專利名稱：電磁成形用鋁合金中空擠壓材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于電磁成形的擴(kuò)管性優(yōu)異的電磁成形用鋁合金中空擠壓材。
背景技術(shù)：
所謂電磁成形，就是使線圈瞬間性地流通例如IOkA以上的級(jí)別的大電流而制造出強(qiáng)力的磁場(chǎng)，在放置于其中的被成形體(導(dǎo)體)上所發(fā)生的渦電流與磁場(chǎng)的相互作用下來(lái)成形被成形體的方法。例如，在鋁合金中空擠壓材(管)之中旋轉(zhuǎn)電磁成形線圈，進(jìn)行電磁成形，鋁合金中空擠壓材被向外側(cè)擴(kuò)管。至今為止的電磁成形用線圈由于耐久性低,若使高電磁力發(fā)生,則線圈自身破損，所以能夠輸出的電磁力有限度，因此作為電磁成形用鋁合金中空擠壓材的原材，使用的是鋁合金之中作為中等強(qiáng)度的6000系合金等。例如在特開(kāi)2010-159005號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2010-69927號(hào)公報(bào)中，記述有通過(guò)電磁成形對(duì)于Tl調(diào)質(zhì)的6000系鋁合金中空擠壓材進(jìn)行擴(kuò)管。另外，在特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2005-105327號(hào)公報(bào)中，記述有一種基于電磁成形的擴(kuò)管成形性優(yōu)異的6000系鋁合金中空擠壓材。另一方面，近年的電磁成形用線圈，耐久性提高，能夠輸出更高的電磁力。因此，對(duì)于比6000系鋁合金強(qiáng)度更高的7000系鋁合金的電磁成形的應(yīng)用得到研究。關(guān)于7000系鋁合金中空擠壓材的擴(kuò)管，例如在特開(kāi)2010-196089號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2009-114514號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2007-119853號(hào)公報(bào)中有所記述。但是，其所公開(kāi)的擴(kuò)管方法，是通過(guò)壓入圓錐狀的金屬模具進(jìn)行的擴(kuò)管，或是利用液壓成形進(jìn)行的擴(kuò)管。這些文獻(xiàn)所記述的7000系鋁合金中空擠壓材，均相當(dāng)量地含有Mn、Cr、Zr的一種以上，結(jié)晶組織主要是纖維狀組 織，可知具有優(yōu)異的擴(kuò)管成形性。還有，一般來(lái)說(shuō)用地結(jié)構(gòu)構(gòu)件的7000系鋁合金，為了使耐SCC性(耐應(yīng)力腐蝕裂紋性)提高，添加Cr、Mn、Zr等的過(guò)渡元素而使結(jié)晶組織成為纖維狀，以實(shí)現(xiàn)晶粒的微細(xì)化。在擠壓成形中空材的代表性的方法中，有芯棒擠壓和分流組合模擠壓(一卜*一&押出)，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選分流組合模擠壓。先前列舉的特開(kāi)2010-196089號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的，就是以分流組合模擠壓為前提的技術(shù)。但是，應(yīng)用以分流組合模擠壓成形結(jié)晶組織主要由纖維狀組織構(gòu)成的7000系鋁合金中空擠壓材，對(duì)于其中空擠壓材通過(guò)電磁成形而進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，在以作為實(shí)用級(jí)的20%以上的擴(kuò)管率(擴(kuò)管率的定義參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào))進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，有成形品發(fā)生裂紋這樣的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，所謂的擴(kuò)管時(shí)(參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)的圖4 (b))，若擴(kuò)管率大，則沿著擠壓軸向的裂紋(裂縫)容易發(fā)生。