CN108884525B

CN108884525B - 耐腐蚀性优异且具有良好的淬火性能的高强度铝合金挤出材料及其制造方法

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Publication number: CN108884525B
Application number: CN201780019516.2A
Authority: CN
Inventors: 柴田果林; 吉田朋夫
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: JP6955483B2; EP3441491B1; EP3441491A1; WO2017169962A1; EP3441491B2; US20190024224A1; US11136658B2; CN108884525A; JPWO2017169962A1; EP3441491A4

Abstract

本发明目的为提供一种高强度铝合金挤出材料及其制造方法，所述材料通过挤出加工后立即空气冷却获得高强度，并且具有优异的耐应力腐蚀开裂性。本发明的耐腐蚀性优异且具有良好的淬火性能的高强度铝合金挤出材料的特征在于由以下组成，以下均为质量％，含有Zn：6.0‑8.0％，Mg：1.50‑2.70％，Cu：0.20‑1.50％，Ti：0.005‑0.05％，Zr：0.10‑0.25％，并且Mn：0.3％以下，Cr：0.05％以下，Sr：0.25％以下，并且Zr+Mn+Cr+Sr＝0.10‑0.50％的范围，余量为Al和不可避免的杂质。

Description

耐腐蚀性优异且具有良好的淬火性能的高强度铝合金挤出材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及为7000系列合金的Al-Zn-Mg类铝合金的改良材料。

背景技术

提高车辆燃料经济性的手段之一是减轻重量，并且已经关注作为高强度铝合金的7000系列铝合金。

为了将由7000系列铝合金制成的挤出材料应用于车辆的结构部件，不仅需要高强度而且需要弯曲加工性和耐应力腐蚀开裂性。

增加7000系列铝合金中Mg、Zn、Cu成分的添加量可提高强度，但挤出性能显著降低，MgZn₂沉淀物增加，耐应力腐蚀开裂性降低。

另外，在挤出加工时在挤出材料的表面部分上形成的重晶粒粗大化，重结晶深度加深，并且其也成为降低耐应力腐蚀开裂性的因素。

因此，添加了Cr、Mn、Zr过渡元素，但是存在以下技术问题：如果添加量大，则会影响淬火敏感性，并且在挤出加工后立即冷却的模头淬火的情况下，必须实施通过水冷的快速淬火，才能获得预定的高强度。

在通过水冷进行模头淬火时，由于冷却变形，在挤出材料中发生弯曲或横截面变形。

专利文献1中公开的Al-Zn-Mg-Cu类合金具有相对大的Cu成分和Mg成分的含量，并且如同一公开中所公开的，6mm厚的板材或7.5mm壁厚的管状材料等的壁厚是厚的，并且只能获得简单形状的挤出材料，此外，为了获得高强度，上述挤出材料必须进一步进行压延加工和拉拔加工。

专利文献1：日本特开2009114514号(专利第5083816号)公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种高强度铝合金挤出材料及其制造方法，所述材料通过挤出加工后立即空气冷却获得高强度，并且具有优异的耐应力腐蚀开裂性。

解决技术问题的手段

根据本发明所述的耐腐蚀性优异且具有良好的淬火性能的高强度铝合金挤出材料的特征在于由以下组成，以下均为质量％，含有Zn：6.0-8.0％，Mg：1.50-2.70％，Cu：0.20-1.50％，Ti：0.005-0.05％，Zr：0.10-0.25％，并且Mn：0.3％以下，Cr：0.05％以下，Sr：0.25％以下，并且Zr+Mn+Cr+Sr＝0.10-0.50％的范围，余量为Al和不可避免的杂质。

根据本发明所述的高强度铝合金挤出材料在根据权利要求1记载的挤出材料中包括以下实施方案。

一种铝合金挤出材料，不含Cr，且Zr+Mn+Sr＝0.10-0.50％的范围。

一种铝合金挤出材料，不含Cr和Sr，且Zr+Mn＝0.10-0.50％的范围。

一种铝合金挤出材料，不含Cr+Mn，且Zr+Sr＝0.10-0.50％的范围。

在上述各铝合金挤出材料中，进一步包括以下实施方案。

一种铝合金挤出材料，Cu：超过0.4％且不足0.8％。

一种铝合金挤出材料，Zn：超过6.5％且在8.0％以下。

在本发明中，优选挤出材料的表面部分的重结晶深度在150μm以下。

根据本发明所述的高强度铝合金挤出材料，优选拉伸强度在480MPa以上，并且0.2％弹性极限应力在450MPa以上。

可以通过使用平均晶粒尺寸为250μm以下的铸造坯料，在挤出加工后立即以450℃/min以下的平均冷却速度进行冷却，然后进行人工老化处理来制造根据本发明所述的高强度铝合金挤出材料。

