on the outer surface of the molten metal.
さらに、鋳型から引き出された鋳造品に冷却水が直接放射され、鋳造品内部まで金属の凝固が進行しつつ鋳造品が連続的に引き出される。一般的にモールドは熱伝導性の良い金属部材が用いられ、内部に冷媒を導入するための中空構造を有している。 In addition, cooling water is sprayed directly onto the casting as it is pulled out of the mold, and the solidification of the metal progresses all the way to the inside of the casting as it is continuously pulled out. Molds are generally made of metal components with good thermal conductivity, and have a hollow structure to allow the introduction of a refrigerant inside.
使用する冷媒は、工業的に利用可能なものから適宜選べばよいが、利用しやすさの観点から水が推奨される。 The refrigerant to be used can be selected from those that are commercially available, but water is recommended from the viewpoint of ease of use.
本実施形態で使用するモールドは、溶湯との接触部における伝熱性能及び耐久性の観点から銅やアルミニウムなどの金属、若しくはグラファイトから適宜選択する。ヘッダーは、一般に耐火物製であり、モールドの上側に設置されている。ヘッダーの材料やサイズは鋳造する合金の成分範囲や鋳造品の寸法によって適宜選択すればよく、特に制約されるものではない。 The mold used in this embodiment is appropriately selected from metals such as copper and aluminum, or graphite, from the viewpoint of heat transfer performance and durability at the contact point with the molten metal. The header is generally made of a refractory material and is installed on the upper side of the mold. The material and size of the header can be appropriately selected depending on the composition range of the alloy to be cast and the dimensions of the cast product, and are not particularly limited.
鋳造時の平均冷却速度は、例えば10~300℃/秒などの一般的に推奨される範囲から適宜選定すればよい。鋳造速度は水平連続鋳造において一般的な範囲から適宜選択すればよく、例えば200~600mm/分の範囲から適宜選定すればよい。 The average cooling rate during casting may be appropriately selected from a generally recommended range, such as 10 to 300°C/sec. The casting speed may be appropriately selected from a range that is typical for horizontal continuous casting, such as 200 to 600 mm/min.
以上に記載した鋳造方法によって、中型~大型の鋳造品であっても、均一な金属組織が得られるようになる。対象とする鋳造品の直径は特に制限されるものでなく、直径30~100mmの棒材に対して好適に用いられる。 The casting method described above makes it possible to obtain a uniform metal structure even in medium to large castings. There are no particular restrictions on the diameter of the castings, and the method is suitable for use with rods with diameters of 30 to 100 mm.
(均質化熱処理工程)
均質化熱処理工程は、鋳造工程で得られたアルミニウム合金鋳造品に対して均質化熱処理を行うことによって、凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、過飽和固溶元素の析出及び準安定相の平衡相への変化を行う工程である。
なお、こうした均質化熱処理工程は、必要に応じて行えばよく、鋳造工程の後、直接、鍛造工程に移行することもできる。
(Homogenization heat treatment process)
The homogenization heat treatment step is a step in which homogenization heat treatment is performed on the aluminum alloy casting obtained in the casting step to homogenize microsegregation caused by solidification, precipitate supersaturated solid solution elements, and change metastable phases to equilibrium phases.
Incidentally, such a homogenization heat treatment step may be carried out as necessary, and the forging step may be directly carried out after the casting step.
本実施形態では、鋳造工程で得られた鋳造品を370℃以上、560℃以下の温度で、2時間~10時間保持する均質化熱処理を行う。この温度範囲で均質化熱処理を施すことにより、鋳造品の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされるため、その後の時効処理によって必要とされる十分な強度が得られるものとなる。 In this embodiment, the casting obtained in the casting process is subjected to homogenization heat treatment, in which the casting is held at a temperature of 370°C or higher and 560°C or lower for 2 to 10 hours. By carrying out homogenization heat treatment in this temperature range, the casting is homogenized sufficiently and solute atoms are sufficiently dissolved, so that the sufficient strength required for the subsequent aging treatment can be obtained.
