專利名稱：多段成型性優(yōu)良的鋁合金管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良多段成型性的鋁(下面用Al表示)合金管。
還有，所謂多段成型性，例如，在施以彎曲等第1次加工后，在液壓膨脹及壓裂等第2次的以后加工中的成型性。
背景技術(shù)：
在汽車用的框架等中使用沖壓成型的多種鋼材進(jìn)行焊接而組裝，然而，近幾年來為了輕質(zhì)化和模塊化，使用Al合金管的多段制品。
Al合金管可大致采用鑄造法(鑄件及模鑄件)或壓延加工法(空心擠出法等)制造，但是，采用鑄造法的鋁合金管，內(nèi)有粗大的空洞，或韌性低，可靠性差。
另外，采用壓延加工法的Al合金管，可用于汽車的正面、側(cè)面框架部件以及二輪摩托車的框架等，其制造方法可以有(1)彎曲成斷面圓形的Al合金管和施以液壓膨脹加工的方法；(2)彎曲成斷面多角形的Al合金管后，施加內(nèi)壓的方法；(3)把Al合金管放入液壓膨脹成形金屬模具內(nèi)，施以液壓壓裂和液壓膨脹加工的方法等。
采用壓延加工法的Al合金管，通常采用模具和心軸加以組合的心軸擠出法而制造，從坑洞(ポ一トホ一ル)模具(一種分割型模具)擠出的分割體在模具出口側(cè)進(jìn)行焊接的坑洞擠出法、把板材加工成圓形使端部對頂進(jìn)行焊接的電縫加工法等也可用于制造。
然而，在上述現(xiàn)有的Al合金管中，在進(jìn)行彎曲等第1次加工后，在繼續(xù)壓裂及液壓膨脹等管的周向進(jìn)行改變斷面形狀(下面簡稱斷面形狀)的第2次的以后的加工時(shí)，彎曲加工部位易發(fā)生破裂等。
因此，上述鋁合金管可以采用1050、1100等的1000系A(chǔ)l合金、3003、3004等的3000系A(chǔ)l合金、5052、5454、5083等的5000系合金、6063、6N01、6061等的6000系合金、7003、7N01等的7000系合金等。其中，1000系及3000系A(chǔ)l合金管強(qiáng)度不足，其用途受到局限，而5000系A(chǔ)l合金管多段成型性難，由6000系及7000系鋁合金硬質(zhì)材料構(gòu)成的Al合金管，彎曲加工性及多段成型性差，由該合金的軟質(zhì)材料構(gòu)成的Al合金管，由于強(qiáng)度低，在多段成型后必需進(jìn)行時(shí)效處理，所以生產(chǎn)性差等，這都是問題。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及的鋁合金管，其由Mg 2.0％(質(zhì)量％，下同)以上5.0以下、Si0.20％或以下、Fe 0.30％或以下、Mn 0.8％或以下(包括0％)、Cr 0.35％或以下(包括0％)、Ti 0.2％或以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上160MPa以下、平均結(jié)晶粒徑150μm或以下、多段成型性優(yōu)良。
本發(fā)明的上述及其他特征及優(yōu)點(diǎn)，通過附圖加以考慮時(shí)，可從下列記載更清楚了解。
附圖的簡要說明

圖1(A)～圖1(E)為本發(fā)明鋁合金管的各實(shí)施方案中示出的管的周向剖面圖，圖1(A)為彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)的邊2和構(gòu)成內(nèi)側(cè)的邊3長度及厚度相同的剖面圖，圖1(B)、圖1(C)和圖1(D)是邊2和邊3及連接它們的邊4的任何一個(gè)厚度不同的剖面圖、圖1(E)是邊2和邊3長度不同的剖面圖。
圖2(A)、圖2(B)是使凸緣整體設(shè)計(jì)的Al合金管另一實(shí)施方案的管周向剖面圖。
圖3(A)及圖3(B)是具有焊接部分的Al合金管另一實(shí)施方案的管周向剖面圖，圖3(A)是采用電縫加工法、圖3(B)是采用坑洞擠出法而分別制造的。
圖4是扁平試驗(yàn)用的試片的取樣部位說明圖。
圖5是扁平率測定方法說明圖。
圖6是反復(fù)彎曲試驗(yàn)用試片的取樣部位說明圖。
圖7是彎曲加工的說明圖。
圖8是反復(fù)彎曲試驗(yàn)中試片的壓裂形狀及彎曲形狀說明圖。
圖9是液壓膨脹加工中彎曲部分的周長增長率說明圖。
還有，各圖中相同符號表示相同的部件。另外，圖中所示的尺寸(長度及厚度等)是本發(fā)明適用的尺寸的例子，本發(fā)明不限于此。
本發(fā)明的詳細(xì)說明按照本發(fā)明，可提供下列方法。
