專利名稱：鋁合金及鋁合金制高強(qiáng)度螺栓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作高強(qiáng)度構(gòu)件的原料的鋁合金和使用該種合金形成的各種構(gòu)件，例如鍛造零件、緊固用零件、特別是具有450MPa以上的強(qiáng)度的鋁合金制高強(qiáng)度螺栓。
背景技術(shù)：
近幾年，對(duì)汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性提高的需求日益增加，為了提高燃料經(jīng)濟(jì)性，要求各構(gòu)件輕型化。作為輕型化的具體方案，將鋼制零件替換成鋁合金、鎂合金等輕合金是有效的。例如在將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等鎂合金化而謀求輕型化時(shí)，從防止電蝕、輕型化的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)于用于固定這些發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等的緊固構(gòu)件(螺栓等)，最好也從鋼改為鋁合金。作為該種鋁合金制的緊固構(gòu)件，公知對(duì)6000系鋁合金(Al-Mg-Si系)進(jìn)行鍛造而成的高強(qiáng)度鋁合金制螺釘(例如參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特許第3939414號(hào)公報(bào)但是，在專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的那樣的6000系鋁合金制螺釘中，室溫的抗拉強(qiáng)度為 400MPa左右，耐熱強(qiáng)度也比鋼制螺栓低，因此需要增大螺栓尺寸或增加緊固點(diǎn)的數(shù)量等，以進(jìn)行應(yīng)對(duì)。另一方面，在利用現(xiàn)有的7000系鋁合金(Al-Zn系)制造了螺栓的情況下，室溫強(qiáng)度能夠獲得500MPa以上，但是耐熱性比6000系合金低，而且對(duì)應(yīng)力腐食裂紋的敏感性也較高，因此需要對(duì)表面進(jìn)行鋁陽(yáng)極化處理(alumite treatment)等對(duì)策，存在成本增加的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于螺栓等緊固構(gòu)件所代表的以往的鋁合金制構(gòu)件中的上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種用于獲得作為汽車零件具有充分的耐熱性、抗拉強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐食裂紋性的構(gòu)件的鋁合金。另外，其目的還在于，提供由該種鋁合金形成的各種構(gòu)件， 例如對(duì)上述合金進(jìn)行鍛造而成的鍛造零件、鋁合金制的高強(qiáng)度螺栓。本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的，對(duì)合金成分、熱處理方法等反復(fù)進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)將Si、Fe、Mn、Zr、V等合金成分的含量分別限定在特定范圍內(nèi)，能夠達(dá)到上述目的，由此完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解的發(fā)明，本發(fā)明的鋁合金的特征在于，以質(zhì)量比計(jì)含有 1.0% 1.7%&Si、0. 05% 0. 5% 的 Fe、0. 8% 1. 5 % 的 Cu、0. 6 % 1.2% 的 Mn、 0. 9% 1. 5% 的 Mg、0. 05% 0. 5% 的 Ζη、0. 05% 0. 3% 的 Zr 以及 0. 01% 0. 2% 的 V， 依據(jù)需要含有大于0且為0. 05%以下的Ti，進(jìn)一步依據(jù)需要含有大于0且為0. 7%以下的 Ni，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。另外，本發(fā)明的鍛造零件和鋁合金制高強(qiáng)度螺栓的特征均在于，由本發(fā)明的上述鋁合金形成，上述高強(qiáng)度螺栓的特征在于，具有450MPa以上的抗拉強(qiáng)度。采用本發(fā)明，由于分別在特定的范圍內(nèi)添加了鋁合金的成分元素，特別是Si、Fe、 Mn、Zr、V等，因此通過(guò)實(shí)施適當(dāng)?shù)臒崽幚?，能夠獲得耐熱性、抗拉強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐食裂紋性優(yōu)異的鋁合金制的鍛造零件、高強(qiáng)度螺栓等。


圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中用于評(píng)價(jià)螺栓性能的螺栓形狀·尺寸的說(shuō)明圖。圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中用在螺栓的應(yīng)力腐食裂紋試驗(yàn)中的治具(jig)的形狀 尺寸的說(shuō)明圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例中的螺栓的應(yīng)力腐食裂紋試驗(yàn)要點(diǎn)的說(shuō)明圖。圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的鍛造零件的應(yīng)用例的示意說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式下面，關(guān)于本發(fā)明的鋁合金、由該合金形成的零件，連同合金成分的作用、這些合金成分的限定理由而一并進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。另外，在本說(shuō)明書(shū)中，只要沒(méi)有特別記載，則 “％ ”表示質(zhì)量百分率。鋁合金(I)Si 含量1. 0% 1. 7%Si(硅)是本發(fā)明的合金的主要元素之一，與Mg、Cu—起有助于提高室溫強(qiáng)度。利用人工時(shí)效處理使Mg2Si析出，提高強(qiáng)度，但當(dāng)Si的含量大于1. 7%時(shí)，會(huì)使耐應(yīng)力腐食裂紋性、耐腐蝕性下降。另一方面，當(dāng)Si的含量低于1. 0%時(shí)，不能發(fā)揮上述功能， 則鋁合金的強(qiáng)度會(huì)不夠。(2) Fe 含量:0· 05% 0. 5%Fe (鐵)是與Mn、Al、Ni等形成化合物而有助于提高耐熱性、加工性的成分。當(dāng)Fe的含量低于0. 05%時(shí)，不能獲得提高耐熱性、加工性的效果，而缺乏耐熱性。 另一方面，當(dāng)大于0. 5%地過(guò)度添加Fe時(shí)，耐腐蝕性會(huì)下降。另外，會(huì)產(chǎn)生粗大的夾雜物，而對(duì)該鋁合金的拉伸特性、加工性也產(chǎn)生不良影響。(3)Cu 含量0. 8% 1. 5%Cu(銅)是和Si、Mg 一起有助于提高室溫強(qiáng)度的元素，但當(dāng)Cu的含量低于0. 8% 時(shí)，不能獲得添加的效果，則鋁合金的強(qiáng)度會(huì)不夠。反之當(dāng)Cu的含量高于1.5. %時(shí)，在固溶處理時(shí)容易過(guò)燒，除此之外合金的耐腐蝕性、鍛造加工性也會(huì)下降。(4)Mn 含量0· 6% 1. 2%Mn(錳)是幫助固溶強(qiáng)化的元素。另外，Mn也與Fe等形成化合物(例如 Al-Fe-Mn-Si系)而有助于提高耐熱性、加工性。而且，具有提高與鍛造時(shí)的模之間的耐粘著性的效果。在Mn的添加量低于0. 6 %的情況下，不能發(fā)揮上述效果，不僅無(wú)法獲得期望的強(qiáng)度，而且在鍛造時(shí)容易與模之間發(fā)生粘著。另一方面，在Mn的添加量高于1.2%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粗大的夾雜物(MnAl6等)，而對(duì)拉伸特性(特別是伸長(zhǎng)率)、加工性產(chǎn)生不良影響。(5)Mg 含量0· 9% 1. 5%
Mg(鎂)是與Si、Cu—起有助于提高室溫強(qiáng)度的元素，但是在Mg的含量低于0.9% 時(shí)，不能充分地獲得添加的效果，強(qiáng)度會(huì)不夠。另一方面，在Mg的含量高于1. 5%時(shí)，不利于強(qiáng)度提高的粗大的析出物會(huì)變多，耐應(yīng)力緩和性、耐腐蝕性和加工性會(huì)下降。(6) Zn 含量0· 05% 0. 5%Zn(鋅)是利用Al-Mg-Si系粒子的時(shí)效析出而有助于強(qiáng)化合金的元素。另外，雖然ai能夠提高電鍍等的表面處理性，但是在過(guò)量地添加ai時(shí)，耐腐蝕性會(huì)下降，而且強(qiáng)度也會(huì)受影響，因此需使Si在0. 05% 0. 5%的范圍內(nèi)。(7) Zr 含量0. 05% 0. 3%Zr(鋯)具有防止熱處理時(shí)的晶粒的粗大化、穩(wěn)定晶粒直徑的效果，但是在^ 的添加量少于0. 05%時(shí)，不能充分地發(fā)揮防止粗大化的效果，因晶粒的粗大化而使拉伸特性和耐應(yīng)力腐食裂紋性下降。另一方面，在&的添加量高于0. 