耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件及其制造方法
【专利摘要】制造一种对于7000系铝合金挤压型材实施压扁加工，没有裂纹发生、高强度且耐应力腐蚀裂纹性优异的铝合金构件。对含有Zn：3.0～8.0质量％、Mg：0.4～2.5质量％、Cu：0.05～2.0质量％、Ti：0.005～0.2质量％，且以模压淬火制造的7000系铝合金挤压型材，实施以0.4℃／秒以上的升温速度加热，在200～550℃的温度范围保持超过0秒，接着以0.5℃／秒以上的冷却速度进行冷却的回归处理，在回归处理后72小时以内，对所述挤压型材实施压扁加工，接着实施时效处理。时效处理后的拉伸残余应力σrs和0.2％屈服强度值σ0.2之比Y(σrs／σ0.2)，与Mg和Zn的合计含量X的关系满足下式(1)。Y≤-0.1X+1.4?(1)。
【专利说明】耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对于沿着高强度的7000系铝合金挤压型材的长度方向的至少一部分区域，实施压扁加工而使之构件化的7000系铝合金构件及其制造方法，特别是涉及耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在专利文献I~3中记载有对于由相对配置的一对凸缘和与其连接的多个连接板(々工7':web)所构成的铝合金挤压型材的端部区域，对相对于凸缘面的垂直方向实施压扁加工(潰加工)，并制造车门防撞梁和保险杠加强件等的汽车用补强构件。这样的压扁加工，从加工精度和成本面考虑，优选在时效处理后进行，在专利文献2中记载有对于经过模压淬火的6000系铝合金挤压型材，在时效处理后进行压扁加工。
[0003]另一方面，在Zn、Mg、Cu等的合金元素量较多，在时效处理时与其他的合金系相比高强度化的7000系铝合金挤压型材中，时效处理后的成形性差，若在时效处理后进行压扁加工，则即使压扁加工率(截面高度的减少率)小，在弯曲变形的连接板上仍会发生龟裂。还有，这一倾向在高合金方面更为显著。因此，例如在专利文献4中记载有优选在挤压后的Tl调质的状态进行压扁加工，其后再进行时效处理。
[0004]但是，7000系铝合金挤压型材在模压淬火后、时效处理前的材料(Tl调质)中仍会因自然时效而硬化，成形性降低。为了改善其成形性，例如专利文献5~7所记载的那样，一直以来都进行使因自然时效而硬化的7000系铝合金的强度降低的回归处理。
[0005]【先行技术文献】
[0006]【专利文献】
[0007]【专利文献1】日本专利第3465862号公报
[0008]【专利文献2】日本专利第4111651号公报
[0009]【专利文献3】日本特开平7-25296号公报
[0010]【专利文献4】日本特开2003-118367号公报
[0011]【专利文献5】日本特开平7-305151号公报
[0012]【专利文献6】日本特开平10-168553号公报
[0013]【专利文献7】日本特开2007-119853号公报
[0014]确实，若将此回归处理应用于Tl调质的7000系铝合金挤压型材，则该型材其强度降低，成形性提高。但是，使用连接板的板厚为1.5~4mm的实用材料，对其进行压扁加工时，基于压扁加工率的大小，会在连接板的弯曲外侧发生龟裂，这是不能通过现有的回归处理消除的。同时，压扁加工后的连接板被赋予了高拉伸残余应力，也有耐应力腐蚀裂纹性降低这样的问题。
【发明内容】
[0015]本发明是鉴于这样的问题而完成的，其是对沿着7000系铝合金挤压型材的长度方向的至少一部分的区域，实施相对于挤压方向为垂直方向的压扁加工而使之构件化的7000系铝合金构件，其目的在于防止因压扁加工导致龟裂发生，同时减小拉伸残余应力而改善耐应力腐蚀裂纹性。
[0016]本发明的耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，其是7000系铝合金挤压型材沿着其长度方向的至少一部分的区域，实施相对于挤压方向为垂直方向的压扁加工而使之构件化的7000系铝合金构件，铝合金挤压型材是具有如下组成，并以多个板构成且经模压淬火的型材，所述组成含有Zn:3.0~8.0质量％、Mg:0.4~2.5质量％、Cu:0.05~
2.0 质量％、Ti:0.005 ~0.2 质量％，还含有 Mn:0.01 ~0.3 质量％、Cr:0.01 ~0.3 质量％、Zr:0.01~0.3质量％中的一种或两种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成；其中，上述多个板之中，设在上述压扁加工中受到最大弯曲变形的板的板厚为t，弯曲内侧半径的最小值为R时，1.5mm≤t≤4.0mm, 1.5t≤R≤IOt ;压扁加工后进行时效处理，并设受到上述最大弯曲变形的板在时效处理后的拉伸残余应力为ors，时效处理后的构件的
