JP7750334B2 - Aluminum alloy castings, aluminum alloy forgings, and their manufacturing methods - Google Patents
Aluminum alloy castings, aluminum alloy forgings, and their manufacturing methodsInfo
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Description
本発明は、アルミニウム合金鋳造品、アルミニウム合金鍛造品及びその製造方法に関する。
本願は、2022年12月27日に、日本に出願された特願2022-210255号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to an aluminum alloy casting, an aluminum alloy forging, and a method for manufacturing the same.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-210255, filed on December 27, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
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 lightweight properties. For example, high-tensile steel has traditionally been used in 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。 Furthermore, iron-based materials have traditionally been used exclusively for automobile parts, particularly suspension parts. However, in recent years, these have increasingly been replaced with aluminum or aluminum alloy materials, primarily 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 automotive parts require excellent corrosion resistance, high strength, and excellent workability, Al-Mg-Si alloys, particularly A6061, are often used as the aluminum alloy material. To improve strength, these automotive parts are manufactured using aluminum alloy materials as the processing material through forging, a type of plastic processing.
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, due to the need to reduce costs, suspension parts have recently begun to be put into practical use in which cast components are forged as raw materials without extrusion, and then subjected to solution treatment and artificial aging treatment (T6 treatment). With the aim of further reducing weight, development is underway to develop high-strength alloys to replace the conventional A6061 (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
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 high-strength Al-Mg-Si alloys mentioned above have the problem that the processed structure recrystallizes during the forging and heat treatment processes, resulting in the formation of coarse crystal grains, making it impossible to achieve sufficient strength. Therefore, some alloys contain zirconium (Zr) to prevent recrystallization and prevent the formation of coarse recrystallized grains (see, for example, Patent Documents 1 and 2 mentioned above).
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、鋳塊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)鋳塊自体の結晶粒微細化効果が弱められるため、鋳塊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、製造した鋳塊においてもこれら化合物が鋳塊中に粗大に晶出し、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 grain refining effect of the Al-Ti-B alloy, coarsening the grains of the ingot itself, resulting in a decrease in the strength of the processed product (forged product) after plastic working.
(2) The effect of refining the crystal grains of the ingot itself is weakened, making the ingot more susceptible to cracking, increasing internal defects, and reducing yields.
(3) Zr forms compounds with Al-Ti-B alloys, and these compounds accumulate at the bottom of the furnace storing the molten alloy, contaminating the furnace. In addition, these compounds also crystallize coarsely in the produced ingot, reducing its 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。 Thus, although adding Zr is effective in preventing recrystallization, it was difficult to maintain strength stability.
本発明は、かかる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、アルミニウム合金鍛造品及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of this technical background, and aims to provide aluminum alloy forging materials and aluminum alloy forgings that have excellent mechanical properties at room temperature, as well as methods for manufacturing the same.
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.
本発明の態様1は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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するアルミニウム合金から構成されるアルミニウム合金鍛造用素材であって、鋳造後の導電率が25%IACS以上35%IACS以下、かつ、ロックウェル硬さHRFが62以上82以下である、アルミニウム合金鍛造用素材である。 Aspect 1 of the present invention is a steel sheet containing Cu in the range of 0.25% by mass or more and 0.55% by mass or less, Mg in the range of 0.60% by mass or more and 1.25% by mass or less, Si in the range of 0.90% by mass or more and 1.4% by mass or less, Mn in the range of 0.35% by mass or more and 0.60% by mass or less, Fe in the range of 0.15% by mass or more and 0.30% 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, and B in the range of 0.0010% by 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 Fe to Mn (Fe/Mn) is less than 1.4 by mass, and the balance is Al and unavoidable impurities. This aluminum alloy forging material is composed of an aluminum alloy having an alloy composition, and has a post-cast electrical conductivity of 25% IACS or more and 35% IACS or less, and a Rockwell hardness HRF of 62 or more and 82 or less.
本発明の態様2は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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から構成されるアルミニウム合金鍛造用素材であって、鋳造後の導電率が25%IACS以上35%IACS以下、かつ、ロックウェル硬さHRFが62以上82以下である、アルミニウム合金鍛造用素材である。 Aspect 2 of the present invention is a steel containing Cu in the range of 0.25% by mass or more and 0.55% by mass or less, Mg in the range of 0.60% by mass or more and 1.25% by mass or less, Si in the range of 0.90% by mass or more and 1.4% by mass or less, Mn in the range of 0.35% by mass or more and 0.60% by mass or less, Fe in the range of 0.15% by mass or more and 0.30% 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, and B in the range of 0.0010% by mass or more. This aluminum alloy forging material is composed of an aluminum alloy having an alloy composition containing 0.030% by mass or less of Zr, 0.0010% by mass or more and 0.050% by mass or less of Zr, a ratio of Fe to Mn (Fe/Mn) of 0.3 to 1.2 by mass, and the balance consisting of Al and unavoidable impurities, and has a post-cast electrical conductivity of 25% IACS to 35% IACS and a Rockwell hardness HRF of 62 to 82.
本発明の態様3は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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するアルミニウム合金から構成されるアルミニウム合金鍛造品であって、粒界を含む2.0μm以内にMnを含有する析出物の数密度が4個/μm2以上含まれており、結晶方位差15゜以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、常温における衝撃値が10J/cm2以上である、アルミニウム合金鍛造品である。 Aspect 3 of the present invention is a steel sheet containing Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.60 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.35 mass% or more and 0.60 mass% or less, Fe in the range of 0.15 mass% or more and 0.30 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, and Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 % by mass or less, B 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) of less than 1.4 in mass ratio, and the balance being Al and unavoidable impurities, wherein the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm including the grain boundaries is 4 precipitates/μm2 or more , the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and the aluminum alloy forging has an impact value of 10 J/cm2 or more at room temperature.
本発明の態様4は、態様3のアルミニウム合金鍛造品において、前記析出物のサイズが0.5μm以下である。 Aspect 4 of the present invention relates to the aluminum alloy forged product of aspect 3, wherein the size of the precipitates is 0.5 μm or less.
本発明の態様5は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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から構成されるアルミニウム合金鍛造品であって、粒界を含む2.0μm以内にMnを含有する析出物の数密度が4個/μm2以上含まれており、結晶方位差15゜以上の大角粒界の比率が27%以下であり、かつ、常温における衝撃値が10J/cm2以上である、アルミニウム合金鍛造品である。 Aspect 5 of the present invention is a steel sheet containing Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.60 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.35 mass% or more and 0.60 mass% or less, Fe in the range of 0.15 mass% or more and 0.30 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, and Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less. % 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, a ratio of the Fe content to the Mn content (Fe/Mn) of 0.3 to 1.2 in mass ratio, and the balance being Al and unavoidable impurities, wherein the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm including the grain boundaries is 4 precipitates/ μm2 or more, the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and the aluminum alloy forging has an impact value of 10 J/cm2 or more at room temperature.
本発明の態様6は、態様5のアルミニウム合金鍛造品において、前記析出物のサイズが0.5μm以下である。 Aspect 6 of the present invention relates to the aluminum alloy forged product of aspect 5, wherein the size of the precipitates is 0.5 μm or less.