3%時(shí)，粗大的夾雜物會(huì)成長(zhǎng)，則加工性和拉伸特性會(huì)下降。(8)V 含量0· 01% 0. 2%V(釩)與Al等形成化合物而提高耐熱性。并且，V具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，通過(guò)添加V 而產(chǎn)生的對(duì)耐應(yīng)力腐食裂紋性的不良影響較小。在V的添加量少于0. 01 %的情況下，不能充分地獲得提高耐熱性的效果。反之在 V的添加量高于0. 2%時(shí)，會(huì)生成粗大的夾雜物，則耐腐蝕性、鑄造性和加工性會(huì)下降。(9)Ti含量大于0%且在0.05%以下Ti (鈦)與^ 相同，也是有效防止晶粒的粗大化的元素，因此是能以同樣的目的依據(jù)需要而添加的任意成分。但是，在過(guò)量地添加Ti時(shí)，加工性和拉伸特性會(huì)下降，因此即使要添加，也需使 Ti的含量在0.05%以下的范圍內(nèi)。另外，為了獲得晶粒的充分的微細(xì)化效果，最好添加 0. 01%以上的Ti。(IO)Ni含量大于0%且在0.7%以下Ni (鎳)是與Al、Fe等形成化合物而提高耐熱性的元素，因此是能以這樣的目的依據(jù)需要而添加的任意成分。但是，大于0. 7%的過(guò)量添加會(huì)使M成為粗大的夾雜物，對(duì)耐應(yīng)力腐食裂紋性、拉伸特性和加工性也產(chǎn)生不良影響，因此即使要添加，也需要將Ni的含量抑制在0. 7%以下。 另外，為了發(fā)揮充分的提高耐熱性的效果，最好添加0.01%以上的附。本發(fā)明的鋁合金的熱處理方法沒(méi)有特別限定，例如可以實(shí)施T6處理(固溶處理一人工時(shí)效處理)、T8處理(固溶處理一加工一人工時(shí)效處理)、Τ9處理(固溶處理一人工時(shí)效處理一冷加工)，而能夠形成為具有450ΜΡ a以上的抗拉強(qiáng)度，且耐熱性、耐拉伸特性、耐應(yīng)力緩和特性和耐應(yīng)力腐食裂紋性也優(yōu)異的零件。另外，除此之外，如果是作為鋁合金的熱處理而公知的T5處理、T7處理、TlO處理等含有人工時(shí)效處理的熱處理的話，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇熱處理·加工的條件來(lái)獲得高強(qiáng)度。本發(fā)明的鋁合金例如可以用作各種軋制板材、異型截面的擠出材料。
由鋁合金形成的鍛造零件另外，作為鍛造零件例如汽車用的鍛造零件，可以較佳地用在懸掛梁等的車身零件、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器中的各種支架類以及發(fā)動(dòng)機(jī)的油盤、各種殼體 蓋類緊固用的螺栓中，也可以較佳地用在用于緊固變速器、電動(dòng)車和混合動(dòng)力車用電動(dòng)機(jī)的殼體等的螺栓、螺釘、螺母等中。另外，本發(fā)明的鍛造零件的鍛造方法沒(méi)有特別限定，例如也包含400°C 500°C左右的溫度下的熱鍛、螺栓的鐓鍛加工那樣的冷鍛在內(nèi)。這些零件能夠采用通常的方法容易地進(jìn)行制造，并且通過(guò)實(shí)施上述那樣的熱處理，這些零件會(huì)作為汽車零件發(fā)揮充分的耐熱性、拉伸特性和耐應(yīng)力腐食裂紋性，因此能夠有助于實(shí)現(xiàn)車輛的輕型化。另外，由于這些零件顯示出較高的耐應(yīng)力緩和特性，因此也能較佳地用在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電動(dòng)機(jī)等放置在高溫環(huán)境中的零件中。特別是在采用了鎂合金作為發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱的情況下，當(dāng)使用本發(fā)明的鋁合金制的高強(qiáng)度螺栓時(shí)，不僅能夠有效地防止電蝕，而且與以往的鋁制螺栓相比，還能夠減少緊固根數(shù)或減小螺栓的尺寸。圖4是表示本發(fā)明的鍛造零件的一實(shí)施方式的示意圖。附圖標(biāo)記1表示設(shè)于汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁合金(例如ADC12)制缸體的、油盤安裝用的內(nèi)螺紋部。附圖標(biāo)記2表示設(shè)于耐熱鎂合金(例如MRI153、AE44合金)制油盤的座面部。在本實(shí)施方式中，作為本發(fā)明的鍛造零件的鋁合金制螺栓3通過(guò)貫穿油盤的座面部2而與缸體的內(nèi)螺紋部1螺紋接合，從而緊固油盤和缸體。該鋁合金制螺栓3由本發(fā)明的鋁合金形成，且實(shí)施了上述的熱處理，典型地為T6處理(固溶處理一人工時(shí)效處理)、T8 處理(固溶處理一加工一人工時(shí)效處理)、Τ9處理(固溶處理一人工時(shí)效處理一冷加工)。