另外，在擠壓材的端部形成凸緣時(shí)(參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)的圖4(a))，若擴(kuò)管率大，則在凸緣上發(fā)生朝向徑向的扇形的裂紋(裂縫)，或即使不至裂紋發(fā)生，也容易發(fā)生縮頸(局部性的薄壁化)。例如在形成螺栓孔能夠形成的安裝用凸緣時(shí)，通常需要40%以上的高擴(kuò)管率，裂紋容易發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)而形成，其目的在于，得到以分流組合模擠壓為前提，在應(yīng)用電磁成形進(jìn)行的擴(kuò)管時(shí)的擴(kuò)管成形性優(yōu)異的電磁成形用7000系鋁合金中空擠壓材。在以分流組合模擠壓成形的鋁合金中空擠壓材中，模內(nèi)一旦有鋁分流，再度結(jié)合而形成的熔敷部，在擠壓縱長(zhǎng)方向存在。對(duì)于以分流組合模擠壓成形，由纖維狀組織構(gòu)成的7000系鋁合金中空擠壓材，通過(guò)電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)發(fā)生的裂紋，在所述熔敷部發(fā)生。7000系鋁合金中空擠壓材由纖維狀組織構(gòu)成時(shí)，熔敷部與非熔敷部相比，組織較大，強(qiáng)度比非熔敷部相對(duì)地低。因此，以電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)熔敷部成為應(yīng)力集中部，推測(cè)在此會(huì)發(fā)生裂紋。基于此推測(cè)，在本發(fā)明中，使以分流組合模擠壓成形的7000系鋁合金中空擠壓材的截面整體為再結(jié)晶組織，減小熔敷部與非熔敷部的組織差異。其結(jié)果是，在以電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)能夠得到優(yōu)異的擴(kuò)管成形性。本發(fā)明的電磁成形用鋁合金中空擠壓材，以分流組合模擠壓成形，Zn:3.0 8.0質(zhì)量％、Mg:0.4 2.0 質(zhì)量％、Cu:0.05 2.0 質(zhì)量％、Ti:0.005 0.2 質(zhì)量％、Si:0.3質(zhì)量％以下、Fe:0.35質(zhì)量％以下，Mn、Cr和Zr的一種或兩種以上的合計(jì)為0.10質(zhì)量％以下，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，截面整體由再結(jié)晶組織構(gòu)成。本發(fā)明的7000系鋁合金中空擠壓材，適用由電磁成形進(jìn)行的擴(kuò)管時(shí)，不會(huì)發(fā)生裂紋，能夠得到實(shí)用級(jí)別的擴(kuò)管率20%以上，顯示出優(yōu)異的擴(kuò)管成形性。因此，能夠利用高強(qiáng)度的7000系鋁合金中空擠壓材，制造在端部形成有凸緣的構(gòu)件(參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2005-105327號(hào)公報(bào))和，通過(guò)擴(kuò)管成形被接合的構(gòu)件(參照特開(kāi)2010-159005號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2010-69927號(hào)公報(bào))等各種電磁成形構(gòu)件。本發(fā)明特別適合于成形在端部具有安裝用凸緣的中空構(gòu)件的情況。


·圖1是表示實(shí)施例Al和比較例B7的顯微組織的顯微鏡照片；圖2 (a)是實(shí)施例的電磁成形試驗(yàn)的俯視模式圖；圖2(b)是實(shí)施例的電磁成形試驗(yàn)的俯視模式圖的線1-1的剖面圖；圖3是電磁成形試驗(yàn)后的實(shí)施例Al與比較例B7的凸緣部的外觀圖(照片)。
具體實(shí)施例方式接著，對(duì)于本發(fā)明的7000系鋁合金中空擠壓材的合金組成和結(jié)晶組織等，更具體地進(jìn)行說(shuō)明。[合金組成]Zn:3.0 8.0 質(zhì)量％Zn與Mg —起形成作為金屬間化合物的MgZn2,是使7000系鋁合金的強(qiáng)度提高的元素。Zn含量低于3.0質(zhì)量％時(shí)得不到充分的強(qiáng)度，若超過(guò)8.0質(zhì)量％，則強(qiáng)度過(guò)高，在現(xiàn)狀的電磁成形用線圈的電磁力下，無(wú)法得到實(shí)用級(jí)別的擴(kuò)管率。Zn含量?jī)?yōu)選為4.0 7.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為4.5 6.5質(zhì)量％。