本発明の態様7は、態様3から態様6のいずれか一つのアルミニウム合金鍛造品の製造方法であって、前記アルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る鋳造工程と、前記鋳造品を500℃~融点以下の温度で素材加熱し塑性加工を施して鍛造品を得る鍛造工程と、前記得られた鍛造品に20℃~500℃までの昇温速度が5.0℃/min以上で昇温し、530~560℃で0.3~3時間以内で保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、前記溶体化処理後5~60秒以内に前記鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、1分を超え、40分以内水槽内で焼き入れする焼き入れ工程と、前記焼き入れ処理工程を経た鍛造品に180℃~220℃の温度で0.5時間~8時間加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を有する、アルミニウム合金鍛造品の製造方法である。 Aspect 7 of the present invention is a method for manufacturing an aluminum alloy forged product according to any one of Aspects 3 to 6, comprising the following steps: a molten metal forming step of obtaining a molten aluminum alloy; a casting step of casting the obtained molten metal to obtain a cast product; a forging step of heating the cast product at a temperature between 500°C and the melting point and plastically processing it to obtain a forged product; a solution treatment step of heating the obtained forged product from 20°C to 500°C at a heating rate of 5.0°C/min or more and holding it at 530-560°C for 0.3 to 3 hours; a quenching step of contacting the entire surface of the forged product with quenching water within 5 to 60 seconds after the solution treatment and quenching it in a water tank for more than 1 minute but not more than 40 minutes; and an aging treatment step of heating the forged product that has undergone the quenching treatment step at a temperature of 180°C to 220°C for 0.5 to 8 hours to perform aging treatment.
本発明の態様8は、態様4のアルミニウム合金鍛造品の製造方法において、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。 Aspect 8 of the present invention relates to the method for manufacturing an aluminum alloy forged product of aspect 4, and further includes a homogenization heat treatment step between the casting step and the forging step, in which the aluminum alloy cast product is subjected to homogenization heat treatment at a temperature in the range of 370°C to 560°C for 2 hours to 10 hours.
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を提供できる。
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品を提供できる。
また、本発明によれば、これまでアルミ合金溶湯を鋳造したのちに、偏析除去するために施していた均質化処理工程を削減している為、低コスト・省エネなアルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy material for forging that has excellent mechanical properties at room temperature.
According to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy forged product having excellent mechanical properties at room temperature.
Furthermore, according to the present invention, the homogenization treatment step that has conventionally been performed after casting of the molten aluminum alloy to remove segregation can be eliminated, thereby providing a low-cost, energy-saving method for manufacturing aluminum alloy forged products.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, characteristic portions may be enlarged for convenience in order to make the features easier to understand, and the dimensional ratios of the components may not be the same as in reality. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope that does not change the effects.
[アルミニウム合金鍛造用素材]
先ず、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金鍛造用素材である。
本実施形態のアルミニウム合金鍛造用素材は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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するアルミニウム合金鍛造用素材であって、鋳造後の導電率が25%IACS以上35%IACS以下、かつ、ロックウェル硬さHRFが62以上82以下である。
[Aluminum alloy forging materials]
First, an aluminum alloy forging material according to one embodiment of the present invention.
The aluminum alloy forging material of this embodiment contains Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.60 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.35 mass% or more and 0.60 mass% or less, Fe in the range of 0.15 mass% or more and 0.30 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, and Ti in the range of 0.01 mass% or more and 0.02 mass% or less. 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 less than 1.4 by mass, and the balance is Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has an alloy composition in which the electrical conductivity after casting is 25% IACS to 35% IACS and the Rockwell hardness HRF is 62 to 82.
本発明の別の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造用素材は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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から構成されるアルミニウム合金鍛造用素材であって、鋳造後の導電率が25%IACS以上35%IACS以下、かつ、ロックウェル硬さHRFが62以上82以下である。
Fe/Mnは、質量比で0.3以上1.0以下とすることができ、また、0.4以上0.8以下とすることができ、また、0.4以上0.7以下とすることができる。
An aluminum alloy material for forging according to another 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 0.60% by mass to 1.25% by mass, Si in the range of 0.90% by mass to 1.4% by mass, Mn in the range of 0.35% by mass to 0.60% by mass, Fe in the range of 0.15% by mass to 0.30% by mass, Zn in the range of 0.25% by mass, 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. the aluminum alloy forging material is an aluminum alloy having an alloy composition containing 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less, B 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 in mass ratio of 0.3 or more and 1.2 or less, and the balance being Al and unavoidable impurities, and the aluminum alloy forging material has an electrical conductivity after casting of 25% IACS or more and 35% IACS or less, and a Rockwell hardness HRF of 62 or more and 82 or less.
The Fe/Mn mass ratio can be set to 0.3 or more and 1.0 or less, or 0.4 or more and 0.8 or less, or 0.4 or more and 0.7 or less.
上記実施形態のアルミニウム合金鍛造用素材は、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 forging material in the above embodiment corresponds to a 6000 series aluminum alloy in that it contains Mg and Si.
(導電率:25%IACS以上35%IACS以下)
上記実施形態のアルミニウム合金鍛造用素材の導電率は、25%IACS以上35%IACS以下である。この導電率は室温における導電率であるとし、この室温とは20℃±15℃程度とする。
導電率が25%IACS未満の場合は硬すぎて加工性が低下する、35%IACSを超える場合は柔らかいことで切削性(切粉分断性)の悪化、及び最終製品の保証強度を満足できないことがある。
(Electrical conductivity: 25% IACS or more and 35% IACS or less)
The electrical conductivity of the aluminum alloy forging material of the above embodiment is 25% IACS or more and 35% IACS or less. This electrical conductivity is the electrical conductivity at room temperature, which is approximately 20°C ± 15°C.
If the electrical conductivity is less than 25% IACS, the material will be too hard and its workability will be reduced, and if it exceeds 35% IACS, the material will be too soft, which will result in a deterioration in machinability (ability to separate chips), and the guaranteed strength of the final product may not be met.
(ロックウェル硬さHRF:62以上82以下)
上記実施形態のアルミニウム合金鍛造用素材のロックウェル硬さHRFは、62以上82以下である。ここで、ロックウェル硬さHRFはJISZ2245:2016の「ロックウェル硬さ試験-試験方法」に準拠して測定された値である。
ロックウェル硬さHRFがこの範囲であれば、加工性が良好だからである。すなわち、ロックウェル硬さHRFが62未満の場合は柔らかいことで切削性(切粉分断性)の悪化、及び最終製品の保証強度を満足できないことがあり、82を超える場合は硬すぎて加工性が低下する。
(Rockwell hardness HRF: 62 or more and 82 or less)
The Rockwell hardness HRF of the aluminum alloy forging material of the above embodiment is equal to or greater than 62 and equal to or less than 82. Here, the Rockwell hardness HRF is a value measured in accordance with JIS Z2245:2016 "Rockwell hardness test - Test method."
This is because a Rockwell hardness HRF within this range provides good workability. That is, if the Rockwell hardness HRF is less than 62, the material is too soft, resulting in poor machinability (chip breakability) and the guaranteed strength of the final product may not be satisfied, while if it exceeds 82, the material is too hard, resulting in poor workability.
[アルミニウム合金鍛造品]
本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金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。これら2つの連結部4には、それぞれ貫通孔が設けられていればよい。この形状のアルミニウム合金鍛造品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]
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 forging according to one embodiment of the present invention.
As shown in Figure 1, an aluminum alloy forging 1a has a long portion 2 and connecting portions 4a, 4b connected to both ends of the long portion 2 in the longitudinal direction. The long portion has a rectangular cross section. Each of the two connecting portions 4 may have a through hole. An aluminum alloy forging 1a having this shape can be used as, for example, an I-type suspension arm.
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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するアルミニウム合金から構成されるアルミニウム合金鍛造品であって、粒界を含む2.0μm以内にMnを含有する析出物の数密度が4個/μm2以上含まれており、結晶方位差15゜以上の大角粒界の比率が27%以下である。
また、本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、常温における衝撃値において、10J/cm2以上とされている。
The aluminum alloy forged product of this embodiment contains Cu in the range of 0.25 mass% or more and 0.55 mass% or less, Mg in the range of 0.60 mass% or more and 1.25 mass% or less, Si in the range of 0.90 mass% or more and 1.4 mass% or less, Mn in the range of 0.35 mass% or more and 0.60 mass% or less, Fe in the range of 0.15 mass% or more and 0.30 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, and Ti in the range of 0.01 mass% or less. and Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.1% by mass or less, B 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) of less than 1.4 in mass ratio, and the balance being Al and unavoidable impurities, wherein the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm including grain boundaries is 4 precipitates/ μm2 or more, and the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less.
