DE112012000343T5

DE112012000343T5 - Aluminiumlegierungsdraht für Bolzen, Bolzen und Verfahren zu deren Erzeugung

Info

Publication number: DE112012000343T5
Application number: DE112012000343T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Takaki; Hiroaki Takai; Taichiro Nishikawa; Yasuhiro Akasofu; Shinichi Kitamura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: KR101781669B1; WO2013073575A1; CN103339276B; DE112012000343B4; KR20130121927A; JP5335056B2; CN103339276A; JP2013104122A

Abstract

Ein Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen, umfasst: 0,60 bis 1,5 Massen-% Si; 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe; 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn; 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg; 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr; 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn; 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti; und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigung ist. Si und Mg sind teilweise als Mg2Si enthalten. Das Verhältnis von Mg2Si/(Mn + Cr) zwischen dem Mg2Si-Gehalt und dem Gesamtgehalt von Mn und Cr ist 1,0 bis 2,1.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen, einen Bolzen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Diese Erfindung betrifft besonders einen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit bei der Bolzenmanufaktur, das in der Lage ist, einen Bolzen mit ausreichender Festigkeit zu ergeben.
Hintergrund der Erfindung
A6056 ist als Material für einen Aluminiumlegierungsbolzen bekannt. Daneben ist ein Aluminiumlegierungsbolzen-Stab, beschrieben im Patentdokument 1 (offengelegtes japanisches Patent 2011-1602 ), ebenfalls bekannt. Der im Patentdokument 1 beschriebene Aluminiumlegierungsdraht-Stab hat einen feinen Kristall mit einer gewalzten Textur einer Zusammensetzung der 6000-Serie und mit einem bestimmten durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser. Patentdokument 1 beschreibt ebenfalls, dass dieser Aluminiumlegierungsdraht-Stab eine ausgezeichnete Bolzenformbarkeit hat und eine bestimmte Zugfestigkeit erhalten werden kann durch Durchführen einer geeigneten Wärmebehandlung und Verarbeitung.
Liste der Druckschriften
Patentdokument

