耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件及其制造方法
【專利摘要】制造一種對于7000系鋁合金擠壓型材實施壓扁加工，沒有裂紋發生、高強度且耐應力腐蝕裂紋性優異的鋁合金構件。對含有Zn：3.0～8.0質量％、Mg：0.4～2.5質量％、Cu：0.05～2.0質量％、Ti：0.005～0.2質量％，且以模壓淬火制造的7000系鋁合金擠壓型材，實施以0.4℃／秒以上的升溫速度加熱，在200～550℃的溫度范圍保持超過0秒，接著以0.5℃／秒以上的冷卻速度進行冷卻的回歸處理，在回歸處理后72小時以內，對所述擠壓型材實施壓扁加工，接著實施時效處理。時效處理后的拉伸殘余應力σrs和0.2％屈服強度值σ0.2之比Y(σrs／σ0.2)，與Mg和Zn的合計含量X的關系滿足下式(1)。Y≤-0.1X+1.4?(1)。
【專利說明】耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及對于沿著高強度的7000系鋁合金擠壓型材的長度方向的至少一部分區域，實施壓扁加工而使之構件化的7000系鋁合金構件及其制造方法，特別是涉及耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在專利文獻I~3中記載有對于由相對配置的一對凸緣和與其連接的多個連接板(々工7':web)所構成的鋁合金擠壓型材的端部區域，對相對于凸緣面的垂直方向實施壓扁加工(潰加工)，并制造車門防撞梁和保險杠加強件等的汽車用補強構件。這樣的壓扁加工，從加工精度和成本面考慮，優選在時效處理后進行，在專利文獻2中記載有對于經過模壓淬火的6000系鋁合金擠壓型材，在時效處理后進行壓扁加工。
[0003]另一方面，在Zn、Mg、Cu等的合金元素量較多，在時效處理時與其他的合金系相比高強度化的7000系鋁合金擠壓型材中，時效處理后的成形性差，若在時效處理后進行壓扁加工，則即使壓扁加工率(截面高度的減少率)小，在彎曲變形的連接板上仍會發生龜裂。還有，這一傾向在高合金方面更為顯著。因此，例如在專利文獻4中記載有優選在擠壓后的Tl調質的狀態進行壓扁加工，其后再進行時效處理。
[0004]但是，7000系鋁合金擠壓型材在模壓淬火后、時效處理前的材料(Tl調質)中仍會因自然時效而硬化，成形性降低。為了改善其成形性，例如專利文獻5~7所記載的那樣，一直以來都進行使因自然時效而硬化的7000系鋁合金的強度降低的回歸處理。
[0005]【先行技術文獻】
[0006]【專利文獻】
[0007]【專利文獻1】日本專利第3465862號公報
[0008]【專利文獻2】日本專利第4111651號公報
[0009]【專利文獻3】日本特開平7-25296號公報
[0010]【專利文獻4】日本特開2003-118367號公報
[0011]【專利文獻5】日本特開平7-305151號公報
[0012]【專利文獻6】日本特開平10-168553號公報
[0013]【專利文獻7】日本特開2007-119853號公報
[0014]確實，若將此回歸處理應用于Tl調質的7000系鋁合金擠壓型材，則該型材其強度降低，成形性提高。但是，使用連接板的板厚為1.5~4mm的實用材料，對其進行壓扁加工時，基于壓扁加工率的大小，會在連接板的彎曲外側發生龜裂，這是不能通過現有的回歸處理消除的。同時，壓扁加工后的連接板被賦予了高拉伸殘余應力，也有耐應力腐蝕裂紋性降低這樣的問題。
【發明內容】
[0015]本發明是鑒于這樣的問題而完成的，其是對沿著7000系鋁合金擠壓型材的長度方向的至少一部分的區域，實施相對于擠壓方向為垂直方向的壓扁加工而使之構件化的7000系鋁合金構件，其目的在于防止因壓扁加工導致龜裂發生，同時減小拉伸殘余應力而改善耐應力腐蝕裂紋性。
