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系铝合金中空挤压材料以5％以上的扩管率实施扩管加工，没有裂纹的发生，高强度且耐应力腐蚀裂纹性优异的铝合金构件。对含有Zn：3.0～9.5质量％、Mg：0.4～2.5质量％、Cu：0.05～2.0质量％、Ti：0.005～0.2质量％，且以模压淬火制造而成的7000系铝合金中空挤压材料，实施以0.4℃／秒以上的升温速度进行加热，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，对于所述中空挤压材料实施扩管加工，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]本发明涉及对于高强度的7000系铝合金挤压中空型材实施扩管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1、2中记载有通过电磁成形而对6000系铝合金中空挤压材料进行扩管加工，在专利文献3、4中记载有基于电磁成形的扩管加工性优异的6000系铝合金中空挤压材料，在专利文献5中记载有基于液压成形的扩管加工性优异的6000系铝合金中空挤压材料。专利文献I~5所述的6000系铝合金中空挤压材料，均以成形性高的Tl调质的状态被进行扩管加工，并在扩管加工后进行时效处理。
[0003]另一方面，研究了对于Zn、Mg、Cu等的合金元素量多、且在时效处理时与其他的合金系相比高强度化的7000系铝合金中空挤压材料进行扩管加工的应用。但是，7000系铝合金挤压材料在模压淬火后、时效处理前的材料(Tl调质)，自然时效进行而硬化，成形性降低。因此，对于7000系铝合金中空挤压材料进行扩管加工时，若达到实用水平的5%以上的扩管率，则在加工部位容易产生裂纹。这一倾向在高合金方面更为显著。
[0004]为了改善7000系铝合金的成形性，例如，如专利文献6~9所述，一直以来，都是对于因自然时效而硬化的7000系铝合金进行回归处理。
[0005]【先行技术文献】
[0006]【专利文献】
[0007]【专利文献I】日本特开2010-159005号公报
[0008]【专利文献2】日本特开2010-69927号公报
[0009]【专利文献3】日本特开2007-254833号公报
[0010]【专利文献4】日本特开2005-105327号公报
[0011]【专利文献5】日本特开2010-196089号公报
[0012]【专利文献6】日本特开平7-305151号公报
[0013]【专利文献7】日本特开平10-168553号公报
[0014]【专利文献8】日本特开2005-194020号公报
[0015]【专利文献9】日本特开2007-119853号公报
[0016] 确实，若将此回归处理应用于Tl调质的7000系铝合金挤压材料，则该挤压材料的强度降低，一般来说成形性提高。但是，以电磁成形等对7000系铝合金中空挤压材料进行扩管加工时，在实用水平的扩管率下，无法充分获得防止裂纹的发生的效果。另外，即使裂纹不发生，扩管加工后的加工部位也会被赋予高拉伸残余应力，仍有耐应力腐蚀裂纹性降低这样的问题。
【发明内容】
[0017]本发明鉴于这样的问题而完成，其为对7000系铝合金中空挤压材料实施扩管加工而使之构件化的7000系铝合金构件，其目的在于，以实用水平的5%以上的扩管率进行扩管加工时，防止裂纹的发生，并且减小拉伸残余应力，从而改善耐应力腐蚀裂纹性。
[0018]本发明的耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，是对如下的7000系铝合金中空挤压材料，以5%以上的扩管率实施扩管加工而使之构件化的7000系铝合金构件，所述7000系铝合金中空挤压材料含有Zn:3.0~9.5质量％、Mg:0.4~2.5质量％、Cu:0.05~2.0质量％、Ti:0.005~0.2质量％，根据需要还含有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，经扩管加工不会发生裂纹，扩管加工后进行时效处理，且设时效处理后的拉伸残余应力为ors，设时效处理后的构件的0.2%屈服强度值为σ 0.2，设Mg的质量％为[Mg],设Zn的质量％为[Zn]时,满足下式⑴~(3)。
[0019]Y ^ -0.1Χ+1.4...(I)
[0020]Υ=σ rs / σ 02…(2)
[0021]X= [Mg]+ [Zn]…(3)
[0022]上述耐应力腐蚀裂纹性优异的7000系铝合金构件，能够通过如下方式制造:对以模压淬火制造的7000系铝合金中空挤压材料，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，对所述中空挤压材料以5%以上的扩管率实施扩管加工，扩管加工后，实施时效处理。
[0023]根据本发明，能够提供一种对7000系铝合金中空挤压材料，以实用水平的5%以上的扩管率实施扩管加工而使之构件化时，高强度且不会发生裂纹，减少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】