(鍛造工程)
鍛造工程は、鋳造後、または均質化熱処理工程後のアルミニウム合金鋳造品を所定のサイズに成形して鍛造用素材を得て、得られた鍛造用素材を所定の温度に加熱し、その後プレス機で圧力をかけて金型成型する工程である。
(Forging process)
The forging process is a process in which an aluminum alloy casting after casting or after the homogenization heat treatment process is shaped into a predetermined size to obtain a forging material, the obtained forging material is heated to a predetermined temperature, and then pressure is applied in a press to mold it into a die.
本実施形態では、鍛造用素材に対して、加熱温度450℃以上、560℃以下で鍛造加工を行って鍛造品(例えば自動車のサスペンションアーム部品等)を得る。この時、鍛造素材の鍛造の開始温度は450℃以上、560℃以下とする。開始温度が450℃未満になると変形抵抗が高くなって十分な加工ができなくなり、560℃を超えると鍛造割れや共晶融解等の欠陥が発生し易くなるためである。 In this embodiment, the forging material is forged at a heating temperature of 450°C or more and 560°C or less to obtain a forged product (such as an automobile suspension arm part). At this time, the starting temperature for forging the forging material is 450°C or more and 560°C or less. If the starting temperature is less than 450°C, the deformation resistance becomes too high and sufficient processing becomes impossible, and if it exceeds 560°C, defects such as forging cracks and eutectic melting are likely to occur.
(溶体化処理工程)
溶体化処理工程は、鍛造工程で得られた鍛造品を加熱して溶体化させることにより、鍛造工程で導入された歪みを緩和し、溶質元素の固溶を行う工程である。
(Solution treatment process)
The solution treatment process is a process in which the forged product obtained in the forging process is heated to bring about a solution, thereby relieving the distortion introduced in the forging process and causing the solute elements to dissolve in solid solution.
本実施形態では、鍛造品を530℃以上、560℃以下の処理温度で0.3以上、3時間以下で保持することにより溶体化処理を行う。室温から上述した処理温度までの昇温速度は、5.0℃/分以上であることが好ましい。処理温度が530℃未満であると、溶質元素の固溶が不十分となるおそれがある。一方、560℃を超えると、溶質元素の固溶がより促進されるものの、共晶融解や再結晶が生じ易くなるおそれがある。また、昇温速度が5.0℃/分未満である場合は、Mg2Siが粗大析出するおそれがある。一方、処理温度が530℃未満である場合は、溶体化が進まず時効析出による高強度化を実現しにくくなるおそれがある。 In this embodiment, the forged product is subjected to solution treatment by holding it at a treatment temperature of 530°C or more and 560°C or less for 0.3 or more and 3 hours or less. The heating rate from room temperature to the above-mentioned treatment temperature is preferably 5.0°C/min or more. If the treatment temperature is less than 530°C, the solute elements may not be dissolved in solid solution. On the other hand, if the treatment temperature exceeds 560°C, the solute elements may be dissolved in solid solution more, but eutectic melting and recrystallization may occur easily. In addition, if the heating rate is less than 5.0°C/min, Mg 2 Si may precipitate coarsely. On the other hand, if the treatment temperature is less than 530°C, the solution treatment may not proceed, making it difficult to achieve high strength by aging precipitation.
(焼き入れ処理工程)
焼き入れ処理工程は、溶体化処理工程によって得られた固溶状態の鍛造品を急速に冷却せしめて、過飽和固溶体を形成する工程である。
(Quenching process)
The quenching process is a process in which the forged product in the solid-solution state obtained in the solution treatment process is rapidly cooled to form a supersaturated solid solution.
