焊接结构部件用铝合金锻造材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合用于焊接结构部件的铝合金锻造材及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 作为汽车、摩托车、铁道车辆、飞机等的运输车辆的结构部件，广泛使用例如高强 度，耐腐蚀性也优异的7000系铝合金材料。（以下，将"铝合金"记述为"A1合金"。）
[0003] 以作为7000系Al合金的代表性的合金的7N01为基础的Al合金锻造材，经如下 工序制造：以350~500°C的温度进行热锻后，以400~500°C的温度进行固溶处理，其后不 进行自然时效处理，而进行人工时效处理而制造。
[0004] 例如在专利文献1中，公开有一种Al合金锻造制品的制造方法，其特征在于，包括 如下工序：得到含有如下合金组成的Al合金锻造原材的工序，该合金组成含有Fe :0. 2~ 0· 35 质量％、Cu :0· 05 ~0· 20 质量％、Mn :0· 3 ~0· 6 质量％、Mg :L 3 ~2. 0 质量％、Zn : 4. 6~5. 1质量％、Si :低于0. 30质量％、Zr :0. 1质量％以上且与Ti的合计量低于0. 2质 量％，满足" [Ti质量％ ]/[Zr质量％ ]彡0. 2"的关系，余量由Al和不可避免的杂质构成； 对于所述Al合金锻造原材，以350~500°C的温度进行热锻后，以400~500°C的温度进行 固溶处理，从而得到Al合金锻造制品的工序；对于所述Al合金锻造制品，不进行自然时效 处理而进行人工时效处理的工序。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2010-261061号公报
[0008] 发明所要解决的课题
[0009] 但是，在现有的铝合金锻造材中，要将7000系Al合金作为可以进行焊接的锻造材 使用时，与铁和5000系Al合金相比，可知其是难以焊接的合金。即，7000系Al合金，若没 有适当地选择其成分、制造条件等，则容易发生焊接裂纹等缺陷。
[0010]另外，在现有的铝合金锻造材中，从晶粒的伸长方向垂直实施焊接时，存在裂纹容 易沿着晶界进展的问题。
[0011] 另外，专利文献1公开的方法只规定了铝合金的组成，但根据制造条件不同，锻造 材的性能会发生巨大变动，锻造材的性能的再现性差。此外，在专利文献1中由于没有对于 晶粒尺寸、晶粒形态进行充分研宄，因此可以说根据焊接条件不同，容易发生裂纹。
[0012] 如此，关于焊接时的裂纹，迄今为止，在晶粒尺寸和晶粒形态的关系上仍未进行充 分的验证。
[0013] 另外，在铝合金锻造材中，也要求抗拉强度和耐应力腐蚀裂纹性。此外，在使用 7000系以外的铝合金的锻造材中，要求维持抗拉强度，且耐焊接裂纹性和耐应力腐蚀裂纹 性优异的特性。
【发明内容】
[0014] 本发明是鉴于上述这样的状况而完成的。即，本发明的课题在于，提供一种维持抗 拉强度，且耐焊接裂纹性和耐应力腐蚀裂纹性又优异的焊接结构部件用铝合金锻造材及其 制造方法。
[0015] 用于解决课题的手段
[0016] 因此，本发明人对铝合金锻造材在焊接时发生裂纹的原因的查明及其对策，进行 了潜心研宄。
[0017] 其结果得出以下等结论，即，为了实现抗拉强度和焊接性的并立，进行焊接之前的 铝合金锻造材的晶粒与焊接时的裂纹密切相关，通过在适当的范围内管理制造条件，将晶 粒控制为规定的形态，可以抑制焊接时的裂纹，从而达成本发明。
[0018] 即，本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材（以下，适宜称为Al合金锻造材，或 锻造材）的特征在于，在焊接结构部件用铝合金锻造材的组织中，设长轴的晶粒长度为 GL μ m，短轴的晶粒长度为GS μ m时，在形成有剪切带的部位观察到的相互垂直的3个方向 的面之中，两个面由下式表示，剩余的一面其晶粒在长轴方向有弯曲。
[0019] 50 ^ GL ^ 500. . . (1)
[0020] 10 ^ GS ^ 180. . . (2)
[0021] GS ^ GL. . . (3)
[0022] 通过成为具有这种构成的铝合金锻造材，可以达成维持抗拉强度，且焊接裂纹难 以发生，耐应力腐蚀裂纹性优异的铝合金锻造材。
[0023] 另外，对于本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材而言，优选所述焊接结构部件 用铝合金锻造材由7000系的铝合金构成。
[0024] 通过成为具有这种构成的铝合金锻造材，抗拉强度、耐焊接裂纹性、耐应力腐蚀裂 纹性、韧性等提高。
[0025] 本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材的制造方法是前面记述的焊接结构部件 用错合金锻造材的制造方法，其特征在于，进彳丁如下工序：铸造错合金的铸徒的铸造工序； 对于所述铸锭进行均质化热处理的均质化热处理工序；加热经过所述均质化热处理后的铸 锭的加热工序；以350~460°C锻造经所述加热后的铸锭而成为锻造材的锻造工序；对于所 述锻造材进行T6处理或T7处理的调质工序，所述锻造工序是进行1次以上的如下三面锻 造工序，即所述锻造前的铸锭是长方体，设上表面为A面，一个侧面为B面，与B面相邻的一 个侧面为C面时，使所述各面的锻造比高于1.0 S且为3. 5S以下，如此按顺序进行B面和C 面的锻造、A面和C面的锻造、A面和B面的锻造。