(1)一種多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是由Mg 2.0％(質(zhì)量％，下同)以上5.0或以下、Si 0.20％或以下、Fe 0.30％或以下、Mn 0.8％或以下(包括0％)、Cr 0.35％或以下(包括0％)、Ti 0.2％或以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上160MPa以下、平均結(jié)晶粒徑150μm或以下。
(2)一種多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是由Mg 2.0％(質(zhì)量％，下同)以上3.5％或以下、Si 0.10％或以下、Fe 0.15％或以下、Mn 0.8％或以下(包括0％)、Cr 0.35％或以下(包括0％)、Ti 0.2％或以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上140MPa以下、平均結(jié)晶粒徑150μm或以下。
(3)上述(1)或(2)中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度為500個(gè)/mm2或以下。
(4)上述(1)～(3)中任何一項(xiàng)所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，無焊接部位。
(5)上述(1)～(4)中任何一項(xiàng)所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，管的周向剖面中，彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)部分的管壁厚度比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)部分的管壁厚度厚。
(6)上述(1)～(5)中任何一項(xiàng)所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，在管的周向剖面中，彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的壁面和構(gòu)成外側(cè)的壁面均有近似直線狀的邊，彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)部分的管周向剖面的邊長比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)部分的管周向剖面的邊長長。
(7)上述(1)～(6)中任何一項(xiàng)所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，凸緣以整體設(shè)置。
本發(fā)明人對Al合金的多段成型性進(jìn)行種種探討，發(fā)現(xiàn)Al-Mg系合金，通過把中空擠出材料的0.2％屈服點(diǎn)及平均結(jié)晶粒徑調(diào)至規(guī)定范圍，該多段成型性可得到改善。本發(fā)明人基于該發(fā)現(xiàn)完成本發(fā)明。
下面對本發(fā)明的Al合金管的合金元素加以說明。
在上述(1)項(xiàng)記載的發(fā)明中，Mg固溶的強(qiáng)度提高。其含量規(guī)定在2.0～5.0％的理由是，在低于2.0％時(shí)，作為運(yùn)輸機(jī)械的結(jié)構(gòu)部件的必要強(qiáng)度(0.2％屈服點(diǎn))不能充分得到，當(dāng)高于5.0％時(shí)，多段成型時(shí)易發(fā)生破裂，另外，耐應(yīng)力腐蝕龜裂性下降。
特別是，作為使用溫度超過60i的汽車車輪部分部件時(shí)，由于易引起應(yīng)力腐蝕龜裂，所以，Mg含量的上限3.5％是優(yōu)選的。因此，Mg含量達(dá)到2.0～3.5％是優(yōu)選的。強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕龜裂性均優(yōu)良的Mg含量是2.4～3.0％。
Mn和Cr使強(qiáng)度提高，并抑制再結(jié)晶粒子的粗大化。
上述Mn、Cr，當(dāng)其含量大時(shí)，生成Al-Mn系及Al-Cr系的粗大的金屬間化合物(初晶)，使多段成型性降低。因此，分別規(guī)定Mn在0.8％以下、Cr在0.35％以下。另外，在制造擠出管時(shí)，Mn、Cr使擠出性降低，在多段成型加工率高的場合，由于Al-Mg-Mn系及Al-Cr系的金屬間化合物影響多段成型性，所以，Mn在0.60％以下、Cr在0.25以下是優(yōu)選的。