[0016]本發明的耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件，其是7000系鋁合金擠壓型材沿著其長度方向的至少一部分的區域，實施相對于擠壓方向為垂直方向的壓扁加工而使之構件化的7000系鋁合金構件，鋁合金擠壓型材是具有如下組成，并以多個板構成且經模壓淬火的型材，所述組成含有Zn:3.0~8.0質量％、Mg:0.4~2.5質量％、Cu:0.05~
2.0 質量％、Ti:0.005 ~0.2 質量％，還含有 Mn:0.01 ~0.3 質量％、Cr:0.01 ~0.3 質量％、Zr:0.01~0.3質量％中的一種或兩種以上，余量由Al和不可避免的雜質構成；其中，上述多個板之中，設在上述壓扁加工中受到最大彎曲變形的板的板厚為t，彎曲內側半徑的最小值為R時，1.5mm≤t≤4.0mm, 1.5t≤R≤IOt ;壓扁加工后進行時效處理，并設受到上述最大彎曲變形的板在時效處理后的拉伸殘余應力為ors，時效處理后的構件的
0.2%屈服強度值為σ 0.2，Mg的質量％為[Mg]，Zn的質量％為[Zn]時，滿足下式⑴~⑶。
[0017]Y ≤-0.1Χ+1.4...(I)
[0018]Y= σ rs / ο 0.2...(2)
[0019]X = [Mg]+ [Zn]…(3)
[0020]上述耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件，能夠以如下制造方法制造。即，對上述7000系鋁合金擠壓型材的至少上述區域(實施壓扁加工的區域)，實施以0.40C /秒以上的升溫速度加熱，在200~550°C的溫度范圍保持超過O秒鐘的時間，接著以0.50C /秒以上的冷卻速度進行冷卻的回歸處理，在回歸處理后72小時以內，以1.5mm^t^4.0mm,3t / 2 < R < IOt的條件實施上述壓扁加工，在壓扁加工后，對于構件整體實施時效處理。
[0021]上述7000系鋁合金擠壓型材，代表性的是由相對配置的一對凸緣和將它們連接的I或2個以上的連接板構成。這種情況下，通常，上述連接板成為由于壓扁加工而受到最大彎曲變形的板。
[0022]根據本發明，能夠提供一種在對經模壓淬火的7000系鋁合金擠壓型材的沿著其長度方向的至少一部分的區域，實施壓扁加工而使之構件化時，高強度且沒有龜裂發生，減小拉伸殘余應力而改善了耐應力腐蝕裂紋性的7000系鋁合金構件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是表示7000系鋁合金擠壓型材的Y ( = ors / σ 0.2)與X( = [Mg]+ [Zn])的關系的圖形。
[0024]圖2是實施例中制作的7000系鋁合金擠壓型材的截面圖(a)，和說明壓扁加工的試驗方法的側視圖(b)。
[0025]【符號說明】
[0026]1、2 凸緣
[0027]3、4連接板[0028]5試驗材(擠壓型材)
[0029]7壓扁加工用夾具
【具體實施方式】
[0030]以下，對本發明的7000系鋁合金構件及其制造方法具體地加以說明。
[0031](鋁合金的組成)
[0032]首先，對本發明的7000系鋁合金的組成進行說明。不過，其組成本身作為7000系鋁合金是公知的。
[0033]Zn: 3.0 ~8.0 質量 ％
[0034]Mg:0.4 ~2.5 質量％
