本發明涉及鋁合金構件的制造方法及鋁合金構件，特別涉及可得到形狀精度優異的鋁合金構件的鋁合金構件的制造方法、以及使用了該方法的鋁合金構件。

背景技術：

以往，在汽車及飛機等所使用的結構構件中，已被使用的有能夠實現高屈服強度及高強度化的Al-Cu系的JIS2000系鋁合金、及Al-Cu-Mg-Zn系的JIS7000系鋁合金(例如，參見專利文獻1)。對于這些鋁合金而言，在為了改善彎曲加工等成形加工性而進行邊加熱邊使剛性降低而成形的熱成形、或通過加熱處理(固溶化處理)使鋁合金軟化而成形的W成形加工之后，通過再次進行加熱處理(時效處理)而實現高強度化，從而制造結構構件用鋁合金構件。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-241449號公報

技術實現要素：

發明要解決的問題

然而，在傳統的鋁合金構件的制造方法中，在基于加熱處理的固溶化處理之后，有時會因在進行成形加工之前的常溫保持時產生自然時效而導致成形加工前的鋁合金的剛性緩慢增大。因此，在傳統的鋁合金構件的制造法中，有時會因鋁合金的自然時效而導致成形加工所需要的載荷增加，并且容易發生由基于因固溶化處理后的冷卻而在鋁合金內部產生的殘留應力的回彈而引起的變形，因而在成形加工后無法獲得期望的形狀精度。

另外，還探討了基于T5處理的鋁合金構件的制造方法，所述T5處理通過使用室溫下的成形性良好的鋁合金、或利用擠出成形時產生的熱使溶質原子發生固溶化，從而不實施固溶化處理、僅通過人工時效即可使強度增大。然而，即使在這些情況下，有時與使用了JIS7000系及JIS2000系鋁合金的情況相比也無法獲得充分的強度。

本發明基于這樣的現狀而完成，目的在于提供能夠制造高強度且高屈服強度、并且形狀精度優異的鋁合金構件的鋁合金構件的制造方法、以及使用了該方法的鋁合金構件。

解決問題的方法

本發明的鋁合金構件的制造方法包括成形工序和冷卻工序，所述成形工序將鋁(Al)合金加熱至400℃以上且500℃以下的條件而進行成形加工，所述冷卻工序將經過成形加工后的上述鋁合金以2℃/秒以上且30℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻而得到鋁合金構件，

所述鋁(Al)合金包含：1.6質量％以上且2.6質量％以下的鎂(Mg)、6.0質量％以上且7.0質量％以下的鋅(Zn)、0.5質量％以下的銅(Cu)或銀(Ag)且銅(Cu)和銀(Ag)的總量為0.5質量％以下、以及0.01質量％以上且0.05質量％以下的鈦(Ti)，余量為鋁(Al)和不可避免的雜質。

根據該鋁合金構件的制造方法，由于鋁合金含有給定量的鎂、鋅及銅或銀，因此，鋁合金的成形性提高，能夠不實施固溶化處理而進行成形。進而，由于鈦具有使熔融金屬的晶粒微細化的效果，因此能夠使強度提高。該鋁合金即使在成形后的冷卻時以30℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻也能夠保持高強度及高屈服強度，因此能夠防止伴隨冷卻而產生熱應變及殘留應力，能夠防止成形加工時形狀精度的降低。因此，可實現能夠制造高強度且高屈服強度、而且形狀精度優異的鋁合金構件的鋁合金構件的制造方法。

在本實施方式的鋁合金構件的制造方法中，優選上述鋁合金進一步含有以總量計為0.15質量％以上且0.6質量％以下的錳(Mn)、鉻(Cr)及鋯(Zr)中的1種或2種以上。根據該構成，具有抑制鋁合金的晶粒粗大化、改善強度、對于應力腐蝕開裂的耐性、及疲勞壽命的效果。

在本發明的鋁合金構件的制造方法中，優選進一步包括將上述鋁合金構件在100℃以上且200℃以下的條件下保持而進行時效處理的時效處理工序。通過該方法，會在鋁合金上生成析出物，從而使鋁合金的強度提高。