本実施形態では、水(焼き入れ水)が貯留された水槽に鍛造品を投入して、鍛造品を水没させることによって焼き入れ処理を行う。水槽内の水温は、20℃以上、60℃以下であることが好ましい。鍛造品の水槽への投入は、溶体化処理後に5秒以上、60秒以下で鍛造品の全ての表面が水に接触するように行うことが好ましい。鍛造品の水没時間は、鍛造品のサイズによっても異なるが、例えば、1分を超え30分以内の間である。 In this embodiment, the forged product is placed in a water tank that stores water (quenching water) and quenched by submerging the forged product. The temperature of the water in the tank is preferably 20°C or higher and 60°C or lower. The forged product is preferably placed in the water tank after the solution treatment for 5 seconds or higher and 60 seconds or lower so that all surfaces of the forged product are in contact with water. The submersion time of the forged product varies depending on the size of the forged product, but is, for example, between more than 1 minute and 30 minutes.
(時効処理工程)
時効処理工程は、鍛造品を比較的低温で加熱保持し過飽和に固溶した元素を析出させて、適度な硬さを付与する工程である。
(Aging treatment process)
The aging treatment process is a process in which the forged product is heated and held at a relatively low temperature to precipitate the supersaturated solid-solution elements, thereby imparting an appropriate hardness.
本実施形態では、焼き入れ処理工程後の鍛造品を170℃以上、210℃以下の温度で加熱し、その温度で0.5時間以上、7時間以下で保持することにより時効処理を行う。処理温度が170℃未満、若しくは保持時間が0.5時間未満では、引張強さを向上させるMg2Si系析出物が十分に成長できなくなるおそれがある。一方、処理温度が190℃を超える場合、若しくは保持時間が7時間を超える場合、Mg2Si系析出物が粗大になり過ぎて引張強さを十分に向上させることができなくなるおそれがある。 In this embodiment, the forged product after the quenching process is heated to a temperature of 170°C or more and 210°C or less, and is held at that temperature for 0.5 hours or more and 7 hours or less to perform aging treatment. If the treatment temperature is less than 170°C or the holding time is less than 0.5 hours, the Mg2Si -based precipitates that improve the tensile strength may not grow sufficiently. On the other hand, if the treatment temperature exceeds 190°C or the holding time exceeds 7 hours, the Mg2Si -based precipitates may become too coarse to sufficiently improve the tensile strength.
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。 Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not particularly limited to these examples.
[実施例1~23及び比較例1~3]
(連続鋳造品の作製)
先ず、下記の表1に示す合金組成(残部はアルミニウム)のアルミニウム合金組成物を用意した。用意したアルミニウム合金組成物を用いて、直径49mmの断面円形の連続鋳造品を作製した。実施例1、5の連続鋳造品、実施例2、6の連続鋳造品、実施例3、7の連続鋳造品、及び実施例4、8の連続鋳造品は、それぞれ合金組成は同じであるが、アルミニウム合金製鍛造品を製造する際の処理工程の条件が異なる。また、実施例9~23は、均質化熱処理工程を行わなかった。
[Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 to 3]
(Production of continuous cast products)
First, an aluminum alloy composition having the alloy composition shown in Table 1 below (the balance being aluminum) was prepared. Continuously cast products having a circular cross section and a diameter of 49 mm were produced using the prepared aluminum alloy composition . The continuous cast products of Examples 1 and 5, the continuous cast products of Examples 2 and 6, the continuous cast products of Examples 3 and 7, and the continuous cast products of Examples 4 and 8 each have the same alloy composition, but differ in the conditions of the treatment process when producing an aluminum alloy forged product. Moreover, in Examples 9 to 23, the homogenization heat treatment process was not performed.