[0035]Zn與Mg形成作為金屬間化合物的MgZn2,是使7000系鋁合金的強度提高的元素。Zn含量低于3.0質量％或1 %含量低于0.4質量％時,得不到作為實用材料所需要的200MPa以上的屈服強度。另一方面，若Zn含量超過8.0質量％或Mg含量超過2.5質量％，則即使對于擠壓型材在壓扁加工前進行規定的回歸處理，也不能防止因壓扁加工造成的龜裂發生，同時不能減小由壓扁加工賦予的拉伸殘余應力，耐應力腐蝕裂紋性顯著降低。從高強度化和輕量化的觀點出發，Zn含量、Mg含量優選更高合金的方面，例如分別為5.0~8.0質量％、1.0~2.5質量％，合計優選為6.0~10.5質量％。
[0036]Cu:0.05 ~2.0 質量％
[0037]Cu是使7000系鋁合金的強度提高的元素。Cu含量低于0.05質量％時，沒有充分的強度提高效果，另一方面，若超過2.0質量％，則招致擠壓加工性的降低。Cu含量優選為
0.5~1.5質量％。
[0038]T1:0.005 ~0.2 質量％
[0039]Ti在7000系鋁合金的鑄造時使晶粒微細化，具有使擠壓型材的成形性(壓扁加工性)提高的作用，添加0.005質量％以上。另一方面，若超過0.2質量％，則其作用飽和，并且結晶析出粗大的金屬間化合物，反而使成形性降低。
[0040]Mn:0.01 ~0.3 質量％
[0041]Cr:0.01 ~0.3 質量％
[0042]Zr:0.01 ~0.3 質量％
[0043]Mn、Cr、Zr抑制7000系鋁合金擠壓型材的再結晶，使結晶組織成為微細再結晶或纖維狀組織，具有使耐應力腐蝕裂紋性提高的作用，因此可根據需要，在上述范圍內添加一種或兩種以上。
[0044]不可避免的雜質
[0045]作為7000系鋁合金的主要的不可避免的雜質，可列舉Fe和Si。為了不使7000系鋁合金的諸性能降低，Fe:限制在0.35質量％以下，S1:限制在0.3質量％以下。
[0046](鋁合金構件的制造方法)
[0047]本發明的7000系鋁合金構件，能夠通過如下方式制造:以模壓淬火制造具有上述組成，并由多個板構成的7000系鋁合金擠壓型材后(通常，有數十日~數月的保管期)，對于沿著該型材的長度方向的全部或一部分的區域，實施以0.40C /秒以上的升溫速度加熱，在200~550°C的溫度范圍保持超過O秒鐘的時間，接著以0.50C /秒以上的冷卻速度進行冷卻的回歸處理，在回歸處理后72小時以內，對于上述區域實施相對于擠壓方向為垂直方向的壓扁加工，其實施條件如下:設上述多個板之中受到最大彎曲變形的板的板厚為t，彎曲內側半徑的最小值為R時，1.5mm≤t≤4.0mm，3t / 2≤R≤10t，再對構件整體實施時效處理。
[0048]作為原材的擠壓型材，代表性的是由相對配置的一對凸緣和將它們連接的I或2個以上的連接板構成，其中除了例如截面為口型、日型、目型等之外，還包括凸緣向連接板的左右突出的形狀等。凸緣或連接板為板狀，但其中也包括有一些彎曲的。沿著一對凸緣彼此接近的方向對該擠壓型材進行壓扁加工時，連接板成為受到最大(大的曲率)彎曲變形的板。以下，將因壓扁加工而受到最大彎曲變形的板稱為連接板。
[0049]在本發明中，之所以將擠壓型材的連接板的板厚t規定得比較厚，達1.5mm^t^4.0_，是因為作為 本發明的7000系鋁合金構件的用途，主要設想為車門防撞梁和保險杠加強件等的汽車用補強構件。
[0050]由模壓淬火制造的擠壓型材，因自然時效而金屬間化合物析出，并發生硬化，但是在壓扁加工之前受到上述回歸處理，由此金屬間化合物再固溶，擠壓型材軟化，成形性(壓扁加工性)提高。由此，在對擠壓型材進行壓扁加工時，能夠防止在彎曲變形的連接板的彎曲外側發生龜裂，同時，能夠減少在該連接板發生的拉伸殘余應力。
