耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明目的為提供一種由于耐腐蝕性、延展性?xún)?yōu)異，且擠出加工時(shí)具有良好的淬火硬化性而生產(chǎn)性高的Al-Mg-Si類(lèi)高強(qiáng)度鋁合金擠出材料及其制造方法。其特征在于，含有以質(zhì)量%計(jì)，Mg：0.65～0.90%，Si：0.60～0.90%，作為化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si為1.0～1.3%，且相對(duì)于該化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si過(guò)量的Si量為合金組成中的0.10～0.30%，Cu：0.20～0.40%，F(xiàn)e：0.20～0.40%，Mn：0.10～0.20%，且Fe+Mn≧0.35%，Ti：0.005～0.1%，剩余部分為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用Al-Mg-Si類(lèi)鋁合金的擠出材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，從保護(hù)地球環(huán)境的觀點(diǎn)出發(fā)，即使在汽車(chē)領(lǐng)域，也要求通過(guò)輕量化提高行駛性能、改善燃料效率。
[0003]在作為提高汽車(chē)燃料效率的方法之一的要求車(chē)體輕量化中，研究了在汽車(chē)構(gòu)造材料中鋁合金擠出型材的應(yīng)用。
[0004]作為汽車(chē)用構(gòu)造材料，要求高強(qiáng)度、彎曲加工性、耐腐蝕性，雖然注意到JIS7000系鋁合金(Al-Zn-Mg類(lèi))和JIS6000系鋁合金(Al-Mg-Si類(lèi))，但是7000系鋁合金為自然老化型合金，具有從擠出成型至彎曲加工的工序長(zhǎng)和其間硬化加工變得困難的缺點(diǎn)，并且，7000系鋁合金在應(yīng)力環(huán)境下的耐腐蝕性下降。
[0005]于是，6000系鋁合金被認(rèn)為是有希望作為非自然老化且耐腐蝕性?xún)?yōu)異的熱處理型合金的。
[0006]但是，由常規(guī)高強(qiáng)度的6000系鋁合金形成的擠出材料，具有抗張強(qiáng)度高但伸展特性不充分，彎曲加工時(shí)容易發(fā)生開(kāi)裂的缺點(diǎn)。
[0007]并且，為了得到高強(qiáng)度，在擠出加工后立即進(jìn)行水冷卻而進(jìn)行加壓淬火硬化(7"
^端焼入札)。
`[0008]通過(guò)水冷卻的加壓淬火硬化雖然具有能夠得到與擠出后進(jìn)行再次加熱的固溶化.淬火硬化處理幾乎相同的性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，但是基于擠出材料的截面形狀、厚度的差異等，截面各部位的冷卻速度產(chǎn)生差異，具有在冷卻中擠出材料的溫度分布不均而發(fā)生變形，尺寸精確度差且截面形狀的薄片化變得困難，以及若想防止這樣的變形的發(fā)生，則截面形狀的自由度變小的問(wèn)題。
[0009]此外，還具有較空氣冷卻的成本高的問(wèn)題。
[0010]另一方面，通過(guò)空氣冷卻的淬火硬化雖然與通過(guò)水冷卻的加壓淬火硬化相比具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是具有由于冷卻速度有限所導(dǎo)致的合金組成而不能夠得到高的強(qiáng)度，即使在能夠得到高的強(qiáng)度的情況下延展性也差的問(wèn)題。
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)I 公開(kāi)了，Mg:0.4 ~0.8%，S1:0.3 ~0.9%，Cu ^ 0.05%,Mn+Cr+Zr ^ 0.095%,擠出方向長(zhǎng)3μπι以上的Mg2Si量蘭50個(gè)/mm2的、軸向壓碎特性、耐腐蝕性?xún)?yōu)異的鋁合金擠出材料，但是以這種合金組成雖然耐腐蝕性?xún)?yōu)異，但耐力值低至約220MPa，認(rèn)為對(duì)于制品的輕量化不能夠有充分的貢獻(xiàn)，所實(shí)施的加壓淬火硬化也為大多使用水冷卻的方法，因此預(yù)期擠出生產(chǎn)性也低。
[0012]由于雜質(zhì)處理而使Cu、Mn、Cr、Zr的添加受到限制，因此可以預(yù)期沒(méi)有提高延展性的效果。
[0013]此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了，Mg:0.45~0.75%, S1:0.45~0.80%，過(guò)量Si量0.1~0.4%,Mn:0.15~0.40%, Cr:0~0.1%，將MnXr類(lèi)化合物微細(xì)分散得到的，淬火硬化性、軸向壓碎特性?xún)?yōu)異的鋁合金擠出材料，在使用空氣冷卻作為加壓淬火硬化方法這點(diǎn)來(lái)看生產(chǎn)性?xún)?yōu)異，但耐力值低至約220MPa。
[0014]由于需要添加使其淬火硬化敏感性敏銳的Cr，用以空氣冷卻的冷卻方法而使耐力值提高是困難的。
[0015]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開(kāi)2002-285272號(hào)公報(bào)