在上述(1)項(xiàng)記載的發(fā)明中，添加Mg也可以提高強(qiáng)度，防止重結(jié)晶晶粒的粗大化，在優(yōu)先考慮選定擠出加工、壓延加工、退火等的制造條件時(shí)，根據(jù)需要，輔助添加Mn及Cr是優(yōu)選的。
添加Ti可使鑄錠組織變得精細(xì)，提高鑄造性及熱加工性，使制品的機(jī)械性質(zhì)均勻，并且具有防止焊接破裂的效果等，所以，添加是優(yōu)選的。
當(dāng)Ti的含量超過0.2％時(shí)，生成粗大的金屬間化合物(初晶)，使成型性降低，所以，控制在0.2％以下。另一方面，當(dāng)Ti的含量過少時(shí)，精細(xì)化的效果不充分，所以，0.001％以上是優(yōu)選的，0.01％以上是特別優(yōu)選的。還有，當(dāng)B和Ti共存時(shí)，可以促進(jìn)組織的精細(xì)化，是優(yōu)選的。但是，其添加量過多，由于其效果已經(jīng)飽和，僅引起成本上升，所以，添加B時(shí)，0.02％以下是優(yōu)選的。
在上述(1)記載的發(fā)明中，Al合金管的0.2％屈服點(diǎn)規(guī)定在60-160MPa的理由是，在低于60MPa時(shí)，作為運(yùn)輸機(jī)械的結(jié)構(gòu)部件等必要的強(qiáng)度不能充分得到，而當(dāng)高于160MPa時(shí)，多段成型性下降。
0.2％屈服點(diǎn)達(dá)到60-140MPa是優(yōu)選的，而達(dá)到60-120MPa是特別優(yōu)選的。
在上述(1)記載的發(fā)明中，Al合金管的平均結(jié)晶粒徑規(guī)定在150μm以下的理由是，當(dāng)結(jié)晶粒徑超過150μm時(shí)，第1次成型時(shí)易產(chǎn)生粗糙的表面，在第2次以后的成型時(shí)易發(fā)生破裂。結(jié)晶粒徑小于100μm是特別優(yōu)選的。對平均結(jié)晶粒徑的下限未作特別限定，通常在20μm以上。
上述結(jié)晶粒徑可以選定擠出加工、壓延加工、退火等的條件以進(jìn)行控制。例如，當(dāng)擠出加工或壓延加工時(shí)的變形量(加工率)大時(shí)，在其后的退火工序結(jié)晶粒徑變小。
例如，在擠出時(shí)，擠出比(坯段斷面積和擠出管斷面積之比)達(dá)到30以上時(shí)，結(jié)晶粒子精細(xì)，是優(yōu)選的。
上述(1)項(xiàng)記載的發(fā)明，規(guī)定了雜質(zhì)元素Si及Fe的含量。
Si及Fe是含于原料金屬和碎金屬等原料中的雜質(zhì)元素，它們形成Al-Fe系、Al-Fe-Si系、Al-Si系、Mg-Si系等的金屬間化合物。Si及Fe，當(dāng)其量多時(shí)，上述金屬間化合物粗大，多段成型性下降。
因此，在上述(1)項(xiàng)記載的發(fā)明中，分別規(guī)定Si在0.20％以下、Fe在0.30以下。Si在0.02％以上0.10％以下、Fe在0.05％以上0.15以下是特別優(yōu)選的。
上述(2)項(xiàng)記載的發(fā)明中，除了分別規(guī)定Mg在2.0-3.5％、Si在0.10％以下、Fe 0.15％以下、0.2％屈服點(diǎn)達(dá)到60-140MPa的優(yōu)選范圍以外，其他與上述(1)中記載的發(fā)明同樣。
在上述(1)、(2)項(xiàng)記載的發(fā)明中，作為上述Si及Fe以外的雜質(zhì)混入的元素允許量，Cu在0.15％以下、Zn在0.25％以下、其他雜質(zhì)元素分別在0.05％以下是優(yōu)選的。
上述(3)項(xiàng)記載的發(fā)明，是上述(1)或(2)項(xiàng)記載的發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在Al合金管中，最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度規(guī)定為500個(gè)/mm2以下是優(yōu)選的值。最大長度5μm以上的金屬間化合物，在彎曲加工時(shí)，與基體分離，這時(shí)，產(chǎn)生細(xì)小的破裂，該細(xì)小的破裂，當(dāng)上述最大長度5μm以上的金屬間化合物的個(gè)數(shù)過多時(shí)，在第2次以后的加工時(shí)易于輸送，但有時(shí)變成巨大的破裂。另外，當(dāng)其過多時(shí)，膨脹加工性也變差。最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度為300個(gè)/mm2以下是優(yōu)選的。對上述分布密度的下限值未作特別限定，但通常是10個(gè)/mm2以上。