[0051]在上述回歸處理中，升溫速度低于0.40C /秒時，在升溫過程中金屬間加工物的析出被促進，得不到回歸處理的效果。保持溫度(整體溫度)低于200°C時，因自然時效而析出的金屬間化合物無法再固溶，析出反倒被促進而粗大化，另一方面，若保持溫度超過550°C，則擠壓型材發生O材化，無論如何也得不到時效處理后所需要的強度。保持時間需要至少超過O秒。總之，擠壓型材到達保持溫度后，可以在該溫度保持規定時間之后進行冷卻，也可以立即冷卻。保持時間的上限沒有特別限定，但例如在60秒以內的短時間內做完的方法，在生產效率這一點上優選，更優選在10秒以內、5秒以內的更短時間。作為加熱機構，例如能夠利用高頻感應加熱裝置或硝石爐。
[0052]另外，從保持溫度以低于0.5°C /秒的冷卻速度的緩慢冷卻中，冷卻過程中再次產生金屬間化合物的析出，該回歸處理的效果減弱或喪失。還有，在現有的回歸處理中，對于冷卻過程的冷卻速度未予以特別考慮。
[0053]上述回歸處理后，在擠壓型材因自然時效而再硬化之前進行壓扁加工。具體來說，回歸處理后，優選在72小時以內進行壓扁加工。設壓扁加工后的連接板的彎曲內側半徑的最小值為R時，如果是滿足1.5t≤R的壓扁加工率，則能夠防止在彎曲變形了的連接板的彎曲外側發生龜裂，同時能夠防止在連接板發生的拉伸殘余應力的增大。但是，R< 1.5t時，即使在對于擠壓型材進行壓扁加工之前進行上述回歸處理，也不能防止在連接板的彎曲外側發生龜裂。同時不能防止在連接板發生的拉伸殘余應力增大，構件的耐應力腐蝕裂紋性降低。另一方面，R > IOt時，即使在對擠壓型材進行壓扁加工之前不進行上述回歸處理(即使擠壓型材在Tl狀態下)也不會發生龜裂。
[0054]壓扁加工后的時效處理，可以是通常的7000系鋁合金所進行的周知的條件。通過該時效處理，在作為制品的7000系鋁合金構件中，可確保200MPa以上的強度(0.2%屈服強
度值)。
[0055]關于由上述制造方法制造的7000系鋁合金構件，不論高強度材與否，在實施壓扁加工的區域的連接板都沒有龜裂發生，連接板的拉伸殘余應力σ rs與構件的0.2%屈服強度值σ 0.2之比Y，和7000系鋁合金的Mg含量[Mg]與Zn含量[Zn]的合計Χ(= [Mg]+ [Zn])之間，滿足上述式(I)，顯示出優異的耐應力腐蝕裂紋性。
[0056]圖1所示的圖形，是在由Zn與Mg的合計含量X ( = [Zn] +[Mg])，和拉伸殘余應力(ors)與0.2%屈服強度(σθ.2)之比Y(= ors / σ 0.2)所構成的Χ_Υ坐標中，繪制后述的實施例的數據(厶、口)，圖中的線是由Y = -0.1Χ+1.4所代表的直線。在圖1中，Λ相當于實施例的N0.1~6，其全部進入Y ( -0.1Χ+1.4的區域，如表2所示，耐應力腐蝕裂紋性優異。另一方面，□相當于N0.7~14，全部進入Y > -0.1Χ+1.4的區域，如表2所示，耐應力腐蝕裂紋性差。另外，如表2所示，進入Y ( -0.1Χ+1.4的區域的N0.1~6在連接板均沒有龜裂，進入Y > -0.1Χ+1.4的區域的N0.7~14在連接板均發生龜裂。
[0057]【實施例】
[0058]對表1所示的7000系鋁合金進行熱擠壓成形，擠壓之后立即在線進行風扇空冷(模壓淬火)，如圖2(a)所示，制造由相對配置的一對凸緣(內側凸緣1、外側凸緣2)，和將它們垂直連接的2個連接板3、4構成的截面大致為口型(有突出凸緣)的擠壓型材。該擠壓型材設想為車門防撞梁，高度30.0mm,外側凸緣I的板厚4.0mm,寬40.0mm,內側凸緣2的板厚4.0mm,寬50.0mm,兩連接板3、4的板厚為2.0mm或4.0mm,外側凸緣I從兩連接板3、4向左右各突出5mm，內側凸緣2從兩連接板3、4向左右各突出10mm。
[0059]將模壓淬火后的N0.1~14的擠壓型材切斷成規定長度，分別在N0.1~14上采取各2個的試驗材料(擠壓型材)，在室溫下放置20天使之發生自然時效后，使用高頻感應加熱裝置，以表1所示的各種升溫速度、到達溫度(整體溫度)、保持時間和冷卻速度實施回歸處理(只有N0 .11不實施)。回歸處理只在沿著試驗材的長度方向的一部分區域(端部區域)實施。
