高強(qiáng)度鋁合金材料及其制造方法
【專利摘要】一種高強(qiáng)度鋁合金材料，具有含有超過7.2%（質(zhì)量，下同）且8.7%以下的Zn、1.3%以上2.1%以下的Mg、0.01%以上0.10%以下的Cu、0.01%以上0.10%以下的Zr、不足0.02%的Cr、0.30%以下的Fe、0.30%以下的Si、不足0.05%的Mn和0.001%以上0.05%以下的Ti，并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成的化學(xué)成分；其耐力為350Mpa以上。其金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成；在使用硫酸浴進(jìn)行陽極氧化處理之后所測定的、由JIS?Z8729(ISO7724-1)所規(guī)定的L*值為85以上95以下，且b*值為0以上0.8以下。
【專利說明】高強(qiáng)度紹合金材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用在注重強(qiáng)度特性以及外觀特性的部位上的高強(qiáng)度鋁合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002]作為用在輸送機(jī)、體育用品和機(jī)械部件等的注重強(qiáng)度特性以及外觀特性的部位上的材料，采用高強(qiáng)度且輕量的鋁合金的情況開始增加。在這些用途中，由于要求耐久性，因此期望得到耐力為350MPa以上的鋁合金。
[0003]作為顯示如此高強(qiáng)度的鋁合金，在鋁中添加Zn和Mg的7000系鋁合金是已知的。由于Al-Mg-Zn系的析出物為時效析出，7000系鋁合金顯示出高強(qiáng)度。另外，在7000系鋁合金中，除了 Zn、Mg以外還添加Cu的鋁合金顯示出鋁合金中的最高強(qiáng)度。
[0004]例如通過熱擠出加工等制造的7000系鋁合金，可使用在要求高強(qiáng)度的航空器或車輛等的輸送機(jī)、體育用品以及機(jī)械部件等。在這些用途中使用時所要求的特性，除了強(qiáng)度以外還有耐應(yīng)力腐蝕開裂性、沖擊吸收性延展性等。作為滿足上述特性的鋁合金的實例，提出了如專利文獻(xiàn)I中記載的鋁合金擠出材料。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:特開2007-119904號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的問題
[0009]然而，在通過以往的成分范圍以及以往的制造方法所制造的、顯示7000系的高耐力的鋁合金上，例如，如果以防止表面損傷為目的進(jìn)行陽極氧化處理等，則在外觀上存在的問題是其表面出現(xiàn)條紋狀圖案。
[0010]另外，希望上述鋁合金，在進(jìn)行了陽極氧化處理等的表面處理之后變成銀色以產(chǎn)生高級感。然而，如果在上述傳統(tǒng)的7000系鋁合金上進(jìn)行陽極氧化處理等之后，會產(chǎn)生表面帶有強(qiáng)烈黃色色調(diào)的外觀上的問題。
[0011]這樣，由于上述傳統(tǒng)的7000系鋁合金，在進(jìn)行表面處理后所出現(xiàn)的條紋狀圖案或色調(diào)變化的表面品質(zhì)上的問題，因此其使用存在困難。
[0012]本發(fā)明，鑒于相關(guān)背景，提供一種經(jīng)陽極氧化處理后表面品質(zhì)優(yōu)良的高強(qiáng)度鋁合金材料及其制造方法。
[0013]解決問題的方法
[0014]本發(fā)明的一個實施方式為一種高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于，具有含有超過
7.2% (質(zhì)量，下同)且8.7%以下的Zn、1.3%以上2.1%以下的Mg、0.01%以上0.10%以下的Cu,0.01%以上0.10%以下的Zr、不足0.02%的Cr、0.30%以下的Fe、0.30%以下的S1、不足0.05%的Mn和0.001%以上0.05%以下的Ti，并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成的化學(xué)成分；[0015]其耐力為350Mpa以上；
[0016]其金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成；
[0017]在使用硫酸浴進(jìn)行陽極氧化處理后所測定的、由JIS (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))Z8729 (IS07724-1)規(guī)定的L*值為85以上95以下，且b*值為O以上0.8以下。
[0018]本發(fā)明的另一個實施方式為一種高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法，其特征在于，制造具有以下化學(xué)成分的鑄塊，該化學(xué)成分含有超過7.2% (質(zhì)量，下同)且8.7%以下的Zn、
1.3%以上2.1%以下的Mg、0.01%以上0.10%以下的Cu、0.01%以上0.10%以下的Zr、不足
