铝合金锻造材料的制造方法发明专利

专利名称：铝合金锻造材料的制造方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210144343.X

专利申请（专利权）人：丰田自动车株式会社
权利人地址：日本爱知县

专利发明（设计）人：浅井千寻,小林岳人,H·川端

专利摘要：本发明涉及铝合金锻造材料的制造方法。该方法是由包含废铝、新铝、以及添加元素的混合物制造铝合金锻造材料的方法，所述方法包括下述工序：使所述混合物加热熔解的加热熔解工序；对经加热熔解的混合物进行锻造的锻造工序；和对锻造工序后的材料进行时效处理的时效处理工序，其中，在时效温度和时效时间处于由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，‑2/25x+8)围成的区域的范围内的条件下进行时效处理。

主权利要求：
1.汽车的行走部件，是由铝合金锻造材料制作的汽车的行走部件，所述铝合金锻造材料通过下述方法制造，所述方法是由包含废铝、新铝、以及选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种添加元素的混合物制造铝合金锻造材料的方法，其中，相对于混合物的总质量，所述混合物具有Si:0.9 1.3质量%、Fe：0.8质量%以下、Cu：0.20 0.7质量%、Ti：0.15质~ ~量%以下、Mn：0.20 0.80质量%、Cr：不到0.1质量%、Zn：0.30质量%以下和Mg：0.050 1.2质~ ~量%，余量由Al和不可避免的杂质构成，所述混合物中的废铝的含量x相对于混合物的总质量在40质量%以上且75质量%以下的范围，废铝是相对于所述废铝的总质量具有Si：0.1 0.5质量%、Mg：1.0 2.0质量%和Mn：0.10~ ~
2.0质量%的Al‑Mg‑Mn系合金，~
所述方法包括下述工序：
在700℃以上的温度下使所述混合物加热熔解的加热熔解工序；
对加热熔解工序后的混合物进行锻造的锻造工序；
对锻造工序后的材料进行加热和冷却的固溶处理工序，所述固溶处理工序的加热温度为530℃ 560℃，加热时间为1小时以上，所述固溶处理工序的淬火温度为25℃ 60℃；和~ ~对锻造工序后的材料进行时效处理的时效处理工序，其中，在时效温度和时效时间处于由（时效温度，时效时间）=（185℃，4小时）、（185℃，7小时）、（200℃，1小时）、（200℃，‑2x/
25+8小时）围成的区域的范围内的条件下进行时效处理，x为混合物中的废铝的质量%，所述废铝为铝罐，所述铝合金锻造材料的维氏硬度为135HV 150HV，~
所述铝合金锻造材料的导电率为41%IACS 44%IACS。
~
2.根据权利要求1所述的汽车的行走部件，其中，所述汽车的行走部件为上臂、下臂、或者转向节托架。
3.根据权利要求1所述的汽车的行走部件，其中，所述维氏硬度为140HV 150HV。
~
4.根据权利要求1所述的汽车的行走部件，其中，所述导电率为41.5%IACS 44%IACS。
~
5.根据权利要求1所述的汽车的行走部件，其中，所述新铝为6000系的Al‑Mg‑Si系铝合金。
6.根据权利要求5所述的汽车的行走部件，其中，所述新铝为AA6110合金、AA6061合金、或者AA6082合金。
7.汽车的保险杠加强件，是由铝合金锻造材料制作的汽车的保险杠加强件，所述铝合金锻造材料通过下述方法制造，所述方法是由包含废铝、新铝、以及选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种添加元素的混合物制造铝合金锻造材料的方法，其中，相对于混合物的总质量，所述混合物具有Si:0.9 1.3质量%、Fe：0.8质量%以下、Cu：0.20 0.7质量%、Ti：~ ~
0.15质量%以下、Mn：0.20 0.80质量%、Cr：不到0.1质量%、Zn：0.30质量%以下和Mg：0.050~ ~
1.2质量%，余量由Al和不可避免的杂质构成，所述混合物中的废铝的含量x相对于混合物的总质量在40质量%以上且75质量%以下的范围，废铝是相对于所述废铝的总质量具有Si：0.1 0.5质量%、Mg：1.0 2.0质量%和Mn：0.10~ ~
2.0质量%的Al‑Mg‑Mn系合金，~
所述方法包括下述工序：
在700℃以上的温度下使所述混合物加热熔解的加热熔解工序；
对加热熔解工序后的混合物进行锻造的锻造工序；