在本發明的鋁合金構件的制造方法中，優選在上述時效處理工序中對上述鋁合金構件進行2小時以上的時效處理。通過該方法，可利用時效而提高鋁合金的強度。

在本發明的鋁合金構件的制造方法中，優選在上述冷卻工序中對上述鋁合金進行氣冷。通過該方法，能夠容易且廉價地冷卻鋁合金。

本發明的鋁合金構件是通過上述鋁合金構件的制造方法而得到的。

根據該鋁合金構件，由于是使用含有給定量的鎂、鋅、銅或銀、及鈦的鋁合金而制造的，因此可提高鋁合金的成形性，能夠不實施固溶化處理而進行成形。進而，由于該鋁合金即使在成形后的冷卻時以30℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻也能夠保持高強度及高屈服強度，因此能夠防止伴隨冷卻而產生熱應變及殘留應力，能夠防止成形加工時的形狀精度的降低。因此，可實現高強度且高屈服強度、而且形狀精度優異的鋁合金構件。

發明的效果

根據本發明，能夠實現可制造高強度且高屈服強度、而且形狀精度優異的鋁合金構件的鋁合金構件的制造方法、以及使用了該方法的鋁合金構件。

附圖說明

[圖1]圖1是本發明的實施方式涉及的鋁合金構件的制造方法的流程圖。

[圖2]圖2是示出本發明的實施方式涉及的鋁合金和通常的鋁合金的冷卻溫度與冷卻時間的關系的圖。

具體實施方式

作為汽車及飛機等所使用的結構構件，已被廣泛使用的有JIS7000系鋁合金等比強度優異的鋁合金。對于這樣的鋁合金而言，為了獲得充分的成形性及形狀精度，需要在成形加工前(或成形加工后)進行加熱處理至給定溫度而使鋁合金軟化的W處理或固溶化處理，另外，為了獲得足夠的強度，需要對固溶化處理后的鋁合金進行驟冷(例如，30℃/秒以上)。

本發明人等發現，通過使用給定組成的鋁合金并對鋁合金進行熱成形，不僅可以得到充分的成形性及形狀精度，而且即使對成形加工后的鋁合金進行冷卻也能夠防止鋁合金的強度降低，從而完成了本發明。

以下，結合附圖對本發明的一個實施方式進行詳細說明。需要說明的是，本發明并不限定于以下的實施方式，也可以進行適當變形后實施。需要說明的是，以下以將鋁合金的鑄錠進行熱擠壓而制造的擠壓型材的鋁合金構件為例進行說明，但本發明也可以適用于對鑄錠進行熱軋及熱壓而制造的壓延板的鋁合金構件的制造。

圖1是本發明的一個實施方式涉及的鋁合金構件的制造方法的流程圖。如圖1所示，本實施方式的鋁合金構件的制造方法包括：將鋁(Al)合金加熱至400℃以上且500℃以下后從耐壓性的模框擠出的擠出工序ST1；將從模框擠出后的鋁合金成形加工為期望形狀的成形工序ST2；將經過成形加工后的鋁合金以2℃/秒以上且30℃/秒以下、優選以2℃/秒以上且10℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻而得到鋁合金構件的冷卻工序ST3；將冷卻后的鋁合金構件保持于100℃以上且200℃以下而進行時效處理的時效處理工序ST4；以及對時效處理后的鋁合金構件實施表面處理及涂裝的后工序ST5，所述鋁(Al)合金包含：1.6質量％以上且2.6質量％以下的鎂(Mg)、6.0質量％以上且7.0質量％以下的鋅(Zn)、0.5質量％以下的銅(Cu)或銀(Ag)(且銅(Cu)和銀(Ag)的總量為0.5質量％以下)、0.01質量％以上且0.05質量％以下的鈦(Ti)，余量為鋁(Al)和不可避免的雜質。

需要說明的是，在圖1所示的例子中，針對在成形工序ST2之前實施擠出工序ST1的例子進行了說明，但如果能夠將鋁合金加熱至400℃以上且500℃以下并通過熱成形而實施成形工序ST2，則未必需要實施擠出工序ST1。另外，在圖1所示的例子中，針對在冷卻工序ST3之后實施時效處理工序ST4及后工序ST5的例子進行了說明，但時效處理工序ST4及后工序ST5根據需要而實施即可。以下，針對用于本實施方式涉及的鋁合金構件的制造方法的鋁合金進行詳細說明。