0.2%屈服强度值为σ 0.2，Mg的质量％为[Mg]，Zn的质量％为[Zn]时，满足下式⑴~⑶。
[0017]Y ≤-0.1Χ+1.4...(I)
[0018]Y= σ rs / ο 0.2...(2)
[0019]X = [Mg]+ [Zn]…(3)
[0020]上述耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，能够以如下制造方法制造。即，对上述7000系铝合金挤压型材的至少上述区域(实施压扁加工的区域)，实施以0.40C /秒以上的升温速度加热，在200~550°C的温度范围保持超过O秒钟的时间，接着以0.50C /秒以上的冷却速度进行冷却的回归处理，在回归处理后72小时以内，以1.5mm^t^4.0mm,3t / 2 < R < IOt的条件实施上述压扁加工，在压扁加工后，对于构件整体实施时效处理。
[0021]上述7000系铝合金挤压型材，代表性的是由相对配置的一对凸缘和将它们连接的I或2个以上的连接板构成。这种情况下，通常，上述连接板成为由于压扁加工而受到最大弯曲变形的板。
[0022]根据本发明，能够提供一种在对经模压淬火的7000系铝合金挤压型材的沿着其长度方向的至少一部分的区域，实施压扁加工而使之构件化时，高强度且没有龟裂发生，减小拉伸残余应力而改善了耐应力腐蚀裂纹性的7000系铝合金构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示7000系铝合金挤压型材的Y ( = ors / σ 0.2)与X( = [Mg]+ [Zn])的关系的图形。
[0024]图2是实施例中制作的7000系铝合金挤压型材的截面图(a)，和说明压扁加工的试验方法的侧视图(b)。
[0025]【符号说明】
[0026]1、2 凸缘
[0027]3、4连接板[0028]5试验材(挤压型材)
[0029]7压扁加工用夹具
【具体实施方式】
[0030]以下，对本发明的7000系铝合金构件及其制造方法具体地加以说明。
[0031](铝合金的组成)
[0032]首先，对本发明的7000系铝合金的组成进行说明。不过，其组成本身作为7000系铝合金是公知的。
[0033]Zn: 3.0 ~8.0 质量 ％
[0034]Mg:0.4 ~2.5 质量％
[0035]Zn与Mg形成作为金属间化合物的MgZn2,是使7000系铝合金的强度提高的元素。Zn含量低于3.0质量％或1 %含量低于0.4质量％时,得不到作为实用材料所需要的200MPa以上的屈服强度。另一方面，若Zn含量超过8.0质量％或Mg含量超过2.5质量％，则即使对于挤压型材在压扁加工前进行规定的回归处理，也不能防止因压扁加工造成的龟裂发生，同时不能减小由压扁加工赋予的拉伸残余应力，耐应力腐蚀裂纹性显著降低。从高强度化和轻量化的观点出发，Zn含量、Mg含量优选更高合金的方面，例如分别为5.0~8.0质量％、1.0~2.5质量％，合计优选为6.0~10.5质量％。
[0036]Cu:0.05 ~2.0 质量％
[0037]Cu是使7000系铝合金的强度提高的元素。Cu含量低于0.05质量％时，没有充分的强度提高效果，另一方面，若超过2.0质量％，则招致挤压加工性的降低。Cu含量优选为
0.5~1.5质量％。
[0038]T1:0.005 ~0.2 质量％
[0039]Ti在7000系铝合金的铸造时使晶粒微细化，具有使挤压型材的成形性(压扁加工性)提高的作用，添加0.005质量％以上。另一方面，若超过0.2质量％，则其作用饱和，并且结晶析出粗大的金属间化合物，反而使成形性降低。
[0040]Mn:0.01 ~0.3 质量％
[0041]Cr:0.01 ~0.3 质量％
[0042]Zr:0.01 ~0.3 质量％
[0043]Mn、Cr、Zr抑制7000系铝合金挤压型材的再结晶，使结晶组织成为微细再结晶或纤维状组织，具有使耐应力腐蚀裂纹性提高的作用，因此可根据需要，在上述范围内添加一种或两种以上。
[0044]不可避免的杂质
[0045]作为7000系铝合金的主要的不可避免的杂质，可列举Fe和Si。为了不使7000系铝合金的诸性能降低，Fe:限制在0.35质量％以下，S1:限制在0.3质量％以下。
[0046](铝合金构件的制造方法)