上述金屬間化合物是Al-Mn系、Al-Cr系、Al-Fe系、Al-Fe-Si系、Mg-Si系、Al-Fe-Mn-Si系、Al-Ti系等金屬間化合物。
所述金屬間化合物的上述分布狀態(tài)，通過適當(dāng)調(diào)整Mn、Cr、Fe、Si、Mg、Ti等的含量，同時(shí)，通過適當(dāng)設(shè)定各制造工序的制造條件(鑄造條件及擠出比等)可以得到。
例如，在鑄造中，優(yōu)選采用水冷式半連續(xù)鑄造，在擠出中，優(yōu)選擠出比約20以上進(jìn)行擠出。
本發(fā)明的Al合金管，可采用下列工序制造(1)坯段鑄造→均質(zhì)化處理→管道擠出→退火，(2)坯段鑄造→均質(zhì)化處理→管道擠出→退火→拉制加工→退火，(3)坯段鑄造→均質(zhì)化處理→壓延→退火→電縫加工→退火等。
均質(zhì)化處理，使鑄造時(shí)過飽和固溶的合金元素析出，改善擠出性，同時(shí)，消除細(xì)小的偏析，使合金元素分布均勻化，提高制品的強(qiáng)度、成型性以及降低其偏差不一。其條件如同采用5000系合金通常進(jìn)行的那樣，例如，在430-580i的范圍內(nèi)，加熱1-48小時(shí)左右即可，然而，加熱溫度低時(shí)均質(zhì)化所需時(shí)間長，生產(chǎn)性下降，Mn等析出物變得過于細(xì)微，阻礙擠出及壓延時(shí)的重結(jié)晶，有生成粗大結(jié)晶粒子的傾向。反之，當(dāng)溫度過高時(shí)，特別是Mn的添加量超過4％的場合，鑄錠一部分膨脹并發(fā)生熔融，是不理想的。在本發(fā)明的合金中，于480-560i勻質(zhì)化處理1-8小時(shí)是優(yōu)選的。
擠出，是使在均質(zhì)化處理完成后的擠出用坯段如同通常的5000系那樣進(jìn)行，例如，在400-540i行再加熱。當(dāng)再加熱溫度(＝擠出溫度)低時(shí)，坯段的變形阻抗升高，因此，擠出速度下降，生產(chǎn)性惡化，有時(shí)不能擠出。反之，當(dāng)溫度過高時(shí)，在表面粗糙極不平整時(shí)，引起局部熔融，是不理想的。另外，擠出比(＝擠出前的坯段斷面積除以擠出制品斷面積所得到的值)通常在5000系時(shí)，達(dá)到10-170的范圍，而當(dāng)擠出比低時(shí)，進(jìn)行擠出加工的變形不充分，擠出后結(jié)晶粒子有變粗的傾向，反之，當(dāng)擠出比過高時(shí)，引起擠出速度下降，生產(chǎn)性降低。在本發(fā)明的情況下，在擠出溫度480-530i、在擠出比25-150范圍內(nèi)實(shí)施是優(yōu)選的。
在上述(1)、(2)的方法中，管道擠出的出口側(cè)溫度只要在重結(jié)晶溫度以上即可，由于擠出管產(chǎn)生重結(jié)晶，可省略其后的退火處理，可能達(dá)到所謂H112的調(diào)質(zhì)材料，在追求生產(chǎn)性的場合，該方法是優(yōu)選的。
還有，上述重結(jié)晶溫度，本發(fā)明規(guī)定的合金是280-330℃的范圍。
總之，本發(fā)明Al合金管，其坯段擠出完成材料、拉制加工完成材料、電縫加工完成材料等，0.2％屈服點(diǎn)及結(jié)晶粒徑等都滿足本發(fā)明規(guī)定值。
另外，用上述(1)、(2)的方法制造的Al合金管不存在焊接部位，但采用(3)方法制造的電縫加工法以及采用坑洞擠出法制造的Al合金管7存在如圖3(A)、圖3(B)所示的焊接部分8。
上述(4)項(xiàng)記載的發(fā)明，如圖1(A)所示的無焊接部分的Al合金管1。由于Al合金管上無焊接部位，在進(jìn)行彎曲加工時(shí)，可以防止焊接部位發(fā)生的微觀的破裂。該微觀破裂通過其后改變斷面形狀的第2次加工，擴(kuò)大成巨大的破裂。上述微觀破裂是構(gòu)成上述焊接部分存在的氧化皮膜及氣孔等缺陷的起點(diǎn)。由于上述(4)項(xiàng)記載的發(fā)明的Al合金管無焊接部分，所以，上述缺陷不會發(fā)生。無上述焊接部分的Al合金管1，通?？刹捎眯妮S擠出法制造。
在本發(fā)明中，Al合金管的周向斷面形狀，與最終制品的形狀及尺寸近似的是優(yōu)選的。其理由是，例如，彎曲加工后，進(jìn)行第2次加工，其最終形狀達(dá)到斷面矩形時(shí)，上述Al合金管不同于圓形管，構(gòu)成接近最終形狀尺寸的矩形管，第2次以后的工數(shù)及加工量減少，另外，破裂等不理想的情況也難以發(fā)生。
