焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合用于焊接結(jié)構(gòu)部件的鋁合金鍛造材及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為汽車、摩托車、鐵道車輛、飛機(jī)等的運(yùn)輸車輛的結(jié)構(gòu)部件，廣泛使用例如高強(qiáng) 度，耐腐蝕性也優(yōu)異的7000系鋁合金材料。（以下，將"鋁合金"記述為"A1合金"。）
[0003] 以作為7000系A(chǔ)l合金的代表性的合金的7N01為基礎(chǔ)的Al合金鍛造材，經(jīng)如下 工序制造：以350~500°C的溫度進(jìn)行熱鍛后，以400~500°C的溫度進(jìn)行固溶處理，其后不 進(jìn)行自然時(shí)效處理，而進(jìn)行人工時(shí)效處理而制造。
[0004] 例如在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)有一種Al合金鍛造制品的制造方法，其特征在于，包括 如下工序：得到含有如下合金組成的Al合金鍛造原材的工序，該合金組成含有Fe :0. 2~ 0· 35 質(zhì)量％、Cu :0· 05 ~0· 20 質(zhì)量％、Mn :0· 3 ~0· 6 質(zhì)量％、Mg :L 3 ~2. 0 質(zhì)量％、Zn : 4. 6~5. 1質(zhì)量％、Si :低于0. 30質(zhì)量％、Zr :0. 1質(zhì)量％以上且與Ti的合計(jì)量低于0. 2質(zhì) 量％，滿足" [Ti質(zhì)量％ ]/[Zr質(zhì)量％ ]彡0. 2"的關(guān)系，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成； 對(duì)于所述Al合金鍛造原材，以350~500°C的溫度進(jìn)行熱鍛后，以400~500°C的溫度進(jìn)行 固溶處理，從而得到Al合金鍛造制品的工序；對(duì)于所述Al合金鍛造制品，不進(jìn)行自然時(shí)效 處理而進(jìn)行人工時(shí)效處理的工序。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2010-261061號(hào)公報(bào)
[0008] 發(fā)明所要解決的課題
[0009] 但是，在現(xiàn)有的鋁合金鍛造材中，要將7000系A(chǔ)l合金作為可以進(jìn)行焊接的鍛造材 使用時(shí)，與鐵和5000系A(chǔ)l合金相比，可知其是難以焊接的合金。即，7000系A(chǔ)l合金，若沒(méi) 有適當(dāng)?shù)剡x擇其成分、制造條件等，則容易發(fā)生焊接裂紋等缺陷。
[0010]另外，在現(xiàn)有的鋁合金鍛造材中，從晶粒的伸長(zhǎng)方向垂直實(shí)施焊接時(shí)，存在裂紋容 易沿著晶界進(jìn)展的問(wèn)題。
[0011] 另外，專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的方法只規(guī)定了鋁合金的組成，但根據(jù)制造條件不同，鍛造 材的性能會(huì)發(fā)生巨大變動(dòng)，鍛造材的性能的再現(xiàn)性差。此外，在專利文獻(xiàn)1中由于沒(méi)有對(duì)于 晶粒尺寸、晶粒形態(tài)進(jìn)行充分研宄，因此可以說(shuō)根據(jù)焊接條件不同，容易發(fā)生裂紋。
[0012] 如此，關(guān)于焊接時(shí)的裂紋，迄今為止，在晶粒尺寸和晶粒形態(tài)的關(guān)系上仍未進(jìn)行充 分的驗(yàn)證。
[0013] 另外，在鋁合金鍛造材中，也要求抗拉強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。此外，在使用 7000系以外的鋁合金的鍛造材中，要求維持抗拉強(qiáng)度，且耐焊接裂紋性和耐應(yīng)力腐蝕裂紋 性優(yōu)異的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明是鑒于上述這樣的狀況而完成的。即，本發(fā)明的課題在于，提供一種維持抗 拉強(qiáng)度，且耐焊接裂紋性和耐應(yīng)力腐蝕裂紋性又優(yōu)異的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材及其 制造方法。
[0015] 用于解決課題的手段
[0016] 因此，本發(fā)明人對(duì)鋁合金鍛造材在焊接時(shí)發(fā)生裂紋的原因的查明及其對(duì)策，進(jìn)行 了潛心研宄。