Mg:0.4 2.0 質(zhì)量％Mg與Zn —起形成作為金屬間化合物的MgZn2,是使7000系鋁合金的強(qiáng)度提高的元素。Mg含量低于0.4質(zhì)量％時(shí)得不到充分的強(qiáng)度，若超過(guò)2.0質(zhì)量％，則強(qiáng)度變得過(guò)高，在現(xiàn)狀的電磁成形用線圈的電磁力下，無(wú)法獲得實(shí)用級(jí)別的擴(kuò)管率。Mg添加量?jī)?yōu)選為0.4
1.7質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.4 1.5質(zhì)量％。Cu:0.05 2.0 質(zhì)量％Cu是使7000系鋁合金的強(qiáng)度提高的元素。Cu含量低于0.05質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的強(qiáng)度，若超過(guò)2.0質(zhì)量％，則強(qiáng)度變得過(guò)高，在現(xiàn)狀的電磁成形用線圈的電磁力下，無(wú)法獲得實(shí)用級(jí)別的擴(kuò)管率。Cu含量?jī)?yōu)選為0.08 1.7質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.1 1.5質(zhì)量％。T1:0.005 0.2 質(zhì)量％Ti具有使鑄造時(shí)的晶粒微細(xì)化的作用，為了提高基于電磁成形的擴(kuò)管成形性而添力口。優(yōu)選的添加量為0.005%以上。另一方面，若超過(guò)0.2%，則所述效果飽和，此外，粗大的金屬間化合物結(jié)晶出來(lái)，反而阻礙電磁成形的擴(kuò)管成形性。因此，Ti的添加量為0.005
0.2%，更優(yōu)選為0.01 0.1%，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01 0.05%。S1:0.3 質(zhì)量％ 以下Fe:0.35 質(zhì)量％ 以下Si和Fe是鋁塊中所含的不可避免的雜質(zhì)，若在合金中大量存在，則鑄造時(shí)結(jié)晶出粗大的金屬間化合物，使擠壓材的延展性降低。因此，Si含量限制在0.3質(zhì)量％以下(含O質(zhì)量％ )，F(xiàn)e含量限制0.35質(zhì)量％以下(含O質(zhì)量％)。優(yōu)選為Si含量限制在0.2質(zhì)量％以下(含O質(zhì)量％ ), Fe含量限制在0.25質(zhì)量％以下(含O質(zhì)量％ )。Mn+Cr+Zr:0.10 質(zhì)量％ 以下Mn、Cr、Zr使7000系鋁合金擠壓材的結(jié)晶組織成為纖維狀，具有使耐SCC性(耐應(yīng)力腐蝕裂紋性)提高的作用，因此以擠壓材作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件而使用時(shí)一般被添加。但是，如先前說(shuō)明的，擠壓材由纖維狀組織構(gòu)成時(shí)，在電磁成形的擴(kuò)管上容易發(fā)生裂紋，得不到不會(huì)發(fā)生裂紋而作為實(shí)用級(jí)別的20%以上的擴(kuò)管率。在本發(fā)明中，為了使擠壓材的截面整體成為再結(jié)晶組織，將Mn、Cr和Zr的一種或兩種以上的合計(jì)限制在0.10質(zhì)量％以下(含O質(zhì)量％ )，優(yōu)選為0.08質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.05質(zhì)量％以下。[擠壓材的組織]通過(guò)分流組合模擠壓而成形的7000系鋁合金中空擠壓材的結(jié)晶組織為纖維狀組織時(shí)，熔敷部與非熔敷部的組織差異大，強(qiáng)度差異也大。因此，如先前說(shuō)明的，對(duì)于該中空擠壓材應(yīng)用基于電磁成形的擴(kuò)管時(shí)，熔敷部成為應(yīng)力集中部，同熔敷部發(fā)生裂紋。相對(duì)于此，中空擠壓材的截面整體為再結(jié)晶組織時(shí)，即使以大擴(kuò)管率進(jìn)行基于電磁成形的擴(kuò)管也難以發(fā)生裂紋，顯示出優(yōu)異的擴(kuò)管成形性。這被推測(cè)是由于，再結(jié)晶組織的中空擠壓材的情況與纖維狀組織的中空擠壓材相比，熔敷部與非熔敷部的組織差異和強(qiáng)度差異小，以電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，熔敷部難以變成應(yīng)力集中部。因此，本發(fā)明的中空擠壓材，截面整體由再結(jié)晶組織構(gòu)成。在本發(fā)明中，在最難以再結(jié)晶化(纖維狀組織容易余量留)的板厚中心部，晶粒的平均長(zhǎng)寬比為5.0以下時(shí)，定義為中空擠壓材的截面整體由 再結(jié)晶組織構(gòu)成。還有，長(zhǎng)寬比為5.0以下的，意味著晶粒為等軸晶或近似于等軸晶的形態(tài)的再結(jié)晶晶粒。