(アルミニウム合金製鍛造品の製造)
次に、得られた連続鋳造品に対して、均質化熱処理工程(実施例9~23は無し)、鍛造加工工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程、人工時効処理工程をこの順で行って、図1に示す形状のアルミニウム合金製鍛造品1aを得た。均質化熱処理工程、鍛造加工工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程、人工時効処理工程の条件を下記の表2に示す。
(Manufacturing of aluminum alloy forgings)
Next, the obtained continuous cast product was subjected to a homogenization heat treatment step (none in Examples 9 to 23), a forging process step, a solution treatment process, a quenching process, and an artificial aging process in this order to obtain an aluminum alloy forged
[評価]
以上のようにして得られた実施例1~23及び比較例1~3のアルミニウム合金鍛造用素材、およびアルミニウム合金製鍛造品1aにおける、長尺部2の長さ方向の中央部2aについて、下記の評価を行った。長尺部2の中央部2aの評価結果を下記の表3に示す。
[evaluation]
The aluminum alloy forging materials and
<溶融開始温度の評価>
アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度を測定し、溶融開始温度が560℃~590℃の範囲内であるか評価を行った。
(判定基準)
「〇」・・・溶融開始温度が560℃~590℃の範囲内である。
「×」・・・溶融開始温度が560℃~590℃の範囲外である。
<Evaluation of melting start temperature>
The melting start temperature of aluminum alloy forging materials was measured, and an evaluation was made as to whether the melting start temperature was within the range of 560°C to 590°C.
(Judgment criteria)
"Good": The melting start temperature is within the range of 560°C to 590°C.
"X": The melting start temperature is outside the range of 560°C to 590°C.
<機械的特性(平滑疲労特性)評価>
アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の中央部2aを、図7に示すように切断して、機械的特性(平滑疲労特性)評価用試験片の作製用の角柱体を採取した。得られた角柱体を加工して、図8に示す円柱状の機械的特性評価用試験片を作製した。機械的特性評価用試験片の平行部直径Aは8.0mm、標点間距離Gは30.0mmとした。機械的特性評価用試験片について、常温(25℃)で回転曲げ疲労試験を行うことによって、疲労寿命を測定した。得られた疲労寿命の結果を、下記の判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「〇」・・・破断繰り返し数107サイクルでの疲労限が150MPa以上である。
「×」・・・破断繰り返し数107サイクルでの疲労限が150MPa未満である。
<Mechanical properties (smooth fatigue properties) evaluation>
The
(Judgment criteria)
"Good": The fatigue limit at 107 cycles to fracture is 150 MPa or more.
"X": The fatigue limit at 107 cycles to fracture is less than 150 MPa.
<成分:Fe/Mn比>
アルミニウム合金鍛造用素材のFe/Mn比が0.3以上1.2以下の範囲内であるか評価を行った。
(判定基準)
「〇」・・・Fe/Mn比が0.3以上1.2以下の範囲内である。
「×」・・・Fe/Mn比が0.3以上1.2以下の範囲外である。
<Component: Fe/Mn ratio>
The aluminum alloy forging material was evaluated to see whether its Fe/Mn ratio was within the range of 0.3 to 1.2.
(Judgment criteria)
"Good": The Fe/Mn ratio is within the range of 0.3 to 1.2.
"X": The Fe/Mn ratio is outside the range of 0.3 or more and 1.2 or less.
<鍛造品:3.0μm以上のAIMnFeSi化合物の数>
アルミニウム合金製鍛造品のサイズが3.0μm以上のAIMnFeSi化合物の粒子数を計測した。
(判定基準)
「〇」・・・3.0μm以上のAIMnFeSi化合物の粒子が存在しない(0個)。
「×」・・・3.0μm以上のAIMnFeSi化合物の粒子が存在する(1個以上)。
<Forged product: Number of AIMnFeSi compounds of 3.0 μm or more>
The number of AIMnFeSi compound particles having a size of 3.0 μm or more in the aluminum alloy forging was counted.
(Judgment criteria)
"Good": No AIMnFeSi compound particles of 3.0 μm or more were present (0 particles).
"X": AIMnFeSi compound particles of 3.0 μm or more are present (one or more).
