| 【発明の名称】 |
展伸材用アルミニウム合金 |
| 【発明者】 |
【氏名】大山 耕史
【氏名】戸次 洋一郎
【氏名】林 登
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| 【要約】 |
【課題】高い強度と延性を有し成形加工性に優れた展伸材用アルミニウム合金を提供する。また、原料に広範囲のアルミニウム合金屑を用いることを可能とし、リサイクル性に優れ製造時のエネルギーコストを低く押さえることが可能な展伸材用アルミニウム合金を提供する。
【解決手段】Ｓｉ １．５〜５．０ｗｔ％（以下単に、ｗｔ％を％と記す）、Ｍｇ ０．２〜５．０％、Ｃｕ １．２〜３．５％、Ｍｎ ０．０１〜１．５％、Ｚｎ ０．１〜１．５％およびＦｅ ０．１〜２．０％を含み、かつＣｒ ０．０１〜０．２％、Ｚｒ ０．０１〜０．２％、Ｖ ０．０１〜０．２％およびＴｉ ０．０１〜０．２％からなる群から選ばれた少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる展伸材用アルミニウム合金。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｓｉ １．５〜５．０ｗｔ％（以下単に、ｗｔ％を％と記す）、Ｍｇ ０．２〜５．０％、Ｃｕ １．２〜３．５％、Ｍｎ ０．０１〜１．５％、Ｚｎ ０．１〜１．５％およびＦｅ ０．１〜２．０％を含み、かつＣｒ０．０１〜０．２％、Ｚｒ ０．０１〜０．２％、Ｖ ０．０１〜０．２％およびＴｉ ０．０１〜０．２％からなる群から選ばれた少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする展伸材用アルミニウム合金。
【請求項２】 原料として少なくとも一部にアルミニウム合金屑を用いることを特徴とする請求項１記載の展伸材用アルミニウム合金。
【請求項３】 請求項１又は２記載のアルミニウム合金を用いてなることを特徴とする展伸材。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強度および成形性に優れ、かつ、原料としてアルミニウム合金屑を用いることによりリサイクル性を高めさらに低価格で製造しうる展伸材用アルミニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金を用いた展伸材は、鉄鋼材に比べ軽量ということから多くの分野で使用されている。例えば自動車においては、近年地球環境に対する配慮から排気ガスの低減（公害防止）および低燃費の観点から軽量化が望まれており、その構造部材にアルミニウム合金の適用が検討されている。その一つとしてアルミニウム合金を用いた押出材は、軽量の上、高剛性といった特徴があり、さらにそれ自体衝突時にクラッシュすることにより衝突エネルギーを吸収することができ、安全性を高めることができることからも好適な材料である。またアルミニウム合金を用いた板材は、自動車外板等に利用が可能である。同様なことはその他の製品においても有効であり、アルミニウム合金展伸材は多くの分野において利用が進んでいる。このようなアルミニウム合金の押出材および板材に従来用いられていた材質は、代表的なものとして５０００系および６０００系アルミニウム合金である。しかし、これらの合金は他の材料に比べ比較的強度が低く、衝撃吸収エネルギーが小さいため、材料の肉厚を厚くする必要があるという問題があった。また板材においては成形加工性に限界があり、プレス等による複雑な加工では割れが発生しやすい等の問題があった。さらにこれらの合金は、組成上の制約から原料にはアルミニウム新地金および各添加元素を含んだ母合金により調合したものを使用して製造されており、市中で発生する不純物の多い回収アルミニウム材を使用することは困難であり、この点でリサイクル性が良くなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、高い強度と延性を有し成形加工性に優れた展伸材用アルミニウム合金を提供することを目的とする。さらに本発明は、原料に広範囲のアルミニウム合金屑を用いることを可能とし、リサイクル性に優れ製造時のエネルギーコストを低く押さえることが可能な展伸材用アルミニウム合金を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、特定の組成を有するアルミニウム合金を用いることで上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、（１）Ｓｉ １．５〜５．０ｗｔ％（以下単に、ｗｔ％を％と記す）、Ｍｇ ０．２〜５．０％、Ｃｕ １．２〜３．５％、Ｍｎ ０．０１〜１．５％、Ｚｎ０．１〜１．５％およびＦｅ ０．１〜２．０％を含み、かつＣｒ ０．０１〜０．２％、Ｚｒ ０．０１〜０．２％、Ｖ ０．０１〜０．２％およびＴｉ ０．０１〜０．２％からなる群から選ばれた少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする展伸材用アルミニウム合金、（２）原料として少なくとも一部にアルミニウム合金屑を用いることを特徴とする（１）項記載の展伸材用アルミニウム合金、および（３）（１）又は（２）項記載のアルミニウム合金を用いてなることを特徴とする展伸材を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明におけるアルミニウム合金は、Ｓｉ １．５〜５．０％好ましくは２．０〜４．０％、Ｍｇ ０．２〜５．０％好ましくは０．２５〜１．０％、Ｃｕ１．２〜３．５％好ましくは１．４〜２．５％、Ｍｎ ０．０１〜１．５％好ましくは０．１〜０．８％、Ｚｎ ０．１〜１．５％好ましくは０．２〜０．８％、Ｆｅ ０．１〜２．０％好ましくは０．３〜０．８％を含み、かつＣｒ ０．０１〜０．２％好ましくは０．０２〜０．０８％、Ｚｒ ０．０１〜０．２％好ましくは０．０２〜０．０８％、Ｖ ０．０１〜０．２％好ましくは０．０２〜０．０８％、Ｔｉ ０．０１〜０．２％好ましくは０．０２〜０．０８％のうち１種または２種以上を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる。