[0024]图1是表示7000系铝合金中空挤压材料的Y(=σ rs / σ 0.2)与X(= [Mg]+ [Zn])的关系的图形。
[0025]图2是说明实施例的扩管加工的图，(a-Ι)是扩管加工为凸缘成形时的俯视图，(a-2)是其A-A剖面图，(b-Ι)是扩管加工单纯为扩管时的俯视图，(b-2)是其B-B剖面图。
[0026]图3是实施例的扩管加工后的中空挤压材料的俯视图(照片)。
[0027]【符号说明】
[0028]1、5供试材(中空挤压材料)
[0029]2、6 模具
[0030]3、7电磁成形用线圈
[0031]4、8扩管成形品
【具体实施方式】
[0032]以下，对于本发明的7000系铝合金构件及其制造方法具体加以说明。
[0033](铝合金的组成)[0034]首先，对于本发明的7000系铝合金的组成进行说明。但是，其组成本身作为7000系铝合金是公知的。
[0035]Zn: 3.0 ~9.5 质量 ％
[0036]Mg:0.4 ~2.5 质量％
[0037]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9.5质量％或Mg含量超过2.5质量％，则即使对于中空挤压材料在扩管加工前进行规定的回归处理，在以实用水平的扩管率进行扩管加工时也不能防止裂纹的发生，另外，不能减小由扩管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含量优选更高的合金的方面，例如分别为5.0~9.5质量％、1.0~2.5质量％，合计为6.0~12.0质量％。
[0038]Cu:0.05 ~2.0 质量％
[0039]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％。
[0040]T1:0.005 ~0.2 质量％
[0041]Ti在7000系铝合金的铸造时使晶粒微细化，具有使挤压材料的成形性(扩管加工性)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。
[0042]Mn:0.01 ~0.3 质量％
[0043]Cr:0.01 ~0.3 质量％
[0044]Zr:0.01 ~0.3 质量％
[0045]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，因此根据需要，在上述范围内添加一种或两种以上。
[0046]不可避免的杂质
[0047]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。
[0048](铝合金构件的制造方法)
[0049]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的7000系铝合金中空挤压材料后(通常，有数十日~数月的保管期)，对该挤压材料，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秒的时间，接着以0.5°C /秒以上的冷却速度进行冷却的回归处理后，在回归处理后72小时以内，以5%以上的扩管率实施扩管加工，再对构件整体实施时效处理。
[0050]作为原材的中空挤压材料，能够以各种的挤压方式进行制造，但相比直接挤压，间接挤压在防止在挤压材料表面形成粗大的再结晶晶粒的意义上优选，另外，相比孔式分流(一卜*一,v:porthole)方式,芯棒(> F > A:mandrel)方式的一方，在确保截面的组织的均匀性(没有熔敷部)意义上优选。
[0051]以模压淬火制造的中空挤压材料，虽然由于自然时效而有金属间化合物析出，并硬化，但在扩管加工之前受到所述回归处理，由此金属间化合物再固溶，中空挤压材料软化，成形性(扩管加工性)提高。由此，在对中空挤压材料进行扩管加工时，能够防止在加工部位发生裂纹，同时能够减少在加工部位发生的拉伸残余应力。
[0052]在所述回归处理中，升温速度低于0.40C /秒时，在升温过程中，金属间化合物的析出被促进，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，无论如何都无法达成回归处理的效果。另一方面，若保持温度超过550°C，则有可能发生过烧(〃'一二 > ^:burning)。另外,从保持温度以低于0.5V /秒的冷却速度的缓慢冷却中，中空挤压材料发生O材化，在时效处理后得不到需要的强度。到达保持温度后，该保持温度下的保持时间需要至少超过O秒的时间。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再进行冷却，也可以立即冷却。保持时间的上限没有特别限定，但例如在20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。