(鋁合金)

作為鋁合金，使用包含JIS標準及AA標準的具有Al-Zn-Mg系組成及Al-Zn-Mg-Cu系組成的7000系鋁合金(以下也簡稱為“7000系鋁合金”)。通過使用該7000系鋁合金，例如通過實施T5-T7中的于120℃以上且160℃以下進行6小時以上且16小時以下的條件下的人工時效處理，可以得到強度以0.2％屈服強度計為400MPa以上的高強度的鋁合金構件。

作為鋁合金，使用組成如下的鋁合金：1.6質量％以上且2.6質量％以下的鎂(Mg)、6.0質量％以上且7.0質量％以下的鋅(Zn)、0.5質量％以下的銅(Cu)或銀(Ag)(且銅(Cu)和銀(Ag)的總量為0.5質量％以下)、0.01質量％以上且0.05質量％以下的鈦(Ti)，余量為鋁(Al)和不可避免的雜質。通過使用這樣組成的鋁合金，可以使鋁合金構件的強度以0.2％屈服強度計為400MPa以上。另外，優選鋁合金含有以總量計為0.15質量％以上且0.6質量％以下的鋯(Zr)、鉻(Cr)或錳(Mn)中的1種或2種以上。

鈦(Ti)在鋁合金的鑄造時形成Al₃Ti，具有使晶粒微細化的效果，因此優選相對于鋁合金的總質量為0.01質量％以上。另外，如果為0.05質量％以下，則對于應力腐蝕開裂的耐性提高。作為鈦的含量，優選為0.01質量％以上且0.05質量％以下。

鎂(Mg)是使鋁合金構件的強度提高的元素。作為鎂(Mg)的含量，從提高鋁合金構件的強度的觀點考慮，相對于鋁合金的總質量為1.6質量％以上，另外，從降低擠出加工時的擠出壓力、以及提高擠出速度等提高擠出材料的生產性的觀點考慮，鎂(Mg)的含量為2.6質量％以下、優選為1.9質量％以下。基于上述考慮，作為鎂(Mg)的含量，相對于鋁合金的總質量為1.6質量％以上且2.6質量％以下的范圍，優選為1.6質量％以上且1.9質量％以下的范圍。

鋅(Zn)是使鋁合金構件的強度提高的元素。作為鋅(Zn)的含量，從提高鋁合金構件的強度的觀點考慮，相對于鋁合金的總質量為6.0質量％以上、優選為6.4質量％以上，另外，從減少晶界析出物MgZn₂、提高對于耐應力腐蝕開裂的耐性的觀點考慮，為7.0質量％以下。基于上述考慮，作為鋅(Zn)的含量，相對于鋁合金的總質量為6.0質量％以上且7.0質量％以下的范圍，優選為6.4質量％以上且7.0質量％以下的范圍。

銅(Cu)是使鋁合金構件的強度和對于應力腐蝕開裂(SCC)的耐性提高的元素。作為銅(Cu)的含量，從提高鋁合金構件的強度和對于應力腐蝕開裂(SCC)的耐性的觀點、以及擠出成形性的觀點考慮，相對于鋁合金的總質量為0質量％以上且0.5質量％以下。需要說明的是，即使將銅(Cu)的部分或全部變更為銀(Ag)也可以獲得同樣的效果。

對于鋯(Zr)而言，從形成Al₃Zr而使鋁合金的強度提高、阻止回復再結晶而抑制晶粒的粗大化，因而具有可提高對于應力腐蝕開裂的耐性的效果的觀點，以及由于形成纖維組織而使裂紋產生特性提高、從而改善疲勞壽命的觀點考慮，優選相對于鋁合金的總質量為0.15質量％以上。另外，如果為0.6質量％以下，則淬火敏感性變得敏銳、強度提高。作為鋯(Zr)的含量，相對于鋁合金的總質量優選為0.15質量％以上且0.6質量％以下。另外，由于即使將部分或全部量的鋯(Zr)置換為鉻(Cr)或錳(Mn)也可以獲得同等的效果，因而也可以使(Zr、Mn、Cr)的總含量為0.15質量％以上且0.6質量％以下。

