铝合金及铝合金制高强度螺栓的制作方法
【专利说明】f吕合金及锅合金制高强度螺栓
[0001] 本申请是申请日为2010年12月14日、申请号为201080039246. X、发明名称为"铝 合金及铝合金制高强度螺栓"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用作高强度构件的原料的铝合金和使用该种合金形成的各种构 件，例如锻造零件、紧固用零件、特别是具有450MPa以上的强度的铝合金制高强度螺栓。
【背景技术】
[0003] 近几年，对汽车的燃料经济性提高的需求日益增加，为了提高燃料经济性，要求各 构件轻型化。作为轻型化的具体方案，将钢制零件替换成铝合金、镁合金等轻合金是有效 的。
[0004] 例如在将发动机和变速箱等镁合金化而谋求轻型化时，从防止电蚀、轻型化的观 点出发，对于用于固定这些发动机和变速箱等的紧固构件（螺栓等），最好也从钢改为铝合 金。
[0005] 作为该种铝合金制的紧固构件，公知对6000系铝合金（Al - Mg - Si系）进行锻造 而成的高强度铝合金制螺钉（例如参照专利文献1)。
[0006] 专利文献1 :日本特许第3939414号公报
[0007] 但是，在专利文献1所公开的那样的6000系铝合金制螺钉中，室温的抗拉强度为 400MPa左右，耐热强度也比钢制螺栓低，因此需要增大螺栓尺寸或增加紧固点的数量等，以 进行应对。
[0008] 另一方面，在利用现有的7000系铝合金（Al-Zn系）制造了螺栓的情况下，室温 强度能够获得500MPa以上，但是耐热性比6000系合金低，而且对应力腐食裂纹的敏感性也 较高，因此需要对表面进行错阳极化处理（alumite treatment)等对策，存在成本增加的问 题。
【发明内容】
[0009] 本发明是着眼于螺栓等紧固构件所代表的以往的铝合金制构件中的上述问题而 完成的，其目的在于，提供一种用于获得作为汽车零件具有充分的耐热性、抗拉强度和耐应 力腐食裂纹性的构件的铝合金。另外，其目的还在于，提供由该种铝合金形成的各种构件， 例如对上述合金进行锻造而成的锻造零件、铝合金制的高强度螺栓。
[0010] 本发明人为了达到上述目的，对合金成分、热处理方法等反复进行了潜心研宄，结 果发现通过将Si、Fe、Mn、Zr、V等合金成分的含量分别限定在特定范围内，能够达到上述目 的，由此完成了本发明。
[0011]即，本发明是基于上述见解的发明，本发明的铝合金的特征在于，以质量比计含 有1.0%~1.7%的51、0.05%~0.5%的卩6、0.8%~1.5%的〇1、0.6%~1.2%的]?11、 0· 9%~L 5% 的 Mg、0. 05%~0· 5% 的 Ζη、0· 05%~0· 3% 的 Zr 以及 0· 01%~0· 2% 的 V， 依据需要含有大于O且为0. 05%以下的Ti，进一步依据需要含有大于O且为0. 7%以下的 Ni，余量由Al和不可避免的杂质构成。
[0012] 另外，本发明的锻造零件和铝合金制高强度螺栓的特征均在于，由本发明的上述 铝合金形成，上述高强度螺栓的特征在于，具有450MPa以上的抗拉强度。
[0013] 采用本发明，由于分别在特定的范围内添加了铝合金的成分元素，特别是Si、Fe、 Mn、Zr、V等，因此通过实施适当的热处理，能够获得耐热性、抗拉强度和耐应力腐食裂纹性 优异的铝合金制的锻造零件、高强度螺栓等。
【附图说明】
[0014] 图1是表示在本发明的实施例中用于评价螺栓性能的螺栓形状?尺寸的说明图。