以下，说明铝合金的成分范围的选择理由。

<Zn成分>

Zn成分即使在相对高的浓度下，其挤出性降低也少，为了赋予高强度，优选(以下均为质量％)6.0％以上。

但是，如果添加量超过8.0％，则耐应力腐蚀开裂性降低。

因此，Zn成分优选在6.0至8.0％的范围。

为了抑制Mg成分相对较少，优选将Zn成分控制在超过6.5％且在8.0％以下。

<Mg成分>

Mg成分在赋予高强度方面产生最大效果。

因此，Mg成分优选在1.50至2.70％的范围。

如果超过2.70％，则挤出性下降。

此外，为了确保530MPa以上的拉伸强度和500MPa以上的0.2％弹性极限应力，Mg的下限优选为1.7％，上限优选为2.70％。

<Cu成分>

由于固溶效应，Cu成分提高强度，但随着添加量增加，挤出性和耐腐蚀性下降。

Cu优选0.20至1.50％的范围。

从抑制耐腐蚀性降低的观点出发，Cu优选在0.20～1.0％的范围，为了确保0.2％弹性极限应力值在530MPa以上，优选设定Cu超过0.40％且不足0.8％的范围。

<Zr，Mn，Cr，Sr成分>

Zr、Mn、Cr成分具有抑制挤出加工时在挤出表面部分上形成的重结晶层的深度(厚度)的效果。

另一方面，在这3种成分中，在挤出加工时具有最强的淬火敏感性、并且除非挤出后立即冷却的速度快否则不能获得高强度的是Cr成分，其次是Mn成分。

在这3种成分中，Zr成分对淬火敏感性的影响小，并且通过使用风扇空气冷却作为挤出后立即的模头淬火可以获得足够高的强度。

因此，本发明含有0.10～0.25％的Zr成分。

在铝合金的熔融金属中难以溶解超过0.25％的Zr成分。

由于上述原因，优选不添加Cr成分，如果添加，则Cr被控制在0.05％以下。

优选不含Mn成分，如果添加，则Mn被控制在0.3％以下。

Sr成分具有在铸造用于挤出加工的坯料时抑制坯料结构的晶粒粗大化的效果，并且抑制在随后的挤出加工中在表面部分形成重结晶层。

然而，当Sr成分的添加量增加时，由于以Sr为核的粗大的结晶体变得易于结晶，因此当添加时，Sr为0.25％以下。

由上可知，根据本发明，其特征在于，将Zr+Mn+Cr+Sr的总量设定在0.10-0.50％的范围，以实现高强度和抑制表面重结晶层的厚度(深度)两者。

当不含Cr时，设定Zr+Mn+Sr＝0.10-0.50％的范围。

当不含Cr和Sr时，设定Zr+Mn＝0.10-0.50％的范围。

当不含Cr和Mn时，设定Zr+Sr＝0.10-0.50％的范围。

<Ti成分>

Ti成分在铸造坯料时对于细化晶粒是有效的，并且Ti的添加量在0.005至0.05％的范围。

<Fe，Si成分>

Fe成分和Si成分是在调制铝合金的熔融金属时或在坯料铸造时容易作为杂质混入的成分，但如果混入量增加，则导致强度降低等，因此控制Fe在0.2％以下，Si在0.01％以下。

以下，说明制造条件。

对于制造，首先需要铸造用于挤出加工的圆柱形坯料。

通过在该坯料铸造时将铸造结构中的晶粒尺寸控制得较小，可以使挤出加工时在挤出材料的表面部分上形成的重结晶层的深度变薄。

尽管如上所述添加Sr和Ti作为铝合金的成分也是有效的，但其也会影响坯料的铸造速度。

优选将圆柱形坯料的铸造速度设定为50mm/min以上，优选65mm/min以上。

铸造的坯料在470至530℃，优选480至520℃的均质化处理(HOMO)温度下进行均质化处理2至24小时。

在挤出加工中，将如上所述的经均质化处理的坯料预热至400至480℃的温度，并利用挤压机进行挤出加工。

在挤出加工后，立即以450℃/min以下的平均冷却速度，通过风扇空气冷却进行冷却(通过风扇空气冷却的模头淬火)。

优选地，平均冷却速度在100至450℃/min的范围。

更优选地，平均冷却速度在250至450℃/min的范围内。

接下来，在第一阶段在90-120℃进行1-24小时的老化处理，然后在第二阶段在130-180℃进行1-24小时的老化处理。

即，进行两阶段人工老化处理。

发明效果

根据本发明的铝合金挤出材料，通过设定Zn、Mg、Cu的含量，可以获得高强度，并通过调节Zr、Mn、Cr和Sr的微量添加成分来确保良好的淬火性，并且可以抑制在挤出材料的表面部分上形成的重结晶层的厚度。