[0026] 利用含有这样的工序的制造方法，可以制造维持抗拉强度，且焊接裂纹难以发生， 耐应力腐蚀裂纹性优异的铝合金锻造材。
[0027] 特别是在锻造工序中进行三面锻造，本发明的锻造材的组织，满足前述的式 (1)~（3)，并且成为晶粒在长轴方向有弯曲的形态。
[0028] 发明效果
[0029] 本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材维持抗拉强度，且耐焊接裂纹性和耐应力 腐蚀裂纹性优异。另外，通过使用本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材的制造方法，能够 制造上述的焊接结构部件用铝合金锻造材。
【附图说明】
[0030] 图1是用于说明本发明的锻造材的组织观察位置的立体图。
[0031] 图2是放大图1的组织观察位置的锻造材的内部的晶粒的情况并示意性地进行描 绘的立体图。
[0032] 图3是示意性地表示图1的锻造材的Ml面的观察组织的平面图。
[0033] 图4是示意性地表示图1的锻造材的M2面的观察组织的平面图。
[0034] 图5是示意性地表示本发明的锻造材的晶粒组织的立体图。
[0035] 图6是示意性地表示现有的锻造材的晶粒组织的立体图。
[0036] 图7是关于现有的锻造材的结晶晶界与应力的说明图，是用于对裂纹进行说明的 示意性的剖面图。
[0037] 图8是关于本发明的锻造材的结晶晶界与应力的说明图，是用于对裂纹进行说明 的示意性的剖面图。
[0038] 图9是用于说明晶粒的GL与GS的测量方法的将m3面放大而示意性地进行描绘 的剖面图。
[0039] 图10是用于说明本发明的锻造材的制造方法中，锻造工序中的三面锻造的示意 性的立体图。
[0040] 图11是示意性地表示制造实施例的锻造材之前的铸锭的块状的立体图。
[0041] 图12是用于说明实施例的焊接试验的方法的示意性的立体图。
【具体实施方式】
[0042] 以下，对于本发明的焊接结构部件用铝合金锻造材及其制造方法的实施方式详细 地加以说明。
[0043] 首先，对于本发明的锻造材进行说明。
[0044] 〔铝合金锻造材〕
[0045] 对于铝合金锻造材而言，在其组织中，设长轴的晶粒长度为GL μπι，短轴的晶粒长 度为GS μ m时，在形成有剪切带的部位观察到的互相垂直的3个方向的面之中，两个面由下 式表示，剩余的一面其晶粒在长轴方向有弯曲。
[0046] 50 ^ GL ^ 500. . . (1)
[0047] 10 ^ GS ^ 180. . . (2)
[0048] GS 彡 GL. ·· (3)
[0049] 对于本发明的锻造材的构成进行说明。图1是用于说明本发明的锻造材的组织观 察位置的立体图，图2是放大图1的组织观察位置的锻造材的内部的晶粒的情况并示意性 地进行描绘的立体图。
[0050] 图1所示的锻造材1的Ml面和M2面的观察组织（宏观观察组织），分别显示在图 3、图4中。如图3、4所示，在锻造材1的Ml面和M2面，形成有剪切带（主变形区域）21。 该剪切带21是通过宏观浸蚀变白的部分，形成为白色的带状。另外，剪切带21以外的部位 称为死区金属（不变形区域）22,为低锻造组织。剪切带21相当于加工度比死区金属22高 的区域。通过使该剪切带21广泛分布，可改善耐焊接裂纹性。
[0051] 图1所示的锻造材1的晶粒观察部位的三面的观察组织（微观观察组织）显示在 图2中。还有，图2中，在纸面上，位于跟前的面为m3面，位于上面的面为m2面，位于左侧 的面为ml面。
[0052] 另外，该观察部位，如图3所示，是形成有剪切带21的部位。
[0053] 如图2所示，ml面和m3面，为晶粒4的截面细长，直线状延长的形态。在此，对于 锻造材1而言，其ml面和m3面的晶粒的形态满足所述式（1)~（3)。相对于此，m2面为晶 粒4在长轴方向有弯曲的形态。所谓晶粒4在长轴方向有弯曲的形态，指的并不是像锻造 延伸材那样，晶粒在长轴方向大致形成为直线状，而是如后述那样，弯曲成焊接时裂纹不会 沿结晶晶界进展的程度。在此，晶粒4成为在长轴方向上弯曲成波浪状（蛇行的形状）的 形态。还有，图2中易于理解地示意性地表示晶粒4的形态，在实际的观察组织中也满足所 述晶粒4的条件。
[0054] 本发明的锻造材1，通过使晶粒4成为这样的形态，耐焊接裂纹性优异。其理由如 下。
[0055] 如图5所示，锻造材1 (在3个方向锻造的三面锻造材）的晶粒4在长轴方向上有 弯曲，构成晶粒4的组织为如同宽面条重叠这样的形态。相对于此，如图6所示，现有的锻 造材100 (2个方向锻造的两个面锻造材（锻造延伸材））的晶粒40在长轴方向呈直线状， 构成晶粒40的组织为如同竹子重叠这样的形态。
[0056] 在此，如图7、8所示，在锻造材的焊接时，因为应力以使结晶晶界撕裂的方式施 加，所以焊接时的裂纹沿结晶晶界进展。