对锻造工序后的材料进行加热和冷却的固溶处理工序，所述固溶处理工序的加热温度为530℃ 560℃，加热时间为1小时以上，所述固溶处理工序的淬火温度为25℃ 60℃；和~ ~对锻造工序后的材料进行时效处理的时效处理工序，其中，在时效温度和时效时间处于由（时效温度，时效时间）=（185℃，4小时）、（185℃，7小时）、（200℃，1小时）、（200℃，‑2x/
25+8小时）围成的区域的范围内的条件下进行时效处理，x为混合物中的废铝的质量%，所述废铝为铝罐，所述铝合金锻造材料的维氏硬度为135HV 150HV，~
所述铝合金锻造材料的导电率为41%IACS 44%IACS。
~
8.根据权利要求7所述的汽车的保险杠加强件，其中，所述维氏硬度为140HV 150HV。
~
9.根据权利要求7所述的汽车的保险杠加强件，其中，所述导电率为41.5%IACS 44%~
IACS。
10.根据权利要求7所述的汽车的保险杠加强件，其中，所述新铝为6000系的Al‑Mg‑Si系铝合金。
11.根据权利要求10所述的汽车的保险杠加强件，其中，所述新铝为AA6110合金、AA6061合金、或者AA6082合金。
12.汽车的车门防撞梁，是由铝合金锻造材料制作的汽车的车门防撞梁，所述铝合金锻造材料通过下述方法制造，所述方法是由包含废铝、新铝、以及选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种添加元素的混合物制造铝合金锻造材料的方法，其中，相对于混合物的总质量，所述混合物具有Si:0.9 1.3质量%、Fe：0.8质量%以下、Cu：0.20 0.7质量%、Ti：0.15~ ~质量%以下、Mn：0.20 0.80质量%、Cr：不到0.1质量%、Zn：0.30质量%以下和Mg：0.050 1.2质~ ~量%，余量由Al和不可避免的杂质构成，所述混合物中的废铝的含量x相对于混合物的总质量在40质量%以上且75质量%以下的范围，废铝是相对于所述废铝的总质量具有Si：0.1 0.5质量%、Mg：1.0 2.0质量%和Mn：0.10~ ~
2.0质量%的Al‑Mg‑Mn系合金，~
所述方法包括下述工序：
在700℃以上的温度下使所述混合物加热熔解的加热熔解工序；
对加热熔解工序后的混合物进行锻造的锻造工序；
对锻造工序后的材料进行加热和冷却的固溶处理工序，所述固溶处理工序的加热温度为530℃ 560℃，加热时间为1小时以上，所述固溶处理工序的淬火温度为25℃ 60℃；和~ ~对锻造工序后的材料进行时效处理的时效处理工序，其中，在时效温度和时效时间处于由（时效温度，时效时间）=（185℃，4小时）、（185℃，7小时）、（200℃，1小时）、（200℃，‑2x/
25+8小时）围成的区域的范围内的条件下进行时效处理，x为混合物中的废铝的质量%，所述废铝为铝罐，所述铝合金锻造材料的维氏硬度为135HV 150HV，~
所述铝合金锻造材料的导电率为41%IACS 44%IACS。
~
13.根据权利要求12所述的汽车的车门防撞梁，其中，所述维氏硬度为140HV 150HV。
~
14.根据权利要求12所述的汽车的车门防撞梁，其中，所述导电率为41.5%IACS 44%~
IACS。
15.根据权利要求12所述的汽车的车门防撞梁，其中，所述新铝为6000系的Al‑Mg‑Si系铝合金。
16.根据权利要求15所述的汽车的车门防撞梁，其中，所述新铝为AA6110合金、AA6061合金、或者AA6082合金。 说明书 : 铝合金锻造材料的制造方法技术领域[0001] 本发明涉及铝合金锻造材料的制造方法。背景技术[0002] 近年来，在汽车领域中，除了轻质化之外，为了提高操纵稳定性以及乘坐舒适性等，铝合金锻造材料在上臂和下臂那样的行走部件(undercarriagecomponent)中的应用正在扩大。作为应用于汽车的行走部件的铝合金锻造材料，可列举出轻质、高强度且高耐腐蚀性的Al‑Mg‑Si系铝合金。[0003] 例如，日本特开2015‑193903记载了一种铝合金锻造材料，其为由铝合金构成的铝合金锻造材料，其中，铝合金包含Mg：0.70～1.50质量％、Si：0.80～1.30质量％、Cu：0.30～0.90质量％、Fe：0.10～0.40质量％、Ti：0.005～0.15质量％，进而包含Mn：0.10～0.60质量％、Cr：0.10～0.45质量％、Zr：0.05～0.30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，产生最大应力的部位处的Q相的长轴为50～500nm。