<微細化評価、再結晶・結晶粗大化評価>
アルミニウム合金製鍛造品1aの長尺部2の中央部2aを、中央部2aの表面に対して垂直方向に切断して、微細化評価用試験片の作製用の板状体(厚さ2mm)を採取した。得られた板状体を7mm角に切断して、7mm×7mm×厚さ2mmの微細化評価用の試験片とした。採取した微細化評価用の試験片の表面(中央部2aの断面)について、SEM-EBSD(走査型電子顕微鏡-電子線後方散乱回折装置)を用いて、平均結晶粒径、結晶粒径の標準偏差、及び、結晶方位差15゜以上の大角粒界の比率を測定した。得られた平均結晶粒径、結晶粒径の標準偏差及び大角粒界の比率をそれぞれ下記の基準に基づいて判定して、結晶粒子の微細化及び再結晶・結晶粗大化を評価した。なお、SEM-EBSDの測定条件は、加速電圧を15kV、測定ピッチを0.5μm/px、解析領域を500×500μm2、粒界定義角を15゜とした。
<Evaluation of refinement, recrystallization and coarsening of crystals>
The
(平均結晶粒径の判定基準)
「O」・・・5μm以上、40μm以下である。
「×」・・・5μm未満または40μm超えである。
(結晶粒径の標準偏差の判定基準)
「O」・・・30以下である。
「×」・・・30超えである。
(大角粒界の比率の判定基準)
「O」・・・27%以下である。
「×」・・・27%超えである。
(Average grain size criteria)
"O": 5 μm or more and 40 μm or less.
"X": Less than 5 μm or more than 40 μm.
(Criteria for determining standard deviation of crystal grain size)
"O": 30 or less.
"X": Over 30.
(Criteria for determining the ratio of high angle grain boundaries)
"O": Less than 27%.
"X": Over 27%.
<総合評価>
溶融開始温度、Fe/Mn比、常温での疲労特性、平均結晶粒径が1.5μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物の数、微細化評価、再結晶・結晶粗大化評価の評価結果を、下記の判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「O」・・・評価項目の全てが「O」である。
「×」・・・評価項目のうち、少なくとも1つ以上が「×」である。
<Overall evaluation>
The evaluation results of the melting start temperature, Fe/Mn ratio, fatigue properties at room temperature, the number of AIFeSi(Mn)-based compounds having an average crystal grain size of 1.5 μm or more, refinement evaluation, and recrystallization/crystal coarsening evaluation were evaluated based on the following criteria.
(Judgment criteria)
"O": All evaluation items are "O".
"X": At least one of the evaluation items is "X".
表3に示すように、各元素の含有徽が所定の範囲内に設定すると共に、溶湯形成工程、鋳造工程、均質化熱処理工程、鍛造工程、溶体化処理工程、焼き入れ処理工程及び時効処理工程における処理条件が所定の範囲内で各工程を実施して、アルミニウム合金製鍛造品を製造することによって、長尺部の長手方向の中央部において、粒径のばらつきが抑制された状態で、十分に微細化された結晶粒を形成できると共に、再結晶による結晶粗大化が抑制され、かつ、常温において優れた機械的特性を有するアルミニウム合金製鍛造品を得ることできることが確認された。 As shown in Table 3, by setting the content of each element within a prescribed range and carrying out each of the molten metal forming process, casting process, homogenization heat treatment process, forging process, solution treatment process, quenching process and aging treatment process under prescribed conditions within the prescribed ranges, it has been confirmed that it is possible to produce an aluminum alloy forged product in which sufficiently fine crystal grains can be formed in the center of the long section in the longitudinal direction with suppressed grain size variation, crystal coarsening due to recrystallization is suppressed, and an aluminum alloy forged product having excellent mechanical properties at room temperature can be obtained.