0.02%的Cr、0.30%以下的Fe、0.30%以下的S1、不足0.05%的Mn和0.001%以上0.05%以下的Ti，并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成； [0019]將該鑄塊在超過540°C且580°C以下的溫度下加熱I~24小時進(jìn)行均質(zhì)化處理；
[0020]之后，將加工開始時的上述鑄塊的溫度設(shè)定為440~560°C，在此狀態(tài)下對上述鑄塊實施熱加工得到延展材料；
[0021]在該延展材料的溫度為400°C以上期間開始進(jìn)行冷卻，之后進(jìn)行以下急冷處理，所述急冷處理為在延展材料的溫度在400°C至150°C的范圍內(nèi)，將其平均冷卻速度控制在5°C /秒以上1000°C /秒以下來進(jìn)行冷卻；
[0022]通過該急冷處理或之后的冷卻，將該延展材料的溫度冷卻至室溫；
[0023]然后，加熱該延展材料進(jìn)行人工時效處理。
[0024]發(fā)明效果
[0025]上述高強(qiáng)度鋁合金材料具有上述特定的化學(xué)成分。因此，其具有與上述傳統(tǒng)的7000系鋁合金材料相同的耐力，同時能夠抑制表面處理后發(fā)生的色調(diào)變化等，從而得到良好的表面品質(zhì)。
[0026]另外，上述高強(qiáng)度的鋁合金材料具有350Mpa以上的耐力。因此，作為在強(qiáng)度特性和外觀特性兩者都重視的用途中使用的材料，其可以比較容易地滿足在強(qiáng)度方面的要求。
[0027]而且，上述高強(qiáng)度鋁合金材料的金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成，所以，能夠抑制表面處理后因纖維狀組織而產(chǎn)生條紋狀圖案的現(xiàn)象，從而得到良好的表面品質(zhì)。
[0028]另外，在使用硫酸浴進(jìn)行陽極氧化處理后，上述高強(qiáng)度鋁合金材料的L*值和b*值在上述特定的范圍內(nèi)。L*值和b*值顯示為在上述范圍內(nèi)的值的鋁合金，由于目視呈現(xiàn)出銀色，因此，上述高強(qiáng)度鋁合金材料成為在陽極氧化處理后的設(shè)計性優(yōu)良的材料。
[0029]如上所述，上述高強(qiáng)度鋁合金材料在經(jīng)陽極氧化處理后，成為表面品質(zhì)優(yōu)良的高強(qiáng)度鋁合金材料。
[0030]其次，在上述高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法中，通過上述特定的處理溫度、處理時間以及處理步驟制造上述高強(qiáng)度鋁合金材料。因此，可以容易地得到上述高強(qiáng)度鋁合金材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為實施例1所涉及的樣品N0.1的再結(jié)晶組織照片。
[0032]圖2為實施例1所涉及的樣品N0.26的纖維狀組織照片。
[0033]圖3為實施例4所涉及的樣品N0.29的再結(jié)晶組織照片?！揪唧w實施方式】
[0034]上述高強(qiáng)度鋁合金材料同時含有:超過7.2%且在8.7%以下的Zn以及1.3%以上2.1%以下的Mg。由于Zn和Mg在鋁合金中共存時析出η’相。所以，同時含有兩者的上述高強(qiáng)度鋁合金材料，通過析出強(qiáng)化而提高強(qiáng)度。
[0035]當(dāng)Zn的含量在7.2%以下時，由于η ’相的析出量變少，強(qiáng)度提高的效果降低。因此，Zn的含量高于7.2%為好，優(yōu)選7.5%以上。另一方面，如果Zn的含量超過8.7%，由于熱加工性降低，其生產(chǎn)性降低。因此，Zn的含量在8.7%以下為好，優(yōu)選8.5%以下。
[0036]另外，Mg的含量少于1.3%時，由于η ’相的析出量變少，強(qiáng)度提高的效果降低。另一方面，如果Mg的含量超過2.1%時，由于熱加工性降低，其生產(chǎn)性降低。
[0037]而且，上述高強(qiáng)度鋁合金材料含有0.01%以上0.10%以下的Cu。在使用回收材料作為上述高強(qiáng)度鋁合金材料的原料時有可能混入Cu。當(dāng)Cu的含量超過0.10%時，成為化學(xué)研磨后的光澤降低、由于陽極氧化處理而變黃的色調(diào)變化等表面品質(zhì)降低的原因。
[0038]另一方面，當(dāng)Cu的含量不足0.01%時，有可能在再結(jié)晶組織的晶界附近形成零點(diǎn)幾微米寬的無析出區(qū)域(Precipitate-free zone)。由于該無析出區(qū)域的形成,在陽極氧化處理后的表面上出現(xiàn)鱗狀圖案，表面品質(zhì)可能降低。通過將Cu的含量控制在0.01%以上0.10%以下，可避免這樣的表面品質(zhì)的降低。
[0039]另外，上述高強(qiáng)度鋁合金材料含有0.01%以上0.10%以下的Zr。通過形成AlZr系金屬間化合物，Zr具有將再結(jié)晶組織的結(jié)晶粒徑細(xì)微化的效果。當(dāng)Zr的含量不足0.01%時，有可能在再結(jié)晶組織的晶界附近形成零點(diǎn)幾微米寬的無析出區(qū)域(Precipitate-freezone)。由于該無析出區(qū)域的形成，在陽極氧化處理后的表面上出現(xiàn)鱗狀圖案，表面品質(zhì)可能降低。