[0047]本发明的7000系铝合金构件，能够通过如下方式制造:以模压淬火制造具有上述组成，并由多个板构成的7000系铝合金挤压型材后(通常，有数十日~数月的保管期)，对于沿着该型材的长度方向的全部或一部分的区域，实施以0.40C /秒以上的升温速度加热，在200~550°C的温度范围保持超过O秒钟的时间，接着以0.50C /秒以上的冷却速度进行冷却的回归处理，在回归处理后72小时以内，对于上述区域实施相对于挤压方向为垂直方向的压扁加工，其实施条件如下:设上述多个板之中受到最大弯曲变形的板的板厚为t，弯曲内侧半径的最小值为R时，1.5mm≤t≤4.0mm，3t / 2≤R≤10t，再对构件整体实施时效处理。
[0048]作为原材的挤压型材，代表性的是由相对配置的一对凸缘和将它们连接的I或2个以上的连接板构成，其中除了例如截面为口型、日型、目型等之外，还包括凸缘向连接板的左右突出的形状等。凸缘或连接板为板状，但其中也包括有一些弯曲的。沿着一对凸缘彼此接近的方向对该挤压型材进行压扁加工时，连接板成为受到最大(大的曲率)弯曲变形的板。以下，将因压扁加工而受到最大弯曲变形的板称为连接板。
[0049]在本发明中，之所以将挤压型材的连接板的板厚t规定得比较厚，达1.5mm^t^4.0_，是因为作为 本发明的7000系铝合金构件的用途，主要设想为车门防撞梁和保险杠加强件等的汽车用补强构件。
[0050]由模压淬火制造的挤压型材，因自然时效而金属间化合物析出，并发生硬化，但是在压扁加工之前受到上述回归处理，由此金属间化合物再固溶，挤压型材软化，成形性(压扁加工性)提高。由此，在对挤压型材进行压扁加工时，能够防止在弯曲变形的连接板的弯曲外侧发生龟裂，同时，能够减少在该连接板发生的拉伸残余应力。
[0051]在上述回归处理中，升温速度低于0.40C /秒时，在升温过程中金属间加工物的析出被促进，得不到回归处理的效果。保持温度(整体温度)低于200°C时，因自然时效而析出的金属间化合物无法再固溶，析出反倒被促进而粗大化，另一方面，若保持温度超过550°C，则挤压型材发生O材化，无论如何也得不到时效处理后所需要的强度。保持时间需要至少超过O秒。总之，挤压型材到达保持温度后，可以在该温度保持规定时间之后进行冷却，也可以立即冷却。保持时间的上限没有特别限定，但例如在60秒以内的短时间内做完的方法，在生产效率这一点上优选，更优选在10秒以内、5秒以内的更短时间。作为加热机构，例如能够利用高频感应加热装置或硝石炉。
[0052]另外，从保持温度以低于0.5°C /秒的冷却速度的缓慢冷却中，冷却过程中再次产生金属间化合物的析出，该回归处理的效果减弱或丧失。还有，在现有的回归处理中，对于冷却过程的冷却速度未予以特别考虑。
[0053]上述回归处理后，在挤压型材因自然时效而再硬化之前进行压扁加工。具体来说，回归处理后，优选在72小时以内进行压扁加工。设压扁加工后的连接板的弯曲内侧半径的最小值为R时，如果是满足1.5t≤R的压扁加工率，则能够防止在弯曲变形了的连接板的弯曲外侧发生龟裂，同时能够防止在连接板发生的拉伸残余应力的增大。但是，R< 1.5t时，即使在对于挤压型材进行压扁加工之前进行上述回归处理，也不能防止在连接板的弯曲外侧发生龟裂。同时不能防止在连接板发生的拉伸残余应力增大，构件的耐应力腐蚀裂纹性降低。另一方面，R > IOt时，即使在对挤压型材进行压扁加工之前不进行上述回归处理(即使挤压型材在Tl状态下)也不会发生龟裂。
[0054]压扁加工后的时效处理，可以是通常的7000系铝合金所进行的周知的条件。通过该时效处理，在作为制品的7000系铝合金构件中，可确保200MPa以上的强度(0.2%屈服强
度值)。
[0055]关于由上述制造方法制造的7000系铝合金构件，不论高强度材与否，在实施压扁加工的区域的连接板都没有龟裂发生，连接板的拉伸残余应力σ rs与构件的0.2%屈服强度值σ 0.2之比Y，和7000系铝合金的Mg含量[Mg]与Zn含量[Zn]的合计Χ(= [Mg]+ [Zn])之间，满足上述式(I)，显示出优异的耐应力腐蚀裂纹性。
[0056]图1所示的图形，是在由Zn与Mg的合计含量X ( = [Zn] +[Mg])，和拉伸残余应力(ors)与0.2%屈服强度(σθ.2)之比Y(= ors / σ 0.2)所构成的Χ_Υ坐标中，绘制后述的实施例的数据(厶、口)，图中的线是由Y = -0.1Χ+1.4所代表的直线。在图1中，Λ相当于实施例的N0.1~6，其全部进入Y ( -0.1Χ+1.4的区域，如表2所示，耐应力腐蚀裂纹性优异。另一方面，□相当于N0.7~14，全部进入Y > -0.1Χ+1.4的区域，如表2所示，耐应力腐蚀裂纹性差。另外，如表2所示，进入Y ( -0.1Χ+1.4的区域的N0.1~6在连接板均没有龟裂，进入Y > -0.1Χ+1.4的区域的N0.7~14在连接板均发生龟裂。
[0057]【实施例】