[0004] 日本特开2019‑123902记载了一种由铝合金材料制造铝合金热锻造品的方法，其中，铝合金材料含有Si：0.7～1.5质量％、Fe：0.8质量％以下、Cu：0.20～0.7质量％、Mn：0.20～0.7质量％、Mg：0.05～1.2质量％、Cr：0.04～0.25质量％、Zn：0.30质量％以下、Ti：0.15质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，其特征在于，该铝合金热锻造品的制造方法至少包括下述工序：材料加热工序，将上述铝合金材料在加热温度为540℃以上且555℃以下，加热时间为2小时以上的条件下加热；第一热锻造工序，从第一方向对加热状态的上述铝合金材料进行锻造；第二热锻造工序，从与上述第一方向不同的第二方向对上述第一热锻造工序后的上述铝合金材料进行锻造；淬火工序，在上述第二热锻造工序后100秒以内在淬火开始温度为450℃以上的条件下对上述第二热锻造工序后的上述铝合金材料进行淬火；和时效处理工序，在时效处理温度为180℃以上且200℃以下、时效处理时间为1小时以上的条件下，对上述淬火工序后的上述铝合金材料进行时效处理。发明内容[0005] 在要求轻质、高强度且高耐腐蚀性的汽车行走部件中，大量使用由Al‑Mg‑Si系铝合金构成的铝合金锻造材料。铝合金锻造材料中包含的杂质元素不仅对机械特性有很大影响，而且对耐腐蚀性也有很大影响。因此，通常，轻质、高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料由通过铝土矿(bauxite)的精炼而制造的新铝(aluminumvirginmetal)制造。但是，铝土矿的精炼需要庞大的电力。另外，该电力通常由火力发电供给。因此，存在伴随着轻质、高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料的制造，排出大量的CO2的课题。[0006] 因此，本发明的目的在于提供一种削减新铝的使用量从而降低CO2排出量，同时制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料的方法。[0007] 本发明人对用于解决上述课题的手段进行了各种研究。本发明人发现：将规定量的废铝(aluminumscrap)与新铝一起用作材料，向材料混合物中添加添加元素，将材料混合物的元素组成调整为规定范围后，进行加热熔解和锻造，进而在规定的条件下进行时效处理，由此能够制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。本发明人基于上述见解完成了本发明。[0008] 即，本发明包含下述方案和实施方式。[0009] (1)制造铝合金锻造材料的方法，是由包含废铝、新铝、以及选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种添加元素的混合物制造铝合金锻造材料的方法，其中，[0010] 相对于混合物的总质量，上述混合物具有Si：0.7～1.5质量％、Fe：0.8质量％以下、Cu：0.20～0.7质量％、Ti：0.15质量％以下、Mn：0.20～0.80质量％、Cr：0.1质量％以下、Zn：0.30质量％以下和Mg：0.050～1.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成，[0011] 上述混合物中的废铝的含量x相对于混合物的总质量在40质量％以上且75质量％以下的范围，[0012] 上述方法包括下述工序：[0013] 使上述混合物加热熔解的加热熔解工序；[0014] 对加热熔解工序后的混合物进行锻造的锻造工序；和[0015] 对锻造工序后的材料进行时效处理的时效处理工序，其中，在时效温度和时效时间处于由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，‑2/25x+8)围成的区域的范围内的条件下进行时效处理。[0016] (2)根据上述实施方式(1)中记载的方法，其中，废铝是相对于上述废铝的总质量具有Si：0.1～0.5质量％、Mg：1.0～2.0质量％和Mn：0.10～2.0质量％的Al‑Mg‑Mn系合金。[0017] (3)根据上述实施方式(2)中记载的方法，其中，废铝为铝罐。[0018] 根据本发明，能够提供一种削减新铝的使用量从而降低CO2排出量，同时制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料的方法。