[0040] 另一方面，當(dāng)Zr的含量超過0.10%時，抑制了再結(jié)晶組織的生成，但是卻容易生成纖維狀組織。如果存在上述纖維狀組織，在進(jìn)行陽極氧化處理后，在表面上容易出現(xiàn)因上述纖維狀組織而產(chǎn)生的條紋狀圖案，所以表面品質(zhì)有可能降低。通過將Zr的含量控制在
0.01%以上0.10%以下，可抑制這樣的表面品質(zhì)的降低。
[0041]另外，在上述化學(xué)成分中，將Cr的含量限定為不足0.02%。當(dāng)含有0.02%以上的Cr時，陽極氧化處理后的表面可能帶有黃色的色調(diào)。通過將Cr的含量限定為不足0.02%,可抑制由于這種色調(diào)變化等所引起的表面品質(zhì)的降低。
[0042]而且，在上述化學(xué)成分中，分別將Fe限定為0.30%以下、Si限定為0.30%以下、Mn限定為不足0.05%。Fe、Si是有可能作為鋁原料金屬的不純物而混入的成分，Mn是在使用回收材料時有可能混入的成分。
[0043]上述Fe、Si以及Mn，通過與Al之間形成AlMn系、AlMnFe系或AlMnFeSi系金屬間化合物而具有抑制再結(jié)晶化的作用。因此，當(dāng)上述3種成分過量混入上述高強(qiáng)度鋁合金材料中時，抑制了再結(jié)晶組織的生成，但是卻容易生成纖維狀組織。如果存在上述纖維狀組織，在進(jìn)行陽極氧化處理后，在表面上容易出現(xiàn)因上述纖維狀組織而產(chǎn)生的條紋狀圖案，所以表面品質(zhì)有可能降低。
[0044]通過分別將Fe限定為0.30%以下、Si限定為0.30%以下、Mn限定為不足0.05%,可抑制這種因條紋狀圖案而產(chǎn)生的表面品質(zhì)的降低。
[0045]另外，上述高強(qiáng)度鋁合金材料含有0.001%以上0.05%以下的Ti。通過在鋁合金材料中添加Ti，其具有使鑄塊組織細(xì)微化的作用。由于鑄塊組織變得細(xì)微而得到?jīng)]有斑點(diǎn)且較高光澤，因此可通過含有Ti來提高表面品質(zhì)。
[0046]當(dāng)Ti的含量少于0.001%時，不能充分進(jìn)行鑄塊組織的細(xì)微化，所以在上述高強(qiáng)度鋁合金材料的光澤中有可能會產(chǎn)生斑點(diǎn)。另外，當(dāng)Ti的含量多于0.05%時，由于與Al之間形成的AlTi系金屬間化合物等原因，容易產(chǎn)生點(diǎn)狀缺陷，所以表面品質(zhì)有可能會降低。
[0047]另外，上述高強(qiáng)度鋁合金材料，具有由JIS (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))Z2241 (IS06892-1)規(guī)定的350MPa以上的耐力。因此，可以比較容易地得到與為了達(dá)到輕量化而薄片化相對應(yīng)的強(qiáng)度特性。
[0048]另外，上述高強(qiáng)度鋁合金材料的金屬組織由粒狀的再結(jié)晶組織構(gòu)成。通常，由于通過熱加工制造的鋁合金材料具有由纖維狀組織構(gòu)成的金屬組織，會在表面的光澤中產(chǎn)生條紋狀圖案，所以表面品質(zhì)有可能會降低。另一方面，由于上述高強(qiáng)度鋁合金材料的金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成，在表面不會產(chǎn)生條紋狀圖案，所以表面品質(zhì)良好。
[0049]而且，上述高強(qiáng)度鋁合金材料，在使用硫酸浴進(jìn)行陽極氧化處理后測定的、由JISZ829 (IS07724-1)所規(guī)定的L*值為85以上95以下，且b*值為O以上0.8以下。在陽極氧化處理后L*值和b*值在上述范圍內(nèi)的鋁合金材料，由于目視呈現(xiàn)出銀色，成為設(shè)計性優(yōu)良的鋁合金材料。此處，上述高強(qiáng)度鋁合金材料，通過至少具有上述特定的化學(xué)成分，可實現(xiàn)L*值為85以上且b*值為0.8以下的色調(diào)。
[0050]當(dāng)L*值不足85時，上述高強(qiáng)度鋁合金材料的顏色呈現(xiàn)灰色，因此設(shè)計性可能降低。另外，當(dāng)L*值超過95時，陽極氧化處理后的表面的光澤過大，因此，設(shè)計性可能降低。另一方面，當(dāng)b*值超過0.8時，陽極氧化處理后的色調(diào)帶有黃色，因此，設(shè)計性可能降低。而且，當(dāng)對具有上述化學(xué)成分的鋁合金材料進(jìn)行陽極氧化處理時，很難得到b*值為不足O的鋁合金材料。
[0051]另外，上述再結(jié)晶組織，其晶粒的平均粒徑為500μπι以下，可以將熱加工方向的平行方向的結(jié)晶長度設(shè)定為是熱加工方向的垂直方向的結(jié)晶長度的0.5倍以上4倍以下。
[0052]如果上述晶粒的平均粒徑超過500 μ m,晶粒過度粗大，所以在進(jìn)行陽極氧化處理等表面處理之后，在表面上容易產(chǎn)生斑點(diǎn)，表面品質(zhì)有可能會降低。因此，上述晶粒的平均粒徑越小越好。然而，當(dāng)平均粒徑不足50 μ m時，在上述晶粒之間有可能殘留纖維狀組織。所以，為了得到良好的表面品質(zhì)，上述晶粒的平均粒徑最好為500 μ m以下，優(yōu)選50 μ m以上500 μ m以下。