作為不可避免的雜質，可列舉從鋁合金的生坯及廢料等必然會混入的鐵(Fe)及硅(Si)等。作為不可避免的雜質的含量，從保持鋁合金構件的成形性、耐蝕性及焊接性等作為制品的諸特性的觀點考慮，優選使鐵(Fe)的含量為0.25質量％以下、使硅(Si)的含量為0.05質量％以下。

<擠出工序：ST1>

在擠出工序中，使調整至上述組成范圍內的鋁合金熔解之后，通過半連續鑄造法(DC鑄造法)等熔解鑄造法進行鑄造而制成鑄錠(billet)。接著，將鑄造后的鋁合金的鑄錠加熱至給定的溫度范圍(例如，400℃以上且500℃以下)而進行均質化熱處理(均熱處理)。由此，鋁合金的鑄錠中的晶粒內的偏析等消失，鋁合金構件的強度提高。加熱時間例如為2小時以上。接著，將均質化后的鋁合金的鑄錠在給定的溫度范圍(例如，400℃以上且500℃以下)從耐壓性的模框進行熱擠壓。

<成形工序：ST2>

在成形工序中，于400℃以上且500℃以下的溫度范圍對擠出的鋁合金進行成形加工。另外，成形加工也可以與擠出工序中從模框的熱擠壓同時實施，還可以在將擠出工序后的鋁合金保持于400℃以上且500℃以下的溫度范圍的狀態下實施。

作為成形加工，只要是可以將鋁合金成形為期望的鋁合金構件的形狀的加工即可，沒有特殊限制。作為成形加工，可列舉例如：對鋁合金的擠壓型材的整個長度方向或長度方向的一部分進行的彎曲加工、對擠壓型材截面進行的局部的破碎加工、對擠壓型材進行的沖裁加工以及對擠壓型材進行的修剪加工等會伴有殘留應力的產生的塑性加工。這些成形加工可以僅實施1種，也可以實施2種以上。

<冷卻工序：ST3>

在冷卻工序中，將成形為期望形狀后的鋁合金以2℃/秒以上且30℃/秒以下、優選以2℃/秒以上且10℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻。冷卻工序中的冷卻后的溫度例如為250℃以下。通過以這樣的冷卻速度進行冷卻，能夠除去成形工序中因成形加工而在鋁合金內部產生的殘留應力，因此可提高鋁合金構件的形狀精度。進一步，在本實施方式中，通過使用上述組成的鋁合金，即使在對鋁合金以2℃/秒以上且30℃/秒以下、優選以2℃/秒以上且10℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻的情況下也能夠制造出高強度的鋁合金構件。

在此，參照圖2對本實施方式的冷卻工序的冷卻條件與鋁合金的強度之間的關系進行詳細說明。圖2是示出本實施方式的鋁合金及通常的鋁合金的冷卻溫度與冷卻時間的關系的圖。需要說明的是，在圖2中，橫軸表示冷卻時間、縱軸表示鋁合金的溫度。另外，實線的曲線L1的外側(左側)的區域表示顯示出本實施方式的鋁合金的能夠實現高強度化的冷卻溫度與冷卻時間的關系的范圍，虛線的曲線L2的外側(左側)的區域表示顯示出通常的鋁合金的能夠實現高強度化的冷卻溫度冷卻時間的關系的范圍。此外，將鋁合金以2℃/秒的冷卻速度從500℃及550℃進行冷卻時的冷卻曲線L5、L6以單點劃線表示，將鋁合金以30℃/秒的冷卻速度從500℃及550℃進行冷卻時的冷卻曲線L3、L4以雙點劃線表示。

如圖2所示，對于本實施方式的鋁合金而言，在以30℃/秒的冷卻速度冷卻鋁合金的情況下，在從500℃及550℃的任意溫度開始冷卻鋁合金的情況下，冷卻曲線L3、L4均存在于實線的曲線L1的外側(左側)區域。由該結果可知，對于本實施方式的鋁合金而言，在以30℃/秒的冷卻速度進行驟冷的情況下，能夠防止鋁合金強度的降低。