【０００６】本発明のＡｌ合金中の各元素の作用を説明する。ＳｉはＭｇと共存することにより金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成して強度向上に寄与する元素である。しかしながら０．５％未満では強度向上の効果が充分に得られず、一方５．０％を超えて含有させても強度向上の効果は飽和し、成形性、押出加工性および生産性も劣化する。したがってＳｉは１．５〜５．０％好ましくは２．０〜４．０％の範囲とする。なお本合金においてＳｉの上限値が５．０％と高いことは、リサイクル性の向上に寄与する。すなわち、Ｓｉ含有量が高いアルミニウム合金材の屑をリサイクルする場合、従来はＳｉが多いために適用範囲が非常に狭くなり、一部鋳物用として使用される以外は鉄鋼製造時の脱酸剤として使用されるか、あるいはそのまま廃棄処分されていた。しかし本発明の合金はＳｉの許容範囲が広いため、通常は展伸材として使用不可能なアルミニウム合金材の屑でさえも使用することが可能であり、これによりアルミニウム合金のクローズドリサイクルも可能になる。
【０００７】Ｍｇも先のＳｉの説明でも述べた通り、Ｍｇ２Ｓｉを形成し強度向上に寄与する元素である。また溶体化処理後にはマトリックス中に固溶し、延性の向上に寄与する。その添加量は０．２％未満では強度向上の効果が充分に得られず、一方５．０％を超えて含有させても強度向上の効果は飽和する。したがってＭｇは０．２〜５．０％好ましくは０．２５〜１．０％とする。Ｃｕはそれ自身マトリックスに固溶し合金の強度を増大させる効果がある。特に析出硬化型の合金では、結晶粒界近傍に存在する無析出物帯（ＰＦＺ）においてマトリックスより強度が低くなるということがあるが、このＣｕ添加によりＰＦＺの強度を増大させることが可能で、結果としては材料全体の強度が向上する。またさらに添加することにより、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系の析出相を形成し、これら析出相により析出強化の効果でも強度が向上する。これら強度向上は成形性向上に寄与し、強度向上とともに成形性を良好にさせる。Ｃｕが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎるとその効果は飽和し、さらに鋳造性が悪化するため鋳塊の製造が困難となる。したがってＣｕは１．２〜３．５％好ましくは１．４〜２．５％の範囲とする。
【０００８】Ｍｎは強度を増大させる。Ｍｎが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎるとＡｌ−Ｍｎ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系の粗大晶出物を発生し加工性を低下させる。したがってＭｎは０．０１〜１．５％、好ましくは０．１〜０．８％とする。Ｚｎは塗装・焼付け加熱時に析出し強度を向上させる。Ｚｎが少なすぎるとその効果が不足し、多すぎると効果が飽和する。したがってＺｎは０．１〜１．５％好ましくは０．２〜０．８％の範囲とする。Ｆｅは結晶粒微細化による靭性向上作用がある。Ｆｅが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎると粗大晶出相により加工性が悪化する。したがってＦｅは０．１〜２．０％好ましくは０．３〜０．８％の範囲とする。またＣｒ、Ｚｒ、ＶおよびＴｉから選ばれる元素の添加は、結晶粒微細化により合金の靭性を向上させることができ加工性を向上させる。しかしその添加量が少ないとこれら効果が不足し、多すぎるとアルミニウムと粗大な金属間化合物を形成し、逆に靭性が低下するため、これら元素の添加量範囲としては、前記の範囲が好ましい。
【０００９】また本発明におけるアルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕを多く含み、その原料として各種の金属屑をリサイクル利用することができる。利用できる屑には何ら制限を設ける必要はなく、例えばアルミキャン屑（ＵＢＣ）、アルミサッシ屑、自動車構造材、その他アルミ板製品屑あるいはアルミ押出し製品屑等の加工工程で得られる種々のアルミニウム合金の屑が適用可能である。特に自動車には、鋳物あるいは展伸材等、種々のアルミニウム合金部材が使用されている。そこで自動車から発生したアルミニウム合金屑を本発明の組成範囲となるよう調整し、その結果得られたアルミニウム合金を自動車用展伸材として使用すると、自動車用材料としてアルミニウム合金材料の循環使用が達成できる。
