耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法
【专利摘要】改善对于7000系铝合金挤压型材的至少一部分的区域实施塑性加工而使之构件化的7000系铝合金构件的耐应力腐蚀裂纹性。对于在线淬火后的7000系铝合金挤压型材的所述区域，以0.4℃/秒以上的升温速度加热，在300～590℃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之后，在72小时以内实施塑性加工，再对于所述区域，施加以0.4℃/秒以上的升温速度加热，在300～590℃的温度范围保持超过0秒且在300秒以下，接着，以2000℃/分钟以下的冷却速度冷却的后热处理之后，对于构件整体进行人工时效处理。
【专利说明】
耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及对于高强度的7000系铝合金挤压型材的沿纵长方向的至少一部分的 区域，实施压陷加工等的塑性加工而使之构件化的7000系铝合金构件的制造方法，特别是 涉及耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1中，记述有一种7000系铝合金构件的制造方法，其是对于由在线淬 火制造的7000系铝合金挤压型材的沿纵长方向的至少一部分的区域，实施压陷加工而使 之构件化的方法。根据这一制造方法，在压陷加工之前，对于所述区域实施既定的回归处 理，在所述回归处理后72小时以内实施压陷加工之后，对构件整体实施时效处理。所述回 归处理在如下这样的条件下进行：以0. 4°C /秒以上的升温速度加热，在200~550°C的温 度范围保持超过0秒，接着以0. 5°C /秒以上的冷却速度冷却。
[0003] 根据专利文献1，通过在压陷加工前对于7000系铝合金挤压型材实施上述回归 处理，经在线淬火后的自然时效析出的金属间化合物再固溶，铝合金挤压型材软化，成形性 (压陷加工性）提高。其结果是，在上述回归处理后，对7000系铝合金挤压型材实施压陷加 工时，能够防止弯曲变形的薄板（々工7'')的弯曲外侧发生龟裂。同时，能够减少在薄板发 生的拉伸残余应力，能够改善7000系铝合金构件的耐应力腐蚀裂纹性。
[0004] 【现有技术文献】
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2014 - 145119号公报
[0007] 根据专利文献1的方法，通过在压陷加工前对7000系铝合金挤压型材实施既定的 回归处理，能够减少因压陷加工而发生的拉伸残余应力，改善7000系铝合金构件的耐应 力腐蚀裂纹性。但是，压陷加工后的7000系铝合金构件中，因压陷加工而发生的拉伸残余 应力未被释放而残留。因此，专利文献1的方法，关于耐应力腐蚀裂纹性存在改善的余地。
【发明内容】
[0008] 因此，本发明的目的在于，在对7000系铝合金挤压型材实施压陷加工等的塑性加 工而使之构件化时，进一步改善7000系铝合金构件的耐应力腐蚀裂纹性。
[0009] 本发明是一种对于7000系铝合金挤压型材的至少一部分的区域实施塑性加工而 使之构件化的7000系铝合金构件的制造方法，其特征在于，7000系铝合金具有如下组成： 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Μη :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A1和不可避免的杂质构成，该制造方法如下，对于淬火后经 12小时以上自然时效（淬火后经过了 12小时以上）的所述铝合金挤压型材的所述区域， 以0. 4°C /秒以上的升温速度进行加热，在300~590°C的温度范围保持超过0秒，接着进 行以0.5°C/秒以上的冷却速度冷却的回归处理之后，在72小时以内实施所述塑性加工，再 对于所述区域进行以0. 4°C /秒以上的升温速度加热，在300~590°C的温度范围保持超过 0秒且在300秒以下，接着以2000°C /分钟以下的冷却速度进行冷却的热处理之，然后对于 构件整体进行人工时效处理。
[0010] 也可以对所述铝合金挤压型材进行淬火后，在低于12小时的期间对于所述区域 实施塑性加工来替代上述回归处理。
[0011] 还有，在上述制造方法中，塑性加工中除了压陷加工以外，还广泛包括弯曲加工、 扩管加工（例如由电磁成形进行的扩管）、冲孔加工等在材料中有拉伸残余应力发生的塑 性加工。
[0012] 根据本发明，能够提供一种在对于7000系铝合金挤压型材实施塑性加工而使之 构件化时，减少由塑性加工而发生的拉伸残余应力，耐应力腐蚀裂纹性得到进一步改善的 7000系铝合金构件。
【附图说明】