[0017] 其結(jié)果得出以下等結(jié)論，即，為了實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度和焊接性的并立，進(jìn)行焊接之前的 鋁合金鍛造材的晶粒與焊接時(shí)的裂紋密切相關(guān)，通過(guò)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)管理制造條件，將晶 ?？刂茷橐?guī)定的形態(tài)，可以抑制焊接時(shí)的裂紋，從而達(dá)成本發(fā)明。
[0018] 即，本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材（以下，適宜稱為Al合金鍛造材，或 鍛造材）的特征在于，在焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材的組織中，設(shè)長(zhǎng)軸的晶粒長(zhǎng)度為 GL μ m，短軸的晶粒長(zhǎng)度為GS μ m時(shí)，在形成有剪切帶的部位觀察到的相互垂直的3個(gè)方向 的面之中，兩個(gè)面由下式表示，剩余的一面其晶粒在長(zhǎng)軸方向有彎曲。
[0019] 50 ^ GL ^ 500. . . (1)
[0020] 10 ^ GS ^ 180. . . (2)
[0021] GS ^ GL. . . (3)
[0022] 通過(guò)成為具有這種構(gòu)成的鋁合金鍛造材，可以達(dá)成維持抗拉強(qiáng)度，且焊接裂紋難 以發(fā)生，耐應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異的鋁合金鍛造材。
[0023] 另外，對(duì)于本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材而言，優(yōu)選所述焊接結(jié)構(gòu)部件 用鋁合金鍛造材由7000系的鋁合金構(gòu)成。
[0024] 通過(guò)成為具有這種構(gòu)成的鋁合金鍛造材，抗拉強(qiáng)度、耐焊接裂紋性、耐應(yīng)力腐蝕裂 紋性、韌性等提高。
[0025] 本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材的制造方法是前面記述的焊接結(jié)構(gòu)部件 用錯(cuò)合金鍛造材的制造方法，其特征在于，進(jìn)彳丁如下工序：鑄造錯(cuò)合金的鑄徒的鑄造工序； 對(duì)于所述鑄錠進(jìn)行均質(zhì)化熱處理的均質(zhì)化熱處理工序；加熱經(jīng)過(guò)所述均質(zhì)化熱處理后的鑄 錠的加熱工序；以350~460°C鍛造經(jīng)所述加熱后的鑄錠而成為鍛造材的鍛造工序；對(duì)于所 述鍛造材進(jìn)行T6處理或T7處理的調(diào)質(zhì)工序，所述鍛造工序是進(jìn)行1次以上的如下三面鍛 造工序，即所述鍛造前的鑄錠是長(zhǎng)方體，設(shè)上表面為A面，一個(gè)側(cè)面為B面，與B面相鄰的一 個(gè)側(cè)面為C面時(shí)，使所述各面的鍛造比高于1.0 S且為3. 5S以下，如此按順序進(jìn)行B面和C 面的鍛造、A面和C面的鍛造、A面和B面的鍛造。
[0026] 利用含有這樣的工序的制造方法，可以制造維持抗拉強(qiáng)度，且焊接裂紋難以發(fā)生， 耐應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異的鋁合金鍛造材。
[0027] 特別是在鍛造工序中進(jìn)行三面鍛造，本發(fā)明的鍛造材的組織，滿足前述的式 (1)~（3)，并且成為晶粒在長(zhǎng)軸方向有彎曲的形態(tài)。
[0028] 發(fā)明效果
[0029] 本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材維持抗拉強(qiáng)度，且耐焊接裂紋性和耐應(yīng)力 腐蝕裂紋性優(yōu)異。另外，通過(guò)使用本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材的制造方法，能夠 制造上述的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的鍛造材的組織觀察位置的立體圖。
[0031] 圖2是放大圖1的組織觀察位置的鍛造材的內(nèi)部的晶粒的情況并示意性地進(jìn)行描 繪的立體圖。
[0032] 圖3是示意性地表示圖1的鍛造材的Ml面的觀察組織的平面圖。
[0033] 圖4是示意性地表示圖1的鍛造材的M2面的觀察組織的平面圖。
[0034] 圖5是示意性地表示本發(fā)明的鍛造材的晶粒組織的立體圖。
[0035] 圖6是示意性地表示現(xiàn)有的鍛造材的晶粒組織的立體圖。