[0016]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本國(guó)特開(kāi)2004-225124號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017](發(fā)明要解決的問(wèn)題)
[0018]本發(fā)明目的為提供一種由于耐腐蝕性、延展性?xún)?yōu)異，且擠出加工時(shí)具有良好的淬火硬化性而生產(chǎn)性高的Al-Mg-Si類(lèi)高強(qiáng)度鋁合金擠出材料及其制造方法。
[0019](解決問(wèn)題的方法)
[0020]根據(jù)本發(fā)明的耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料，其特征在于，含有以質(zhì)量％計(jì):Mg:0.65~0.90%, S1:0.60~0.90%,作為化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si為1.0~1.3%,且相對(duì)于該化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si過(guò)量的Si量為合金組成中的
0.10 ~0.30% ；Cu:0.20 ~0.40%, Fe:0.20 ~0.40%, Mn:0.10 ~0.20%，且 Fe+Mn ^ 0.35% ；Ti:0.005~0.1% ;剩余部分為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
[0021]并且，這樣的擠出材料為，使用上述組成成分的鋁合金，通過(guò)擠出加工并在該擠出加工后立即以冷卻平均速度為100°C /分以下的條件冷卻，然后進(jìn)行人工老化處理而得到。
[0022]若冷卻速度在100°C /分以下，則無(wú)需水冷卻，在擠出加工后能夠立即進(jìn)行風(fēng)扇空氣冷卻，可以進(jìn)行通過(guò)空氣冷卻的加壓淬火硬化。
[0023]例如，如果用風(fēng)扇冷卻以擠出壓力擠出的擠出材料，則能夠得到50~100°C /分的冷卻速度。
[0024]由此生產(chǎn)出的擠出材料，具有在4.0以上的縱橫比的晶粒的平均粒徑在80μπι以下，具有在280MPa以上的σ =0.2%的耐力。
[0025]本文所述縱橫比是指，以在擠出方向上延伸得到的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶粒的擠出方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,以與其垂直的方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，所得到的L1Zl2的值。
[0026]所述平均粒徑是指晶粒的外切圓的平均直徑。
[0027]并且，根據(jù)本發(fā)明的擠出型材具有通過(guò)卻貝沖擊試驗(yàn)得到的在20J/cm2以上的耐沖擊值。
[0028]以下說(shuō)明選定成分范圍的理由。
[0029]〈Mg，Si〉
[0030]Mg和Si通過(guò)Mg2Si的析出賦予擠出材料強(qiáng)度。
[0031]由于任何一個(gè)的添加量過(guò)多則擠出性下降，因此設(shè)定Mg的上限為0.90%, Si的上限為0.90%ο
[0032]考慮擠出性的同時(shí)，為了得到在280MPa以上的0.2%耐力值，設(shè)定Mg2Si的量為
1.0 ~1.3%。
[0033]本文中，相對(duì)于化學(xué)計(jì)量的Mg2Si過(guò)量的Si的量比較不會(huì)損害擠出性，且能夠使得0.2%耐力值增加。
[0034]但是，由于過(guò)量的Si的量過(guò)多則延展性下降，因此將過(guò)量的Si的量定在0.10~0.30%ο
[0035]從容易確保延展性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將過(guò)量的Si的量限制在0.10~0.20%的范圍。
[0036]〈Cu〉
[0037]Cu成分賦予固溶硬化，以所規(guī)定的量則能夠確保伸展性。 [0038]但是，添加量過(guò)多則耐腐蝕性下降、擠出性也惡化，因此將Cu成分定在0.2~0.4%的范圍。
[0039]〈Fe〉
[0040]本發(fā)明的特征在于將Fe成分限制在0.20~0.40%的范圍。
[0041]Fe成分在擠出加工后的金相組織中使晶粒微細(xì)化，提高延展性。
[0042]并且，Mn、Cr、Zr等現(xiàn)有技術(shù)公知的微細(xì)化添加成分，即使通過(guò)擠出加工后立即的風(fēng)扇空氣冷卻，淬火硬化敏感性也變強(qiáng)，但是該Fe成分不增強(qiáng)淬火硬化敏感性，能夠以100°C /分以下的冷卻速度充分淬火硬化。
[0043]〈Mn〉
[0044]Mn如上所述在擠出加工后立即的風(fēng)扇空氣冷卻中影響到淬火硬化敏感性，這是本領(lǐng)域所公知的，但是，本發(fā)明人專(zhuān)心研究的結(jié)果可知，如果在0.20%以下，則在通過(guò)風(fēng)扇空氣冷卻的加壓淬火硬化中不能夠給予淬火硬化敏感性大的影響，如果Mn成分在0.10~0.20%的范圍，則形成與球狀的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)相比抑制了開(kāi)裂傳播性的、在擠出方向上延伸的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)，形成其平均晶粒粒徑也小的金相組織。
[0045]因此，將Fe和Mn的總量設(shè)定為Fe+Mn ^ 0.35%。
[0046]〈Ti〉
[0047]Ti在擠出中所使用的坯錠的鑄造時(shí)的晶粒的微細(xì)化中產(chǎn)生效果，優(yōu)選添加0.005 ~0.10%ο
[0048]Ti超過(guò)0.10%則容易產(chǎn)生粗大的金屬間化合物，難于在擠出加工時(shí)消除，擠出材料的強(qiáng)度下降。
[0049]<其它成分>
[0050]Cr,Zr,Zn等的上述另外的成分，單獨(dú)在0.05%以下，總量在0.15%以下，則作為不可避免的雜質(zhì)是允許的。
[0051](發(fā)明效果)
[0052]本發(fā)明，通過(guò)設(shè)定化學(xué)計(jì)量的Mg2Si成分在1.00~1.30%,過(guò)量的Si量在0.10~0.30%的范圍，能夠確保擠出性，謀求耐力值的提高；通過(guò)設(shè)定Fe:0.20~0.40%, Mn:
0.10~0.20%, Fe+Mn ^ 0.35%，能夠利用通過(guò)空氣冷卻的加壓淬火硬化同時(shí)得到高強(qiáng)度和延展性。并且，耐沖擊值也提高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0053][圖1]顯示實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)中使用的坯錠的成分組成。
[0054][圖2]顯示實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的制造條件。[0055][圖3]顯示評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0056][圖4]顯示擠出材料的金相組織的比較例。
【具體實(shí)施方式】
[0057]以下說(shuō)明各種化學(xué)組成的坯錠的鑄造、擠出評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0058]調(diào)制圖1的表中所示的合金成分的熔融金屬，以鑄造速度為60mm/min以上的速度鑄造直徑8英寸的圓柱形坯錠。
[0059]圖2的表中顯示隨后的制造條件。
[0060]將所鑄造的坯錠以HOMO條件565~595°C的溫度均質(zhì)化處理2~6小時(shí)。
[0061]將坯錠于480~520°C預(yù)熱后，擠出大小為W=50mm、H=40mm，厚度為t=3mm的，由口字形的中空截面形狀形成的擠出材料。
[0062]此時(shí)的擠出速度和冷卻速度示于圖2的表中。
[0063]本發(fā)明將通過(guò)風(fēng)扇空氣冷卻的加壓淬火硬化設(shè)定在目標(biāo)冷卻速度50~100°C /分的范圍，僅比較例5為200°C /分。
[0064]然后，以熱處理?xiàng)l件185~200°C X 3~3.5小時(shí)人工老化處理冷卻至常溫的擠出材料。
[0065]由此制造出的擠出材料的特性的評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖3的表中。
[0066]<評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法>
[0067](I)對(duì)于抗張強(qiáng)度、0.2%耐力和伸展性，基于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ2241從擠出材料切割出JIS-4號(hào)抗張?jiān)嚇?，使用依照J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)的抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定。
[0068](2)對(duì)于微觀組織，切割出試樣，將其表面鏡面拋光加工后，光學(xué)顯微觀察用3%Na0H水溶液進(jìn)行40°C X 3分鐘的蝕刻處理的表面。
[0069]圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)的合金為比較例I的金相組織照片，開(kāi)發(fā)合金顯示實(shí)施例1的金相組織的例子。
[0070]縱橫比為，以晶粒的擠出方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,以與其垂直方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，求得的VL2的平均值(n=5~10)。
[0071]并且，結(jié)晶粒徑以外切圓的直徑求得平均值(n=5~10)。
[0072](3)對(duì)于耐腐蝕性，評(píng)價(jià)耐應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性(耐SCC性)。
[0073]制備基于JIS H8711的I號(hào)試樣，以負(fù)荷0.2%耐應(yīng)力的100%應(yīng)力的狀態(tài)實(shí)施接下來(lái)的循環(huán)試驗(yàn)。
[0074]I次循環(huán):3.5%NaCl水溶液，25°C，10分鐘一25°C，濕度40%，50分鐘的自然干燥，實(shí)施720次這樣的循環(huán)而不發(fā)生開(kāi)裂的情況為合格。
[0075](4)耐沖擊值為，基于JIS Z2242從擠出型材制成JIS V型缺口 4號(hào)抗張?jiān)嚇?，使用依照J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)的卻貝沖擊試驗(yàn)機(jī)所測(cè)定的耐沖擊值。
[0076]作為耐沖擊值目標(biāo)是20J/cm2以上。
[0077]<評(píng)價(jià)結(jié)果>
[0078]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1~10與比 較例1~15相比較，首先實(shí)施例1~10的擠出材料的金相組織(微觀組織)為扁平狀的再結(jié)晶，并且縱橫比在4.0以上的結(jié)晶的平均結(jié)晶粒徑在80 μ m以下。[0079]此外，在機(jī)械特性中，實(shí)施例1~10任何一個(gè)的耐力為280MPa以上的高強(qiáng)度，并且具有8%以上的作為延展性的伸展性。
[0080]另外，卻貝沖擊值在20J/cm2以上。
[0081]與此相對(duì)，比較例I~5的伸展性雖高但耐力低。
[0082]這是由于比較例I~3的Cu成分少，過(guò)量的Si少的原因。
[0083]此外，是由于比較例4的Mg2Si的量少，比較例5的過(guò)量Si以及Mn+Fe的值均小的原因。
[0084]比較例6~8的耐力和伸展性也差。
[0085]這是由于Fe、Cu、Mg的成分少的原因。
[0086]比較例9~13的耐力雖然達(dá)到了目標(biāo)值但伸展性差，耐沖擊值也低。
[0087]這是由于Fe+Mn的量少的原因。
[0088]比較例14由于過(guò)量的S1、Fe+Mn的值少，因此耐力、伸展性、耐沖擊值低。
[0089]比較例15雖然是Si和Mg的添加量多的一例，但是由于過(guò)量的Si少，因此耐力低。
[0090](工業(yè)上利用的可能性)
[0091]根據(jù)本發(fā)明的鋁合金擠出材料，由于耐腐蝕性、延展性和淬火硬化性?xún)?yōu)異，因此能夠廣泛適用于車(chē)輛、機(jī)械等的構(gòu)造材料。`
【權(quán)利要求】
1.一種耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料，其特征在于，含有以質(zhì)量％計(jì):Mg:0.65~0.90%，S1:0.60~0.90%，作為化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si為1.0~ .1.3%，且相對(duì)于該化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si過(guò)量的Si量為合金組成中的0.10~0.30% ；Cu: 0.20 ~0.40%, Fe:0.20 ~0.40%, Mn:0.10 ~0.20%，且 Fe+Mn ^ 0.35% ；T1:0.005 ~0.1% ；剩余部分為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料，其特征在于，擠出材料中的縱橫比在4.0以上的晶粒的平均粒徑在80 μ m以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料，其特征在于，耐力值在280MPa以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料，其特征在于，通過(guò)卻貝沖擊試驗(yàn)得到的耐沖擊值在20J/cm2以上。
5.一種耐腐蝕性、延展性以及淬火硬化性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金擠出材料的制造方法，其特征在于，使用含有以質(zhì)量％計(jì):Mg:0.65~0.90%, S1:0.60~0.90%,作為化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si為1.0~1.3%,且相對(duì)于該化學(xué)計(jì)量組成的Mg2Si過(guò)量的Si量為合金組成中的. 0.10 ~0.30% ；Cu:0.20 ~0.40%, Fe:0.20 ~0.40%, Mn:0.10 ~0.20%，且 Fe+Mn ≥ 0.35% ；Ti:0.005~0.1% ;剩余部分為鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金，進(jìn)行擠出加工，并在該擠出加工后立即以冷卻平均速度為100°C /分以下的條件冷卻，然后進(jìn)行人工老化處理。
【文檔編號(hào)】C22F1/05GK103781927SQ201380002929
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】柴田果林 申請(qǐng)人:愛(ài)信輕金屬株式會(huì)社