[0058]对表1所示的7000系铝合金进行热挤压成形，挤压之后立即在线进行风扇空冷(模压淬火)，如图2(a)所示，制造由相对配置的一对凸缘(内侧凸缘1、外侧凸缘2)，和将它们垂直连接的2个连接板3、4构成的截面大致为口型(有突出凸缘)的挤压型材。该挤压型材设想为车门防撞梁，高度30.0mm,外侧凸缘I的板厚4.0mm,宽40.0mm,内侧凸缘2的板厚4.0mm,宽50.0mm,两连接板3、4的板厚为2.0mm或4.0mm,外侧凸缘I从两连接板3、4向左右各突出5mm，内侧凸缘2从两连接板3、4向左右各突出10mm。
[0059]将模压淬火后的N0.1~14的挤压型材切断成规定长度，分别在N0.1~14上采取各2个的试验材料(挤压型材)，在室温下放置20天使之发生自然时效后，使用高频感应加热装置，以表1所示的各种升温速度、到达温度(整体温度)、保持时间和冷却速度实施回归处理(只有N0 .11不实施)。回归处理只在沿着试验材的长度方向的一部分区域(端部区域)实施。
[0060]【表1】
【权利要求】
1.一种耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法，其是对如下的7000系铝合金挤压型材沿着其长度方向的至少一部分的区域，实施相对于挤压方向为垂直方向的压扁加工而使之构件化的7000系铝合金构件的制造方法， 所述7000系铝合金挤压型材是具有下述组成，并且以多个板构成，经模压淬火制造而成的型材， 所述7000系铝合金挤压型材的组成中含有Zn:3.0~8.0质量％、Mg:0.4~2.5质量％、(:11:0.05 ~2.0 质量％、Ti:0.005 ~0.2 质量％，还含有 Mn:0.01 ~0.3 质量％、Cr:0.01~0.3质量％、Zr:0.01~0.3质量％中的一种或两种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成；其特征在于， 在压扁加工之前，对所述挤压型材的至少所述区域，实施以0.40C /秒以上的升温速度加热，在200~550°C的温度范围保持超过O秒钟的时间，接着以0.50C /秒以上的冷却速度进行冷却的回归处理，在回归处理后72小时以内，以如下条件实施所述压扁加工，并且在压扁加工后，对构件整体实施时效处理， 所述条件是设所述多个板之中的受到最大弯曲变形的板的板厚为t，弯曲内侧半径的最小值为R时，1.5mm≤t≤4.0mm，3t/2≤R≤10t。
2.根据权利要求1所述的耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法，其特征在于，所述7000系铝合金挤压型材由相对配置的一对凸缘和将它们连接的I或2个以上的连接板构成，所述受到最大弯曲变形的板是所述连接板。
3.—种耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，其是对如下的7000系铝合金挤压型材沿着其长度方向的至少一部分的区域，实施相对于挤压方向为垂直方向的压扁加工而使之构件化的7000系铝合金构件， 所述7000系铝合金挤压型材是具有如下组成，并且以多个板构成， 所述7000系铝合金挤压型材组成中含有Zn:3.0~8.0质量％ ,Mg:0.4~2.5质量％、Cu:0.05 ~2.0 质量％、Ti:0.005 ~0.2 质量％，还含有 Mn:0.01 ~0.3 质量％、Cr:0.01 ~0.3质量％、Zr:0.01~0.3质量％中的一种或两种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成；其特征在于， 所述7000系铝合金挤压型材是被模压淬火而成的型材， 设所述多个板之中的所述压扁加工中受到最大弯曲变形的板的板厚为t，弯曲内侧半径的最小值为R时，1.5mm≤t≤4.0mm，1.5t≤R≤IOt, 压扁加工后进行时效处理，并且设受到所述最大弯曲变形的板在时效处理后的拉伸残余应力为ors，时效处理后的构件的0.2%屈服强度值为σ0.2，Mg的质量％为[Mg] ,Zn的质量％为[Zn]时，所述7000系铝合金构件满足下式(I)~(3)，
Y( -0.1X+1.4...(I)
Y= σ rs / ο 0.2...(2) X = [Mg]+ [Zn]…⑶。
4.根据权利要求3所述的耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，其特征在于，所述7000系铝合金挤压型材由相对配置的一对凸缘和将它们连接的I或2个以上的连接板构成，所述受到最大弯曲变形的板是所述连接板。
【文档编号】C22C21/10GK103966491SQ201310726289
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】桥本成一, 志镰隆广, 津吉恒武 申请人:株式会社神户制钢所