Furthermore, the aluminum alloy forged product of this embodiment has an impact value of 10 J/cm 2 or more at room temperature.
粒界を含む2.0μm以内に含まれるMnを含む析出物のサイズを例示すると、0.5μm以下である。 For example, the size of precipitates containing Mn within 2.0 μm, including grain boundaries, is 0.5 μm or less.
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、MgとSiを含む点で6000系アルミニウム合金の鍛造品に相当する。 The aluminum alloy forged product of this embodiment corresponds to a 6000 series aluminum alloy forged product in that it contains Mg and Si.
(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, 0.55% by mass or less)
Cu has the effect of finely dispersing Mg-Si compounds in the aluminum alloy and improving the tensile strength of the aluminum alloy by precipitating as Al-Cu-Mg-Si compounds such as the Q phase. By keeping the Cu content within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forging 1a at room temperature can be improved.
(Mg:0.60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: 0.60 mass% or more, 1.25 mass% or less)
Mg has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy. Mg contributes to strengthening the aluminum alloy by dissolving in the aluminum matrix or by precipitating as Mg-Si compounds (Mg 2 Si) such as the β″ phase, or Al-Cu-Mg-Si compounds (AlCuMgSi) such as the Q phase. Mg 2 Si also has the effect of suppressing the formation of CuAl 2 phase in the aluminum alloy. Suppressing the formation of CuAl 2 phase improves the corrosion resistance of the aluminum alloy forging 1a. When the Mg content is within the above range, the corrosion resistance as well as the mechanical properties at room temperature of the aluminum alloy forging 1a can be improved.
(Si:0.90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: 0.90 mass% or more, 1.4 mass% or less)
Like Mg, Si has the effect of improving the mechanical properties and corrosion resistance of the aluminum alloy forging 1a at room temperature. However, if excessive Si is added to the aluminum alloy, coarse primary Si grains may crystallize, which may reduce the tensile strength of the aluminum alloy. By keeping the Si content within the above range, it is possible to improve the mechanical properties and corrosion resistance of the aluminum alloy forging 1a at room temperature while suppressing the crystallization of primary Si.
(Mn:0.35質量%以上、0.60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: 0.35 mass% or more, 0.60 mass% or less)
Mn has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy by forming fine granular precipitates containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si and Al-Mn-Cr-Fe-Si in the aluminum alloy. By ensuring that the Mn content is within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forging 1a at room temperature can be improved.
(Fe:0.15質量%以上、0.30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1.4未満である。Fe/Mnの関係が1.4未満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、且つ結晶粒内にAlMn系化合物の数密度を向上させることができる。
(Fe: 0.15% by mass or more, 0.30% by mass or less)
Fe has the effect of improving the tensile strength of the aluminum alloy by crystallizing in the aluminum alloy as fine crystallized particles including intermetallic compounds such as Al-Mn-Fe-Si, Al-Mn-Cr-Fe-Si, Al-Fe-Si, Al-Cu-Fe, and Al-Mn-Fe. By keeping the Fe content within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forging 1a at room temperature can be improved.
The Fe/Mn relationship is less than 1.4. By making the Fe/Mn relationship less than 1.4, it is possible to suppress the crystallization of AlFeSi-based compounds having a size of 3.0 μm or more, and to increase the number density of AlMn-based compounds in the crystal grains.
(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 acts to improve the tensile strength of the aluminum alloy by forming fine granular crystallized products containing intermetallic compounds such as Al-Mn-Cr-Fe-Si and Al-Fe-Cr in the aluminum alloy. By keeping the Cr content within the above range, the mechanical properties of the aluminum alloy forging 1a at room temperature can be improved.
(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 its wrought workability. If the Ti content is less than 0.01% by mass, the effect of refining the crystal grains may not be sufficient. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.1% by mass, coarse crystals may be formed, which may reduce the wrought workability. Furthermore, if a large amount of coarse crystals containing Ti are mixed into the aluminum alloy forged product 1a, the toughness may be reduced. Therefore, the Ti content is set to 0.012% by mass or more and 0.035% by mass or less. The Ti content is preferably 0.015% by mass or more and 0.050% by mass or less.
(B:0.001質量%以上、0.03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: 0.001% by mass or more, 0.03% by mass or less)
B has the effect of refining the crystal grains of an aluminum alloy and improving its wrought workability. Adding B to an aluminum alloy together with the above-mentioned Ti improves the effect of refining the crystal grains. 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 may be formed and may be mixed into the aluminum alloy forged product 1a as inclusions. Furthermore, if a large amount of coarse crystals containing B are mixed into the final aluminum alloy product, the toughness may be reduced. Therefore, the B content is set to 0.0010% by mass or more and 0.030% by mass or less. The B content is preferably 0.0050% by mass or more and 0.025% by mass or more.
(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% by mass or more, 0.05% by mass or less)
When Zr is 0.05% by mass or less, it precipitates in the form of Al 3 Zr and Al-(Ti,Zr), thereby suppressing recrystallization and contributing to improving the strength of the aluminum alloy forged product 1a through precipitation strengthening. If the Zr content exceeds 0.050% by mass, it may crystallize as coarse Zr compounds, which may lead to a decrease in the corrosion resistance of the aluminum alloy forged product 1a. For this reason, the Zr content is set to 0.050% by mass or less. In addition, in order to obtain the above-mentioned effects of suppressing recrystallization and improving the strength of the forged product through precipitation strengthening, the Zr content is preferably 0.0010% by mass or more.
(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 should be 0.250% by mass or less. If the Zn content exceeds 0.250% by mass, MgZn2 is generated and precipitates from the Al matrix at grain boundaries, causing intergranular corrosion and leading to a decrease in the corrosion resistance of the aluminum alloy forged product. Therefore, it is preferable that the Zn content be 0.250% by mass or less, or that no Zn be included 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 raw materials or the manufacturing process. Examples of inevitable impurities include Ni, Sn, and Be. The content of these inevitable impurities preferably does not exceed 0.1% by mass.
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品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 longitudinal central portion 2a of the long portion 2 of the aluminum alloy forging 1a of this embodiment is the portion to which the maximum principal stress is applied when the aluminum alloy forging 1a is used, for example, as a suspension arm for a vehicle. The central portion 2a is, for example, a region that is 1% to 80% of the entire long portion 2, including the longitudinal center of the long portion 2. The aspect ratio of the long portion 2 (longitudinal length/length of the short side perpendicular to the longitudinal direction) is, for example, 2 to 100. The cross section of the central portion 2a of the long portion 2 is a cross section (hereinafter sometimes referred to as the central cross section) taken along the direction in which pressure was applied when manufacturing the aluminum alloy forging 1a by forging.
(平均粒子径が3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物を含まない)
アルミニウム合金鍛造品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3.0μm以上のAIFeSi(Mn)系化合物が存在すると、機械的特性(引張特性/疲労特性等)が低下するおそれがある。
(Does not contain AIFeSi(Mn) compounds with an average particle size of 3.0 μm or more)
The alloy structure in the central cross section of the aluminum alloy forging 1a is made to contain no AIFeSi(Mn)-based compounds with an average particle size of 3.0 μm or more, as the presence of AIFeSi(Mn)-based compounds with an average particle size of 3.0 μm or more may result in a decrease in mechanical properties (tensile properties, fatigue properties, etc.).