[0036] 圖7是關(guān)于現(xiàn)有的鍛造材的結(jié)晶晶界與應(yīng)力的說(shuō)明圖，是用于對(duì)裂紋進(jìn)行說(shuō)明的 示意性的剖面圖。
[0037] 圖8是關(guān)于本發(fā)明的鍛造材的結(jié)晶晶界與應(yīng)力的說(shuō)明圖，是用于對(duì)裂紋進(jìn)行說(shuō)明 的示意性的剖面圖。
[0038] 圖9是用于說(shuō)明晶粒的GL與GS的測(cè)量方法的將m3面放大而示意性地進(jìn)行描繪 的剖面圖。
[0039] 圖10是用于說(shuō)明本發(fā)明的鍛造材的制造方法中，鍛造工序中的三面鍛造的示意 性的立體圖。
[0040] 圖11是示意性地表示制造實(shí)施例的鍛造材之前的鑄錠的塊狀的立體圖。
[0041] 圖12是用于說(shuō)明實(shí)施例的焊接試驗(yàn)的方法的示意性的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下，對(duì)于本發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)部件用鋁合金鍛造材及其制造方法的實(shí)施方式詳細(xì) 地加以說(shuō)明。
[0043] 首先，對(duì)于本發(fā)明的鍛造材進(jìn)行說(shuō)明。
[0044] 〔鋁合金鍛造材〕
[0045] 對(duì)于鋁合金鍛造材而言，在其組織中，設(shè)長(zhǎng)軸的晶粒長(zhǎng)度為GL μπι，短軸的晶粒長(zhǎng) 度為GS μ m時(shí)，在形成有剪切帶的部位觀察到的互相垂直的3個(gè)方向的面之中，兩個(gè)面由下 式表示，剩余的一面其晶粒在長(zhǎng)軸方向有彎曲。
[0046] 50 ^ GL ^ 500. . . (1)
[0047] 10 ^ GS ^ 180. . . (2)
[0048] GS 彡 GL. ·· (3)
[0049] 對(duì)于本發(fā)明的鍛造材的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的鍛造材的組織觀 察位置的立體圖，圖2是放大圖1的組織觀察位置的鍛造材的內(nèi)部的晶粒的情況并示意性 地進(jìn)行描繪的立體圖。
[0050] 圖1所示的鍛造材1的Ml面和M2面的觀察組織（宏觀觀察組織），分別顯示在圖 3、圖4中。如圖3、4所示，在鍛造材1的Ml面和M2面，形成有剪切帶（主變形區(qū)域）21。 該剪切帶21是通過(guò)宏觀浸蝕變白的部分，形成為白色的帶狀。另外，剪切帶21以外的部位 稱為死區(qū)金屬（不變形區(qū)域）22,為低鍛造組織。剪切帶21相當(dāng)于加工度比死區(qū)金屬22高 的區(qū)域。通過(guò)使該剪切帶21廣泛分布，可改善耐焊接裂紋性。
[0051] 圖1所示的鍛造材1的晶粒觀察部位的三面的觀察組織（微觀觀察組織）顯示在 圖2中。還有，圖2中，在紙面上，位于跟前的面為m3面，位于上面的面為m2面，位于左側(cè) 的面為ml面。
[0052] 另外，該觀察部位，如圖3所示，是形成有剪切帶21的部位。
[0053] 如圖2所示，ml面和m3面，為晶粒4的截面細(xì)長(zhǎng)，直線狀延長(zhǎng)的形態(tài)。在此，對(duì)于 鍛造材1而言，其ml面和m3面的晶粒的形態(tài)滿足所述式（1)~（3)。相對(duì)于此，m2面為晶 粒4在長(zhǎng)軸方向有彎曲的形態(tài)。所謂晶粒4在長(zhǎng)軸方向有彎曲的形態(tài)，指的并不是像鍛造 延伸材那樣，晶粒在長(zhǎng)軸方向大致形成為直線狀，而是如后述那樣，彎曲成焊接時(shí)裂紋不會(huì) 沿結(jié)晶晶界進(jìn)展的程度。在此，晶粒4成為在長(zhǎng)軸方向上彎曲成波浪狀（蛇行的形狀）的 形態(tài)。還有，圖2中易于理解地示意性地表示晶粒4的形態(tài)，在實(shí)際的觀察組織中也滿足所 述晶粒4的條件。
[0054] 本發(fā)明的鍛造材1，通過(guò)使晶粒4成為這樣的形態(tài)，耐焊接裂紋性優(yōu)異。其理由如 下。
[0055] 如圖5所示，鍛造材1 (在3個(gè)方向鍛造的三面鍛造材）的晶粒4在長(zhǎng)軸方向上有 彎曲，構(gòu)成晶粒4的組織為如同寬面條重疊這樣的形態(tài)。相對(duì)于此，如圖6所示，現(xiàn)有的鍛 造材100 (2個(gè)方向鍛造的兩個(gè)面鍛造材（鍛造延伸材））的晶粒40在長(zhǎng)軸方向呈直線狀， 構(gòu)成晶粒40的組織為如同竹子重疊這樣的形態(tài)。
[0056] 在此，如圖7、8所示，在鍛造材的焊接時(shí)，因?yàn)閼?yīng)力以使結(jié)晶晶界撕裂的方式施 加，所以焊接時(shí)的裂紋沿結(jié)晶晶界進(jìn)展。