[擠壓材的強(qiáng)度]在電磁成形線圈的電磁力中，由于實(shí)用上存在極限，所以若使擠壓材達(dá)到過(guò)高強(qiáng)度，則在基于電磁成形的擴(kuò)管中得不到高擴(kuò)管率。但是，如后述的實(shí)施例所示，如果電磁成形時(shí)的屈服強(qiáng)度為300N/mm2以下，則能夠得到實(shí)用級(jí)別的擴(kuò)管率20%以上。電磁成形一般在時(shí)效處理前進(jìn)行，因此本發(fā)明的7000系鋁合金中空擠壓材，使擠壓后的回火硬度(質(zhì)別:temper)!!(特別是自然時(shí)效未進(jìn)行的階段)的屈服強(qiáng)度為300N/mm2以下，如此規(guī)定作為強(qiáng)化元素的Zn、Mg、Cu的含量的上限值。但是，電磁成形時(shí)的擠壓材的回火硬度也可以不限定為Tl (特別是自然時(shí)效未進(jìn)行的階段)，而是人工時(shí)效材、O材等的回火硬度。任何情況下，如果電磁成形時(shí)的屈服強(qiáng)度超過(guò)300N/mm2，由于電磁成形機(jī)的電磁力極限，均不能得到充分的擴(kuò)管率。在此，人工時(shí)效處理有亞時(shí)效、峰值時(shí)效、過(guò)時(shí)效，為了得到高強(qiáng)度而優(yōu)選峰值時(shí)效。但是，如果是亞時(shí)效，則相對(duì)于峰值時(shí)效來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度有一些降低，但因?yàn)榫植垦由炻试黾樱岳缒軌蚴咕彌_器的壓壞裂紋性提高。另外，過(guò)時(shí)效與峰值時(shí)效相比，強(qiáng)度也有所降低，但有耐SCC性提高這樣的優(yōu)點(diǎn)。電磁成形后的擠壓材，一般進(jìn)行人工時(shí)效處理，或在回火硬度Tl下進(jìn)行以規(guī)定期間進(jìn)行自然時(shí)效，在使強(qiáng)度提高的狀態(tài)下使用。從作為結(jié)構(gòu)用構(gòu)件的實(shí)用面出發(fā)，這時(shí)的屈服強(qiáng)度優(yōu)選為190N/mm2以上。另一方面，若使作為本合金的主成分的Zn和Mg量增加，達(dá)到過(guò)高強(qiáng)度，特別是由于擠壓材為再結(jié)晶組織，所以有耐SCC性(耐應(yīng)力腐蝕裂紋性)有可能降低。但是，如果時(shí)效處理后的屈服強(qiáng)度在400N/mm2以下，則在通常的使用形態(tài)下，耐SCC性在實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題。該190 400N/mm2的屈服強(qiáng)度，一般能夠?qū)τ诒景l(fā)明的7000系鋁合金中空擠壓材進(jìn)行人工時(shí)效處理或在規(guī)定期間進(jìn)行自然時(shí)效后獲得。人工時(shí)效處理后或規(guī)定期間自然時(shí)效后的屈服強(qiáng)度優(yōu)選為220 390N/mm2，更優(yōu)選為230 370N/mm2。[擴(kuò)管率]在本發(fā)明中，擴(kuò)管率的定義與特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)相同。即，設(shè)基于電磁成形的擴(kuò)管前(或未擴(kuò)管部)的中空擠壓材的外周長(zhǎng)度為U，設(shè)擴(kuò)管后的外周長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)，擴(kuò)管率δ由下述(I)式定義。如果說(shuō)明具體例，則在中空擠壓材的端部成形凸緣時(shí)(參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)的圖4(a))，其也被視為一種擴(kuò)管，設(shè)擴(kuò)管前(或未擴(kuò)管部)的外周長(zhǎng)度為U，成形的凸緣的外周長(zhǎng)度為L(zhǎng)。