在本實(shí)施方式中，鋁合金制螺栓3發(fā)揮充分的耐熱性、拉伸特性和耐應(yīng)力腐食裂紋性，因此能夠有助于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的輕型化。另外，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)的油盤部這樣的高溫環(huán)境下，該鋁合金制螺栓3也能顯示出較高的耐應(yīng)力緩和特性。另外，該鋁合金制螺栓3能夠防止電蝕，并且與采用以往的鋁制螺栓的情況相比，能夠減少緊固根數(shù)或避免螺栓的尺寸增加。另外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。例如也可以利用鎂合金制成座面部 2和內(nèi)螺紋部1，或在溫度上升較少的部位使用AZ91D等通用鎂合金。實(shí)施例下面，根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。(1)拉絲性在利用電爐溶解表1所示的組成的鋁合金后，鑄造成直徑為155mm的鋼坯，對(duì)獲得的鑄錠實(shí)施X4小時(shí)的均質(zhì)化處理。接著，在450°C 500°C的溫度下進(jìn)行擠出加工，獲得了直徑為13mm的圓棒。評(píng)價(jià)了獲得的各圓棒的拉絲性。表 權(quán)利要求
1.一種鋁合金，其特征在于，該鋁合金以質(zhì)量比計(jì)含有1. 0% 1. 7%的Si、0. 05% 0. 5%的Fe、0. 8% 1. 5%的 Cu、0. 6%~ 1. 2% 的 Μη、0· 9%~ 1. 5% 的 Mg、0. 05% 0. 5% 的 Ζη、0· 05% 0. 3% 的 Zr 以及0. 01% 0. 2%的V，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.—種鋁合金，其特征在于，該鋁合金以質(zhì)量比計(jì)含有1. 0% 1. 7%的Si、0. 05% 0. 5%的Fe、0. 8% 1. 5%的 Cu、0. 6% 1. 2% 的 Μη、0. 9% 1. 5% 的 Mg、0. 05% 0. 5% 的 Ζη、0. 05% 0. 3% 的 Zr、 0. 01% 0. 2%的V以及大于0且在0. 05%以下的Ti，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3.—種鋁合金，其特征在于，該鋁合金以質(zhì)量比計(jì)含有1. 0% 1. 7%的Si、0. 05% 0. 5%的Fe、0. 8% 1. 5%的 Cu、0. 6% 1. 2%的 Μη、0. 9% 1. 5%的 Mg、0. 05% 0. 5%的 Ζη、0. 05% 0. 3%的 Zr、 0. 01% 0. 2%的V、大于0且在0. 05%以下的Ti以及大于0且在0. 7%以下的Ni，余量由 Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
4.一種鍛造零件，其特征在于，該鍛造零件由權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金形成。
5.一種鋁合金制高強(qiáng)度螺栓，其特征在于，該鋁合金制高強(qiáng)度螺栓由權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的鋁合金形成，其抗拉強(qiáng)度為450MPa以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于獲得作為汽車零件具有充分的耐熱性、抗拉強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐食裂紋性的構(gòu)件的鋁合金及將該種鋁合金鍛造而成的鍛造零件、鋁合金制高強(qiáng)度螺栓。使鋁合金組成(以質(zhì)量比計(jì))含有1.0％～1.7％的Si、0.05％～0.5％的Fe、0.8％～1.5％的Cu、0.6％～1.2％的Mn、0.9％～1.5％的Mg、0.05％～0.5％的Zn、0.05％～0.3％的Zr以及0.01％～0.2％的V，依據(jù)需要含有大于0且在0.05％以下的Ti，進(jìn)一步依據(jù)需要含有大于0且在0.7％以下的Ni，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號(hào)C22C21/02GK102482737SQ20108003924
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者源島文彥 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社