在本發(fā)明中，通過對Al合金管的周向斷面形狀想辦法，可以更加改善彎曲加工后的塑性加工性，使特定方向的剛性增加。
上述(5)項(xiàng)記載的發(fā)明，如圖1(B)所示，Al合金管彎曲后構(gòu)成外側(cè)的部分(邊)2的厚度比彎曲后構(gòu)成內(nèi)側(cè)的部分(邊)3的厚度厚，彎曲加工后彎曲部分的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的厚度達(dá)到幾乎相同。借此，彎曲部分的周長擴(kuò)大，液壓膨脹加工中的加工范圍擴(kuò)大。
另外，圖1(C)示出，在彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的部分(邊)3的厚度變薄，彎曲加工后彎曲部分的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的厚度達(dá)到幾乎相同，借此，彎曲部分的周長擴(kuò)大，液壓膨脹加工中所要的液壓膨脹加工性可以保持，構(gòu)成內(nèi)側(cè)的部分(邊)3的厚度變薄，Al合金管質(zhì)輕，彎曲半徑變小，這是優(yōu)點(diǎn)。
另外，如圖1(D)所示，在彎曲時(shí)構(gòu)成左邊或右邊的部分(邊)的邊2和邊3連接的邊4的厚度變薄，所以，彎曲加工性、液壓膨脹加工性及左右方向的剛性可以保持，左邊或右邊4的厚度變薄，可以使Al合金管的輕量化。
上述(6)項(xiàng)記載的發(fā)明，如圖1(E)所示，在彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)的部分(邊)2的長度比在彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的部分(邊)3的長度長，彎曲加工后的彎曲部分外側(cè)的邊厚度和內(nèi)側(cè)的邊厚度幾乎相同，可以得到示于圖1(B)的同樣效果。
在本發(fā)明中，如圖2(A)、圖2(B)所示，在Al合金管5的外側(cè)或內(nèi)側(cè)使凸緣6整體設(shè)置，從而可以抑制彎曲加工部皺紋的發(fā)生，得到美麗的外觀。在該凸緣6上設(shè)置墊圈安裝孔(圖中未示出)等，利用該孔，可以容易地進(jìn)行部件的組裝。
圖1(A)～圖1(E)、圖2(A)、圖2(B)所示斷面形狀的Al合金管，例如，在心軸擠出法中，可通過適當(dāng)給定模具或心軸的形狀、擠出時(shí)的模具和心軸的設(shè)置位置等而進(jìn)行制造。
這樣得到的本發(fā)明Al合金管具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，并且多段加工性優(yōu)良，適于作為汽車等運(yùn)輸機(jī)械的結(jié)構(gòu)部件。特別是，示于圖1(C)、圖1(D)的Al合金管的厚度變薄、質(zhì)輕，具有節(jié)約燃料費(fèi)的效果。
本發(fā)明由含有適量Mg，根據(jù)需要，相應(yīng)含有Mn、Cr或Ti的Al合金構(gòu)成的，在0.2％屈服點(diǎn)為60MPa以上160MPa以下，平均結(jié)晶粒徑150μm以下的Al合金管，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和優(yōu)良的多段成型性。因此，本發(fā)明的Al合金管適于用作汽車等的運(yùn)輸機(jī)械的結(jié)構(gòu)部件，工業(yè)上有顯著效果。
下面通過實(shí)施例更詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明又不受其限制。
上述加熱擠出的擠出溫度490℃、擠出速度5m/分。
對該Al合金管(O材)用下列方法測試(1)結(jié)晶粒徑；(2)最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度；(3)機(jī)械性質(zhì)；(4)多段成型性；(5)反復(fù)彎曲性(試樣No.1-10)。
(1)結(jié)晶粒徑，按照J(rèn)IS H 0501規(guī)定的切斷法，對LT-ST面和L-ST面的2面各測定5個(gè)樣品。其平均值示于表2。
(2)最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度，采用安裝有光學(xué)顯微鏡的圖像解析裝置，在每一像素的0.4μm長的條件下，在0.17mm2的面積進(jìn)行測定。測定面為LT-ST面和L-ST面的2面，各測定5個(gè)樣品。其平均值示于表2。