[0053]另外，如果上述晶粒的長徑比(指的是熱加工方向的平行方向的結(jié)晶長度和熱加工方向的垂直方向的結(jié)晶長度之間的比)超過4，在進(jìn)行陽極氧化處理等表面處理后的表面上有可能會出現(xiàn)條紋狀圖案。另一方面，如果用實質(zhì)的制造設(shè)備很難得到長徑比不足0.5的晶粒。
[0054]另外，上述金屬組織，例如在對鋁合金材料的表面進(jìn)行電解研磨后，可通過用偏光顯微鏡觀察得到的表面來確認(rèn)是否為再結(jié)晶組織。也就是說，當(dāng)上述金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成時，可以觀察到由粒狀晶體構(gòu)成的均一的金屬組織，沒有發(fā)現(xiàn)粗大的金屬間化合物或浮游晶粒等代表的、鑄造時形成得到的凝固組織。同樣的，在由再結(jié)晶組織構(gòu)成的金屬組織中，沒有發(fā)現(xiàn)通過擠出或延壓等塑性加工而形成的條紋狀的組織(即加工組織)。
[0055]對通過使用上述偏光顯微鏡觀察得到的金屬組織圖像，可按照由JIS G0551 (ASTME112-96，ASTM E1382-97)所規(guī)定的切斷法來計算上述再結(jié)晶組織中的晶粒的平均粒徑。即，在上述金屬組織圖像中的任意位置的縱向、橫向和斜向各引入一條切斷線，通過用該切斷線的長度除以橫切切斷線的晶界的數(shù)量來計算平均粒徑。
[0056]另外，可以按照上述方法來計算長徑比(指的是熱加工方向的平行方向的結(jié)晶長度和熱加工方向的垂直方向的結(jié)晶長度之間的比)。即，與上述方法相同，在上述金屬組織圖像中的任意位置引入熱加工方向的平行方向和垂直方向的切斷線，根據(jù)各切斷線來計算熱加工方向的平行方向和垂直方向的平均粒徑。然后，通過用熱加工方向的平行方向的平均粒徑除以熱加工方向的垂直方向的平均粒徑，可計算出長徑比。
[0057]另外，上述再結(jié)晶組織優(yōu)選為在熱加工時生成的組織。再結(jié)晶組織，根據(jù)其制造過程可分為動態(tài)再結(jié)晶組織和靜態(tài)再結(jié)晶組織，通過在熱加工時通過受到變形并同時重復(fù)再結(jié)晶而生成的組織稱為動態(tài)再結(jié)晶組織。另一方面，靜態(tài)再結(jié)晶組織，是通過在進(jìn)行熱加工或冷加工之后追加固溶處理或退火處理等熱處理工序而生成的組織。雖然任何一種再結(jié)晶組織都可解決上述問題，但是動態(tài)再結(jié)晶組織由于其生產(chǎn)工序簡單，因此可以很容易地制造。
[0058]如上所述，上述高強(qiáng)度鋁合金材料為具有高強(qiáng)度且表面品質(zhì)優(yōu)良的材料。而且，進(jìn)行陽極氧化處理時，沒有表面的缺陷等，可得到目視呈現(xiàn)銀色的設(shè)計性優(yōu)良的表面。因此，適合使用在注重強(qiáng)度特性以及外觀特性的部位上。
[0059]其次，在上述高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法中，對具有上述化學(xué)成分的鑄塊，在超過540°C且580°C以下的溫度下加熱I小時以上24小時以下，以進(jìn)行均質(zhì)化處理。
[0060]當(dāng)上述均質(zhì)化處理的加熱溫度為540°C以下時，上述鑄塊的偏析層均質(zhì)化不充分。結(jié)果，由于發(fā)生晶粒粗大化、形成不均一的結(jié)晶組織等問題，所以最終得到的合金材料表面品質(zhì)降低。另一方面 ，如果加熱溫度高于580°C，上述鑄塊有可能會發(fā)生局部熔化，所以制造非常困難。因此，上述均質(zhì)化處理的溫度優(yōu)選超過540°C且580°C以下。
[0061]另外，當(dāng)上述均質(zhì)化處理的加熱時間不足I小時時，上述鑄塊的偏析層均質(zhì)化不充分，所以與上述相同，最終的表面品質(zhì)會降低。另一方面，如果加熱時間超過24小時，由于上述鑄塊偏析層的均質(zhì)化已經(jīng)達(dá)到充分狀態(tài)，無法估計比這更好的效果。因此，上述均質(zhì)化處理的時間優(yōu)選為I小時以上24小時以下。
[0062]接下來，對進(jìn)行了上述均質(zhì)化處理的鑄塊實施熱加工使其形成延展材料。熱加工開始時的上述鑄塊的溫度為440°C以上560°C以下。
[0063]當(dāng)熱加工前的鑄塊的加熱溫度低于440°C時，變形抗力變高，使用實質(zhì)的制造設(shè)備則加工變得非常困難。另一方面，如果將鑄塊加熱至超過560°C的溫度之后再進(jìn)行熱加工，加上加工時的加工發(fā)熱，上述鑄塊會局部熔化，結(jié)果有可能會出現(xiàn)熱裂紋。因此，熱加工前的上述鑄塊的溫度優(yōu)選為440°C以上560°C以下。
[0064]而且，作為上述熱加工，可采用擠出加工或延壓加工等。
[0065]另外，上述熱處理之后，在上述延展材料為400°C以上期間開始冷卻，進(jìn)行將上述延展材料的溫度冷卻至150°C以下的急冷處理。
[0066]當(dāng)上述急冷處理前的上述延展材料的溫度不足400°C時，淬火不充分，結(jié)果得到的延展材料的耐力有可能會不足350MPa。另外，當(dāng)急冷處理后的延展材料的溫度超過150°C時，淬火也不充分，結(jié)果得到的延展材料的屈服極限有可能會不足350MPa。[0067]而且，上述急冷處理指的是通過強(qiáng)制方法冷卻上述延展材料的處理。