[0013] 图1是由实施例制作的7000系铝合金挤压型材的剖面模式图。
[0014] 图2是说明实施例的塑性加工（压陷加工）的试验方法的侧视图。
【具体实施方式】
[0015] 以下，对于本发明的7000系铝合金构件及其制造方法，具体地加以说明。
[0016] (铝合金的组成）
[0017] 首先，对于本发明的7000系铝合金的组成进行说明。但是，其组成与专利文献1 所述的7000系铝合金相同。
[0018] Zn :3· 0 ~8. 0 质量％
[0019] Mg :0· 4 ~2. 5 质量％
[0020] Zn和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Mg含量低于0. 4质量％时，作为实用材得不到需要的200MPa以 上的屈服强度。另一方面，若Zn含量高于8. 0质量％或Mg含量高于2. 5质量％，则实施塑 性加工时不能防止龟裂的发生，同时，因塑性加工而发生的拉伸残余应力变大，即使经过之 后的热处理，也不能改善耐应力腐蚀裂纹性。从高强度化和轻量化的观点出发，Zn含量、Mg 含量优选更高合金一方，例如分别为5. 0~8. 0质量％，1. 0~2. 5质量％，合计6. 0~10. 5 质量％。
[0021] Cu :0· 05 ~2. 0 质量％
[0022] 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，若高于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％。
[0023] Ti :0· 005 ~0· 2 质量％
[0024] 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提高的作 用，添加0. 005质量％以上。另一方面，若高于0. 2质量％，则其作用饱和，并且粗大的金属 间化合物结晶出来，反而使成形性降低。
[0025] Μη :0· 01 ~0· 3 质量％
[0026] Cr :0· 01 ~0· 3 质量％
[0027] Zr :0· 01 ~0· 3 质量％
[0028] 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，因此在上述范围内添加其一种或两种 以上。
[0029] 不可避免的杂质
[0030] 作为7000系铝合金的主要的不可避免的杂质，可列举Fe和Si。因为使7000系铝 合金的诸特性降低，所以Fe限制在0. 35质量％以下，Si限制在0. 3质量％以下。
[0031] (铝合金构件的制造方法）
[0032] 对于具有上述组成的7000系铝合金挤压型材进行在线淬火，或以空气炉等再加 热后淬火，使之自然时效之后（通常，为数日~数个月的保管期间，其间进行自然时效），沿 着该形材的纵长方向对于全部或部分的区域进行回归处理。所述回归处理以如下这样的条 件进行：以〇. 4°c /秒以上的升温速度加热，在300~590°C的温度范围保持超过0秒，接着 以0.5°C/秒以上的冷却速度进行冷却。淬火（在线淬火、再加热后的淬火）的冷却速度， 优选以0. 5°C /秒以上的冷却速度（风扇空冷）进行。
[0033] 在回归处理后72小时以内，对所述区域实施塑性加工而使所述挤压型材构件化， 此外，在对于所述区域实施既定的热处理（以下，称为后热处理）之后，对构件整体实施 时效处理。所述后热处理，以如下这样的条件进行：以0. 4°C /秒以上的升温速度加热，在 300~590°C的温度范围保持超过0秒、在300秒以下，接着以2000°C /分钟以下的冷却速 度进行冷却。
[0034] 淬火后的挤压型材，通过自然时效金属间化合物发生析出并硬化，但在专利文献1 中也记述，通过在塑性加工之前受到所述回归处理，而金属间化合物再固溶，挤压型材发生 软化，成形性提高。由此，对于受到了回归处理的区域实施塑性加工时，能够防止所述区域 发生龟裂，同时，能够减少在所述区域发生的拉伸残余应力。作为回归处理的加热机构，能 够利用例如高频感应加热装置或硝石炉。
[0035] 还有，关于7000系铝合金挤压型材，自然时效的进行快，若淬火后经过12小时左 右，则发生硬化，成形性降低。对于淬火后经12小时以上自然时效（淬火后经过了 12小时 以上）的铝合金挤压型材进行所述回归处理。
[0036] 在回归处理中，升温速度低于0. 4°C /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。
[0037] 保持温度（实体温度）低于300°C时，在自然时效中析出的金属间化合物无法再固 溶，析出不如说被促进，得不到回归处理的效果。另一方面，若保持温度高于590°C，则有可 能发生过烧。