附图说明[0019] 下面将参考附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点及技术和工业意义进行说明，其中相同的符号表示相同的要素，其中，[0020] 图1为示出实施例1～3和比较例1～5的铝合金锻造材料的导电率和维氏硬度的关‑8系的坐标图。图中，横轴为将国际标准软铜(电阻率：1.7241×10 Ωm)的导电率设为100％时的相对导电率(％IACS)，纵轴为维氏硬度(HV)。[0021] 图2为示出在同一时效处理条件(185℃、5小时)下进行了时效处理的实施例1～3和比较例1～5的铝合金锻造材料中铝罐配合率与导电率的关系的坐标图。图中，横轴为铝罐配合率(质量％)，纵轴为导电率(％IACS)。[0022] 图3A为示出实施例2的铝合金锻造材料中制造时的时效处理时间与导电率的关系的坐标图。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为导电率(％IACS)。另外，图中的虚线示出比较例5的导电率(41.2％IACS)。[0023] 图3B为示出实施例3的铝合金锻造材料中制造时的时效处理时间与导电率的关系的坐标图。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为导电率(％IACS)。另外，图中的虚线示出比较例5的导电率(41.2％IACS)。[0024] 图4A为示出实施例2的铝合金锻造材料中制造时的时效处理时间与硬度的关系的坐标图。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为维氏硬度(HV)。另外，图中的虚线示出比较例5的维氏硬度(140.5HV)。[0025] 图4B为示出实施例3的铝合金锻造材料中制造时的时效处理时间与硬度的关系的坐标图。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为维氏硬度(HV)。另外，图中的虚线示出比较例5的维氏硬度(140.5HV)。[0026] 图5为示出基于实施例1～3的铝合金锻造材料的制造时的时效处理条件与硬度和导电率的关系而决定的、用于得到高硬度和导电率的时效处理条件的坐标图。图中，横轴为时效处理温度(℃)、纵轴为时效处理时间(小时)。具体实施方式[0027] 以下，对于本发明的优选实施方式进行详细地说明。[0028] <1.铝合金锻造材料的制造方法>[0029] 在要求轻质、高强度且高耐腐蚀性的上臂和下臂这样的汽车的行走部件中，大量使用由Al‑Mg‑Si系铝合金构成的铝合金锻造材料。铝合金锻造材料中包含的杂质不仅对机械特性有很大影响，而且对耐腐蚀性也有很大影响。因此，轻质、高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料通常由新铝制造，其中，新铝通过由铝土矿精炼氧化铝的工序(拜耳法)和由氧化铝精炼纯铝的工序(Hall‑Héroult法)制造。但是，铝土矿的精炼、特别是Hall‑Héroult法的电解精炼中需要庞大的电力。另外，该电力通常由火力发电供给。因此，由新铝制造铝合金锻造材料的情况下，存在排出大量CO2的课题。[0030] 本发明人发现：将规定量的废铝与新铝一起用作材料，向材料混合物中添加添加元素，将材料混合物的元素组成调整为规定范围后，进行加热熔解(melting)和锻造，进而在规定的条件下进行时效处理，由此能够制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。因此，本发明的一个方案涉及铝合金锻造材料的制造方法。[0031] 本方案的方法的特征在于，由包含废铝、新铝、以及选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种添加元素的混合物制造铝合金锻造材料。上述混合物中的废铝的含量x相对于混合物的总质量通常在40质量％以上且75质量％以下的范围，特别是50质量％以上且75质量％以下的范围。例如，在仅由新铝构成的AA6110合金那样的以往的铝合金的情况下，为了制造1kg的铝合金锻造材料，排出约10kg的CO2。与此相对，在废铝的含量为50质量％的情况下，新铝的含量成为50质量％，因此制造1kg的铝合金锻造材料时的CO2排出量降低至约5kg。另外，如在以下的实施例中所示，即使在使用以上述范围的含量包含废铝的材料混合物的情况下，通过实施本方案的方法，也能够得到具有与使用仅由新铝构成的材料混合物时基本上同等的强度和耐腐蚀性的铝合金锻造材料。因此，通过使用以上述范围的含量包含废铝的材料混合物并实施本方案的方法，能够在降低CO2排出量的同时制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0032] 在本发明的各方案中，废铝是指含有铝的回收材料。