Al-Mg-Si-Ni系合金及Al-Mg-Si-Ni系合金材的制作方法

本发明涉及一种塑性加工性优异的高强度的铝合金材，特别涉及一种适于利用废料材的再循环的铝合金及铝合金材。

背景技术：

1、6000系铝合金是使用最广泛的热处理型的铝合金之一。6000系铝合金是主要添加有mg及si的al-mg-si系铝合金，不仅成形性或耐腐蚀性优异，而且显示出中等程度的时效硬化而具有良好的强度，被广泛用作以汽车为代表的输送用设备的构造用构件。

2、然而，近年来，以提高燃料效率或削减co2排出量为目的，输送用设备的轻量化的要求越来越高，期望6000系铝合金材的高强度化及高韧性化。相对于此，例如，在专利文献1(日本专利特开2017-155251号公报)中，公开了一种强度以及延展性优异的铝合金锻造材，以质量％计分别含有si：0.7％～1.5％、mg：0.6％～1.2％、fe：0.01％～0.5％并且进而含有mn：0.05％～1.0％、cr：0.01％～0.5％、zr：0.01％～0.2％中的一种或两种以上，包含剩余部分al及不可避免的杂质，所述铝合金锻造材的特征在于，关于所述锻造材的壁最厚的部分的壁厚中心的观察面的组织，通过x射线衍射测定出的位错密度平均为1.0×1014/m2～5.0×1016/m2的范围，通过扫描电子显微镜-电子背散射衍射(scanning electronmicroscope-electron back scattered diffraction，sem-ebsd)法测定出的方位差为2°以上的晶粒的倾角2°～15°的小倾角晶界的平均比例为50％以上，通过倍率30万倍的透射电子显微镜(transmission electron microscope，tem)能够测定的析出物的平均数密度为5.0×102个/μm3以上。

3、在所述专利文献1所记载的铝合金锻造构件中，认为对于6000系铝合金锻造材，在对固溶化及淬火处理后的锻造材赋予由温加工产生的加工变形后在实施了人工时效处理的情况下，与不赋予加工变形的通常的情况相比，强度以及延展性均提高(高强度化、高延展性化)，因此为了发挥或保证所述效果，作为人工时效处理后的锻造材的壁最厚的部分的壁厚中心部的组织，分别规定了平均的位错密度、小倾角晶界的平均比例、析出物的平均数密度。

4、另外，在6000系铝合金中，由于al-mg-si-cu系的过剩si型合金的强度高、变形阻力低，因此被用于需要高强度的挤出材、压延材及锻造材等塑性加工材。

5、本发明者等人在专利文献2(日本专利特开2020-164946号公报)中，公开了一种al-mg-si系铝合金冷轧板，包含si：0.50质量％～0.90质量％、fe：小于0.70质量％、cu：0.10质量％～0.90质量％、mg：0.80质量％～1.7质量％、mn：0.10质量％～1.3质量％、cr：0.20质量％～0.90质量％、ti：0.005质量％～0.10质量％且剩余部分包含al及不可避免的杂质，所述铝合金冷轧板中，将以l方向为长度方向的试验片的拉伸强度定义为utsl，将以l方向为长度方向的试验片的夏比(charpy)值定义为sl，实施550℃×5分钟的固溶化处理进而实施175℃×14小时的人工时效处理后测定出的、utsl为340mpa以上、sl为16.0j/cm2以上。

6、在所述专利文献2所记载的铝合金冷轧板中，通过将al-mg-si系铝合金的si/mg比限定在0.4～0.9的范围而减少过剩si量及过剩mg量，从而可减小人工时效处理时生成的无析出带(precipitation free zone，pfz)的宽度，从而可抑制在晶体晶界作为中间相析出的β",β'等金属间化合物的成长。其结果，可使固溶化/时效处理后的铝合金成为耐冲击性优异的铝合金。

7、[现有技术文献]

8、[专利文献]

9、专利文献1：日本专利特开2017-155251号公报

10、专利文献2：日本专利特开2020-164946号公报

技术实现思路

1、[发明所要解决的问题]

2、铝在精炼时会消耗大量的电力，因此近年来以全球变暖等环境问题为背景，利用铝的废料材的再循环的要求越来越高。然而，铝中不可避免地容易混入fe，若增加原料中废料材的比率则此倾向变得明显。

3、fe也具有提高铝的强度的作用，但在含有si的铝合金中形成al-fe-si系结晶物。此处，作为通过时效处理而析出、有助于提高铝合金的强度的mg2si的构成元素的si因al-(fe,m)si系结晶物的形成而被消耗，因此存在无法充分地获得析出强化的情况。

4、进而，在铝合金中fe的含量多的情况下，al-fe-si系结晶物容易粗大化。粗大化后的结晶物成为破裂的起点，因此无法对铝合金赋予优异的延展性或韧性，从而也无法获得良好的塑性加工性。

5、相对于此，在所述专利文献1所记载的铝合金锻造材及专利文献2所记载的铝合金冷轧板中，未考虑不可避免地混入的fe的影响等，从而无法充分地增加原料中废料材的比率。

6、鉴于如上所述的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供一种即使在伴随着废料材的再循环而fe的含量增加的情况下也具有优异的塑性加工性的高强度的600系的铝合金及包含所述铝合金的铝合金材。