[0068]作為上述急冷處理，可采用例如噴淋冷卻或水冷卻等方法。
[0069]而且，在該延展材料的溫度為400°C至150°C的范圍內(nèi)時，將平均冷卻速度控制為50C /秒以上1000°C /秒以下來進(jìn)行上述急冷處理。
[0070]當(dāng) 上述平均冷卻速度超過1000°C /秒時，除設(shè)備過大以外，也得不到與其符合的效果。另一方面，如果平均冷卻速度不足5°C /秒，則由于淬火不充分，得到的延展材料的屈服極限有可能會不足350MPa。因此，平均冷卻速度越快越好，優(yōu)選5°C /秒以上1000°C /秒以下，更優(yōu)選100°C /秒以上1000°C /秒以下。
[0071]另外，進(jìn)行上述急冷處理以后，使上述延展材料的溫度達(dá)到室溫。這意味著，可以通過上述冷卻處理達(dá)到室溫，或者也可以通過在該急冷處理后進(jìn)行追加的冷卻處理達(dá)到室溫。通過使延展材料的溫度達(dá)到室溫，呈現(xiàn)了室溫時效的效果，因此提高了延展材料的強(qiáng)度。
[0072]而且，上述追加的冷卻處理，可采用例如風(fēng)機(jī)空冷、噴霧冷卻、噴淋冷卻或水冷卻
等方法。
[0073]在此，如果在維持室溫的狀態(tài)下保管上述延展材料，由于室溫時效效果，進(jìn)一步提高了該延展材料的強(qiáng)度。室溫時效時間，在初期階段時間越長強(qiáng)度越高，當(dāng)室溫時效時間為24小時以上時，室溫時效的效果達(dá)到飽和。
[0074]其次，加熱如上所述的被冷卻至室溫的上述延展材料，以進(jìn)行人工時效處理。通過進(jìn)行人工時效處理，上述延展材料內(nèi)的MgZn2微細(xì)且均一地析出，所以可容易地使上述延展材料的耐力達(dá)到350MPa以上。作為上述人工時效處理的具體條件，可使用以下任意一種實施方式。
[0075]即，作為上述人工時效處理的處理條件的一個實施方式，可采用以下處理:將上述延展材料在80~120°C的溫度下加熱I~5小時進(jìn)行第一人工時效處理，之后，接著所述第一人工時效處理將上述延展材料在130~200°C的溫度下加熱2~15小時進(jìn)行第二人工時效處理。
[0076]此處，連續(xù)進(jìn)行第一人工時效處理和第二人工時效處理，意味著在第一人工時效處理結(jié)束之后，維持上述延展材料的溫度而進(jìn)行第二人工時效處理。也就是說，在第一人工時效處理和第二人工時效處理之間，最好不要冷卻上述延展材料，作為具體的方法，在第一人工時效處理之后，不從熱處理爐中將其取出而進(jìn)行第二人工時效處理。
[0077]如此，通過連續(xù)進(jìn)行上述第一人工時效處理和第二人工時效處理，可縮短人工時效處理時間。另外，第二熱工時效處理的溫度優(yōu)選為130~200°C，當(dāng)?shù)诙斯r效在170~200°C的范圍進(jìn)行加熱時，上述延展材料的延性變大，所以可進(jìn)一步提高加工性。而且，在第二人工時效處理中，當(dāng)出現(xiàn)在上述溫度范圍或時間范圍以外的條件時，得到的延展材料的耐力可能不足350MPa。
[0078]另外，作為上述人工時效處理的處理條件的其他實施方式，可采用以下處理條件，SP，將上述延展材料在100~170°C的溫度下加熱5~30小時進(jìn)行人工時效處理。
[0079]在這種情形下，由于制造工序變得簡單，可容易地進(jìn)行制造。如果上述人工時效處理在上述溫度范圍或時間范圍以外，則得到的延展材料的耐力有可能會不足350MPa，那么很難得到具有充分的強(qiáng)度特性的延展材料。[0080]實施例
[0081]實施例1
[0082]用表1和表2對涉及上述高強(qiáng)度鋁合金材料的實施例進(jìn)行說明。
[0083]在本實施例中，如表1所示，在同一制造條件下制作使鋁合金材料的化學(xué)成分改變的樣品(N0.1~N0.28)，進(jìn)行各樣品的強(qiáng)度測定、金屬組織觀察。進(jìn)一步，對各樣品進(jìn)行表面處理后，進(jìn)行表面品質(zhì)評價。
[0084]以下，將對各樣品的制造條件、強(qiáng)度測定方法和金屬組織觀察方法，以及表面處理方法和表面品質(zhì)評價方法進(jìn)行說明。
[0085]樣品的制造條件
[0086]通過半連續(xù)鑄造，鑄造具有表1中所記載的化學(xué)成分、且直徑為90mm的鑄塊。然后，將該鑄塊在550°C的溫度下加熱12小時進(jìn)行均質(zhì)化處理。隨后，在上述鑄塊的溫度為520°C的狀態(tài)下，通過對該鑄塊進(jìn)行熱擠出加工，形成寬150mm、厚IOmm的延展材料。然后，在該延展材料的溫度為505°C的狀態(tài)下，對該延展材料進(jìn)行急冷處理，即，以600°C /秒的平均冷卻速度將其冷卻至100°C。然后，將進(jìn)行了上述急冷處理的上述延展材料冷卻至室溫，在室溫下進(jìn)行24小時的室溫時效之后，使用熱處理爐將所述延展材料在100°C的溫度下加熱4小時進(jìn)行第一人工時效處理。接下來，不從熱處理爐中取出上述延展材料而將爐內(nèi)溫度升至160°C，以實施在160°C下加熱8小時的第`二人工時效處理，從而成為樣品。
[0087]強(qiáng)度測定方法