废铝优选为相对于废铝的总质量具有Si：0.1～0.5质量％、Mg：1.0～2.0质量％和Mn：0.10～2.0质量％的Al‑Mg‑Mn系合金，更优选为具有Si：0.1～0.3质量％、Mg：1.3～1.6质量％和Mn：0.10～1.5质量％的Al‑Mg‑Mn系合金。废铝优选为铝罐或Al‑Mg合金边角料(例如，船舶等中使用的材料的边角料)，更优选为铝罐。通过使用包含具有上述例示的特征的废铝的材料混合物并实施本方案的方法，与使用仅由新铝构成的材料混合物的情况相比，能够降低CO2排出量。[0033] 在本发明的各方案中，新铝是指通过铝土矿的精炼而制造的铝或铝合金材料。作为新铝，例如，能够列举出轻质、高强度且高耐腐蚀性的6000系(Al‑Mg‑Si系)铝合金。新铝优选为AA6110合金、AA6061合金或AA6082合金等6000系(Al‑Mg‑Si系)铝合金。通过使用包含具有上述例示的特征的新铝的材料混合物并实施本方案的方法，能够制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0034] 在本方案的方法中，相对于混合物的总质量，材料混合物具有Si：0.7～1.5质量％、Fe：0.8质量％以下、Cu：0.20～0.7质量％、Ti：0.15质量％以下、Mn：0.20～0.80质量％、Cr：0.1质量％以下、Zn：0.30质量％以下和Mg：0.050～1.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成。相对于混合物的总质量，材料混合物优选具有Si：0.9～1.3质量％、Fe：0.35质量％以下、Cu：0.4～0.75质量％、Ti：0.15质量％以下、Mn：0.40～0.80质量％、Cr：0.1质量％以下、Zn：0.15质量％以下和Mg：0.8～1.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成。上述例示的元素组成除了Cr以外，与仅由新铝构成的AA6110合金那样的以往铝合金的元素组成基本上相同。因此，通过使用利用添加元素调整为上述范围的元素组成的材料混合物并实施本方案的方法，能够得到具有与使用仅由新铝构成的材料混合物时基本上同等的强度和耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0035] 在本方案的方法中，添加元素是指为了将材料混合物的元素组成调整为规定范围而向材料混合物中添加的元素成分。添加元素通常为选自Si、Fe、Cu、Ti、Mn、Cr、Zn和Mg中的至少一种。如上所述说明的那样，与新铝相比较，废铝的Si含量少，Mg含量多。因此，通过使用利用上述例示的添加元素调整为上述范围的元素组成并实施本方案的方法，能够得到具有与使用仅由新铝构成的材料混合物时基本上同等的强度和耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0036] 本方案的方法包括加热熔解工序、锻造工序和时效处理工序。以下，对本方案的方法的各工序进行说明。[0037] [1‑1.加热熔解工序][0038] 本工序包括使上述说明的材料混合物加热熔解。[0039] 本工序能够使用例如电炉那样的本技术领域中通常使用的手段来实施。[0040] 在本工序中，就材料混合物的加热温度和加热时间而言，只要是在本技术领域中铝合金的材料混合物的加热熔解中使用的范围内的温度和时间，则没有特别限定。在加热温度低于通常使用的温度的情况下，材料混合物中的元素的固溶有可能不充分。在加热温度超过通常使用的温度的情况下，在后续说明的锻造工序中有可能产生裂纹。另外，加热时间低于通常使用的时间的情况下，材料混合物中的元素的固溶有可能不充分。因此，通过在本技术领域中铝合金的材料混合物的加热熔解中使用的条件下实施本工序，能够使材料混合物中的元素充分地固溶。[0041] [1‑2.锻造工序][0042] 本工序包括对加热熔解工序后的混合物进行锻造。[0043] 本工序能够使用例如油压、水压或锤压(hammerpress)这样的本技术领域中通常使用的手段来实施。[0044] 在本工序中，混合物的锻造温度优选为520℃～560℃的范围，更优选为540℃～555℃的范围。另外，混合物的锻造次数优选为2次以上，更优选为3次以上。本工序优选以上述范围的锻造温度和锻造次数连续地实施。锻造温度低于上述下限值的情况下，作为结果得到的铝合金锻造材料的强度有可能不充分。