(3)機(jī)械性質(zhì)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服點(diǎn)，伸長率)，切出JIS Z 2201規(guī)定的12B號試片，按照J(rèn)IS Z 2241對各3個(gè)樣品進(jìn)行抗拉試驗(yàn)。其平均值示于表2。
抗拉強(qiáng)度165MPa以上為合格值。伸長率優(yōu)選值15％以上。
(4)多段成型性，采用拉延折彎機(jī)把Al合金管按圖4所示進(jìn)行彎曲加工(彎曲半徑150mm，彎曲角度90度)，從彎曲加工部切取試片12，按圖5所示的方法將其壓縮，測定破裂發(fā)生時(shí)的試片12的高度h(mm)，算出扁平率L(L＝[H-h]/H，H(mm)是試片的初始高度)。扁平率L的平均值(n＝3)示于表2。扁平率60％以上為合格，低于60％為不合格。圖5中的13為壓板，14為托板。
(5)反復(fù)彎曲性，如圖6所示，從Al合金管切取試片15，將其反復(fù)進(jìn)行壓裂加工和彎曲加工(參照圖8)。在第1次壓裂、第1次彎曲、第2次壓裂、第2次彎曲的任何一次也不發(fā)生破裂的為合格，發(fā)生破裂的為不合格。
表2示出發(fā)生破裂的壓裂次數(shù)或彎曲次數(shù)。
彎曲加工，如圖7所示，把試片15置于托架16上面的V字形溝中，用擠壓工具18將其擠壓，。圖中箭頭表示擠壓方向。在擠壓工具18的擠壓端部19設(shè)置半徑9mm的R。
通過以上試驗(yàn)，把抗拉強(qiáng)度165MPa以上、扁平率60％以上、反復(fù)彎曲的第2次彎曲前不發(fā)生破裂，以上全部滿足時(shí)定為合格“○”，即使1項(xiàng)不滿足時(shí)定為不合格“×”。
該Al合金管由于坯段口徑細(xì)，擠出加工的變形量(加工率)小，重結(jié)晶粒徑加大。比較例3對合金No.B以實(shí)施例1加熱擠出圓管而不進(jìn)行退火，原樣制成Al合金管(H112材)，與實(shí)施例1同樣進(jìn)行測試(試樣No.23)。
實(shí)施例1、2，比較例1-3的測試結(jié)果示于表2。
表1

(注)單位質(zhì)量％。各合金其余部分為Al及不可避免的雜質(zhì)。
表2

(注)①最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度。②扁平率的單位％。③總評○合格、×不合格。④粗大金屬間化合物(初晶)發(fā)生。
從表2可知，本發(fā)明實(shí)施例樣品(No.1-14)的任何一種多段成型性優(yōu)良。特別是，No.1、3的屈服點(diǎn)低，多段成型型優(yōu)良。No.8由于Si、Fe、Mn、Cr的含量高，最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度增高，多段成型性稍稍降低。
反之，比較例No.15的Mg含量少，0.2％屈服點(diǎn)下降至本發(fā)明規(guī)定值以下。No.16的Mg含量多，No.23未退火，它們的0.2％屈服點(diǎn)增高，多段成型性下降。
No.19的Mn含量多，No.20的Cr含量多，任何一種均生成粗大的金屬間化合物(初晶)，使多段成型性下降。No.17的Si含量多，No.18的Fe含量多，任何一種的最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度超過500個(gè)/mm2，使多段成型性降低。
No.21、22的擠出比小，結(jié)晶粒徑加大，多段成型性下降。
其他的試驗(yàn)結(jié)果是，Mg含量多的No.2、10、16的耐應(yīng)力腐蝕龜裂性惡化。但是，No.2、10實(shí)際使用無妨。
然后，采用拉制機(jī)拉直。上述拉直后的Al合金管的一部分在360℃退火2小時(shí)(調(diào)質(zhì)O材)。
對上述Al合金管采用與實(shí)施例1同樣的方法，測試結(jié)晶粒徑、最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度、機(jī)械性質(zhì)(試樣No.31-41)。
另外，對上述Al合金管采用下列方法測試膨脹加工性。
即，把Al合金管切斷成長1000mm，作為試樣，把該試樣采用拉延折彎機(jī)彎曲加工成彎曲半徑(內(nèi)側(cè))150mm、彎曲角度45度(參照圖9)。采用上述拉延折彎機(jī)彎曲加工，使圖1(A)中所示的Al合金管1的邊2構(gòu)成外側(cè)。