(衝撃値が10J/cm2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℃)での衝撃値が10J/cm2以上の機械的特性を有する。この衝撃値が10J/cm2未満では、部品の耐久性が低下する虞がある。
本明細書において、「衝撃値」はJIS Z2242-2005の「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」の規定に準拠して測定して得られたシャルピー衝撃強度を意味するものである。試験片としては、円柱状の試験片を使用して測定するものとする。
(Impact value is 10 J/cm2 or more )
The central cross section of the aluminum alloy forged product 1a has mechanical properties such that the impact value at room temperature (20°C) is 10 J/ cm2 or more. If this impact value is less than 10 J/ cm2 , the durability of the part may be reduced.
In this specification, the term "impact value" refers to the Charpy impact strength measured in accordance with the "Charpy impact test method for metallic materials" specified in JIS Z2242-2005. The measurement is performed using a cylindrical test piece.
(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 with a crystal orientation difference of 15° or more (high-angle grain boundaries) are an indicator of the degree of recrystallization in the long portion 2 of the aluminum alloy forging 1a. A ratio of these high-angle grain boundaries of 27% or less indicates that recrystallization is sufficiently suppressed. Sufficient suppression of recrystallization improves the mechanical properties of the long portion 2. The ratio of high-angle grain boundaries can be obtained from an EBSD image.
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、粒界を含む2.0μm以内にサイズが0.5μm以下のMnを含有する析出物の数密度が4個/μm2以上含まれており、且つ結晶方位差15°以上の大角粒界の比率27%以下の合金組織を有する。
このため、長尺部2の中央部2aは、引張特性や疲労特性が高く、靭性に優れ耐衝撃性が向上する。
The aluminum alloy forging 1a of this embodiment, configured as described above, is made of an aluminum alloy having the above-described alloy composition, and therefore is less likely to undergo recrystallization during production. Therefore, excessively coarse crystal grains are less likely to form. Furthermore, the cross section of the central portion 2a of the long portion 2 of the aluminum alloy forging 1a of this embodiment has an alloy structure in which Mn-containing precipitates with a size of 0.5 μm or less are present at a number density of 4/μm2 or more within 2.0 μm, including the grain boundaries, and the proportion of high-angle grain boundaries with a crystal orientation misorientation of 15° or more is 27% or less.
Therefore, the central portion 2a of the long portion 2 has high tensile properties and fatigue properties, excellent toughness, and improved impact resistance.
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品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 product 1a of this embodiment has high strength and durability in the central portion 2a of the long portion 2, and is lightweight, making it advantageous for use as a suspension arm for vehicles such as automobiles.
図1に示す本実施形態のアルミニウム合金鍛造品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 forging 1a of this embodiment shown in Figure 1, one connecting portion 4a is cylindrical with a relatively small diameter, and one connecting portion 4b is cylindrical with a relatively large diameter, and the long portion 2 has a shape that widens in width from the end edge on the side of one connecting portion 4a toward the end edge on the side of the other connecting portion 4b. However, the shape of the aluminum alloy forging 1a is not limited to this. For example, one connecting portion 4a and the other connecting portion 4b of the aluminum alloy forging 1a may have the same shape. The width of the long portion 2 may be constant. Furthermore, the long portion 2 may have a curved shape. Three or more connecting portions 4 may be formed.
図2は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金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。連結部4cには、貫通孔が設けられている。このアルミニウム合金鍛造品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 portions 4c, 4d, and 4e. The connecting portions 4c and 4d are connected by a long portion 2, and the connecting portions 4d and 4e are connected by a short portion 5 that is relatively shorter than the long portion 2. A through hole is provided in the connecting portion 4c. This aluminum alloy forging 1b can be used, for example, as an L-shaped suspension arm.
図3は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金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。連結部4fには、貫通孔が設けられている。このアルミニウム合金鍛造品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 portions 4f, 4g, and 4h. The connecting portions 4f and 4g are connected to each other by the long portion 2, and the connecting portions 4f and 4h are connected to each other by the long portion 2. A through hole is provided in the connecting portion 4f. This aluminum alloy forging 1b can be used, for example, as an A-type suspension arm.
本発明の別の実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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から構成されるアルミニウム合金鍛造品であって、粒界を含む2.0μm以内にMnを含有する析出物の数密度が4個/μm2以上含まれており、結晶方位差15゜以上の大角粒界の比率が27%以下である。
また、本実施形態のアルミニウム合金鍛造品は、常温における衝撃値において、10J/cm2以上とされている。
Fe/Mnは、質量比で0.3以上1.0以下とすることができ、また、0.4以上0.8以下とすることができ、また、0.4以上0.7以下とすることができる。
In another embodiment of the present invention, an aluminum alloy forging contains Cu in the range of 0.25% by mass to 0.55% by mass, Mg in the range of 0.60% by mass to 1.25% by mass, Si in the range of 0.90% by mass to 1.4% by mass, Mn in the range of 0.35% by mass to 0.60% by mass, Fe in the range of 0.15% by mass to 0.30% by mass, Zn in the range of 0.25% by mass, Cr in the range of 0.050% by mass to 0.30% by mass, and Ti in the range of 0.01% by mass. and Zr in the range of 0.0010% by mass or more and 0.1% by mass or less, B 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) in mass ratio is 0.3 or more and 1.2 or less, and the balance is Al and unavoidable impurities, wherein the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm including grain boundaries is 4 precipitates/μm2 or more , and the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less.
Furthermore, the aluminum alloy forged product of this embodiment has an impact value of 10 J/cm 2 or more at room temperature.
The Fe/Mn mass ratio can be set to 0.3 or more and 1.0 or less, or 0.4 or more and 0.8 or less, or 0.4 or more and 0.7 or less.
粒界を含む2.0μm以内に含まれるMnを含む析出物のサイズを例示すると、0.5μm以下である。 For example, the size of precipitates containing Mn within 2.0 μm, including grain boundaries, is 0.5 μm or less.
[アルミニウム合金鍛造品の製造方法]
次に、本実施形態のアルミニウム合金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鍛造品の製造方法は、例えば、溶湯形成工程と、鋳造工程と、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。
[Method for 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 manufacturing an aluminum alloy forged product of this embodiment includes, for example, a molten metal forming step, a casting step, a forging step, a solution treatment step, a quenching treatment step, and an aging treatment 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、Cuを0.25質量%以上0.55質量%以下の範囲内、Mgを0.60質量%以上1.25質量%以下の範囲内、Siを0.90質量%以上1.4質量%以下の範囲内、Mnを0.35質量%以上0.60質量%以下の範囲内、Feを0.15質量%以上0.30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。
Fe/Mnが質量比で0.3以上1.2以下となるように調整してもよい。
(Molten metal forming process)
The molten metal forming step is a step of melting raw materials to obtain a molten aluminum alloy having a composition adjusted to include Cu in a range of 0.25 mass% to 0.55 mass%, Mg in a range of 0.60 mass% to 1.25 mass%, Si in a range of 0.90 mass% to 1.4 mass%, Mn in a range of 0.35 mass% to 0.60 mass%, Fe in a range of 0.15 mass% to 0.30 mass%, Zn in a range of 0.25 mass%, and Cr in a range of 0.050 mass% to 0.30 mass%. The molten metal of a 6000 series aluminum alloy is obtained by adjusting the alloy composition to contain the following alloy elements: 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 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) of less than 1.4 in terms of mass ratio, with the balance being Al and unavoidable impurities.
The Fe/Mn mass ratio may be adjusted to be 0.3 or more and 1.2 or less.
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。 By carrying out the subsequent processes using molten aluminum alloy with the above composition, it is possible to obtain Al-Mg-Si aluminum alloy forgings that are resistant to recrystallization and have excellent mechanical properties at room temperature. Note that virgin aluminum ingot is aluminum with a concentration of 99% or more, 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。 Molten aluminum alloys can be obtained by heating and melting an aluminum alloy. Alternatively, they can be formed by melting a mixture containing the elements or compounds containing two or more elements that are the raw materials for the aluminum alloy, in the ratio required to produce the desired aluminum alloy. For example, to control the grain size of the aluminum alloy produced in the casting process, Ti or B can be mixed in as a grain refiner, such as an Al-Ti-B rod.
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 materials for the molten aluminum alloy may be 10% or more scrap material of 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, or 7000 series aluminum alloys, with the remainder being virgin aluminum ingots and the above-mentioned additive elements. These may be melted to obtain a molten aluminum alloy with an adjusted composition. In this case, it is possible to obtain Al-Mg-Si aluminum alloy forgings that are less prone to recrystallization and have excellent mechanical properties at room temperature. Note that virgin 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, a 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 performed, for example, by horizontal continuous casting.
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。
4 and 5 show a horizontal continuous casting apparatus that can be used to manufacture the aluminum alloy cast product of this embodiment.
4 is a cross-sectional view showing an example of the vicinity of the mold 12 of the horizontal continuous casting apparatus 10. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of the horizontal continuous casting apparatus 10 near the cooling water cavity 24.
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 continuous casting apparatus 10 shown in Figures 4 and 5 has a molten metal receiving portion (tundish) 11, a hollow cylindrical mold 12, and a refractory plate-like body (insulating member) 13 arranged between one end side 12a of the mold 12 and the molten metal receiving portion 11.
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 metal receiving portion 11 is composed of a molten metal inlet portion 11a that receives the molten aluminum alloy M obtained in the molten metal forming process described above, a molten metal holding portion 11b, and an outlet portion 11c that flows into the hollow portion 21 of the mold 12.
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 metal receiver 11 maintains the upper liquid level of the molten aluminum alloy M at a position higher than the upper surface of the hollow portion 21 of the mold 12, and in the case of multiple casting, stably distributes the molten aluminum alloy M to each mold 12.
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 metal holding portion 11b in the molten metal receiving portion 11 is poured into the hollow portion 21 of the mold 12 through the pouring passage 13a provided in the refractory plate 13. The molten aluminum alloy M supplied to the hollow portion 21 is then cooled and solidified by the cooling device 23 (described below), and is withdrawn from the other end 12b of the mold 12 as a solidified ingot, an aluminum alloy rod B.
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。 A withdrawal drive device (not shown) that withdraws the cast aluminum alloy rod B at a constant speed may be installed at the other end 12b of the mold 12. It is also preferable to install a synchronized cutting machine (not shown) that cuts the continuously withdrawn aluminum alloy rod B to any desired length.
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 refractory plate 13 is a member that blocks heat transfer between the molten metal receiver 11 and the mold 12, and may be made of materials such as calcium silicate, alumina, silica, a mixture of alumina and silica, silicon nitride, silicon carbide, graphite, etc. Such a refractory plate 13 can also be made up of multiple layers made of different materials.
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種以上の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 mold 12 is a hollow cylindrical member made of, for example, one or a combination of two or more materials selected from aluminum, copper, or alloys thereof. The materials for the mold 12 can be selected based on an optimal combination in terms of thermal conductivity, heat resistance, and mechanical strength.
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 hollow portion 21 of the mold 12 is formed with a circular cross section to cast the aluminum alloy rod B into a cylindrical rod shape, and the mold 12 is held so that the mold central axis (central axis) C, which passes through the center of this hollow portion 21, is aligned approximately horizontally.
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1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 peripheral surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12 is formed at an elevation angle of 0° to 3° (more preferably 0° to 1°) relative to the mold center axis C toward the casting direction of the aluminum alloy bar B (see Figure 1). In other words, the inner peripheral surface 21a is configured with a tapered shape that opens out like a cone toward the casting direction. The angle of this taper is the elevation angle.
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 other end 12b, which is the mold outlet, when it is pulled out of the mold 12, making casting difficult. On the other hand, if the elevation angle exceeds 3°, the inner surface 21a will not make sufficient contact with the molten aluminum alloy M, reducing the heat transfer effect from the molten aluminum alloy M and its solidified shell to the mold 12, which may result in insufficient solidification. This is undesirable as it may result in casting problems such as the formation of a remelted skin on the surface of the aluminum alloy rod B or the ejection of unsolidified molten aluminum alloy M from the end of the aluminum alloy rod B.
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 hollow portion 21 of the mold 12 (the planar shape of the hollow portion 21 of the mold 12 when viewed from the other end 21b) may be selected to match the shape of the aluminum alloy rod to be cast, such as a triangular or rectangular cross-sectional shape, a polygonal, semicircular, elliptical, or an irregular cross-sectional shape that does not have an axis or plane of symmetry, in addition to the circular shape of this embodiment.
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 fluid supply pipe 22 is disposed at one end 12a of the mold 12, supplying lubricating fluid into the hollow portion 21 of the mold 12. The lubricating fluid supplied from the fluid supply pipe 22 can be one or more types of lubricating fluid selected from gas lubricants and liquid lubricants. When supplying both gas lubricants and liquid lubricants, it is preferable to provide separate fluid supply pipes for each. The lubricating fluid supplied under pressure from the fluid supply pipe 22 is supplied into the hollow portion 21 of the mold 12 through the annular lubricant supply port 22a.
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, pressurized lubricating fluid is supplied from the lubricant supply port 22a to the inner surface 21a of the mold 12. Alternatively, the liquid lubricant may be heated to decompose into a gas, which is then supplied to the inner surface 21a of the mold 12. Alternatively, a porous material may be placed in the lubricant supply port 22a, and the lubricating fluid may be allowed to seep out onto the inner surface 21a of the mold 12 through this porous material.
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。 A cooling device 23, which is a cooling means for cooling and solidifying the molten aluminum alloy M, is formed inside the mold 12. In this embodiment, the cooling device 23 has a cooling water cavity 24 that contains cooling water W for cooling the inner surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12, and a cooling water injection passage 25 that connects this cooling water cavity 24 with the hollow portion 21 of the mold 12.
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 water cavity 24 is formed in a ring shape surrounding the hollow portion 21, outside the inner surface 21a of the hollow portion 21 inside the mold 12, and cooling water W is supplied through a cooling water supply pipe 26.
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 inner surface 21a of the mold 12 is cooled by the cooling water W contained in the cooling water cavity 24, which removes heat from the molten aluminum alloy M filling the hollow portion 21 of the mold 12 through the surface that contacts the inner surface 21a of the mold 12, forming a solidified shell on the surface of the molten aluminum alloy M.
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 water injection passage 25 also sprays cooling water W directly from the shower opening 25a facing the hollow portion 21 toward the aluminum alloy rod B at the other end 12b of the mold 12, thereby cooling the aluminum alloy rod B. The vertical cross-sectional shape of the cooling water injection passage 25 may be, in addition to the circular shape of this embodiment, a semicircular, pear-shaped, or horseshoe-shaped shape, for example.
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 via the cooling water supply pipe 26 is first stored in the cooling water cavity 24 to cool the inner surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12, and then the cooling water W from the cooling water cavity 24 is sprayed toward the aluminum alloy rod B from the cooling water spray passage 25.However, these can also be configured to be supplied by separate cooling water supply pipes.
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 of the central axis of the shower opening 25a of the cooling water injection passage 25 hits the surface of the cast aluminum alloy rod B to the contact surface between the mold 12 and the refractory plate 13 is called the effective mold length L, and this effective mold length L is preferably, for example, 10 mm or more and 40 mm or less. If this effective mold length L is less than 10 mm, casting is impossible because a good coating will not be formed. If it exceeds 40 mm, the effect of forced cooling will be reduced, solidification will occur due to the mold wall, and contact resistance between the mold 12 and the molten aluminum alloy M or aluminum alloy rod B will increase, which may lead to unstable casting, such as cracks on the casting surface or tearing inside the mold, and this is undesirable.
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 water cavities 24 and the spraying of cooling water W from the shower openings 25a of the cooling water spray passages 25 can each be controlled by control signals from a control device (not shown).
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 water cavity 24 is formed so that the inner bottom surface 24a near the hollow portion 21 of the mold 12 is parallel to the inner peripheral surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12.
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" here also includes cases where the inner peripheral surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12 is formed at an elevation angle of 0° to 3° relative to the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24, i.e., cases where the inner bottom surface 24a is inclined from 0° to 3° relative to the inner peripheral surface 21a.
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 wall portion 27 of the mold 12, which is the portion where the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24 faces the inner surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12, is formed so that the heat flux value per unit area from the molten aluminum alloy M in the hollow portion 21 toward the cooling water W in the cooling water cavity 24 is in the range of 10 x 105 W/ m2 or more and 50 x 105 W/ m2 or less.
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 mold 12 should be formed so that the thickness t of the cooling wall portion 27 of the mold 12, i.e., the distance between the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24 and the inner peripheral surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12, is, for example, in the range of 0.5 mm to 3.0 mm, preferably 0.5 mm to 2.5 mm. Furthermore, the material for forming the mold 12 should be selected so that the thermal conductivity of at least the cooling wall portion 27 of the mold 12 is in the range of 100 W/m·K to 400 W/m·K.
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 Figure 4, the molten aluminum alloy M in the molten metal receiver 11 is supplied through a refractory plate 13 to one end 12a of a mold 12, which is held so that the mold center axis C is approximately horizontal, and is forcibly cooled at the other end 12b of the mold 12 to form an aluminum alloy rod B.
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 drawn out at a constant speed by a drawing drive device (not shown) installed near the other end 12b of the mold 12, so that it is continuously cast into a long aluminum alloy rod B. The drawn aluminum alloy rod B is then cut to the desired length, for example, by a synchronized cutting machine (not shown).
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, using a photoelectric emission spectrophotometer (e.g., PDA-5500 manufactured by Shimadzu Corporation, Japan) 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 molten metal receiver 11 and the upper inner circumferential surface 21a of the mold 12 is preferably 0 mm to 250 mm (more preferably 50 mm to 170 mm). By keeping it within this range, the pressure of the molten aluminum alloy M supplied into the mold 12 is optimally balanced with the lubricating oil and the gas produced by vaporizing the lubricating oil, resulting in stable castability.
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。 Lubricating vegetable oils can be used as liquid lubricants. Examples include rapeseed oil, castor oil, and salad oil. These are preferred because they have little adverse impact 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 leak from the mold 12 due to insufficient lubrication.
If the amount of supply is excessive, the excess may be mixed into the aluminum alloy rod B, causing internal defects.
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 withdrawn from the mold 12, is preferably 200 mm/min or more and 1500 mm/min or less (more preferably 400 mm/min or more and 1000 mm/min or less). This is because a casting speed within this range results in a uniform and fine network structure of the crystals formed during casting, which increases the resistance of the aluminum matrix to deformation at high temperatures and improves its high-temperature mechanical strength.
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 shower openings 25a of the cooling water spray passages 25 is preferably 10 L/min or more and 50 L/min or less (more preferably 25 L/min or more and 40 L/min or less) per mold. If the amount of cooling water is less than this, the molten aluminum alloy M may not solidify and leak from the mold 12. In addition, the surface of the cast aluminum alloy bar B may remelt, forming an uneven structure that may remain as internal defects. On the other hand, if the amount of cooling water is greater than this range, the mold 12 may lose too much heat, causing it to solidify prematurely.
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 molten metal receiver 11 into the mold 12 is preferably, for example, 650°C or higher and 750°C or lower (more preferably 680°C or higher and 720°C or lower). If the temperature of the molten aluminum alloy M is too low, coarse crystals may form in the mold 12 or before that, and these may be incorporated into the aluminum alloy rod B as internal defects. On the other hand, if the temperature of the molten aluminum alloy M is too high, large amounts of hydrogen gas may be easily incorporated into the molten aluminum alloy M, which may be incorporated into the aluminum alloy rod B as porosity, causing internal cavities.
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 hollow portion 21 to the cooling water W in the cooling water cavity 24 in the cooling wall portion 27 of the mold 12 to a range of 10 x 10 5 W/m 2 or more and 50 x 10 5 W/m 2 or less, it is possible to prevent the aluminum alloy rod B from sticking.
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 wall 27 of the mold 12 receives heat from the molten aluminum alloy M and performs heat exchange by cooling this heat with the cooling water W contained in the cooling water cavity 24. Regarding the state of this heat exchange, attention was focused on the heat flux per unit area, as shown in the explanatory diagram in Figure 6. The heat flux per unit area is expressed by the following equation (1) using Fourier's law.
Q=-k×(T1-T2)/L...(1)
Q: heat flux k: thermal conductivity (W/m·K) of the portion through which heat passes (in this embodiment, the cooling wall portion 27 of the mold 12)
T1: low-temperature side temperature of the location where heat passes (in this embodiment, the inner bottom surface 24a of the cooling water cavity 24)
T2: High-temperature side temperature of the location where heat passes (in this embodiment, the inner circumferential surface 21a of the hollow portion 21 of the mold 12)
L: Length (mm) of the section where heat passes (in this embodiment, the thickness t of the cooling wall portion 27 of the mold 12)
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 showed good results even when the amount of lubricating oil was reduced during casting, the cooling wall portion 27 of the mold 12 is configured so that the heat flux value per unit area is 10×10 5 W/m 2 or more, thereby preventing seizure of the cast aluminum alloy bar B. It is also preferable that the heat flux value per unit area is 50×10 5 W/m 2 or less.
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 ensure that the cooling wall portion 27 of the mold 12 falls within this heat flux value range, the mold 12 may be formed so that the thickness t of the cooling wall portion 27 of the mold 12 is, for example, in the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less. Furthermore, the thermal conductivity of at least the cooling wall portion 27 of the mold 12 may be in the range of 100 W/m·K or more and 400 W/m·K or less.
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 producing the aluminum alloy rod B of this embodiment, the horizontal continuous casting apparatus 10 described above is used to continuously supply the molten aluminum alloy M stored in the molten metal receiving portion 11 from one end side 12a of the mold 12 into the hollow portion 21. Cooling water W is also supplied to the cooling water cavity 24, and a lubricating fluid, such as lubricating oil, is supplied from the fluid supply pipe 22.
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 hollow portion 21 is then cooled and solidified under conditions where the heat flux value per unit area at the cooling wall portion 27 is 10× 10 W/ m2 or more, thereby casting the aluminum alloy rod B. Furthermore, when casting the aluminum alloy rod B, it is preferable to set the wall surface temperature of the cooling wall portion 27 of the mold 12, which is cooled by cooling water W, to 100°C or less.
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 wall portion 27 is 10×10 5 W/m 2 or more, thereby suppressing the adhesion of reaction products, such as carbides, caused by contact between the lubricating oil gas and the molten aluminum alloy M. This eliminates the need to cut and remove carbides and the like from the surface of the aluminum alloy rod B, and allows the aluminum alloy rod B to be produced with a high yield.
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 known continuous casting methods such as vertical continuous casting can also be used. Vertical continuous casting methods are classified into the float method and the hot top method depending on the method by which the molten aluminum alloy M is supplied to the mold (casting die 12). Below, we 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 tapping port and then through the header, where its flow rate is adjusted, before entering 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 removed from the mold, allowing the metal to solidify 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 a coolant to be introduced 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 used can be selected from those available industrially, but water is recommended from the standpoint 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 made of a metal such as copper or aluminum, or graphite, selected 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 above the mold. There are no particular restrictions on the material and size of the header, and they can be selected appropriately depending on the composition range of the alloy being cast and the dimensions of the cast product.
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 selected appropriately from a generally recommended range, such as 10 to 300°C/sec. The casting speed may be selected appropriately from a range generally used in 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 allows for the production of uniform metal structures even in medium to large castings. There are no particular restrictions on the diameter of the castings, and it is suitable for use with rods with diameters of 30 to 100 mm.