锻造温度超过上述上限值的情况下，有可能产生裂纹。另外，锻造次数低于上述下限值的情况下，作为结果得到的铝合金锻造材料的强度有可能不充分。因此，通过在上述条件下实施本工序，能够得到高强度的铝合金锻造材料。[0045] 在本工序中，可以在上述说明的条件下实施混合物的锻造(热锻造)之后，立即实施淬火(锻造淬火)。通过实施锻造淬火，能够进一步提高铝合金锻造材料的强度。[0046] [1‑3.固溶处理工序][0047] 本方案的方法可根据期望包括对锻造工序后的材料进行加热和冷却的固溶处理工序。[0048] 本工序能够使用例如电炉和冷却水槽这样的本技术领域中通常使用的手段来实施。[0049] 在本工序中，固溶处理的温度优选为530℃～560℃的范围，更优选为540℃～555℃的范围。固溶处理的加热时间优选为1小时以上，更优选为2小时以上。另外，固溶处理的淬火水温优选为25℃～60℃的范围，更优选为35℃～55℃的范围。在淬火水温超过上述上限值的情况下，材料中的元素的固溶有可能不充分。在淬火水温未达到上述下限值的情况下，由于淬火应变(焼入れ歪)有可能对制品尺寸带来较大的影响。另外，加热时间低于上述下限值的情况下，材料中的元素的固溶有可能不充分。因此，通过在上述条件下实施本工序，能够使材料中的元素充分地固溶。[0050] [1‑4.时效处理工序][0051] 本工序包括对锻造工序后的材料进行时效处理。[0052] 本工序能够使用例如电炉这样的本技术领域中通常使用的手段来实施。[0053] 已判明在本工序中，通过对锻造工序后的材料在时效温度和时效时间处于由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，‑2/25x+8)围成的区域的范围内的条件下进行时效处理，能够提高作为结果得到的铝合金锻造材料的强度和耐腐蚀性。其中，x为材料混合物中的废铝的含量(质量％)。在本发明的各方案中，关于实现上述那样的作用效果的理由，能够如下述这样说明。予以说明，本发明的各方案不限定于下述的作用和原理。在铝合金锻造材料的时效处理中，时效处理温度为恒定的情况下，时效处理时间越长，作为结果得到的铝合金锻造材料的导电率越高(图3A，3B)。与此相对，时效处理时间超过一定的时长时，作为结果得到的铝合金锻造材料的硬度逐渐降低(图4A，图4B)。另外，在铝合金锻造材料的时效处理中，时效处理温度为恒定的情况下，合金中包含的元素的扩散速度相同。因此，可以假定：作为结果得到的铝合金锻造材料的硬度，即强度由作为Mg和Si的化合物的析出物的量决定(律速)。其中，析出物以来自废铝(例如铝罐)的Mn作为核生成位点而析出。因此，通过在基于废铝的含量x定义的上述条件下进行时效处理，能够得到高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。在本工序中，例如，在废铝的含量x为50质量％的情况下，优选在时效温度和时效时间处于由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，4)围成的区域的范围内的条件下对锻造工序后的材料进行时效处理，更优选在185℃的时效处理温度下4～7小时的范围的时效处理时间、或200℃的时效处理温度下1～4小时的时效处理时间的条件下对锻造工序后的材料进行时效处理。例如，在废铝的含量x为75质量％的情况下，优选在时效温度和时效时间处于由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，2)围成的区域的范围内的条件下对锻造工序后的材料进行时效处理，更优选在185℃的时效处理温度下4～7小时的范围的时效处理时间、或200℃的时效处理温度下1～2小时的时效处理时间的条件下对锻造工序后的材料进行时效处理。在本工序中，时效处理时间超过上述范围的情况下，由于所谓的过时效，作为结果得到的铝合金锻造材料的强度有可能降低。因此，通过在上述条件下实施本工序，能够得到具有高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0054] <2.铝合金锻造材料>[0055] 如上述说明，根据本发明的一方案的制造方法，能够得到高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。因此，本发明的另一方案涉及铝合金锻造材料，其可通过本发明的一方案的制造方法得到，优选为通过该方法得到。[0056] 在本发明的各方案中，对于铝合金锻造材料的强度没有限定，例如，能够以铝合金锻造材料的硬度为指标进行评价。