[0038] 回归处理的保持时间超过0秒。即，挤压型材到达保持温度后，也可以在同温度下 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 秒以内的短时间内进行完毕的方法，但从生产效率这一点上优选，优选10秒以内、5秒以内 的更短时间。另外，对于挤压型材的一部分的区域进行回归处理时，在与所述区域邻接的区 域热传递到半截，在防止所述邻接的区域软化的意义上，也优选保持时间在短时间内进行 完毕。
[0039] 在回归处理中，从保持温度起的冷却速度低于0. 5°C /秒的缓慢冷却中，冷却过程 中再次发生金属间化合物的析出，该回归处理的效果减弱或丧失。该冷却速度优选为风扇 空冷以上的冷却速度（例如150°C /分钟以上），更优选为水冷。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。
[0040] 回归处理后，之所以在72小时以内进行塑性加工，是因为经过自然时效而金属间 化合物析出，需要在挤压型材再硬化之前进行塑性加工。
[0041] 塑性加工后的后热处理，是为了释放因塑性加工而发生的拉伸残余应力，改善 7000系铝合金构件的耐应力腐蚀裂纹性而进行。作为该后热处理的加热机构，例如能够利 用高频感应加热装置或硝石炉。
[0042] 后热处理的升温速度低于0. 4°C /秒时，生产效率降低。对于构件的一部分的区域 进行该后热处理时，在与所述区域邻接的区域热传递至半截，在防止所述邻接的区域软化 的意义上，也优选升温速度大的方法。
[0043] 后热处理的保持温度（实体温度）低于300°C时，构件的拉伸残余应力无法被充分 释放，不能改善耐应力腐蚀裂纹性。另一方面，若保持温度高于590°C，则有可能发生过烧。
[0044] 后热处理的保持时间超过0秒。即，构件到达保持温度后，可以在同温度下保持 规定时间之后再进行冷却，也可以立即冷却。保持时间的上限，从生产效率的观点出发为 300秒以内的短时间，更优选10秒以内、5秒以内的更短的时间。对于构件的一部分的区域 进行后热处理时，在与所述区域邻接的区域，热传递到半截，在防止所述邻接的区域软化的 意义上，也优选保持时间在短时间内进行完毕。
[0045] 在后热处理中，从保持温度起的冷却速度高于2000°C /分钟的急冷中，金属间化 合物的固溶量增加（冷却中的析出少）。因此，继而在人工时效处理中，金属间化合物在结 晶晶界微细且连续地析出，其在腐蚀环境下溶解，成为使构件的耐应力腐蚀裂纹性降低的 原因。从保持温度起的冷却虽然也可以是放冷程度的缓慢冷却（l〇°C/分钟），但为了在时 效处理后得到高强度，优选为风扇空冷以上的冷却速度（例如150°C /分钟以上）。
[0046] 人工时效处理的条件，没有特别限定，能够以通常的7000系铝合金所进行的一般 的时效处理条件进行。或者，能够在比一般的时效处理更高温?长时间的条件下进行时效 处理（过时效处理）。塑性加工后的热处理带来的耐应力腐蚀裂纹性的改善效果，无论之后 的人工时效处理是一般的时效处理还是过时效处理都能够取得。
[0047] 以上，说明了本发明的铝合金构件的制造方法，也可以对于淬火（在线淬火，再加 热后的淬火）后的铝合金挤压型材，在淬火后低于12小时的期间，实施塑性加工，代替对于 经自然时效的铝合金挤压型材进行回归处理。如果在淬火后低于12小时的期间进行塑性 加工，则7000系铝合金挤压型材的自然时效没有进行，与回归处理后同样，可防止裂纹的 发生，并且因塑性加工而发生的拉伸残余应力减少，耐应力腐蚀裂纹性得到改善。
[0048] 【实施例】
[0049] 对于具有表1所示的No. 1~22的组成的7000系铝合金坯料，进行470°C X6hr 的均质化处理，以挤压温度（坯料温度）470°C，挤压速度5m/分钟的条件进行挤压成形。挤 压后以风扇空冷（冷却速度约200°C /分钟）进行在线淬火。如图1所示，挤压型材的截面 形状为高45mmX宽45mm的矩形，壁厚全部为2mm〇
[0050] 表 1
[0051]
[0052] 将该挤压型材切断至长1000mm作为试验材。对于No. 1~14、17~22的试验材， 从在线淬火起96小时后，对于试验材的沿纵长方向的一部分的区域（从一端起沿纵长方向 至200mm的范围），以表2所示的条件进行回归处理后，使用压力机对同区域在冷态下进行 压陷加工。图2表示压陷加工前后的情况，1是试验材（挤压型材），2是压力机的模座，3 是压陷加工用夹具。在No. 15、16中，不进行回归处理，从在线淬火起10小时后，同样在冷 态下进行压陷加工。压陷加工的压陷量h显示在表2中。接着，对于所述区域（进行了压 陷加工的区域），以表2所示的条件进行后热处理（只有No. 17不进行）。其后，以表2所 示的条件进行人工时效处理。
