铝合金及铝合金制高强度螺栓制造技术

本发明专利技术涉及铝合金及铝合金制高强度螺栓。本发明专利技术提供一种用于获得作为汽车零件具有充分的耐热性、抗拉强度和耐应力腐食裂纹性的构件的铝合金及将该种铝合金锻造而成的锻造零件、铝合金制高强度螺栓。使铝合金组成(以质量比计)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，依据需要含有大于0且在0.05％以下的Ti，进一步依据需要含有大于0且在0.7％以下的Ni，余量由Al和不可避免的杂质构成。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】f吕合金及锅合金制高强度螺栓 本申请是申请日为2010年12月14日、申请号为201080039246. X、专利技术名称为"铝 合金及铝合金制高强度螺栓"的申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用作高强度构件的原料的铝合金和使用该种合金形成的各种构 件，例如锻造零件、紧固用零件、特别是具有450MPa以上的强度的铝合金制高强度螺栓。
技术介绍
近几年，对汽车的燃料经济性提高的需求日益增加，为了提高燃料经济性，要求各 构件轻型化。作为轻型化的具体方案，将钢制零件替换成铝合金、镁合金等轻合金是有效 的。 例如在将发动机和变速箱等镁合金化而谋求轻型化时，从防止电蚀、轻型化的观 点出发，对于用于固定这些发动机和变速箱等的紧固构件（螺栓等），最好也从钢改为铝合 金。 作为该种铝合金制的紧固构件，公知对6000系铝合金（Al - Mg - Si系）进行锻造 而成的高强度铝合金制螺钉（例如参照专利文献1)。 专利文献1 :日本特许第3939414号公报 但是，在专利文献1所公开的那样的6000系铝合金制螺钉中，室温的抗拉强度为 400MPa左右，耐热强度也比钢制螺栓低，因此需要增大螺栓尺寸或增加紧固点的数量等，以 进行应对。 另一方面，在利用现有的7000系铝合金（Al-Zn系）制造了螺栓的情况下，室温 强度能够获得500MPa以上，但是耐热性比6000系合金低，而且对应力腐食裂纹的敏感性也 较高，因此需要对表面进行错阳极化处理（alumite treatment)等对策，存在成本增加的问 题。
技术实现思路
本专利技术是着眼于螺栓等紧固构件所代表的以往的铝合金制构件中的上述问题而 完成的，其目的在于，提供一种用于获得作为汽车零件具有充分的耐热性、抗拉强度和耐应 力腐食裂纹性的构件的铝合金。另外，其目的还在于，提供由该种铝合金形成的各种构件， 例如对上述合金进行锻造而成的锻造零件、铝合金制的高强度螺栓。 本专利技术人为了达到上述目的，对合金成分、热处理方法等反复进行了潜心研宄，结 果发现通过将Si、Fe、Mn、Zr、V等合金成分的含量分别限定在特定范围内，能够达到上述目 的，由此完成了本专利技术。即，本专利技术是基于上述见解的专利技术，本专利技术的铝合金的特征在于，以质量比计含 有1.0%~1.7%的51、0.05%~0.5%的卩6、0.8%~1.5%的〇1、0.6%~1.2%的]?11、 0· 9%~L 5% 的 Mg、0. 05%~0· 5% 的 Ζη、0· 05%~0· 3% 的 Zr 以及 0· 01%~0· 2% 的 V， 依据需要含有大于O且为0. 05%以下的Ti，进一步依据需要含有大于O且为0. 7%以下的 Ni，余量由Al和不可避免的杂质构成。 另外，本专利技术的锻造零件和铝合金制高强度螺栓的特征均在于，由本专利技术的上述 铝合金形成，上述高强度螺栓的特征在于，具有450MPa以上的抗拉强度。 采用本专利技术，由于分别在特定的范围内添加了铝合金的成分元素，特别是Si、Fe、 Mn、Zr、V等，因此通过实施适当的热处理，能够获得耐热性、抗拉强度和耐应力腐食裂纹性 优异的铝合金制的锻造零件、高强度螺栓等。【附图说明】 图1是表示在本专利技术的实施例中用于评价螺栓性能的螺栓形状?尺寸的说明图。 图2是表示在本专利技术的实施例中用在螺栓的应力腐食裂纹试验中的治具（jig)的 形状?尺寸的说明图。 图3是表示本专利技术的实施例中的螺栓的应力腐食裂纹试验要点的说明图。 