(鍛造工程)
鍛造工程は、鋳造後のアルミニウム合金鋳造品を所定のサイズに切断して、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。本実施形態では、従来、鋳造後に偏析除去のために実施していた均質化処理を施さずに鍛造加工を実施する。そのため均質化処理でおこなっていた偏析除去を鍛造時素材加熱で実施する必要があるため、加熱は500℃以上、融点以下の温度で素材加熱を実施する必要がある。その後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。鍛造時素材加熱温度が500℃未満になると合金組織中のAlFeSi系、Mg2Si系等の化合物が偏析した状態で残存し、変形抵抗が高くなって十分な加工ができなくなる、及び割れが発生する。また融点温度を超えると共晶融解等の欠陥が発生し易くなる。
(Forging process)
The forging process involves cutting the cast aluminum alloy casting to a predetermined size, heating the resulting forging material to a predetermined temperature, and then applying pressure in a press to mold it into a die. In this embodiment, forging is performed without the homogenization treatment that was conventionally performed after casting to remove segregation. Therefore, the segregation removal that was previously performed in the homogenization treatment must be performed by heating the material during forging, so heating must be performed at a temperature above 500°C and below the melting point. Forging is then performed to obtain a forged product (e.g., an automobile suspension arm part, etc.). If the material heating temperature during forging is below 500°C, compounds such as AlFeSi and Mg 2 Si in the alloy structure remain in a segregated state, increasing deformation resistance and preventing sufficient processing, and cracks will occur. Furthermore, if the temperature exceeds the melting point, defects such as 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 step is a step in which the forged product obtained in the forging step is heated to bring about a solution, thereby alleviating the strain introduced in the forging step and causing the solute elements to dissolve.
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 higher and 560°C or lower for a period of 0.3 to 3 hours. The heating rate from room temperature to the above-mentioned treatment temperature is preferably 5.0°C/min or higher. If the treatment temperature is lower than 530°C, the solute elements may not be dissolved sufficiently. On the other hand, if the treatment temperature exceeds 560°C, the solute elements may be dissolved more easily, but eutectic melting and recrystallization may occur. Furthermore, if the heating rate is lower than 5.0°C/min, coarse precipitation of Mg2Si may occur. On the other hand, if the treatment temperature is lower than 530°C, the solution treatment may not progress, 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 by 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、鋳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 containing water (quenching water) and quenched by submerging the forged product. The water temperature in the water tank is preferably 20°C or higher and 60°C or lower. The forged product is preferably placed in the water tank after solution treatment for 5 seconds or higher and 60 seconds or lower so that all surfaces of the forged product come into contact with water. The submersion time of the forged product varies depending on the size of the casting, but is, for example, between 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 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に170℃以上、210℃以下の温度に加熱し、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、引張強度を向上させる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度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 higher and 210°C or lower and held at that temperature for 0.5 hours or longer and 7 hours or shorter to perform aging treatment. If the treatment temperature is lower than 170°C or the holding time is shorter than 0.5 hours, the Mg2Si -based precipitates that improve 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 tensile strength.
本発明の別の実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法は、上記鋳造工程と上記鍛造工程との間に、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。
この実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法は、上記実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法とは、均質化熱処理工程を有する点が異なる。
In another embodiment of the present invention, the method for producing an aluminum alloy forged product further includes, between the casting step and the forging step, a homogenization heat treatment step in which the aluminum alloy cast product is subjected to homogenization heat treatment by holding the aluminum alloy cast product at a temperature in the range of 370°C to 560°C for 2 hours to 10 hours.
The method for manufacturing an aluminum alloy forged product of this embodiment differs from the method for manufacturing an aluminum alloy forged product of the above embodiment in that it includes a homogenization heat treatment step.
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1~8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を用意した。用意したアルミニウム合金を用いて、直径82mmの断面円形の連続鋳造品を作製した。
[Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3]
(Production of continuous cast products)
First, an aluminum alloy was prepared having the alloy composition (the balance being aluminum) shown in Table 1 below. Using the prepared aluminum alloy, a continuous cast product having a circular cross section and a diameter of 82 mm was produced.
(アルミニウム合金鍛造品の製造)
次に、得られた連続鋳造品に対して、均質化熱処理工程(比較例1~3のみ)、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鍛造品1aを得た。均質化熱処理工程(比較例1~3のみ)、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 forged products)
Next, the obtained continuous cast product was subjected to a homogenization heat treatment step (only Comparative Examples 1 to 3), a forging step, a solution treatment step, a quenching treatment step, and an artificial aging treatment step in this order to obtain an aluminum alloy forged product 1a having the shape shown in Figure 1. The conditions for the homogenization heat treatment step (only Comparative Examples 1 to 3), the forging step, the solution treatment step, the quenching treatment step, and the artificial aging treatment step are shown in Table 2 below.
[評価]
以上のようにして得られた実施例1~8及び比較例1~3のアルミニウム合金鍛造品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 following evaluations were carried out on the central portion 2a in the longitudinal direction of the long portion 2 of the aluminum alloy forgings 1a of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 obtained as described above. The evaluation results of the central portion 2a of the long portion 2 are shown in Table 3 below.
<Fe/Mn>
Fe/Mnは実施例が0.3以上1.2以下、比較例が1.2超えとなるように調整した。
「〇」・・・0.3以上1.2以下である。
「×」・・・1.2超えである。
<Fe/Mn>
The Fe/Mn ratio was adjusted to 0.3 or more and 1.2 or less in the examples, and to more than 1.2 in the comparative examples.
"Good": 0.3 or more and 1.2 or less.
"×": Over 1.2.
<導電率(%IACS)>
得られた連続鋳造品の導電率は、室温にて測定した。
(判定基準)
「〇」・・・25%IACS以上35%IACS以下である。
「×」・・・25%IACS未満、または、35%IACS超えである。
<Electrical conductivity (%IACS)>
The electrical conductivity of the obtained continuous cast product was measured at room temperature.
(Judgment criteria)
"Good": 25% IACS or more and 35% IACS or less.
"X": Less than 25% IACS or more than 35% IACS.
<ロックウェル硬さ(HRF)>
得られた連続鋳造品のロックウェル硬さ(HRF)は、JISZ2245:2016の「ロックウェル硬さ試験-試験方法」に準拠して測定した。
(判定基準)
「〇」・・・62以上82以下である。
「×」・・・62未満、または、82超えである。
<Rockwell hardness (HRF)>
The Rockwell hardness (HRF) of the obtained continuous cast product was measured in accordance with JIS Z2245:2016 "Rockwell hardness test - Test method".
(Judgment criteria)
"〇": Between 62 and 82.
"X": Less than 62 or more than 82.
<機械的特性(衝撃特性)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(衝撃特性)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JIS Z2242に準拠してシャルピー衝撃試験を行うことによって、衝撃値を測定した。得られた衝撃値を、下記の判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「〇」・・・常温で衝撃値が10J/cm2以上である。
「×」・・・常温で衝撃値が10J/cm2未満である。
<Mechanical property (impact property) evaluation>
The central portion 2a of the long portion 2 of the aluminum alloy forged product 1a was cut as shown in Figure 7 to obtain a rectangular column for preparing a test specimen for evaluating mechanical properties (impact properties). The obtained rectangular column was processed to prepare a cylindrical test specimen for evaluating mechanical properties as shown in Figure 8. The parallel portion diameter A of the test specimen for evaluating mechanical properties was 8.0 mm, and the gauge length G was 30.0 mm. The test specimen for evaluating mechanical properties was subjected to a Charpy impact test at room temperature (25°C) in accordance with JIS Z2242 to measure the impact value. The obtained impact value was evaluated based on the following criteria.