另外，把該彎曲加工后的Al合金管置于液壓膨脹成型機(jī)的金屬模具內(nèi)，進(jìn)行擴(kuò)管加工直至在內(nèi)壓負(fù)荷作用下發(fā)生破裂。
此時(shí)，在內(nèi)壓負(fù)荷前后測定圖9所示彎曲部分的周長(外周長度)，周長增加率R用下式算出。該周長增加率愈大，膨脹加工性愈好。當(dāng)周長增加率低于10％時(shí)，膨脹加工性差，不能實(shí)際使用。
R＝[(L2-L1)/L1]×100％式中L2破裂發(fā)生后的彎曲部分周長L1內(nèi)壓負(fù)荷前的彎曲部分周長通過以上試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度165MPa以上、周長增加率10％以上等全部滿足時(shí)總評為合格“○”，即使一項(xiàng)不滿足時(shí)總評為不合格“×”。
還有，用上述拉延折彎機(jī)的彎曲加工，使圖1(B)-圖1(E)所示的Al合金管的邊2構(gòu)成外側(cè)。
還有，用上述拉延折彎機(jī)進(jìn)行彎曲加工，設(shè)置圖2(A)、圖2(B)所示的Al合金管凸緣6的邊構(gòu)成外側(cè)。
采用表3所示的合金No.d(本發(fā)明規(guī)定組成)的坯段，采用具有4個(gè)坑的坑洞模具進(jìn)行擠出加工，制造與實(shí)施例3同樣的斷面矩形的Al合金管，進(jìn)行實(shí)施例3同樣的檢測(試樣No.49)。上述Al合金管的斷面形狀和焊接部分(焊接部)的位置與圖3(B)所示相同。比較例4采用表3所示合金No.k、l、m(本發(fā)明規(guī)定外組成)，按照與實(shí)施例3同樣的方法(H112)，制造斷面矩形的Al合金管，進(jìn)行實(shí)施例3同樣的檢測(試樣No.50-52)。比較例5采用表3所示合金No.j(本發(fā)明規(guī)定組成)，按照與實(shí)施例3同樣的方法(H112)，制造斷面矩形Al合金管，進(jìn)行實(shí)施例3同樣的檢測(試樣No.53)。
實(shí)施例3-7、比較例4、5的檢測結(jié)果示于表4。
表3

(注)單位質(zhì)量％。各合金的其余部分是Al、及不可避免的雜質(zhì)。
表4

(注)①最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度。②總評○合格、×不合格。
從表4可知，實(shí)施例3的No.31-34的任何一種在進(jìn)行液壓膨脹加工中發(fā)生破裂前的彎曲部分周長增加率在10％以上，多段成型性優(yōu)良(彎曲→膨脹加工性)。
實(shí)施例4的No.42，在彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)的邊2(圖1(B))的厚度，由于比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的邊3的厚度厚，所以，上述彎曲部分周長增加率，與邊厚均等的No.35的場合相比要高。No.43由于在彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的邊3(圖1(C))的厚度變薄，另外，No.44由于在彎曲時(shí)構(gòu)成左右兩邊的邊4(圖1(D))的厚度變薄，所以，上述彎曲部分周長增加率，與邊厚均等的No.35的場合幾乎相同，邊的厚度變薄的部分則變輕。No.45，由于彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)的邊2(圖1 (E))的長度比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的邊3的長度長，與邊長均等的No.35相比，上述彎曲部分周長增加率上升。
實(shí)施例5的No.46、47，由于在Al合金管的外側(cè)或內(nèi)側(cè)分別設(shè)置凸緣，任何一種通過彎曲加工，均可抑制產(chǎn)生的皺紋，呈現(xiàn)美麗的外觀。No.46也可在凸緣設(shè)置墊圈用的孔。
存在焊接部分的實(shí)施例6的No.48和實(shí)施例7的No.49，任何一種在液壓膨脹加工時(shí)焊接部分發(fā)生破裂，與無焊接部分的實(shí)施例3相比，周長增加率下降，然而，仍處于實(shí)際使用的允許范圍內(nèi)。
總的來說(總評)，No.42、45極為良好。
相反，比較例4的No.50由于Mg含量少，強(qiáng)度下降。No.51由于Mg含量多，易于破裂，No.52由于Mn、Cr、Ti量多，金屬間化合物增多，任何一種的周長增加率下降。