另外，在所謂的擴(kuò)管時(shí)(參照特開(kāi)2007-254833號(hào)公報(bào)的圖4(b))，設(shè)擴(kuò)管前(或未擴(kuò)管部)的外周長(zhǎng)度為U，擴(kuò)管部的外周長(zhǎng)度(最大直徑的地方)為L(zhǎng)。δ = {(L-L0)/L0} X 100(% )…(I)還有，本發(fā)明的擠壓材并不限于圓形截面，也包括例如橢圓、多角形等的異形截面。另外，還包括將圓形截面擴(kuò)管成橢圓、多角形等的異形的情況，或也可以是相反的情況。使用了本發(fā)明的鋁合金中空擠壓材的電磁成形，以20 120%的擴(kuò)管率進(jìn)行。擴(kuò)管率小而低于20%時(shí)，即使不是本發(fā)明的鋁合金中空擠壓材，也可以通過(guò)電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管，因此優(yōu)選擴(kuò)管 率為20%以上。另外，如果擴(kuò)管率超過(guò)120%，則即使是成形性優(yōu)異的本發(fā)明的鋁合金中空擠壓材，也會(huì)產(chǎn)生裂紋和縮頸，因此優(yōu)選擴(kuò)管率為120%以下。此外擴(kuò)管率優(yōu)選為30 100 %，更優(yōu)選為40 90 %。(實(shí)施例)對(duì)于表I所示的組成的7000系鋁合金進(jìn)行DC鑄造，得到直徑155mm的擠壓坯料后，以470°C X 6h的條件實(shí)施均質(zhì)化處理。將經(jīng)過(guò)均質(zhì)化處理的擠壓坯料加熱至470°C，以分流組合模壓出，擠壓成Φ90_(外徑)X3mmt的管狀，即刻以風(fēng)扇空冷而進(jìn)行淬火。使用該擠壓材，按下述要領(lǐng)進(jìn)行結(jié)晶組織的觀察、電磁成形試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)。其結(jié)果顯不在表1、2中。表I
權(quán)利要求
1.一種電磁成形用鋁合金中空擠壓材，其中，Zn :3. O 8. O質(zhì)量％、Mg :0. 4 2. O質(zhì)量％、Cu 0. 05 2. O 質(zhì)量％、Ti 0. 005 O. 2 質(zhì)量％、Si 0. 3 質(zhì)量％ 以下、Fe 0. 35 質(zhì)量％以下，Mn、Cr和Zr的一種或兩種以上的合計(jì)為O. 10質(zhì)量％以下,余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 并且，通過(guò)分流組合模擠壓成形，截面整體由再結(jié)晶組織構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁成形用鋁合金中空擠壓材，其特征在于，以20% 120%的擴(kuò)管率進(jìn)行電磁成形。
3.一種電磁成形構(gòu)件，其以20% 120%的擴(kuò)管率對(duì)于權(quán)利要求I所述的鋁合金中空擠壓材進(jìn)行電磁成形而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁成形構(gòu)件，其中，通過(guò)時(shí)效處理而使屈服強(qiáng)度為190 400N/W。
5.—種電磁成形構(gòu)件的制造方法，其中，以20% 120%的擴(kuò)管率對(duì)權(quán)利要求I所述的鋁合金中空擠壓材進(jìn)行電磁成形后，進(jìn)行時(shí)效處理。
全文摘要
本發(fā)明的分流組合模擠壓的7000系鋁合金中空擠壓材，Zn3.0～8.0質(zhì)量％、Mg0.4～2.0質(zhì)量％、Cu0.05～2.0質(zhì)量％、Si0.3質(zhì)量％以下、Fe0.35質(zhì)量％以下，Mn、Cr和Zr的一種或兩種以上的合計(jì)為0.10質(zhì)量％以下、余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，截面整體由再結(jié)晶組織構(gòu)成。通過(guò)電磁成形進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，能夠得到優(yōu)異的擴(kuò)管成形性。
文檔編號(hào)C22F1/053GK103255326SQ201310047130
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者志鐮隆廣, 吉原伸二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所