由此，可以获得耐腐蚀性优异，具有良好的淬火性能的高强度铝合金挤出材料。

附图说明

图1显示用于评价的铝合金的组成。

图2显示坯料和挤出材料的制造条件。

图3显示挤出材料的评价结果。

具体实施方式

制备图1的表中所示的各铝合金的熔融金属，并以图2的表中所示的铸造速度铸造圆柱形坯料。

在图2的表中，HOMO温度表示坯料的均质化条件，对从坯料的表面部分切出的样品的表面进行镜面研磨加工，然后用凯勒试剂(ケラー試薬)(0.5％HF)进行蚀刻处理，用光学显微镜观察坯料的平均晶粒尺寸。

对于平均晶粒尺寸，通过图像处理从100倍图像测量平均晶粒尺寸。

将坯料以图2的表中所示的BLT温度预热，挤出具有コ字形横截面形状和3至4mm壁厚的挤出材料。

在挤出后，立即以图2的表中所示的冷却速度进行空气冷却(风扇空气冷却)，然后在表中所示的热处理条件下进行两阶段人工老化处理。

评估结果示于图3的表中。

评价条件如下。

T5拉伸强度(MPa)、T5弹性极限应力(0.2％，MPa)和T5伸长率(％)通过从挤出材料制备JIS Z 2241，5号拉伸试验片，并根据JIS标准使用拉伸试验机测定。

关于SCC性能(耐应力腐蚀开裂性)，在对试验片施加80％的弹性极限应力的状态下，将下述1个循环条件的试验重复720个循环，如果未发生开裂则达到目标，如果在此之前发生开裂，则计数循环次数。

<1个循环的试验条件>

3.5％NaCl水溶液，在25℃浸泡10分钟→在25℃，湿度40％中放置50分钟→自然干燥

对于重结晶深度，镜面加工挤出横截面，用3％NaOH水溶液蚀刻，然后用光学显微镜100倍图像测定来自挤出表面的重结晶层的平均厚度。

从图3的评价结果可知，实施例1～8的铝合金挤出材料，在作为本发明目标的拉伸强度在480MPa以上，0.2％弹性极限应力在450MPa以上，伸长率在10％以上，以及SCC性能720次循环方面，以上全部通过。

此外，优选弹性极限应力在460MPa以上。

实施例1～8是不含Cr的例子，实施例1、2和7是不含Mn的例子。

实施例8是不含Sr的例子。

在实施例3、4、5、7中，Cu成分超过0.4％，因此拉伸强度、弹性极限应力均显示出相对高的值。

与此相对，在比较例9～12、14、15中，SCC性能未达到目标。

这可能是因为Cu成分的量超过1.50％。

比较例13挤出加工后的冷却速度慢，强度不足。

比较例14是含有0.26％的Cr的例子。

产业上的可利用性

由于根据本发明所述的铝合金挤出材料为高强度且具有优异的耐腐蚀性，因此可用于车辆和工业机械的各种结构部件。

Claims

1.一种高强度铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，使用由以下组成的铝合金，以下均为质量％，Zn：6.0-8.0％，Mg：1.50-2.70％，Cu：0.20-1.50％，Ti：0.005-0.05％，Zr：0.10-0.25％，Mn：0.3％以下，Sr：0.25％以下，且不含Cr，Zr+Mn+Sr＝0.10-0.5％，余量为Al和不可避免的杂质，制作在铸造速度为50mm/min以上铸造的平均晶粒尺寸为250μm以下的铸造坯料；将所述铸造坯料均质化处理以及预热，利用挤压机进行挤出加工；在所述挤出加工后立即进行作为模头淬火的平均冷却速度100-450℃/min的风扇空气冷却，然后进行人工老化处理。

2.根据权利要求1所述的高强度铝合金挤出材料的制造方法，其特征在于，所述均质化处理为470-530℃，2至24小时；所述预热为400-480℃的温度。