[0053] 使用人工时效处理后的试验材，按以下的要领，以铬酸法实施SCC(应力腐蚀裂 纹）试验。另外，按下述要领另行实施拉伸试验。其结果显示在表2中。
[0054] (SCC 试验）
[0055] 将含有3. 6质量％ Cr03- 3. 0质量％ K 2Cr207- 0· 3质量％ NaCl的试验液（水溶 液）加热至95~100°C，浸渍试验材16hr，之后，在进行了压陷加工的区域确认有无 SCC发 生。该SCC试验，以比专利文献1的实施例中进行的SCC试验其温度和时间更严酷的条件 进行。
[0056] (拉伸试验）
[0057] 将在线淬火后的各挤压型材切断至规定长度而作为试验材，对于各试验材，从在 线淬火起96小时后，以表2所示的条件进行回归处理（只有No. 15、16不进行），接着以表 2所示的条件进行后热处理（只有No. 17不进行）。然后，对于各试验材，以表2所示的条 件进行人工时效处理。从人工时效处理后的试验材上，使纵长方向为挤压方向而提取JIS5 号试验片，遵循JIS - Z2241的拉伸试验法，测量抗拉强度。
[0058] 【表2】
[0059]
[0060] 作为本发明的实施例的No. 1~16,在塑性加工后以本发明所规定的条件进行后 热处理，如表2所示，SCC未发生，能够得到高强度（200MPa以上）。
[0061] 另一方面，本发明的作为比较例的No. 17,是在压陷加工后未进行后热处理的例 子，SCC发生。这被认为是由于，在压陷加工中发生的残余应力未经后热处理释放。还有， No. 17的制造工艺，模仿专利文献1所述的方法。
[0062] No. 18、19是后热处理的保持温度脱离本发明的规定的例子，均发生SCC。均被认 为是后热处理的保持温度低，因压陷加工发生的残余应力释放效果小，因此SCC发生。
[0063] No. 20是后热处理的冷却速度脱离本发明的规定的例子，SCC发生。在该例中认 为，虽然通过后热处理，残余应力暂且降低，但由于冷却速度大，导致MgZnJ^固溶量增加， 人工时效处理后的晶界的析出状态微细且连续，SCC敏感性高，SCC发生。
[0064] No. 21是后热处理的保持时间脱离本发明的规定的例子，No. 22是后热处理的升 温速度脱离本发明的规定的例子。No. 21其后热处理的升温速度小，到达保持温度的时间为 长时间，No. 22其保持温度的保持时间长，热均传递到进行了后热处理的区域的邻近区域， 所述邻近区域成为退火状态，强度降低（低于200MPa)。
[0065] 【符号的说明】
[0066] 1试验材（挤压型材）
[0067] 2 模座
[0068] 3压陷加工用夹具
【主权项】
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，其特征在于，是对于 7000系铝合金挤压型材的至少一部分的区域实施塑性加工而使之构件化的7000系铝合金 构件的制造方法， 所述7000系铝合金具有如下组成：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， 所述制造方法如下：对于淬火后经12小时以上自然时效的所述铝合金挤压型材的所 述区域，以0. 4°C /秒以上的升温速度进行加热，在300~590°C的温度范围保持超过0秒， 接着进行以〇. 5°C /秒以上的冷却速度冷却的回归处理后，在72小时以内实施所述塑性加 工，再对于所述区域施加以0. 4°C /秒以上的升温速度加热，在300~590°C的温度范围保 持超过0秒且在300秒以下，接着以2000°C /分钟以下的冷却速度进行冷却的热处理，然后 对于构件整体进行人工时效处理。2. -种耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件的制造方法，其特征在于，是对于 7000系铝合金挤压型材的至少一部分的区域实施塑性加工而使之构件化的7000系铝合金 构件的制造方法， 所述7000系铝合金具有如下组成：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， 所述制造方法如下：对所述铝合金挤压型材进行淬火后，在低于12小时的期间对于所 述区域实施塑性加工，再对于所述区域施加以0. 4°C /秒以上的升温速度加热，在300~ 590°C的温度范围保持超过0秒且在300秒以下，接着以2000°C /分钟以下的冷却速度进行 冷却的热处理，然后对于构件整体进行人工时效处理。
【文档编号】C22F1/053GK105886860SQ201510896208
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月8日
【发明人】志镰隆广, 吉原伸二
【申请人】株式会社神户制钢所