比較例5的No.53由于0.2％屈服點(diǎn)過高，周長增加率下降。比較例5的No.53處于本發(fā)明規(guī)定的合金組成范圍內(nèi)，但是，Mg含量在上限附近，采用未退火的調(diào)質(zhì)H112制造時(shí)，0.2％屈服點(diǎn)過高。因此，在Mg含量高時(shí)，例如，通過適當(dāng)調(diào)整制造條件制成O材，借此，可以使0.2％屈服點(diǎn)處于本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。
該實(shí)施方案同時(shí)說明了本發(fā)明，但是，對本發(fā)明的細(xì)節(jié)未作限定，在所規(guī)定的權(quán)利要求范圍內(nèi)，在不違反本發(fā)明的精神和范圍可作廣泛的解釋。
權(quán)利要求
1.一種多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，由Mg 2.0％(質(zhì)量％，下同)以上5.0以下、Si 0.20％或以下、Fe 0.30％或以下、Mn 0.8％或以下(包括0％)、Cr 0.35％或以下(包括0％)、Ti 0.2％或以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上160MPa以下、平均結(jié)晶粒徑150μm或以下。
2.權(quán)利要求1中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，由Mg2.0％(質(zhì)量％，下同)以上3.5以下、Si 0.10％或以下、Fe 0.15％或以下、Mn0.8％或以下(包括0％)、Cr 0.35％或以下(包括0％)、Ti 0.2％或以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上140MPa以下、平均結(jié)晶粒徑150μm或以下。
3.權(quán)利要求1或2中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，最大長度5μm以上的金屬間化合物的分布密度在500個(gè)/mm2或以下。
4.權(quán)利要求1或2中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，無焊接部分。
5.權(quán)利要求1或2中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，在管的周向斷面中，在彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)部分的管壁厚度比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)部分的管壁厚度厚。
6.權(quán)利要求1或2中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，在管的周向斷面中，在彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)的壁面和構(gòu)成外側(cè)的壁面分別具有近似直線狀的邊，在彎曲時(shí)構(gòu)成外側(cè)部分的管周向斷面的邊長比彎曲時(shí)構(gòu)成內(nèi)側(cè)部分的管周向斷面的邊長長。
7.權(quán)利要求1或2中所述的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其特征是，凸緣以整體設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及的多段成型性優(yōu)良的鋁合金管，其由Mg 2.0％(質(zhì)量％，下同)以上5.0以下、Si 0.20％以下、Fe 0.30％以下、Mn 0.8％以下(包括0％)、Cr0.35％以下(包括0％)、Ti 0.2％以下(包括0％)，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋁合金管的0.2％屈服點(diǎn)在60MPa以上160MPa以下、平均結(jié)晶粒徑在150μm以下。
文檔編號B21C23/08GK1436869SQ03103569
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月5日
發(fā)明者柏崎和久, 東海林了, 田村久 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社