[0015] 图2是表示在本发明的实施例中用在螺栓的应力腐食裂纹试验中的治具（jig)的 形状?尺寸的说明图。
[0016] 图3是表示本发明的实施例中的螺栓的应力腐食裂纹试验要点的说明图。
[0017] 图4是表示本发明的一实施方式中的锻造零件的应用例的示意说明图。
【具体实施方式】
[0018] 下面，关于本发明的铝合金、由该合金形成的零件，连同合金成分的作用、这些合 金成分的限定理由而一并进一步详细说明。另外，在本说明书中，只要没有特别记载，则 "％ "表示质量百分率。
[0019] 铝合金
[0020] (I)Si 含量：1· 0%~1. 7%
[0021] Si(硅）是本发明的合金的主要元素之一，与Mg、Cu-起有助于提高室温强度。
[0022] 利用人工时效处理使Mg2Si析出，提高强度，但当Si的含量大于1. 7 %时，会使耐 应力腐食裂纹性、耐腐蚀性下降。另一方面，当Si的含量低于1. 0%时，不能发挥上述功能， 则铝合金的强度会不够。
[0023] ⑵ Fe 含量：0· 〇5%~0· 5%
[0024] Fe(铁）是与Mn、Al、Ni等形成化合物而有助于提高耐热性、加工性的成分。
[0025] 当Fe的含量低于0. 05%时，不能获得提高耐热性、加工性的效果，而缺乏耐热性。 另一方面，当大于0.5%地过度添加 Fe时，耐腐蚀性会下降。另外，会产生粗大的夹杂物，而 对该铝合金的拉伸特性、加工性也产生不良影响。
[0026] (3)Cu 含量：0· 8%~1. 5%
[0027] Cu(铜）是和Si、Mg -起有助于提高室温强度的元素，但当Cu的含量低于0. 8% 时，不能获得添加的效果，则铝合金的强度会不够。反之当Cu的含量高于1. 5. %时，在固溶 处理时容易过烧，除此之外合金的耐腐蚀性、锻造加工性也会下降。
[0028] (4)Mn 含量：0· 6%~1. 2%
[0029] Mn (锰）是帮助固溶强化的元素。另外，Mn也与Fe等形成化合物（例如Al - Fe-Mn - Si系）而有助于提尚耐热性、加工性。而且，具有提尚与锻造时的t旲之间的耐粘着性的 效果。
[0030] 在Mn的添加量低于0.6%的情况下，不能发挥上述效果，不仅无法获得期望的强 度，而且在锻造时容易与模之间发生粘着。另一方面，在Mn的添加量高于I. 2%时，会产生 粗大的夹杂物以1^16等），而对拉伸特性（特别是伸长率）、加工性产生不良影响。
[0031] (5)Mg 含量：0· 9%~1. 5%
[0032] Mg(镁）是与Si、Cu-起有助于提高室温强度的元素，但是在Mg的含量低于0.9% 时，不能充分地获得添加的效果，强度会不够。
[0033] 另一方面，在Mg的含量高于1. 5%时，不利于强度提高的粗大的析出物会变多，耐 应力缓和性、耐腐蚀性和加工性会下降。
[0034] (6)Zn 含量：0· 05%~0· 5%
[0035] Zn(锌）是利用Al-Mg-Zn系粒子的时效析出而有助于强化合金的元素。另外， 虽然Zn能够提高电镀等的表面处理性，但是在过量地添加 Zn时，耐腐蚀性会下降，而且强 度也会受影响，因此需使Zn在0. 05%~0. 5%的范围内。
[0036] (7)Zr 含量：0· 05%~0· 3%
[0037] Zr (锆）具有防止热处理时的晶粒的粗大化、稳定晶粒直径的效果，但是在Zr的添 加量少于〇. 05%时，不能充分地发挥防止粗大化的效果，因晶粒的粗大化而使拉伸特性和 耐应力腐食裂纹性下降。