7、[解决问题的技术手段]

8、本发明者等人为实现所述目的，对含有fe的6000系铝合金材的组成、组织与机械性质的关系反复进行了努力研究，结果发现，为了获得具有优异的塑性加工性的高强度的6000系的铝合金材，极其有效的是通过添加ni而使al-fe-ni系化合物比al-fe-si系化合物优先结晶等，从而完成了本发明。

9、即，本发明提供一种al-mg-si-ni系合金，

10、其特征在于含有：

11、超过0wt％且为2.0wt％以下的fe、以及

12、达成0.7≦ni(wt％)/fe(wt％)≦3.5的ni。

13、本发明的al-mg-si-ni系合金含有超过0wt％且为2.0wt％以下的fe，通过添加适量的ni而使al-fe-ni系化合物优先结晶，以al-fe-si系化合物的形式结晶的si量减少，从而可有效果地抑制母相中的si固溶量的降低。其结果，可通过时效处理使足够量的mg-si系化合物析出，从而可通过析出强化使铝合金显现出高强度。通过将ni(wt％)/fe(wt％)设为0.7以上而可确实地获得所述作用效果，但即使添加达成ni(wt％)/fe(wt％)为3.5以上的ni也无法获得进一步的改善。

14、另外，本发明的al-mg-si-ni系合金优选为含有：

15、si：0.5wt％～1.4wt％、

16、mg：0.6wt％～1.7wt％、

17、ni：0.1wt％～2.5wt％、

18、fe：0.1wt％～2.0wt％，

19、剩余部分包含al以及不可避免的杂质。

20、通过将si的含量设为0.5wt％以上，而可充分地显现出固溶强化或时效硬化，通过将si的含量设为1.4wt％以下，而可抑制耐腐蚀性的降低或结晶物及析出物的粗大化所引起的延展性的降低。另外，通过将si的含量设为0.6wt％～0.8wt％，而可更确实地获得这些效果。

21、另外，通过将mg的含量设为0.6wt％以上，而可形成足够量的mg-si系析出物，从而提高强度及疲劳特性，通过将mg的含量设为1.7wt％以下，而可抑制成为破裂的起点的粗大化合物的形成。通过将mg的含量设为1.0wt％～1.4wt％，而可更确实地获得这些效果。

22、另外，本发明的al-mg-si-ni系合金优选为包含：

23、cu：0.2wt％～1.0wt％、

24、mn：0.1wt％～0.8wt％，

25、cr：0.1wt％～0.8wt％中的任意一种以上。

26、通过添加0.2wt％～1.0wt％的cu，而可通过析出物(q相或者q'相)的形成来提高机械强度及疲劳强度。另外，通过添加0.1wt％～0.8wt％的mn或0.1wt％～0.8wt％的cr，而可通过al-(fe,mn,cr)-si系化合物的形成使铝合金材高强度化。

27、另外，本发明的al-mg-si-ni系合金优选为包含：

28、zr：0.05wt％～0.20wt％、

29、v：0.05wt％～0.20wt％、

30、ti：0.01wt％～0.15wt％、

31、b：0.001wt％～0.05wt％中的任意一种以上。

32、通过适量含有zr、v、ti、b中的任意一种以上，而可实现组织的微细化或加工组织的稳定化。

33、进而，本发明的al-mg-si-ni系合金优选为mg(wt％)/si(wt％)为1.73以上。通过将mg(wt％)/si(wt％)设为1.73以上，而可通过时效处理使足够量的mg-si系化合物析出，从而可通过析出强化使铝合金材显现出高强度。

34、另外，本发明还提供一种al-mg-si-ni系合金材，其特征在于包含本发明的al-mg-si-ni系合金，且分散有al-fe-ni系化合物。

35、本发明的al-mg-si-ni系合金材通过添加适量的ni而使fe无害化，从而成为具有优异的塑性加工性并且为高强度的铝合金材。由于al-fe-ni系化合物与al-fe-si系化合物相比不易粗大化，因此可抑制在施加应力时成为破裂的起点的粗大化合物的形成。其结果，由于微细的al-fe-ni系化合物分散结晶，因此可对铝合金赋予优异的塑性加工性以及韧性。

36、在本发明的al-mg-si-ni系合金材中优选为具有0.2％屈服强度为300mpa以上、断裂伸长率为12％以上的拉伸特性。通过al-mg-si-ni系合金材具有300mpa以上的0.2％屈服强度以及12％以上的伸长率，从而也可适宜用于要求高可靠性的构造构件。另外，由于保证了充分的延展性且具有优异的塑性加工性，因此可制成挤出材、压延材及锻造材等塑性加工材。

37、另外，在本发明的al-mg-si-ni系合金材中优选为由德国汽车工业协会(verbandder automobilindustrie，vda)238-100规定的vda弯曲试验的极限弯曲角度为50°以上。通过al-mg-si-ni系合金材的vda弯曲试验的极限弯曲角度处于50°以上，而可实施要求大幅度的塑性变形的加工工序。

38、[发明的效果]

39、根据本发明，可提供一种即使在伴随着废料材的再循环而fe的含量增加的情况下也具有优异的塑性加工性的高强度的600系的铝合金及包含所述铝合金的铝合金材。