就铝合金锻造材料的硬度而言，例如，能够基于JISZ2244：2009使用维氏硬度试验机作为维氏硬度(HV)来测定。已知在铝合金锻造材料中，强度与硬度具有一定的相关关系。因此，通过测定铝合金锻造材料的硬度，能够评价该锻造材料的强度。[0057] 在本发明的各方案，对于铝合金锻造材料的耐腐蚀性没有限定，例如，能够以铝合金锻造材料的导电率为指标进行评价。就铝合金锻造材料的导电率而言，例如能够使用高‑8精度导电率测定仪等作为将国际标准软铜(电阻率：1.7241×10 Ωm)的导电率设为100％时的相对导电率(％IACS)来测定。已知在铝合金锻造材料中，耐腐蚀性与导电率具有一定的相关关系。因此，通过测定铝合金锻造材料的导电率，能够评价该锻造材料的耐腐蚀性。[0058] 本方案的铝合金锻造材料通常具有135HV以上，例如140HV以上、特别是140～150HV的范围的维氏硬度。另外，本方案的铝合金锻造材料通常具有41％IACS，例如41.5％IACS以上、特别是41.5～44％IACS的范围的导电率。与此相对，由AA6110合金这样的以往铝合金得到的铝合金锻造材料具有约140HV的维氏硬度和约41％IACS的导电率。因此，本方案的铝合金锻造材料能够具有与由以往铝合金得到的铝合金锻造材料同程度或超过其的高强度和高耐腐蚀性。[0059] 本方案的铝合金锻造材料为轻质、高强度且高耐腐蚀性，因此可通过适当地实施挤出和/或锻造，作为汽车的结构部件使用。作为汽车的结构部件，例如，能够列举出上臂、下臂及转向节·托架(steeringknucklecarrier)这样的汽车的行走部件、以及保险杠加强件和车门防撞梁这样的在碰撞时吸收能量的能量吸收部件。通过使用本方案的铝合金锻造材料作为上述例示的汽车结构部件，能够实现汽车的轻质化、以及操作稳定性和乘坐舒适性的提高。[0060] 以下，使用实施例对本发明进行更具体地说明。但是，本发明的技术范围并不限定于这些实施例。[0061] <Ⅰ：铝合金锻造材料的制造>[0062] [Ⅰ‑1：材料组成][0063] 将实施例和比较例的铝合金锻造材料的材料组成示于表1。表中的元素组成和材料组成以相对于材料混合物的总质量的质量％表示。[0064] 表1[0065][0066] [Ⅰ‑2：制造][0067] 将实施例和比较例的材料调整为表1所示的组成后，在700℃以上的温度下将材料混合物加热熔解、连续铸造。对于实施例和比较例的材料，在555℃的条件下实施锻造。其后，将实施例和比较例的材料分别在下述所示的各种条件下供于T6处理。[0068] 固溶处理：在555℃，2小时的条件下加热材料混合物，然后水冷。[0069] 时效处理：在170～200℃、1～10小时的条件下对固溶处理后的材料进行时效处理。[0070] <Ⅱ：铝合金锻造材料的性能评价>[0071] [Ⅱ‑1：导电率与硬度的关系][0072] 测定了实施例和比较例的铝合金锻造材料的导电率和维氏硬度。使用高精度导电率测定仪测定了锻造材料的导电率。另外，基于JISZ2244：2009，使用维氏硬度试验机测定了锻造材料的维氏硬度。[0073] 将实施例1～3和比较例1～5的铝合金锻造材料的导电率与维氏硬度的关系示于‑8图1中。图中，横轴为将国际标准软铜(电阻率：1.7241×10 Ωm)的导电率设为100％时的相对导电率(％IACS)，纵轴为维氏硬度(HV)。如图1所示，比较例1～4与以往的铝合金(AA6110)即比较例5相比，虽然具有大致相同程度或超过其的硬度，但导电率降低。因此，比较例1～4的铝合金锻造材料虽然为高强度的锻造材料，但耐腐蚀性有可能低。与此相对，实施例1～3与比较例5相比，具有大致相同程度或超过其的硬度，且具有更高的导电率。因此，可推测实施例1～3的铝合金锻造材料具有高强度和高耐腐蚀性。[0074] [Ⅱ‑2：铝罐配合率与导电率的关系][0075] 对于在同一时效处理条件(185℃、5小时)下进行了时效处理的实施例1～3和比较例1～5的铝合金锻造材料，将铝罐配合率与导电率的关系示于图2中。图中，横轴为铝罐配合率(质量％)，纵轴为导电率(％IACS)。如图2所示，可知为了得到超过以往的铝合金(AA6110合金)即比较例5的导电率(41.2％IACS)的导电率，需要将铝罐配合率设置为75质量％以下(实施例1～3)。在本实施例中，为了确保析出硬化量，将铝罐配合于材料混合物之后，以成为与AA6110合金同样的元素组成(除了Cr组成)的方式添加了元素成分。因此，即使在与实施例1相比铝罐配合率降低了的情况下，导电率也几乎没有变化(结果未示出)。但是，从制造时的CO2排出量降低的观点出发，优选铝罐配合率高。