[0088]根據(jù)JIS Z2241 (IS06892-1)中的方法從樣品中采集試驗片，進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、耐力和伸縮率的測定。結(jié)果，表示耐力為350MPa以上的樣品被判定為合格。
[0089]金屬組織觀察方法
[0090]對樣品進(jìn)行電解研磨后，通過倍率50倍~100倍的偏光顯微鏡取得樣品表面的顯微鏡像。對該顯微鏡像進(jìn)行圖像解析，如上所述，按照J(rèn)is G055KASTM El 12-96，ASTME1382-97)所規(guī)定的切斷法來求得構(gòu)成樣品的金屬組織的晶粒的平均粒徑。另外，如上所述，通過用熱加工方向的平行方向的平均粒徑除以熱加工方向的垂直方向的平均粒徑來計算出長徑比(指的是熱加工方向的平行方向的結(jié)晶長度和熱加工方向的垂直方向的結(jié)晶長度之間的比)。結(jié)果，分別將平均粒徑為500 μ m以下的樣品、長徑比為0.5~4.0范圍內(nèi)的樣品判定為理想結(jié)果。
[0091]表面處理方法
[0092]對進(jìn)行了上述人工時效處理的樣品的表面進(jìn)行拋光之后，用氫氧化鈉溶液進(jìn)行刻蝕，接下來進(jìn)行除垢處理。用磷酸-硝酸法在90°C的溫度下對進(jìn)行了該除垢處理的樣品進(jìn)行I分鐘的化學(xué)研磨。然后將進(jìn)行了該化學(xué)研磨的樣品在15%硫酸浴下以150A/m2的電流密度進(jìn)行陽極氧化處理，形成IO μ m的陽極氧化皮膜。最后，將上述陽極氧化處理后的樣品浸潰于沸水中，進(jìn)行上述陽極氧化皮膜的封孔處理。
[0093]表面品質(zhì)的評價方法
[0094]目視觀察進(jìn)行了上述表面處理的樣品的表面。通過目視觀察，在表面上沒有出現(xiàn)條紋狀圖案、斑狀圖案或點(diǎn)狀缺陷的樣品被判定為合格。
[0095]接下來，用色差計檢測樣品表面的色調(diào)，獲取JIS Z8729 (IS07724-1)所記載的L*a*b*表色系中各坐標(biāo)的值。結(jié)果，L*值(明度)為85~95、b*值(藍(lán)~黃的色度)為O~0.8范圍內(nèi)的樣品被判定為合格。
[0096]表2表示如上制作的各樣品的評價結(jié)果。而且，在各個評價結(jié)果中，對于未被判定為合格或未被判定為理想結(jié)果的樣品，表2中在該評價結(jié)果的下方添加了下劃線。
[0097]由表2可知，樣品N0.1~N0.14，全部的評價項目均合格，在強(qiáng)度、表面品質(zhì)方面均顯示了優(yōu)良特性。
[0098]作為具有優(yōu)良表面品質(zhì)的樣品的代表例，圖1表示樣品N0.1的金屬組織觀察結(jié)果。由圖1可知，具有優(yōu)良表面品質(zhì)的樣品，在具有由粒狀再結(jié)晶組織構(gòu)成的金屬組織的同時，即使通過目視確認(rèn)也沒有觀察到條紋狀圖案，且沒有斑點(diǎn)，還具有較高光澤。
[0099]樣品N0.15，由于Zn含量過低，不能充分得到強(qiáng)度提高效果，判定耐力不合格。進(jìn)一步，晶粒也變粗大，觀察到了斑狀圖案，判定為不合格。
[0100]樣品N0.16，由于Zn含量過高，熱加工性能差，用實質(zhì)的設(shè)備不能進(jìn)行熱擠出加工。
[0101]樣品N0.17，由于Mg含量過低，不能充分得到強(qiáng)度提高效果，判定耐力不合格。進(jìn)一步，晶粒也變粗大，觀察到了斑狀圖案，判定為不合格。
[0102]樣品N0.18，由于Mg含量過高，熱加工性能差，用實質(zhì)的設(shè)備不能進(jìn)行熱擠出加工。
[0103]樣品N0.19，由于Cu含量過低，觀察到由無析出區(qū)域所產(chǎn)生的鱗狀圖案，判定為不合格。
[0104]樣品N0.20，由于Cu含量過高，表面色調(diào)帶有黃色而判定為不合格。
[0105]樣品N0.21，由于Fe含量過高，結(jié)果形成纖維狀組織，目視確認(rèn)表面的條紋狀圖案而判定為不合格。
[0106]樣品N0.22，由于Si含量過高，結(jié)果形成纖維狀組織，目視確認(rèn)表面的條紋狀圖案而判定為不合格。
[0107]樣品N0.23，由于Mn含量過高，結(jié)果形成纖維狀組織，目視確認(rèn)表面的條紋狀圖案而判定為不合格。
[0108]樣品N0.24，由于Cr含量過高，表面色調(diào)帶有黃色而判定為不合格。
[0109]樣品N0.25，由于Zr含量過低，觀察到由無析出區(qū)域所產(chǎn)生的鱗狀圖案，判定為不合格。
[0110]樣品N0.26，由于Zr含量過高，結(jié)果形成纖維狀組織，目視確認(rèn)表面的條紋狀圖案而判定為不合格。
[0111]在表面品質(zhì)不合格的樣品中，作為目視確認(rèn)條紋狀圖案的樣品的代表例，圖2表示N0.26的金屬組織觀察結(jié)果。由圖2可知，目視確認(rèn)的條紋狀圖案的樣品具有由纖維狀組織構(gòu)成的金屬組織。
[0112]樣品N0.27，由于Ti含量過低，出現(xiàn)了由粗大的鑄塊組織引起的斑狀圖案而判定為不合格。
[0113]樣品N0.28，由于Ti含量過高，結(jié)果形成和Al的金屬間化合物，表面可以看到點(diǎn)狀缺陷而判定為不合格。
[0114]實施例2