另外，對于本實施方式的鋁合金而言，在以2℃/秒的冷卻速度冷卻鋁合金的情況下，在從550℃冷卻鋁合金時，冷卻曲線L6在實線的曲線L1的內側(右側)區域通過，與此相對，在從500℃冷卻鋁合金時，冷卻曲線L5不會進入實線的曲線L1的內側(右側)，而是在實線的曲線L1上通過。由該結果可知，對于本實施方式的鋁合金而言，無需在使鋁合金內部殘存殘留應力的冷卻速度(即30℃/秒)的條件下對鋁合金進行驟冷，即使在消除鋁合金內部的殘留應力的冷卻速度(2℃/秒)的條件下對500℃的鋁合金進行冷卻的情況下也能夠獲得高強度的鋁合金。由此可知，在本實施方式中，不僅可得到高強度的鋁合金，還可以防止由在成形工序中產生的鋁合金內部的殘留應力引起的鋁合金構件的形狀精度的降低。

另一方面，在使用通常的鋁合金同樣地進行加熱后從500℃及550℃冷卻鋁合金的情況下，在以2℃/秒及30℃/秒的任意冷卻速度冷卻鋁合金時，冷卻曲線L3-L6均在虛線的曲線L2的內側(右側)通過。因此，在使用通常的鋁合金來制造高強度的鋁合金構件的情況下，需要以30℃/秒以上的冷卻速度將鋁合金驟冷，無法消除鋁合金的殘留應力。另外，在使用通常的鋁合金以30℃/秒以下的冷卻速度冷卻鋁合金的情況下，能夠消除鋁合金內部的殘留應力，但另一方面，無法獲得高強度的鋁合金。

這樣，在本實施方式的鋁合金構件的制造方法中，由于使用的是具有給定組成的鋁合金，因此即使在熱成形后以2℃/秒的冷卻速度進行冷卻來除去殘留應力的情況下，也能夠制造高強度的鋁合金。因此，可實現不實施固溶化處理而能夠容易地制造高強度的鋁合金構件的鋁合金構件的制造方法及鋁合金構件。

作為冷卻工序中的鋁合金的冷卻速度，如上所述，為2℃/秒以上且30℃/秒以下，優選為2℃/秒以上且10℃/秒以下。冷卻速度為2℃/秒以上時，如圖2所示，可以防止鋁合金的強度的降低，如果冷卻速度為10℃/秒以下，則可以充分除去鋁合金內部的熱應變及殘留應力，因此可提高鋁合金構件的形狀精度。作為鋁合金的冷卻速度，從進一步提高上述效果的觀點考慮，更優選為3℃/秒以上、進一步優選為4℃/秒以上，另外，更優選為9℃/秒以下、進一步優選為8℃/秒以下。

在冷卻工序中，優選對鋁合金進行氣冷。由此，可以容易且廉價地冷卻鋁合金。作為氣冷的條件，只要冷卻速度為2℃/秒以上且30℃/秒以下、優選為2℃/秒以上且10℃/秒以下即可，沒有特殊限制。作為氣冷的條件，例如可以在常溫(-10℃以上且50℃以下)的環境中放置，也可以在放置于常溫環境中的鋁合金進行送風而進行冷卻。

<時效處理工序：ST4>

在時效處理工序中，以加熱處理(例如，100℃以上且200℃以下)保持鋁合金構件而進行時效處理。由此，由自然時效引起的鋁合金的剛性的變化減少而變得穩定，因此可提高鋁合金構件的形狀精度。作為時效處理的溫度，從鋁合金構件的強度的觀點考慮，優選為100℃以上、更優選為125℃以上，且優選為200℃以下、更優選為175℃以下。

作為時效處理的時間，優選為2小時以上。由此，會因時效處理而發生鋁合金的析出，因此鋁合金構件的強度提高。作為時效處理的時間，更優選為6小時以上，且優選為48小時以下、更優選為24小時以下。

<后工序：ST5>

在后工序中，從提高冷卻后的鋁合金構件的耐腐蝕性、耐磨損性、裝飾性、光反射防止性、導通性、膜厚均勻性及作業性等觀點考慮，要實施表面處理及涂裝。作為表面處理，可列舉例如氧化鋁膜處理、鉻酸鹽處理、無鉻酸鹽處理、電鍍處理、非電鍍處理、化學拋光及電解拋光等。