图4是表示本专利技术的一实施方式中的锻造零件的应用例的示意说明图。【具体实施方式】 下面，关于本专利技术的铝合金、由该合金形成的零件，连同合金成分的作用、这些合 金成分的限定理由而一并进一步详细说明。另外，在本说明书中，只要没有特别记载，则 "％ "表示质量百分率。 铝合金 (I)Si 含量：1· 0%~1. 7% Si(硅）是本专利技术的合金的主要元素之一，与Mg、Cu-起有助于提高室温强度。 利用人工时效处理使Mg2Si析出，提高强度，但当Si的含量大于1. 7 %时，会使耐 应力腐食裂纹性、耐腐蚀性下降。另一方面，当Si的含量低于1. 0%时，不能发挥上述功能， 则铝合金的强度会不够。 ⑵ Fe 含量：0· 〇5%~0· 5% Fe(铁）是与Mn、Al、Ni等形成化合物而有助于提高耐热性、加工性的成分。 当Fe的含量低于0. 05%时，不能获得提高耐热性、加工性的效果，而缺乏耐热性。 另一方面，当大于0.5%地过度添加 Fe时，耐腐蚀性会下降。另外，会产生粗大的夹杂物，而 对该铝合金的拉伸特性、加工性也产生不良影响。 (3)Cu 含量：0· 8%~1. 5% Cu(铜）是和Si、Mg -起有助于提高室温强度的元素，但当Cu的含量低于0. 8% 时，不能获得添加的效果，则铝合金的强度会不够。反之当Cu的含量高于1. 5. %时，在固溶 处理时容易过烧，除此之外合金的耐腐蚀性、锻造加工性也会下降。 (4)Mn 含量：0· 6%~1. 2% Mn (锰）是帮助固溶强化的元素。另外，Mn也与Fe等形成化合物（例如Al - Fe-Mn - Si系）而有助于提尚耐热性、加工性。而且，具有提尚与锻造时的t旲之间的耐粘着性的 效果。 在Mn的添加量低于0.6%的情况下，不能发挥上述效果，不仅无法获得期望的强 度，而且在锻造时容易与模之间发生粘着。另一方面，在Mn的添加量高于I. 2%时，会产生 粗大的夹杂物以1^16等），而对拉伸特性（特别是伸长率）、加工性产生不良影响。 (5)Mg 含量：0· 9%~1. 5% Mg(镁）是与Si、Cu-起有助于提高室温强度的元素，但是在Mg的含量低于0.9% 时，不能充分地获得添加的效果，强度会不够。 另一方面，在Mg的含量高于1. 5%时，不利于强度提高的粗大的析出物会变多，耐 应力缓和性、耐腐蚀性和加工性会下降。 (6)Zn 含量：0· 05%~0· 5% Zn(锌）是利用Al-Mg-Zn系粒子的时效析出而有助于强化合金的元素。另外， 虽然Zn能够提高电镀等的表面处理性，但是在过量地添加 Zn时，耐腐蚀性会下降，而且强 度也会受影响，因此需使Zn在0. 05%~0. 5%的范围内。 (7)Zr 含量：0· 05%~0· 3% Zr (锆）具有防止热处理时的晶粒的粗大化、稳定晶粒直径的效果，但是在Zr的添 加量少于〇. 05%时，不能充分地发挥防止粗大化的效果，因晶粒的粗大化而使拉伸特性和 耐应力腐食裂纹性下降。 另一方面，在Zr的添加量高于0. 3%时，粗大的夹杂物会成长，则加工性和拉伸特 性会下降。 (8)V 含量：0· 01% ~0· 2% V(钒）与Al等形成化合物而提高耐热性。并且，V具有如下优点，即，通过添加 V 而产生的对耐应力腐食裂纹性的不良影响较小。 在V的添加量少于0. 01 %的情况下，不能充分地获得提高耐热性的效果。反之在 V的添加量高于〇. 2%时，会生成粗大的夹杂物，则耐腐蚀性、铸造性和加工性会下降。 (9) Ti含量：大于0 %且在0· 05%以下 Ti (钛）与Zr相同，也是有效防止晶粒的粗大化的元素，因此是能以同样的目的依 据需要而添加的任意成分。 但是，在过量地添加 Ti时，加工性和拉伸特性会下降，因此即使要添本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金，其特征在于，该铝合金以质量比计由以下组成：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，余量的Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：源岛文彦，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP