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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022093992
(43)【公開日】2022-06-24
(54)【発明の名称】アルミニウム合金鍛造品およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 21/02 20060101AFI20220617BHJP
C22C 21/06 20060101ALI20220617BHJP
C22F 1/05 20060101ALI20220617BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20220617BHJP
【ＦＩ】
C22C21/02
C22C21/06
C22F1/05
C22F1/00 682
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 683
C22F1/00 694B
C22F1/00 691A
C22F1/00 684C
C22F1/00 602
C22F1/00 630A
C22F1/00 631Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020206757
(22)【出願日】2020-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】000002004
【氏名又は名称】昭和電工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109911
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義仁
(74)【代理人】
【識別番号】100071168
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 久義
(74)【代理人】
【識別番号】100099885
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 健市
(72)【発明者】
【氏名】荒山 卓也
(57)【要約】
【課題】常温における機械的特性に優れると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鍛造品１であって、
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下である構成とする。
【選択図】図１
【解決手段】Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鍛造品１であって、
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下である構成とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鍛造品であって、
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造品。
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造品。
【請求項2】
請求項１に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法であって、
溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記溶湯形成工程で得られる溶湯を鋳造加工することにより鋳造品を得る鋳造工程と、
前記鋳造工程で得られる鋳造品に均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理工程後の鋳造品に鍛造加工を行って鍛造品を得る鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られる鍛造品に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後に焼き入れする焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記溶湯形成工程で得られる溶湯を鋳造加工することにより鋳造品を得る鋳造工程と、
前記鋳造工程で得られる鋳造品に均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理工程後の鋳造品に鍛造加工を行って鍛造品を得る鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られる鍛造品に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後に焼き入れする焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項3】
前記均質化熱処理工程は前記鋳造工程で得られる鋳造品に３７０℃～５６０℃の温度で４時間～１０時間保持する均質化熱処理を行い、
前記鍛造工程は前記均質化熱処理工程後の鋳造品に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行い、
前記溶体化処理工程は前記鍛造工程で得られる鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間以内保持する溶体化処理を行い、
前記焼き入れ処理工程は前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行い、
前記時効処理工程は前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
前記鍛造工程は前記均質化熱処理工程後の鋳造品に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行い、
前記溶体化処理工程は前記鍛造工程で得られる鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間以内保持する溶体化処理を行い、
前記焼き入れ処理工程は前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行い、
前記時効処理工程は前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は機械的特性に優れたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミ合金鍛造品及びその製造方法に関する。
【0002】
なお本明細書における「ＦＥ－ＳＥＭ」の語は電界放出型走査電子顕微鏡を意味する。
【背景技術】
【0003】
近年、アルミニウム合金は、軽量性を生かして各種製品の構造部材としての用途が拡大しつつある。例えば、自動車の足廻りやバンパー部品は今まで高張力鋼が用いられてきたが、近年は、高強度アルミニウム合金材が用いられるようになっている。自動車部品、例えばサスペンション部品は、専ら鉄系材料が使用されていたが、軽量化を主目的としてアルミニウム材料またはアルミニウム合金材料に置き換えられることが多くなってきた。
【0004】
これらの自動車部品では、優れた耐食性、高強度および優れた加工性が要求されることから、アルミニウム合金材料としてＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金、特にＡ６０６１が多用されている。そして、このような自動車部品は強度の向上を図るため、アルミニウム合金材料を加工用素材として塑性加工の１つである鍛造加工を行って製造される。また、最近では、コストダウンを図る必要があるため、押出をせずに鋳造部材をそのまま素材として鍛造した後、Ｔ６処理して得たサスペンション部品が実用化され始めており、さらなる軽量化を目的として、従来のＡ６０６１に代わる高強度合金の開発が進められている（下記特許文献１～３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平５－５９４７７号公報
【特許文献2】特開平５－２４７５７４号公報
【特許文献3】特開平６－２５６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上述したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系の高強度合金は、鍛造および熱処理工程において加工組織が再結晶し、粗大結晶粒が発生することにより、十分な高強度を得ることができないという問題があった。そこで、粗大再結晶粒生成防止のため、Ｚｒを添加して再結晶を防止しているものがある（上記特許文献１および２参照）。
【0007】
しかしながら、Ｚｒを添加することは再結晶防止に効果があるものの、次のような問題点があった。
【0008】
（１）Ｚｒの添加により、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、鋳塊自体の結晶粒が粗くなり、塑性加工後の加工品（鍛造品）の強度低下を招く。
【0009】
（２）鋳塊自体の結晶粒微細化効果が弱められるため、鋳塊割れが発生し易くなり、内部欠陥が増加し、歩留まりが悪化する。
【0010】
（３）Ｚｒは、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ系合金と化合物を形成し、合金溶湯を貯留する炉の底に化合物が堆積し、炉を汚染すると共に、製造した鋳塊においてもこれら化合物が鋳塊中に粗大に晶出し、強度を低下させる。
【0011】
このように、Ｚｒの添加は、再結晶防止に効果があるものの、強度の安定性を維持することが困難であるという課題があった。
【0012】
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、常温における機械的特性に優れると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【0014】
［１］Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鍛造品であって、
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造品。
前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造品。
【0015】
［２］前項１に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法であって、
溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記溶湯形成工程で得られる溶湯を鋳造加工することにより鋳造品を得る鋳造工程と、
前記鋳造工程で得られる鋳造品に均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理工程後の鋳造品に鍛造加工を行って鍛造品を得る鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られる鍛造品に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後に焼き入れする焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記溶湯形成工程で得られる溶湯を鋳造加工することにより鋳造品を得る鋳造工程と、
前記鋳造工程で得られる鋳造品に均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理工程後の鋳造品に鍛造加工を行って鍛造品を得る鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られる鍛造品に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後に焼き入れする焼き入れ処理工程と、
前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【0016】
［３］前記均質化熱処理工程は前記鋳造工程で得られる鋳造品に３７０℃～５６０℃の温度で４時間～１０時間保持する均質化熱処理を行い、
前記鍛造工程は前記均質化熱処理工程後の鋳造品に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行い、
前記溶体化処理工程は前記鍛造工程で得られる鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間以内保持する溶体化処理を行い、
前記焼き入れ処理工程は前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行い、
前記時効処理工程は前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行うことを特徴とする前項２に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
前記鍛造工程は前記均質化熱処理工程後の鋳造品に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行い、
前記溶体化処理工程は前記鍛造工程で得られる鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間以内保持する溶体化処理を行い、
前記焼き入れ処理工程は前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行い、
前記時効処理工程は前記焼き入れ処理工程後の鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行うことを特徴とする前項２に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【発明の効果】
【0017】
［１］の発明によれば、合金組成の限定と共に、アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることで、常温において優れた機械的特性を有すると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品を得ることができる。
【0018】
［２］の発明によれば、常温において優れた機械的特性を有すると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供することができる。
【0019】
［３］の発明によれば、常温においてより一層優れた機械的特性を有すると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
【0022】
本発明のアルミニウム合金鍛造品およびその製造方法について詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は例示に過ぎず、本発明はこれらの例示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
【0023】
本発明のアルミニウム合金鍛造品は、Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鍛造品であって、前記アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることを特徴とする。
【0024】
本発明におけるＭｇ２Ｓｉは金属間化合物であり、図２に示すように、アルミニウム合金鍛造品の組織中に析出し、アルミニウム合金鍛造品の強度向上に寄与するものである。
【0025】
図２に示すように、本実施形態のアルミニウム合金鍛造品１では、その断面組織をＦＥ－ＳＥＭを用いて１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する、短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数は１００個以下である。
【0026】
本実施形態ではアルミニウム合金鍛造品１の断面組織をＦＥ－ＳＥＭを用いて観察しているが、ＦＥ－ＳＥＭ以外の他の電子顕微鏡を用いてもよい。さらには電子顕微鏡を用いることに限られず、アルミニウム合金鍛造品１の断面組織を１０００倍の倍率で観察できる方法であればよい。
【0027】
本発明のアルミニウム合金鍛造品によれば、上記合金組成の限定と共に、アルミニウム合金鍛造品の断面組織を１０００倍の倍率で観察した視野面積１．５８１５ｍｍ２に存在する短軸が０．５μｍ以上の金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉの個数が１００個以下であることで、常温において優れた機械的特性を有すると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品を得ることができる。
【0028】
次に本発明に係るＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品の製造方法について説明する。
【0029】
本発明のアルミニウム合金鍛造品の製造方法は、溶湯形成工程、鋳造工程、均質化熱処理工程、鍛造工程、溶体化処理工程、焼入れ処理工程および時効処理工程からなる。
【0030】
（溶湯形成工程）
溶湯形成工程では、Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る（調製する）。前記アルミニウム合金において、Ｚｎ含有率が０％（Ｚｎ非含有）であってもよいし、Ｚｒ含有率が０％（Ｚｒ非含有）であってもよい。
溶湯形成工程では、Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る（調製する）。前記アルミニウム合金において、Ｚｎ含有率が０％（Ｚｎ非含有）であってもよいし、Ｚｒ含有率が０％（Ｚｒ非含有）であってもよい。
【0031】
（鋳造工程）
前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る。鋳造品を得るための連続鋳造法としては、特に限定されるものではないが、様々な公知の連続鋳造法（垂直型連続鋳造法、水平型連続鋳造法等）を挙げることができる。垂直型連続鋳造法としては、ホットトップ鋳造法等が用いられる。
前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る。鋳造品を得るための連続鋳造法としては、特に限定されるものではないが、様々な公知の連続鋳造法（垂直型連続鋳造法、水平型連続鋳造法等）を挙げることができる。垂直型連続鋳造法としては、ホットトップ鋳造法等が用いられる。
【0032】
以下では、連続鋳造法の一例としてホットトップ鋳造装置を用いたホットトップ鋳造法によってアルミニウム合金連続鋳造材を製造する場合（即ちアルミニウム合金の溶湯をホットトップ鋳造法によって連続鋳造してアルミニウム合金連続鋳造材を製造する場合）について簡単に説明する。
【0033】
ホットトップ鋳造装置は、モールド（鋳型）、溶湯受容器（ヘッダー）等を具備している。モールドは、その内部に充満された冷却水により冷却されている。受容器は、一般に耐火物製であり、モールドの上側に設置されている。受容器内のアルミニウム合金溶湯は、冷却されたモールド内に下方向に注入されると共に、モールドから噴出された冷却水により所定の冷却速度で冷却されて凝固し、更に水槽内の水（その温度：約２０℃）に浸されて完全に凝固する。これにより棒状等の長尺な連続鋳造材が得られる。
【0034】
（均質化熱処理工程）
得られた鋳造品は３７０℃～５６０℃の温度で４時間～１０時間均質化熱処理を行う。この温度範囲で均質化熱処理を施すことにより、鋳塊の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされるので、その後の時効処理によって必要とされる十分な強度が得られるものとなる。
得られた鋳造品は３７０℃～５６０℃の温度で４時間～１０時間均質化熱処理を行う。この温度範囲で均質化熱処理を施すことにより、鋳塊の均質化と溶質原子の溶入化が十分になされるので、その後の時効処理によって必要とされる十分な強度が得られるものとなる。
【0035】
（鍛造工程）
鍛造工程では、得られた鋳塊に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行って鍛造品（例えば自動車のサスペンションアーム部品等）を得る。この時、鍛造素材の鍛造の開始温度は、４５０℃～５６０℃とする。開始温度が４５０℃未満になると変形抵抗が高くなり十分な加工ができなくなり、５６０℃を超えると鍛造割れや共晶融解等の欠陥が発生しやすくなるためである。
鍛造工程では、得られた鋳塊に加熱温度４５０℃～５６０℃で鍛造加工を行って鍛造品（例えば自動車のサスペンションアーム部品等）を得る。この時、鍛造素材の鍛造の開始温度は、４５０℃～５６０℃とする。開始温度が４５０℃未満になると変形抵抗が高くなり十分な加工ができなくなり、５６０℃を超えると鍛造割れや共晶融解等の欠陥が発生しやすくなるためである。
【0036】
（溶体化処理工程）
溶体化処理工程は、鍛造工程で導入された歪みを緩和し、溶質元素の固溶を行う工程である。この溶体化処理工程では、鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間加熱して溶体化処理を行う。処理温度が５３０℃未満では溶体化が進まず、時効析出による高強度化を実現できなくなり、処理温度が５６０℃を超えると溶質元素の固溶がより促進されるものの、共晶融解や再結晶が生じやすくなるためである。
溶体化処理工程は、鍛造工程で導入された歪みを緩和し、溶質元素の固溶を行う工程である。この溶体化処理工程では、鍛造品に２０℃～５００℃までの昇温速度が５．０℃／ｍｉｎ以上で昇温させ、５３０℃～５６０℃で０．３時間～３時間加熱して溶体化処理を行う。処理温度が５３０℃未満では溶体化が進まず、時効析出による高強度化を実現できなくなり、処理温度が５６０℃を超えると溶質元素の固溶がより促進されるものの、共晶融解や再結晶が生じやすくなるためである。
【0037】
（焼入れ処理工程）
焼入れ処理工程は、溶体化処理によって得られた固溶状態を急速に冷却せしめて過飽和固溶体を形成する熱処理である。前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行う。
焼入れ処理工程は、溶体化処理によって得られた固溶状態を急速に冷却せしめて過飽和固溶体を形成する熱処理である。前記溶体化処理工程後５秒～６０秒以内に鍛造品の全ての表面が焼き入れ水に接触し、５分を超え４０分以内の間水槽内で焼き入れを行う。
【0038】
（時効処理工程）
焼き入れ処理工程を経た鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行う。処理温度が１８０℃未満あるいは処理時間が０．５時間未満では、引張強度を向上させるＭｇ２Ｓｉ系析出物が十分に成長できなくなり、処理温度が２２０℃を超えるとＭｇ２Ｓｉ系析出物が粗大になり過ぎて引張強度を十分に向上させることができないためである。
焼き入れ処理工程を経た鍛造品に１８０℃～２２０℃の温度で０．５時間～８時間加熱して時効処理を行う。処理温度が１８０℃未満あるいは処理時間が０．５時間未満では、引張強度を向上させるＭｇ２Ｓｉ系析出物が十分に成長できなくなり、処理温度が２２０℃を超えるとＭｇ２Ｓｉ系析出物が粗大になり過ぎて引張強度を十分に向上させることができないためである。
【0039】
以上、本発明のアルミニウム合金鍛造品の製造方法によれば、常温において優れた機械的特性を有すると共に、再結晶粒が発生し難いＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供することができる。
【0040】
次に、上述した本発明に係るアルミニウム合金鍛造品およびその製造方法における「アルミニウム合金」の組成について以下詳述する。前記アルミニウム合金は、Ｃｕ：０．１５質量％～１．０質量％、Ｍｇ：０．６質量％～１．３質量％、Ｓｉ：０．６０質量％～１．４５質量％、Ｍｎ：０．０３質量％～１．０質量％、Ｆｅ：０．２質量％～０．４質量％、Ｃｒ：０．０３質量％～０．４質量％、Ｔｉ：０．０１２質量％～０．０３５質量％、Ｂを０．０００１質量％～０．０３質量％を含有し、Ｚｎ含有率が０．２５質量％以下、Ｚｒ含有率が０．０５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。
【0041】
Ｓｉは、Ｍｇと共存してＭｇ２Ｓｉ系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｓｉは、後述するＭｇの量に対してＭｇ２Ｓｉを生成する量を越えて過剰に添加することにより、時効処理後の最終製品の強度をさらに高めるため、Ｓｉの含有量は０．６０質量％以上が望ましい。一方、１．４５質量％を越えると、Ｓｉの粒界析出が多くなり、粒界脆化が生じ易く、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性を低下させるのみならず、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越える恐れがある。したがって、Ｓｉの含有量は、０．６０質量％～１．４５質量％の範囲にする必要がある。
【0042】
Ｍｇは、Ｓｉと共存してＭｇ２Ｓｉ系析出物を形成し、最終製品の強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量が０．６質量％よりも少ないと、析出強化の効果が少なくなる恐れがある。一方、１．３質量％を越えると、鋳塊の塑性加工性、および最終製品の靭性を低下させるのみならず、鋳塊の晶出物の平均粒径が所定の上限を越えるおそれがある。したがって、Ｍｇの含有量は、０．６質量％～１．３質量％の範囲にする必要がある。
【0043】
Ｃｕは、Ｍｇ２Ｓｉ系析出物の見かけの過飽和量を増加させ、Ｍｇ２Ｓｉ析出量を増加させることにより、最終製品の時効硬化を著しく促進させる。Ｃｕの含有量が０．１５質量％よりも少ないと、析出強化として効果があるＱ相（Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｓｉ）が生成しにくいため、機械的特性が低下することとなる。一方、Ｃｕの含有量が１．０質量％を越えると、鋳塊の鍛造加工性、および最終製品の靭性を低下させ、さらに耐食性を著しく低下させる恐れがある。したがって、Ｃｕの含有量は、０．１５質量％～１．０質量％の範囲にする必要がある。
【0044】
ＭｎはＡｌＭｎＳｉ相として晶出し、晶出しないＭｎは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｍｎの含有量が０．０３質量％よりも少ないと、上記した効果が少なくなる恐れがある。一方、１．０質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、この発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｍｎの含有量は、０．０３質量％～１．０質量％の範囲にする必要がある。
【0045】
ＣｒもＡｌＣｒＳｉ相として晶出し、晶出しないＣｒは、析出して再結晶を抑制する。この再結晶を抑制する作用により、塑性加工後も結晶粒を微細にし、最終製品の靭性向上および耐食性向上の効果がもたらされる。Ｃｒの含有量が０．０３質量％よりも少ないと、上記した効果が少なくなる恐れがある。一方、０．４質量％を越えると、巨大金属間化合物が生じ、この発明の鋳塊組織が満たされなくなる恐れがある。したがって、Ｃｒの含有量は、０．０３質量％～０．４質量％の範囲にする必要がある。
【0046】
Ｆｅは、合金中でＡｌ、Ｓｉと結合して晶出するとともに、結晶粒粗大化を防止する。Ｆｅ含有量が０．２質量％より少ないと上記した効果が得られなくなる恐れがある。また、Ｆｅが０．４質量％を越えると、粗大な金属間化合物を生成するようになり、塑性加工性が悪化する恐れがある。したがって、Ｆｅの含有量は、０．２質量％～０．４質量％にする必要がある。
【0047】
Ｚｎは不純物として扱われ、０．２５質量％を超えるとアルミの腐食自体を促進し、耐食性を劣化させるため、０．２５質量％以下にする必要がある。
【0048】
Ｚｒは不純物として扱われ、０．０５質量％を超えると、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ系合金の結晶粒微細化効果が弱められ、塑性加工後の加工品の強度低下を招くため、０．０５質量％以下にする必要がある。
【0049】
Ｔｉは、結晶粒の微細化を図る上で有効な合金元素であり、かつ、連続鋳造棒に鋳塊割れなどが発生するのを防止する。Ｔｉの含有量が０．０１２質量％よりも少ないと、微細化効果が得られず、一方、０．０３５質量％を越えると、粗大なＴｉ化合物が晶出し、靭性を劣化させる恐れがある。したがって、Ｔｉの含有量は、０．０１２質量％～０．０３５質量％の範囲にする必要がある。
【0050】
ＢもＴｉと同様に、結晶粒微細化に有効な元素であり、０．０００１質量％よりも少ないと、その効果が得られず、一方、０．０３質量％を越えると、靭性を劣化させる恐れがある。したがって、Ｂの含有量は、０．０００１質量％～０．０３質量％の範囲にする必要がある。
【実施例0051】
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
【0052】
＜実施例１～１２＞
表１に示す合金組成のアルミニウム合金で直径５４ｍｍの断面円形の連続鋳造材を作製し、表１に示す条件で均質化熱処理を行い、空冷した。得られた鋳造材を表１に示す条件で鍛造加工を行って図１に示す自動車のサスペンションアーム部品の形状に塑性加工した。次に、表１に示す条件で溶体化処理を行った後、さらに表１に示す条件で焼き入れ処理を行い、次いで表１に示す条件で時効処理を行ってアルミニウム合金鍛造品１を得た。
表１に示す合金組成のアルミニウム合金で直径５４ｍｍの断面円形の連続鋳造材を作製し、表１に示す条件で均質化熱処理を行い、空冷した。得られた鋳造材を表１に示す条件で鍛造加工を行って図１に示す自動車のサスペンションアーム部品の形状に塑性加工した。次に、表１に示す条件で溶体化処理を行った後、さらに表１に示す条件で焼き入れ処理を行い、次いで表１に示す条件で時効処理を行ってアルミニウム合金鍛造品１を得た。
【0053】
＜比較例１～５＞
表２に示す合金組成のアルミニウム合金で直径５４ｍｍの断面円形の連続鋳造材を作製し、表２に示す条件で均質化熱処理を行い、空冷した。得られた鋳造材を表２に示す条件で鍛造加工を行って図１に示す自動車のサスペンションアーム部品の形状に塑性加工した。次に、表２に示す条件で溶体化処理を行った後、さらに表２に示す条件で焼き入れ処理を行い、次いで表２に示す条件で時効処理を行ってアルミニウム合金鍛造品を得た。
表２に示す合金組成のアルミニウム合金で直径５４ｍｍの断面円形の連続鋳造材を作製し、表２に示す条件で均質化熱処理を行い、空冷した。得られた鋳造材を表２に示す条件で鍛造加工を行って図１に示す自動車のサスペンションアーム部品の形状に塑性加工した。次に、表２に示す条件で溶体化処理を行った後、さらに表２に示す条件で焼き入れ処理を行い、次いで表２に示す条件で時効処理を行ってアルミニウム合金鍛造品を得た。
【0054】
【表1】
【0055】
【表2】
【0056】
上記のようにして得られた各アルミニウム鍛造品について下記評価方法に基づいて評価を行った。その結果を表１および２に示す。
【0057】
また、表１および２中の「Ｍｇ２Ｓｉの個数」は各アルミニウム合金鍛造品のマトリックス中に存在するものであり、得られたアルミニウム合金鍛造品の最も肉厚が厚い部分の中央部から約１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの大きさの組織観察用サンプル片を切り出し、このサンプル片を断面試料作製装置（Cross section polisher）を用いて研磨した。そして、図２に示すように、この研磨後のサンプル片のＦＥ－ＳＥＭ写真（電界放出型走査電子顕微鏡写真、倍率が１０００倍）を撮影し、このＳＥＭ写真における視野面積１．５８１５ｍｍ２の範囲に存在し、短軸が０．５μｍ以上のＭｇ２Ｓｉの個数を求めた（評価した）。
【0058】
＜常温での引張強度評価法＞
得られたアルミニウム合金鍛造品から、標点間距離２５．４ｍｍ、平行部直径６．４ｍｍの引張試験片を採取し、該引張試験片の常温（２５℃）引張試験を行うことによって、常温引張強度を測定し、下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…常温での耐力が３６０ＭＰａ以上である
「○」…常温での耐力が３４０ＭＰａ以上３６０ＭＰａ未満である
「△」…常温での耐力が３２０ＭＰａ以上３４０ＭＰａ未満である
「×」…常温での耐力が３２０ＭＰａ未満である。
得られたアルミニウム合金鍛造品から、標点間距離２５．４ｍｍ、平行部直径６．４ｍｍの引張試験片を採取し、該引張試験片の常温（２５℃）引張試験を行うことによって、常温引張強度を測定し、下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…常温での耐力が３６０ＭＰａ以上である
「○」…常温での耐力が３４０ＭＰａ以上３６０ＭＰａ未満である
「△」…常温での耐力が３２０ＭＰａ以上３４０ＭＰａ未満である
「×」…常温での耐力が３２０ＭＰａ未満である。
【0059】
表から明らかなように、本発明の製造方法で製造された実施例１～１２のアルミニウム合金鍛造品は、常温での引張強度に優れており、Ｍｇ２Ｓｉは１００個以下であった。
【0060】
これに対し、本発明の規定範囲を逸脱する比較例１～５のアルミニウム合金鍛造品では、常温での引張強度に劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【0061】
本発明に係るアルミニウム合金鍛造品の製造方法で得られた鍛造品は、常温における機械的強度に優れているので、例えば、自動車のサスペンションアーム部品等の足廻り材として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0062】
１： アルミニウム合金鍛造品
【図1】
【図2】