例如，在仅由新铝构成的AA6110合金这样的以往的铝合金的情况下，为了制造1kg的铝合金锻造材料，排出约10kg的CO2。与此相对，在50质量％的铝罐配合率的情况下，新铝的配合率成为50质量％，因此制造1kg的铝合金锻造材料时CO2排出量降低至约5kg。因此，在本实施例中，通过设置为40质量％以上的铝罐配合率，能够在降低CO2排出量的同时具有高导电率。[0076] [Ⅱ‑3：时效处理条件与导电率的关系][0077] 将实施例2和3的铝合金锻造材料的制造时的时效处理时间与导电率的关系示于图3A、图3B中。图3A为实施例2的结果，图3B为实施例3的结果。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为导电率(％IACS)。另外，图中的虚线示出比较例5的导电率(41.2％IACS)。如图3A、图3B所示，铝合金锻造材料的导电率随着制造时的时效处理时间而提高。在实施例2的铝合金锻造材料的情况下，为了得到超过以往的铝合金(AA6110合金)即比较例5的导电率(41.2％IACS)的导电率，在185℃的时效处理温度下需要4小时以上的时效处理，在200℃的时效处理温度下需要1小时以上的时效处理(图3A)。与此相对，在实施例3的铝合金锻造材料的情况下，为了得到超过以往的铝合金(AA6110合金)即比较例5的导电率(41.2％IACS)的导电率，在185℃和200℃的任一时效处理温度下均需要1小时以上的时效处理(图3B)。在实施例1的铝合金锻造材料的情况下，由于为与实施例2几乎相同的铝罐配合率，因此为与实施例2几乎相同的结果(结果未示出)。[0078] [Ⅱ‑4：时效处理条件与硬度的关系][0079] 将实施例2和3的铝合金锻造材料的制造时的时效处理时间与硬度的关系示于图4A、图4B中。图4A为实施例2的结果，图4B为实施例3的结果。图中，横轴为时效处理时间(小时)，纵轴为维氏硬度(HV)。另外，图中的虚线示出比较例5的维氏硬度(140.5HV)。如图4A、图4B所示，由于所谓的过时效，铝合金锻造材料的硬度随着制造时的时效处理时间而降低。在实施例2的铝合金锻造材料的情况下，为了得到超过以往的铝合金(AA6110合金)即比较例5的维氏硬度(140.5HV)的硬度，在185℃的时效处理温度下需要4～7小时的范围的时效处理，在200℃的时效处理温度下需要1～4小时的范围的时效处理(图4A)。与此相对，在实施例3的铝合金锻造材料的情况下，为了得到超过以往的铝合金(AA6110合金)即比较例5的维氏硬度(140.5HV)的硬度，在185℃的时效处理温度下需要4～7小时的范围的时效处理，在200℃的时效处理温度下需要1～2小时的范围的时效处理(图4B)。[0080] [Ⅱ‑5：用于制造高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料的时效处理条件][0081] 将基于实施例1～3的铝合金锻造材料的制造时的时效处理条件与硬度和导电率的关系而决定的、用于得到高硬度和导电率的时效处理条件示于图5中。图中，横轴为时效处理温度(℃)，纵轴为时效处理时间(小时)。[0082] 在铝合金锻造材料的时效处理中，在时效处理温度为恒定的情况下，时效处理时间越长，作为结果得到的铝合金锻造材料的导电率越高(图3A，图3B)。[0083] 与此相对，作为结果得到的铝合金锻造材料的硬度在时效处理时间超过一定时长时逐渐降低(图4A，图4B)。另外，在铝合金锻造材料的时效处理中，在时效处理温度为恒定的情况下，合金中包含的元素的扩散速度相同。因此，可以假定：作为结果得到的铝合金锻造材料的硬度，即强度由作为Mg和Si的化合物的析出物的量决定。其中，析出物以来自废铝(铝罐)的Mn作为核生成位点而析出。因此，通过在基于相对于材料混合物的总质量的废铝的含量x(质量％)而定义的、下述由(时效温度，时效时间)＝(185，4)、(185，7)、(200，1)、(200，‑2/25x+8)围成的区域(图5中，斜线区域)的范围内的条件下进行时效处理，能够得到高强度且高耐腐蚀性的铝合金锻造材料。[0084] 予以说明，本发明不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而进行详细说明的实施例，并不限定于必须具备所说明的全部构成。另外，对于各实施例的构成的一部分，能够进行其他构成的追加、删除和/或置换。

专利地区：日本

专利申请日期：2022-02-17

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115044791B