[0038] 另一方面，在Zr的添加量高于0. 3%时，粗大的夹杂物会成长，则加工性和拉伸特 性会下降。
[0039] (8)V 含量：0· 01% ~0· 2%
[0040] V(钒）与Al等形成化合物而提高耐热性。并且，V具有如下优点，即，通过添加 V 而产生的对耐应力腐食裂纹性的不良影响较小。
[0041] 在V的添加量少于0. 01 %的情况下，不能充分地获得提高耐热性的效果。反之在 V的添加量高于〇. 2%时，会生成粗大的夹杂物，则耐腐蚀性、铸造性和加工性会下降。
[0042] (9) Ti含量：大于0 %且在0· 05%以下
[0043] Ti (钛）与Zr相同，也是有效防止晶粒的粗大化的元素，因此是能以同样的目的依 据需要而添加的任意成分。
[0044] 但是，在过量地添加 Ti时，加工性和拉伸特性会下降，因此即使要添加，也需使 Ti的含量在0.05%以下的范围内。另外，为了获得晶粒的充分的微细化效果，最好添加 0. 01%以上的Ti。
[0045] (IO)Ni含量：大于0 %且在(λ 7%以下
[0046] Ni (镍）是与Al、Fe等形成化合物而提高耐热性的元素，因此是能以这样的目的 依据需要而添加的任意成分。
[0047] 但是，大于0. 7%的过量添加会使Ni成为粗大的夹杂物，对耐应力腐食裂纹性、拉 伸特性和加工性也产生不良影响，因此即使要添加，也需要将Ni的含量抑制在0. 7%以下。 另外，为了发挥充分的提高耐热性的效果，最好添加〇. 01 %以上的Ni。
[0048] 本发明的铝合金的热处理方法没有特别限定，例如可以实施T6处理（固溶处理一 人工时效处理）、T8处理（固溶处理一加工一人工时效处理）、T9处理（固溶处理一人工时 效处理一冷加工），而能够形成为具有450MPa以上的抗拉强度，且耐热性、耐拉伸特性、耐 应力缓和特性和耐应力腐食裂纹性也优异的零件。
[0049] 另外，除此之外，如果是作为铝合金的热处理而公知的T5处理、T7处理、TlO处理 等含有人工时效处理的热处理的话，可以通过适当地选择热处理?加工的条件来获得高强 度。
[0050] 本发明的铝合金例如可以用作各种轧制板材、异型截面的挤出材料。
[0051] 由铝合金形成的锻诰零件
[0052] 另外，作为锻造零件例如汽车用的锻造零件，可以较佳地用在悬挂梁等的车身零 件、发动机、变速器中的各种支架类以及发动机的油盘、各种壳体·盖类紧固用的螺栓中，也 可以较佳地用在用于紧固变速器、电动车和混合动力车用电动机的壳体等的螺栓、螺钉、螺 母等中。另外，本发明的锻造零件的锻造方法没有特别限定，例如也包含400°C~500°C左 右的温度下的热锻、螺栓的镦锻加工那样的冷锻在内。
[0053] 这些零件能够采用通常的方法容易地进行制造，并且通过实施上述那样的热处 理，这些零件会作为汽车零件发挥充分的耐热性、拉伸特性和耐应力腐食裂纹性，因此能够 有助于实现车辆的轻型化。另外，由于这些零件显示出较高的耐应力缓和特性，因此也能较 佳地用在发动机、变速器、电动机等放置在高温环境中的零件中。
[0054] 特别是在采用了镁合金作为发动机、变速箱的情况下，当使用本发明的铝合金制 的高强度螺栓时，不仅能够有效地防止电蚀，而且与以往的铝制螺栓相比，还能够减少紧固 根数或减小螺栓的尺寸。
[0055] 图4是表示本发明的锻造零件的一实施方式的示意图。附图标记1表示设于汽车 用发动机的铝合金（例如ADC12)制缸体的、油盘安装用的内螺纹部。附图标记