(Judgment criteria)
"Good": Impact value is 10 J/cm 2 or more at room temperature.
"X": Impact value is less than 10 J/cm 2 at room temperature.
<微細化評価、再結晶・結晶粗大化評価>
アルミニウム合金鍛造品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、3.0μm以上のAlFeSi系化合物の数、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3.0μm以上のAlFeSi系化合物の数、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。
(判定基準)
(3.0μm以上のAlFeSi系化合物の数の判定基準)
「O」・・・無い場合(0個)。
「×」・・・有る場合。
(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。
<Refinement evaluation, recrystallization/crystal coarsening evaluation>
The central portion 2a of the long portion 2 of the aluminum alloy forging 1a was cut perpendicular to the surface of the central portion 2a to obtain a plate-like body (2 mm thick) for preparing a test piece for refinement evaluation. The obtained plate-like body was cut into a 7 mm square to obtain a 7 mm x 7 mm x 2 mm thick test piece for refinement evaluation. The surface (cross section of the central portion 2a) of the obtained test piece for refinement evaluation was measured using an SEM-EBSD (scanning electron microscope-electron backscatter diffraction) to measure the number of AlFeSi-based compounds of 3.0 μm or more and the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more. The number of AlFeSi-based compounds of 3.0 μm or more and the ratio of high-angle grain boundaries obtained were each judged based on the following criteria to evaluate the refinement of crystal grains and the recrystallization/crystal coarsening. The measurement conditions for SEM-EBSD were an acceleration voltage of 15 kV, a measurement pitch of 0.5 μm/px, an analysis area of 500×500 μm 2 , and a grain boundary definition angle of 15°.
(Judgment criteria)
(Criteria for determining the number of AlFeSi-based compounds of 3.0 μm or more)
"O": If none (0).
"×": If available.
(Criteria for determining the ratio of high-angle grain boundaries)
"O": Less than 27%.
"X": Over 27%.
<アルミニウム合金鍛造品におけるMn系を含む析出物の数密度測定法>
また、各アルミニウム合金鍛造品についてFE―SEM装置(電界放出型走査電子顕微鏡装置)を用いて、粒界を含む2.0μm以内にMnを含む析出物の数密度測定を行った。なお、アルミニウム合金鍛造品1aの長尺部2の中央部2aより約10mm×横10mm×厚さ10mmの大きさの組織観察用サンプル片を切り出し、このサンプル片を断面試料作製装置(Cross section polisher)を用いて研磨した。そして、この研磨後のサンプル片のFE-SEM写真(電界放出型走査電子顕微鏡写真)を撮影し、このSEM写真における視野面積1.5815mm2の範囲において、粒界を含む2.0μm以内にMnを含む析出物の数密度を求め、以下の判定基準で数密度を評価した。
(数密度の判定基準)
「O」・・・4個/μm2以上である。
「×」・・・4個/μm2以下である。
<Method for measuring the number density of precipitates containing Mn in aluminum alloy forgings>
In addition, for each aluminum alloy forging, a FE-SEM (field emission scanning electron microscope) was used to measure the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm, including grain boundaries. A sample piece for structure observation measuring approximately 10 mm x 10 mm x 10 mm was cut from the central portion 2a of the long portion 2 of the aluminum alloy forging 1a, and this sample piece was polished using a cross-section polisher. An FE-SEM (field emission scanning electron microscope) photograph of the polished sample piece was then taken, and the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm, including grain boundaries, was determined within a field area of 1.5815 mm2 in the SEM photograph, and the number density was evaluated according to the following criteria.
(Number density criteria)
"O": 4 particles/μm 2 or more.
"x": 4 particles/ μm2 or less.
<総合評価>
Fe/Mn比、導電率、ロックウェル硬さ、衝撃特性、3.0μm以上のAlFeSi系化合物の数、AlMn系化合物の数密度、結晶方位差15°以上の大角粒界の比率の7つの評価結果を、下記の判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「O」・・・7つの評価の全てが「O」である。
「×」・・・7つの評価のうち1つ以上が「×」である。
<Overall rating>
Seven evaluation results, namely, Fe/Mn ratio, electrical conductivity, Rockwell hardness, impact properties, the number of AlFeSi-based compounds of 3.0 μm or more, the number density of AlMn-based compounds, and the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more, were evaluated based on the following criteria.
(Judgment criteria)
"O": All seven ratings are "O".
"X": One or more of the seven evaluations is "X".
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…合金溶湯
W…冷却水
100…アルミニウム合金鍛造品
10...Horizontal continuous casting device 11...Molten metal receiving portion (tundish)
11a...molten metal inlet portion 11b...molten metal holding portion 11c...outlet portion 12...mold 12a...one end side 12b...other end side 13...refractory plate-shaped body (heat insulating member)
13a... Passage for pouring molten metal 21... Hollow portion 21a... Inner peripheral surface 21b... Other end side 22... Fluid supply pipe 22a... Lubricant supply port 23... Cooling device 24... Cooling water cavity 24a... Inner bottom surface 25... Cooling water injection passage 25a... Shower opening 26... Cooling water supply pipe 27... Cooling wall portion B... Aluminum alloy rod M... Molten alloy W... Cooling water 100... Aluminum alloy forging
Claims (2)
前記アルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る鋳造工程と、
前記鋳造品を500℃~融点以下の温度で素材加熱し塑性加工を施して鍛造品を得る鍛造工程と、
前記得られた鍛造品に20℃~500℃までの昇温速度が5.0℃/min以上で昇温し、530~560℃で0.3~3時間以内で保持する溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理の後5~60秒以内に前記鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、1分を超え、40分以内水槽内で焼き入れする焼き入れ工程と、
前記焼き入れ処理工程を経た鍛造品に180℃~220℃の温度で0.5時間~8時間加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を有し、
前記鋳造工程と前記鍛造工程との間に均質化熱処理を行う均質化熱処理工程を有しない、アルミニウム合金鍛造品の製造方法。 1. An aluminum alloy forging comprising an aluminum alloy having an alloy composition containing Cu in the range of 0.25 mass% to 0.55 mass%, Mg in the range of 0.60 mass% to 1.25 mass%, Si in the range of 0.90 mass% to 1.4 mass%, Mn in the range of 0.35 mass% to 0.60 mass%, Fe in the range of 0.15 mass% to 0.30 mass%, Zn in the range of 0.25 mass% or less, Cr in the range of 0.050 mass% to 0.30 mass%, Ti in the range of 0.01 mass% to 0.1 mass%, B in the range of 0.0010 mass% to 0.030 mass%, Zr in the range of 0.0010 mass% to 0.050 mass%, and the balance consisting of Al and unavoidable impurities, wherein the number density of precipitates containing Mn within 2.0 μm including grain boundaries is 4 precipitates/μm 2 or more, the ratio of high-angle grain boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more is 27% or less, and the impact value at room temperature is 10 J/ cm2 or more,
a molten metal forming step for obtaining a molten metal of the aluminum alloy;
a casting step of obtaining a casting by casting the obtained molten metal;
a forging step in which the casting is heated at a temperature of 500°C to the melting point and subjected to plastic working to obtain a forged product;
a solution treatment step in which the obtained forged product is heated from 20°C to 500°C at a heating rate of 5.0°C/min or more and then held at 530 to 560°C for 0.3 to 3 hours;
a quenching step in which all surfaces of the forged product are brought into contact with quenching water within 5 to 60 seconds after the solution treatment, and the forged product is quenched in a water tank for more than 1 minute and not more than 40 minutes;
an aging treatment step in which the forged product that has undergone the quenching treatment step is heated at a temperature of 180°C to 220°C for 0.5 hours to 8 hours to undergo aging treatment ;
A method for manufacturing an aluminum alloy forged product , which does not include a homogenization heat treatment step in which homogenization heat treatment is performed between the casting step and the forging step .
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