1a、1b、1c…アルミニウム合金製鍛造品
2…長尺部
2a…中央部
4,4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h…連結部
5…短尺部
10…水平連続鋳造装置
11…溶湯受部(タンディッシュ)
11a…溶湯流入部
11b…溶湯保持部
11c…流出部
12…鋳型
12a…一端側
12b…他端側
13…耐火物製板状体(断熱部材)
13a…注湯用通路
21…中空部
21a…内周面
21b…他端側
22…流体供給管
22a…潤滑材供給口
23…冷却装置
24…冷却水キャビティ
24a…内底面
25…冷却水噴射通路
25a…シャワー開口
26…冷却水供給管
27…冷却壁部
B…アルミニウム合金棒
M…アルミニウム合金溶湯
W…冷却水
DESCRIPTION OF THE
11a: Molten
Claims (9)
Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.55質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、
前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAlFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 An aluminum alloy forging having a long portion,
an alloy composition comprising Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.55 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, B in the range of 0.0010 mass% or more and 0.030 mass% or less, and Zr in the range of 0.0010 mass% or more and 0.050 mass% or less, a ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) being 0.3 to 1.2 in mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities;
An aluminum alloy forged product, wherein a cross section of a central portion in a longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in a range of 5 μm to 60 μm and does not contain an AlFeSi (Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more, and wherein the fatigue limit at 107 cycles to fracture is 150 MPa or more in smooth fatigue properties at room temperature.
Cuを0.25質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Mgを0.80質量%以上1.8質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.9質量%以下の範囲内、Mnを0.30質量%以上1.2質量%以下の範囲内、Feを0.20質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で1.4未満であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、
前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAlFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 An aluminum alloy forging having a long portion,
an alloy composition comprising Cu in the range of 0.25 mass% or more and 1.0 mass% or less, Mg in the range of 0.80 mass% or more and 1.8 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.9 mass% or less, Mn in the range of 0.30 mass% or more and 1.2 mass% or less, Fe in the range of 0.20 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, B in the range of 0.0010 mass% or more and 0.030 mass% or less, and Zr in the range of 0.0010 mass% or more and 0.050 mass% or less, wherein a ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) is less than 1.4 in mass ratio, and the balance is composed of Al and unavoidable impurities;
An aluminum alloy forged product, wherein a cross section of a central portion in a longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in a range of 5 μm to 60 μm and does not contain an AlFeSi (Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more, and wherein the fatigue limit at 107 cycles to fracture is 150 MPa or more in smooth fatigue properties at room temperature.
Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.85質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを1.02質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.61質量%以上1.0質量%以下の範囲内、Feを0.32質量%以上0.65質量%以下の範囲内、Znを0.25質量%以下の範囲内、Crを0.050質量%以上0.30質量%以下の範囲内、Tiを0.01質量%以上0.1質量%以下の範囲内、Bを0.0010質量%以上0.030質量%以下の範囲内、Zrを0.0010質量%以上0.050質量%以下の範囲内で含有し、Mnの含有量に対するFeの含有量の比Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる合金組成を有し、
前記長尺部の長手方向の中央部の断面は、合金組織の平均結晶粒径が5μm以上60μm以下の範囲内、かつ、平均結晶粒径が3.0μm以上のAlFeSi(Mn)系化合物を含まず、常温での平滑疲労特性において、破断繰り返し数107サイクルにおける疲労限が150MPa以上である、アルミニウム合金製鍛造品。 An aluminum alloy forging having a long portion,
an alloy composition comprising Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.61 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, B in the range of 0.0010 mass% or more and 0.030 mass% or less, and Zr in the range of 0.0010 mass% or more and 0.050 mass% or less, a ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) being 0.3 to 1.2 in mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities;
An aluminum alloy forged product, wherein a cross section of a central portion in a longitudinal direction of the long portion has an average crystal grain size of an alloy structure in a range of 5 μm to 60 μm and does not contain an AlFeSi (Mn)-based compound having an average crystal grain size of 3.0 μm or more, and wherein the fatigue limit at 107 cycles to fracture is 150 MPa or more in smooth fatigue properties at room temperature.