[0060]【表1】
【權利要求】
1.一種耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件的制造方法，其是對如下的7000系鋁合金擠壓型材沿著其長度方向的至少一部分的區域，實施相對于擠壓方向為垂直方向的壓扁加工而使之構件化的7000系鋁合金構件的制造方法， 所述7000系鋁合金擠壓型材是具有下述組成，并且以多個板構成，經模壓淬火制造而成的型材， 所述7000系鋁合金擠壓型材的組成中含有Zn:3.0~8.0質量％、Mg:0.4~2.5質量％、(:11:0.05 ~2.0 質量％、Ti:0.005 ~0.2 質量％，還含有 Mn:0.01 ~0.3 質量％、Cr:0.01~0.3質量％、Zr:0.01~0.3質量％中的一種或兩種以上，余量由Al和不可避免的雜質構成；其特征在于， 在壓扁加工之前，對所述擠壓型材的至少所述區域，實施以0.40C /秒以上的升溫速度加熱，在200~550°C的溫度范圍保持超過O秒鐘的時間，接著以0.50C /秒以上的冷卻速度進行冷卻的回歸處理，在回歸處理后72小時以內，以如下條件實施所述壓扁加工，并且在壓扁加工后，對構件整體實施時效處理， 所述條件是設所述多個板之中的受到最大彎曲變形的板的板厚為t，彎曲內側半徑的最小值為R時，1.5mm≤t≤4.0mm，3t/2≤R≤10t。
2.根據權利要求1所述的耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件的制造方法，其特征在于，所述7000系鋁合金擠壓型材由相對配置的一對凸緣和將它們連接的I或2個以上的連接板構成，所述受到最大彎曲變形的板是所述連接板。
3.—種耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件，其是對如下的7000系鋁合金擠壓型材沿著其長度方向的至少一部分的區域，實施相對于擠壓方向為垂直方向的壓扁加工而使之構件化的7000系鋁合金構件， 所述7000系鋁合金擠壓型材是具有如下組成，并且以多個板構成， 所述7000系鋁合金擠壓型材組成中含有Zn:3.0~8.0質量％ ,Mg:0.4~2.5質量％、Cu:0.05 ~2.0 質量％、Ti:0.005 ~0.2 質量％，還含有 Mn:0.01 ~0.3 質量％、Cr:0.01 ~0.3質量％、Zr:0.01~0.3質量％中的一種或兩種以上，余量由Al和不可避免的雜質構成；其特征在于， 所述7000系鋁合金擠壓型材是被模壓淬火而成的型材， 設所述多個板之中的所述壓扁加工中受到最大彎曲變形的板的板厚為t，彎曲內側半徑的最小值為R時，1.5mm≤t≤4.0mm，1.5t≤R≤IOt, 壓扁加工后進行時效處理，并且設受到所述最大彎曲變形的板在時效處理后的拉伸殘余應力為ors，時效處理后的構件的0.2%屈服強度值為σ0.2，Mg的質量％為[Mg] ,Zn的質量％為[Zn]時，所述7000系鋁合金構件滿足下式(I)~(3)，
Y( -0.1X+1.4...(I)
Y= σ rs / ο 0.2...(2) X = [Mg]+ [Zn]…⑶。
4.根據權利要求3所述的耐應力腐蝕裂紋性優異的7000系鋁合金構件，其特征在于，所述7000系鋁合金擠壓型材由相對配置的一對凸緣和將它們連接的I或2個以上的連接板構成，所述受到最大彎曲變形的板是所述連接板。
【文檔編號】C22C21/10GK103966491SQ201310726289
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年1月30日
【發明者】橋本成一, 志鐮隆廣, 津吉恒武 申請人:株式會社神戶制鋼所