【００１０】また本発明では原料としてアルミニウム合金屑を使用した場合等において必要に応じて成分調整するが、この成分調整とは、展伸材の特性をさらに向上させるために、一部の元素の所定成分までの添加あるいは混合希釈後もなお多く含まれる特定元素の濃度を低減することである。本発明ではこの成分調整方法を特に限定するものではなく、以下に示すような種々の方法で成分調整を行うことができる。即ち、特定の元素を添加する場合、Ｚｎ、Ｃｕ等のように単体添加するものと、所定の成分のアルミニウム合金に調製した母合金として添加する場合がある。また、後者の特定元素の濃度を低下させるためには、純アルミニウムで希釈する以外にもゾーンメルティング法、固相の成長と圧搾分離を同一容器内で行うパッチ式α固溶体分離法、真空蒸留法、フラックス添加法、ガス吹き込み法およびフィルター法等これまで提案されている種々の元素低減方法を用いることができる。本発明の合金を用いて行う加工とは、押出しまたは圧延等の通常の方法により行う展伸材への加工のことをいう。これをより詳しく説明すると、溶解および成分調整されたアルミニウム合金は、ＤＣ鋳造法等によりインゴットあるいはビレット形状に鋳造され、圧延においてはインゴットを加熱後熱間および冷間圧延により所定の板厚の板材とし、押出しにおいてはビレットを所定の形状を有したダイスを用いて押出すことにより、中空あるいは中実等の形状を有した押出し材に加工される。このように上記加工とは鋳塊を塑性変形させ所定の形状にする加工であり、他に鍛造等がある。本発明においてこのような展伸材の用途は特に制限はないが、好ましいのは、自動車用、建材用などである。自動車の中でも、構造部材、外板、内板などに特に好適に用いられる。
【００１１】
【実施例】次に実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。アルミニウム地金、マグネシウム、亜鉛、各元素母合金およびアルミニウム合金屑を適宜混合して溶製し、ＤＣ鋳造法により厚さ５００ｍｍのインゴットあるいは外径９インチのビレットを製造した。なおアルミニウム合金屑を使用したものについては、そのまま溶製に使用することが困難な屑は、事前に屑のみを溶解し再生した再生塊を使用した。また比較のために、ＪＩＳ５１８２ ＪＩＳ６０６１相当組成のものも準備した。以上により得られた合金の化学組成分析結果およびアルミニウム合金屑を使用したものについてはその屑種を表１に示す。表２はこの表１のアルミニウム合金の調製に使用したアルミニウム合金屑の組成を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】これら得られた合金は表３に示す材料に展伸加工を行った。このうち押出し材については、押出しビレットに鋳造後、５３０℃×４ｈの均熱処理を行った後、室温まで冷却後、さらにこれを４５０℃に加熱し、その温度にて１辺４０ｍｍ×板厚２ｍｍで日の字形状の断面を有するホロー形状に押出しを行った。圧延板材については、圧延用インゴットに鋳造、面削後５３０℃×４ｈの均熱処理を行った後、圧延率９０％の熱間圧延を４８０℃〜２８０℃の範囲で行って、板厚４ｍｍの薄板とした後、冷間圧延を行って板厚１ｍｍの板材とした。これら加工後、押出材については１８０℃で３時間時効処理を行い、板材については昇温および降温速度２０〜５０℃／ｓｅｃ．、ピーク温度５３０℃で溶体化処理を行った。これらの板材について、特性評価として以下の項目の試験を行った。
【００１５】［引張試験］インストロン型引張試験機で、ＪＩＳ５号試験片を用い、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで行い、引張り強さ、耐力、伸び値を求めた。なお試験片の採取位置は、押出材は外辺部と中柱部の両者より各５本切出し、板材は圧延方向に平行に各５本の試験片を切出し、これらの試験片について試験を行った後、その平均を求め測定値とした。
［エリクセン試験］板材について試験片５個をＪＩＳ−Ｂ法に従って試験を行い、この平均を求め測定値とした。
［曲げ試験］ＪＩＳ３号曲げ試験片に加工し、１８０°および９０°曲げ試験を行った。曲げ試験の評価は１８０°曲げおよび９０°曲げともに割れが発生しなければ◎、９０°曲げのみ割れが発生しなければ良好とし○、両方において割れが発生したものは不良として×印を記した。なお曲げ試験においてもその採取位置は引張試験同様、押出材は外辺部と中柱部の両者より各５本切出し、板材は圧延方向に平行に各５本の試験片を切出し、これらの試験片について試験を行った後、その平均を求め測定値とした。
【００１６】
【表３】
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば強度および成形加工性に優れたアルミニウム合金を得ることができ、また幅広い範囲での各種アルミニウム合金屑の再利用を可能としており、リサイクル性に優れた合金である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２９０
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月１５日（１９９９．１０．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６４３９
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 敏三
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１５２２６（Ｐ２００１−１１５２２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２４日（２００１．４．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２９４４２４ |
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