前記アルミニウム合金製鍛造品と同じ合金組成のアルミニウム合金溶湯を形成する合金溶湯形成工程と、
前記合金溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯を冷却し凝固してアルミニウム合金鋳造品を形成する鋳造工程と、
前記鋳造工程を経たアルミニウム合金鋳造品に、加熱温度450℃以上560℃以下の温度で鍛造加工を行う鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られた鍛造品に、530℃以上560℃以下の処理温度で0.3時間以上3時間以下保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程の完了後5秒以上60秒以下の範囲内に鍛造品の全ての表面を焼き入れ水に接触させ、1分以上30分以下の間、水槽内で焼き入れを行う焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に170℃以上210℃以下の加熱温度で0.5時間以上7時間以下の間、時効処理を行う時効処理工程と、を有する、アルミニウム合金製鍛造品の製造方法。 A method for producing an aluminum alloy forged product according to any one of claims 1 to 3 ,
a molten alloy forming step of forming a molten aluminum alloy having the same alloy composition as the aluminum alloy forged product;
a casting step of cooling and solidifying the molten aluminum alloy obtained in the molten alloy forming step to form an aluminum alloy casting;
a forging step of forging the aluminum alloy casting having undergone the casting step at a heating temperature of 450° C. or more and 560° C. or less;
a solution treatment step in which the forged product obtained in the forging step is subjected to solution treatment at a treatment temperature of 530° C. or higher and 560° C. or lower for 0.3 hours or higher and 3 hours or lower;
a quenching process in which the entire surface of the forged product is brought into contact with quenching water within a range of 5 seconds to 60 seconds after the completion of the solution treatment process, and quenched in a water tank for 1 minute to 30 minutes;
and an aging treatment step of subjecting the forged product after the quenching treatment step to an aging treatment at a heating temperature of 170°C or higher and 210°C or lower for a period of 0.5 hours or higher and 7 hours or lower.
前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.55 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more 2. An aluminum alloy forging material for use in the aluminum alloy forging product according to claim 1, comprising an alloy composition comprising: 0.1% by mass or less of Fe, 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less of B, 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less of Zr, a ratio of the Fe content to the Mn content , Fe/Mn, in terms of mass ratio, of 0.3 to 1.2 , with the balance being Al and unavoidable impurities;
The aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C or higher and 590°C or lower.
前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 Cu in the range of 0.25 mass% or more and 1.0 mass% or less, Mg in the range of 0.80 mass% or more and 1.8 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.9 mass% or less, Mn in the range of 0.30 mass% or more and 1.2 mass% or less, Fe in the range of 0.20 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.02 mass% or less, 3. An aluminum alloy forging material for use in an aluminum alloy forging having a long portion according to claim 2, comprising: 0.010% by mass or less of B; 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less of Zr; a ratio of Fe to Mn (Fe/Mn) of less than 1.4 in terms of mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities;
The aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C or higher and 590°C or lower.
前記アルミニウム合金鍛造用素材の溶融開始温度が560℃以上590℃以下である、アルミニウム合金鍛造用素材。 Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.85 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 1.02 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.61 mass% or more and 1.0 mass% or less, Fe in the range of 0.32 mass% or more and 0.65 mass% or less, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% or more and 0.30 mass% or less, Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 5. An aluminum alloy forging material for use in an aluminum alloy forging having a long portion according to claim 3, comprising: 0.0010% by mass or less of Fe; 0.0010% by mass or more of B; and 0.030% by mass or less of Zr. The ratio of the Fe content to the Mn content , Fe /Mn, is 0.3 or more and 1.2 or less in mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities.
The aluminum alloy forging material has a melting start temperature of 560°C or higher and 590°C or lower.
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