[0115]其次，用表3~表5對涉及上述高強(qiáng)度鋁合金的制造方法的實施例進(jìn)行說明。[0116]在本實施例中，將含有表3所示化學(xué)成分的鋁合金材料，按照表4所示改變制造條件來制造樣品(N0.A~N0.AA)，進(jìn)而進(jìn)行各樣品的強(qiáng)度測定、金屬組織觀察。進(jìn)一步，對各樣品進(jìn)行表面處理之后，進(jìn)行表面品質(zhì)的評價。
[0117]以下，對各樣品的制造條件進(jìn)行詳細(xì)說明。而且，各樣品的強(qiáng)度測定方法、金屬組織觀察方法、表面處理方法以及表面評價方法和上述實施例1的方法相同。
[0118]樣品的制造條件
[0119]通過半連續(xù)鑄造，鑄造具有表3所記載的化學(xué)成分且直徑為90mm的鑄塊。然后，使用表4所示的溫度、時間或平均冷卻速度的組合，對上述鑄塊順次實施均質(zhì)化處理、熱擠出加工、急冷處理、第一人工時效處理以及第二人工時效處理，進(jìn)而得到樣品。另外，表4中所記載的室溫時效時間，是在進(jìn)行急冷處理之后，從延展材料到達(dá)室溫到進(jìn)行第一人工時效處理的時間。
[0120]表5表示如上制作的各樣品的評價結(jié)果。而且，在各個評價結(jié)果中，對于未被判定為合格或未被判定為理想結(jié)果的樣品，表5中在該評價結(jié)果下方添加了下劃線。
[0121]由表5可知,樣品N0.A~N0.R,全部評價項目均合格，在強(qiáng)度、表面品質(zhì)方面均顯示了優(yōu)良特性。
[0122]樣品S，由于均質(zhì)化處理中加熱溫度過低，屈服極限未達(dá)到350MPa而判定為不合格。同時，晶粒變得粗大，還目視確認(rèn)了表面的斑狀圖案。
[0123]樣品T，由于均質(zhì)化處理中處理時間過短，耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。同時，晶粒變得粗大，還目視確認(rèn)了表面的斑狀圖案。
[0124] 樣品U，由于熱擠出加工前鑄塊的加熱溫度過高，結(jié)果在進(jìn)行擠出加工時部分熔化，引起熱加工裂紋，不能進(jìn)行急冷處理以后的處理。
[0125]樣品V，由于急冷處理中的冷卻速度過低，淬火不充分耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0126]樣品W，由于急冷處理后延展材料的溫度過高，淬火不充分耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0127]樣品X，由于第二人工時效處理中處理溫度過低，時效硬化不充分耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0128]樣品Y，由于第二人工時效處理中處理溫度過高，形成過度時效，耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0129]樣品Z，由于第二人工時效處理中處理時間過短，時效硬化不充分耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0130]樣品AA，由于第二人工時效處理中處理時間過長，形成過度時效，耐力未達(dá)到350MPa而判定為不合格。
[0131]實施例3
[0132]本實施例為在上述高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法中，進(jìn)行I段人工時效處理的例子。
[0133]樣品制造條件
[0134]通過半連續(xù)鑄造，鑄造具有表3所記載的化學(xué)成分且直徑為90mm的鑄塊。之后，按照表4的樣品A所記載的條件，順次進(jìn)行均質(zhì)化處理、熱擠出以及急冷處理。然后，在進(jìn)行該急冷處理后的室溫時效之后，使用熱處理爐將上述延展材料在140°C的溫度下加熱24小時進(jìn)行人工時效處理，得到樣品AB。
[0135]通過和上述實施例1相同的方法，對如上述制成的樣品AB進(jìn)行強(qiáng)度測定、金屬組織觀察。進(jìn)一步，在對各樣品進(jìn)行表面處理后，進(jìn)行表面品質(zhì)的評價。
[0136]表6表示如上制作的樣品AB的評價結(jié)果。由表6可知，樣品AB的全部評價項目均合格，在強(qiáng)度、表面品質(zhì)方面均顯示了優(yōu)良特性。
[0137]表1
樣品 ~&~Mg ~CUSiMn~rZr~--~Ι "
No c%) (%) (%)(%)m(X)(?){%)C?)(%)
17.23 1.63 0.030.120.080,010.0080,050,02余壓
28.66 IJt ^~QM4fttflft050:01~0Μ~ QJl~
37 Jg 1.34 0.030.150Λ70.020—005ΟΛ§0—01余 y
47.75 20J50.110.050.030.0060.040.02余 ?
57.83 1.77 0,010.120.040.010.0070.050.008余 fcl
67.71 1.69 OJIOJ 30.080,010.0080.060.008余 g
78.12 1—72 O—030.220.070.020.0080.040.01余 Ii
88.03 1.73 0.03OJO0.200.01OiMW0.050Λ2余}|?