[0053]上述回归处理后，在挤压型材由于自然时效而再硬化前进行扩管加工。具体来说，就是回归处理后，优选在72小时以内进行扩管加工。作为扩管加工的方法，能够利用专利文献I~4所述的电磁成形，专利文献5所述的液压成形，专利文献9所述的利用夹具进行的成形，或复合性的成形方法(例如，参照日本特开2006-305587号公报)等。扩管加工的扩管率为实用水平的5%以上。实用上优选为10%以上，更优选为20%以上。能够没有裂纹发生地进行扩管加工的扩管率的最大值，一般来说合金组成越是高合金一方([Mg] + [Zn]大)越小，并且相比再结晶组织，纤维状组织的一方越小。扩管加工的扩管率可根据合金组成和合金组织选择能够不会有裂纹发生地进行扩管加工的尺寸。还有，在本发明的合金组成中，能够达成不会使裂纹发生的最大140%左右的扩管率。但是，从在挤压型材整体实现变形的均匀化(防止局部性的薄壁化)这一观点出发，优选扩管率抑制在100%以下，更优选抑制在90%以下。 [0054]扩管加工后的时效处理，可以是通常的7000系铝合金中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]以上述制造方法制造的7000系铝合金构件中，加工部位的拉伸残余应力ors与构件的0.2%屈服强度值σ0.2之比Y(=ors / σ 0.2)，在7000系铝合金的Mg含量[Mg]与Zn含量[Zn]的合计X (= [Mg]+ [Zn])之间，满足前式(I)。其结果是，不论高强度材料与否，加工部位都显示出优异的耐应力腐蚀裂纹性。
[0056]图1所示的图形，是在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(。0.2)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(八、口、_)的图，图中的线是由Y=-0.1Χ+1.4所代表的直线。在图1中，Λ对应于实施例的N0.1~14，其全部进入YS -0.1Χ+1.4的区域，如实施例的表2所示，耐应力腐蚀裂纹性均优异。在图1中，□与对应于比较例的N0.15~28。其中，□所对应的比较例(N0.17、23、24、26~28)进入Y≤-0.1Χ+1.4的区域，耐应力腐蚀裂纹性均优异，所对应的比较例(N0.15、16、18~22、25)进入Y > -0.1Χ+1.4的区域，耐应力腐蚀裂纹性均差。
[0057]如此，满足Y ( -0.1Χ+1.4的7000系铝合金构件，耐应力腐蚀裂纹性均优异。[0058]【实施例】
[0059]铸造表1所示的各种7000系铝合金，以470°C X8h的条件进行均质化处理。其 后，加热至4701的挤压坯段，以孔式分流方式挤压成外径90臟、壁厚3臟的圆筒形管，进行 模压淬火（在挤压之后通过风扇进行强制空冷）。
[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，其特征在于， 其对如下的7000系铝合金中空挤压材料，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，对所述中空挤压材料以5 %以上的扩管率实施扩管加工，在扩管加工后实施时效处理，其中， 所述7000系铝合金中空挤压材料是含有Zn: 3.0~9.5质量％、Mg:0.4~2.5质量％、Cu:0.05~2.0质量％、T1:0.005~0.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成，并且通过模压淬火制造而成的材料。
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系铝合金中空挤压材料还含有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。
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系铝合金中空挤压材料以5%以上的扩管率实施扩管加工而使之构件化的7000系铝合金构件， 所述7000系铝合金中空挤压材料含有Zn:3.0~9.5质量％、Mg:0.4~2.5质量％、Cu:0.05~2.0质量％、T1:0.005~0.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成；其特征在于， 扩管加工后进行时效处理，设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]…(3)。
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系铝合金中空挤压材料还含有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。
【文档编号】C22F1/053GK103966490SQ201310726102
【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25日
【发明者】志镰隆广, 吉原伸二 申请人:株式会社神户制钢所