正如以上說明的那樣，根據本實施方式的鋁合金構件的制造方法，由于鋁合金含有給定量的鎂、鋅及銅或銀，因此不實施固溶化處理即能夠成形高強度的鋁合金。進而，對于該鋁合金而言，即使在成形后的冷卻時以30℃/秒以下、優選以10℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻，也能夠防止表面的再結晶組織化及內部的加工組織的晶粒粗大化，可保持高強度，因此能夠防止伴隨冷卻而產生熱應變及殘留應力。由此，能夠以高形狀精度制造0.2％屈服強度為430MPa以上、拉伸強度為500MPa以上的鋁合金。

實施例

以下，結合為了明確本發明的效果而實施的實施例對本發明進行更為詳細的說明。需要說明的是，本發明完全不受以下實施例的限定。

(實施例1)

將含有1.68質量％的鎂(Mg)、6.70質量％的鋅(Zn)、0.26質量％的銅(Cu)、0.02質量％的鈦(Ti)、0.25質量％的錳(Mn)、0.19質量％的鋯(Zr)的鋁(Al)合金擠出，通過在500℃進行加熱處理而進行了成形。然后，將成形后的鋁合金以2.45℃/秒的冷卻速度冷卻至100℃，制造了鋁合金構件。然后，使用從所制造的鋁合金構件的任意位置采集的美國材料試驗標準ASTM E557的平板拉伸試驗片，按照ASTM E557所規定的金屬材料試驗方法測定了拉伸強度及屈服強度。其結果，0.2％屈服強度為492MPa、拉伸強度為531MPa。需要說明的是，這些測定值在各例中均是3個采集試驗片的測定值的平均值。結果如下述表1所示。

(比較例1)

將含有1.68質量％的鎂(Mg)、6.70質量％的鋅(Zn)、0.26質量％的銅(Cu)、0.02質量％的鈦(Ti)、0.25質量％的錳(Mn)、0.19質量％的鋯(Zr)的鋁(Al)合金擠出，通過在500℃進行加熱處理而進行了成形。然后，將成形后的鋁合金以0.36℃/秒的冷卻速度冷卻至200℃，制造了鋁合金構件。然后，使用從所制造的鋁合金構件的任意位置采集的美國材料試驗標準ASTM E557的平板拉伸試驗片，按照ASTM E557所規定的金屬材料試驗方法測定了拉伸強度及屈服強度。其結果，0.2％屈服強度為393MPa、拉伸強度為467MPa。需要說明的是，這些測定值在各例中均是3個采集試驗片的測定值的平均值。結果如下述表1所示。

(比較例2)

除了使用了市售的7000系鋁合金(鎂(Mg)的含量:2.5質量％、鋅(Zn)的含量:5.5質量％、銅(Cu)的含量:1.6質量％)、以及將鋁合金以35℃/秒從466℃冷卻至100℃以下以外，與實施例1同樣地制造了鋁合金構件并進行了評價。其結果，0.2％屈服強度為466MPa、拉伸強度為532MPa。可以認為，該結果是由于使用了與實施例1的組成不同的鋁合金，因而導致鋁合金的熱穩定性降低。結果如下述表1所示。

(比較例3)

除了使用了市售的7000系鋁合金(鎂(Mg)的含量:2.5質量％、鋅(Zn)的含量:5.5質量％、銅(Cu)的含量:1.6質量％)、以及將鋁合金以2.43℃/秒從400℃冷卻至100℃以外，與實施例1同樣地制造了鋁合金構件并進行了評價。其結果，0.2％屈服強度為230MPa、拉伸強度為352MPa。可以認為，該結果是由于使用了與實施例1的組成不同的鋁合金，因而導致鋁合金的熱穩定性降低。結果如下述表1所示。

[表1]

由表1可知，根據本實施方式的鋁合金構件的制造方法，可得到0.2％屈服強度及拉伸強度優異的鋁合金(實施例1)。與此相對，在冷卻速度過快及過慢的情況下，導致0.2％屈服強度及拉伸強度降低(比較例1及比較例2)。另外，在鋁合金的組成不在本實施方式的鋁合金的范圍內的情況下，導致0.2％屈服強度及拉伸強度降低(比較例2及比較例3)。