98.18 177 0.04OJ 50.080.040.0080.040.01余量
——10 7.89 IJI OJSOJ1ftOa~0.02" 0^01'MM—一 OJl~ #g
118.16 1.7B 0J4OJ 3OJO0.010.0OB0.010.02余 B
128.25 1.72 0J40.120—080.020.0050.080.01余歷
138-11 1.71 0.050J30,070.0t0.0080.060.0T2余
[0138],4 8.04 1J8 0J30.150,05OOt0-0080.050.04余環(huán)
157.18 1.73 0J20.160,060,0 丨0.0080.030.01余 M
168.79 1J8 0.030.180.050.010.0090.050.01余量
177.B1 IJS 0—030—110似0.020.0070.050.01余零
187J3 2.1? 0.020.1 P0.070.020.0080.060.02余逆
198.06 1.18 0.M7OJ 7OM0.010,007004--余?
208—01 178 0.120.210.090.010.0070.050.02余 M
2< 7Μ 174 0—040.34 0.060.020.0080.030.008余 M
227—77 1.78 0.060.150.330.010.0090.040J1余￥
237.95 ~Τ?~ 0J50-17OJO0.050.0080.050.01余量
247.82 1.78 0.040.1 <0.030,020020.060.02余發(fā)
257.84 1.82 0.030.130.050.020.0070.0080.01~ 余 W
28 7.90 1.81 0.050.110.050.010.0070.130 01余 i#
278.02 L7S 0刺0140.0g0.020.0080.040.0008余 SI
28a 04 tJ9 PM0.130.080.01OMB0.030.06余￥
[0139]表2
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于，具有含有超過7.2質(zhì)量％且8.7質(zhì)量％以下的Zn、1.3質(zhì)量％以上2.1質(zhì)量％以下的Mg、0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Cu、0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Zr、不足0.02質(zhì)量％的Cr、0.30質(zhì)量％以下的Fe、0.30質(zhì)量％以下的S1、不足0.05質(zhì)量％的Mn和0.001質(zhì)量％以上0.05質(zhì)量％以下的Ti，并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成的化學(xué)成分； 其耐力為350Mpa以上； 其金屬組織由再結(jié)晶組織構(gòu)成； 在使用硫酸浴進(jìn)行陽極氧化處理之后所測定的、由JIS Z8729(IS07724-1)所規(guī)定的L*值為85以上95以下，且b*值為O以上0.8以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于，所述再結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑為500 μ m以下，并且，熱加工方向的平行方向的晶粒長度是熱加工方向的垂直方向的晶粒長度的0.5~4倍。
3.一種高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法，其特征在于，制造具有以下化學(xué)成分的鑄塊，該化學(xué)成分含有超過7.2質(zhì)量％且8.7質(zhì)量％以下的Zn、1.3質(zhì)量％以上2.1質(zhì)量％以下的Mg,0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Cu、0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Zr、不足0.02質(zhì)量％的Cr、0.30質(zhì)量％以下的Fe、0.30質(zhì)量％以下的S1、不足0.05質(zhì)量％的Mn和0.001質(zhì)量％以上0.05質(zhì)量％以下的Ti,并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成； 將所述鑄塊在超過540°C且580°C以下的溫度下加熱I~24小時進(jìn)行均質(zhì)化處理；之后，將加工開始時的所述鑄塊的溫度設(shè)定為440~560°C，在此狀態(tài)下對所述鑄塊實施熱加工得到延展材料； 在所述延展材料的溫度為400°C以上期間開始進(jìn)行冷卻，之后進(jìn)行以下急冷處理，所述急冷處理為在所述延展材料的溫度在400°C至150°C的范圍內(nèi)，將其以平均冷卻速度控制在5°C /秒以上1000°C /秒以下來進(jìn)行冷卻； 通過所述急冷處理或之后的冷卻，將所述延展材料的溫度冷卻至室溫； 然后，將所述延展材料在80~120°C的溫度下加熱I~5小時進(jìn)行第一人工時效處理，之后，接著所述第一人工時效處理將所述延展材料在130~200°C的溫度下加熱2~15小時進(jìn)行第二人工時效處理。
4.一種高強(qiáng)度鋁合金材料的制造方法，其特征在于，制造具有以下化學(xué)成分的鑄塊，該化學(xué)成分含有超過7.2質(zhì)量％且8.7質(zhì)量％以下的Zn、1.3質(zhì)量％以上2.1質(zhì)量％以下的Mg,0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Cu、0.01質(zhì)量％以上0.10質(zhì)量％以下的Zr、不足.0.02質(zhì)量％的Cr、0.30質(zhì)量％以下的Fe、0.30質(zhì)量％以下的S1、不足0.05質(zhì)量％的Mn和.0.001質(zhì)量％以上0.05質(zhì)量％以下的Ti,并且余量由Al以及不可避免的不純物構(gòu)成； 將所述鑄塊在超過540°C且580°C以下的溫度下加熱I~24小時進(jìn)行均質(zhì)化處理；之后，將加工開始時的所述鑄塊的溫度設(shè)定為440~560°C，在此狀態(tài)下對所述鑄塊實施熱加工得到延展材料； 在所述延展材料的溫度為400°C以上期間開始進(jìn)行冷卻，之后進(jìn)行以下急冷處理，所述急冷處理為在所述延展材料的溫度在400°C至150°C的范圍內(nèi)，將其平均冷卻速度控制在5°C /秒以上1000°C /秒以下來進(jìn)行冷卻； 通過所述急冷處理或之后的冷卻，將所述延展材料的溫度冷卻至室溫；然后，將所述延展 材料在100~170°C的溫度下加熱5~30小時進(jìn)行人工時效處理。
【文檔編號】C22F1/00GK103732772SQ201280036669
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】八太秀周 申請人:株式會社Uacj