PTD 1: japanisches offengelegtes Patent 2011-1602

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch ist A6056 schlecht bezüglich der Formfähigkeit. Daher führt ein Fehler oder dgl., erzeugt während des Gießens oder Walzens zu einem Riss während der Verarbeitung zu einem Bolzen, oder eine kleine Fraktur führt zu einer Korngrenzkorrosion. Darüber hinaus kann ein Bolzen, der aus A6056 gebildet ist, keine ausreichende Festigkeit ergeben, selbst wenn er einer künstlichen Alterungshärtung unterworfen ist.
Auf der anderen Seite beschreibt Patentdokument 1 einen Aluminiumlegierungsdraht-Stab, der die Formfähigkeit von A6056 verbessern und ebenfalls eine Festigkeit für einen daraus gebildeten Bolzen ergeben kann. Jedoch gibt es Erfordernisse für die Entwicklung eines Aluminiumlegierungsdrahtes, der die Formfähigkeit sicherstellt und eine noch höhere Festigkeit nach Formen zu einem Bolzen ergeben kann. Insbesondere erwartet wird die Entwicklung eines Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen, der weniger reduziert ist bezüglich der Festigkeit und noch eine hohe Festigkeit aufrecht erhalten kann, wenn er in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet wird.
Diese Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Umständen gemacht und hat als Ziel, einen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen mit ausreichender Formfähigkeit beim Formen zu einem Bolzen und eine hohe Festigkeit für den Bolzen und ein Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsdrahtes anzugeben. Ein anderes Ziel dieser Erfindung liegt darin, einen aus dem Aluminiumlegierungsdraht gebildeten Bolzen für einen Bolzen dieser Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung des Bolzens anzugeben.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Erfinder dieser Erfindung führten eine intensive Untersuchung mit dem Zweck durch, die Formfähigkeit und Festigkeit auf der Basis einer Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung der 6000-Serie zu verbessern, unter der Feststellung, dass dann, wenn Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten sind, es effektiv ist, ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr so einzustellen, dass es in einen bestimmten Bereich fällt, wodurch diese Erfindung vollendet wurde.
Ein Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung umfasst 0,6 bis 1,5 Massen-% Si, 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen ist. Si und Mg sind teilweise als Mg₂Si enthalten. Ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr ist 1,0 bis 2,1. Diese Zusammensetzung kann als erste Zusammensetzung bezeichnet werden.
In Abhängigkeit vom Gehalt von Si und Mg tritt ein Unterschied bezüglich der Festigkeit der resultierenden Bolzen auf. In einer Aluminiumlegierung sind Si und Mg zumindest teilweise als Mg₂Si durch Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung niedergeschlagen, wodurch die Festigkeit eines Bolzens verbessert wird. Ein Legierungsdraht aus der oben erwähnten Zusammensetzung hat eine ausgezeichnete Formfähigkeit, wenn aus ihm ein Bolzen geformt wird, und kann einen Bolzen mit ausreichender Festigkeit nach dem Formen ergeben. Insbesondere kann durch Beschränken des Verhältnisses von Mg₂Si/(Mn + Cr) ein Bolzen mit ebenso ausgezeichneter Wärmeresistenz erhalten werden. Es wird festgestellt, dass dieses Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) 1,0 bis 2,1 in der Stufe eines Gussmaterials ist und ebenfalls im Wesentlichen danach in jeder Stufe eines gezogenen Materials, erhalten durch Walzen und Ziehen des Gussmaterials, und bei einem Bolzen, der aus dem gezogenen Material gebildet ist, aufrecht erhalten wird.
Es wird erwähnt, dass eine Form des Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen dieser Erfindung 0,80 bis 1,4 Massen-% Si, 0,05 bis 0,30 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,80 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,05 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,05 bis 0,25 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,10 Massen-% Ti und 0,10 bis 0,20 Massen-% Zr umfasst. Diese Zusammensetzung kann als zweite Zusammensetzung bezeichnet werden.
Durch Beschränken der ersten Zusammensetzung auf die Gehalte der oben erwähnten Elemente kann ein Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Spezifisch kann ein Bolzen mit einer Zugfestigkeit von mehr oder gleich 400 MPa, einer 0,2-Dehngrenze von gleich oder mehr als 360 MPa und einer Dehnung von gleich oder mehr als 6% erhalten werden.
Es wird erwähnt, dass eine Form des Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen dieser Erfindung mit der zweiten Zusammensetzung 0,80 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,70 bis 1,1 Massen-% Mn und 0,05 bis 0,30 Massen-% Cr umfasst. Diese Zusammensetzung kann als dritte Zusammensetzung bezeichnet werden.
Durch weitere Beschränkung der zweiten Zusammensetzung durch die Gehalte der oben erwähnten Elemente kann ein Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Spezifisch kann ein Bolzen mit einer Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 430 MPa, einer 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 370 MPa und einer Dehnung von gleich oder mehr als 6% erhalten werden.
Es wird festgestellt, dass eine Form des Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen dieser Erfindung mit einer der ersten bis dritten Zusammensetzung weiterhin 0,005 bis 0,05 Massen-% Sr enthält.
Gemäß dieser Zusammensetzung kann durch Einschluss einer bestimmten Menge Sr ein Fehler während des Gießens oder Walzens verhindert und das Auftreten eines Risses oder dgl. während der Formgebung kann vermindert werden.
Es wird erwähnt, dass eine Form des Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen dieser Erfindungmit Sr 0,005 bis 0,03 Massen-% Sr enthält und ein Verhältnis von Zr/Sr zwischen einem Zr-Gehalt und einem Sr-Gehalt 3 bis 50 ist.
Durch Begrenzen des Sr-Gehaltes in der ersten Zusammensetzung und durch Einhalten des bestimmten Verhältnisses von Zr und Sr kann eine ausreichende Formfähigkeit sichergestellt werden, während die Wärmeresistenz des Aluminiumlegierungsdrahtes aufrechterhalten wird. Obwohl Zr ein Element ist, das zur Verbesserung der Wärmeresistenz des Aluminiumlegierungsdrahtes notwendig ist, wird die Gießtemperatur hoch, wenn Zr enthalten ist, was es schwierig macht, Kristallkörner zu raffinieren. Wenn auf der anderen Seite Sr in einem bestimmten Verhältnis in Bezug auf Zr enthalten ist, kann das Grobwerden der Kristallkörner effektiv unterdrückt werden. Wenn Sr enthalten ist, kann ein Aluminiumlegierungsdraht brüchig werden, obwohl dessen Festigkeit verbessert ist. Wenn Sr in der Gegenwart einer bestimmten Menge an Zr enthalten ist, wird ein Verspröden unterdrückt und die Formfähigkeit sichergestellt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen dieser Erfindung umfasst die folgenden Schritte.
Gussschritt: Ein Gussmaterial wird erhalten, das umfasst: 0,60 bis 1,5 Massen-% Si, 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen ist, worin Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten sind und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr 1,0 bis 2,1 ist.
Walzschritt: Das oben beschriebene Gussmaterial wird gewalzt, unter Erhalt eines gewalzten Materials.
Drahtziehschritt: Das oben beschriebene gewalzte Material wird gezogen, unter Erhalt eines gezogenen Drahtstabes mit einem bestimmten Drahtdurchmesser.
Zwischen-Erweichungsschritt: Eine Erweichungsbehandlung wird mit dem Drahtstab in dem oben beschriebenen Drahtziehschritt bei 250 bis 500°C für 0,5 bis 40 h durchgeführt.
Gemäß diesem Verfahren kann ein Aluminiumlegierungsdraht erhalten werden, der zur Herstellung eines Bolzens geeignet ist. Insbesondere kann ein Aluminiumlegierungsdraht, der ein Ausgangsmaterial für einen Bolzen mit ausgezeichneter Produktivität und mechanischen Eigenschaften ist, erhalten werden.
Ein Bolzen dieser Erfindung ist ein Bolzen, gebildet aus einer Aluminiumlegierung. Die Aluminiumlegierung umfasst 0,60 bis 1,5 Massen-% Si, 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen ist. Die Legierung umfasst Si und Mg teilweise als Mg₂Si, und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr ist 1,0 bis 2,1. Dieser Bolzen hat eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 380 MPa, eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 350 MPa und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6%.
Durch Verwendung des Ausgangsmaterials mit der oben beschriebenen Zusammensetzung kann ein Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und Dehnung erhalten werden.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines Bolzens dieser Erfindung umfasst folgende Schritte.
Schneidschritt: Der Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung wird auf eine bestimmte Länge geschnitten.
Kopfbearbeitungsschritt: Eine Kopfbearbeitung wird bei einem geschnittenen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen durchgeführt, zur Bildung des Kopfs des Bolzens.
Formwalzschritt: Ein Formwalzen wird mit dem geschnittenen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen durchgeführt, zur Bildung eines Schraubenteils eines Bolzens.
Wärmebehandlungsschritt: Eine Lösungsbehandlung und eine Alterungsbehandlung werden bei einem Zielobjekt in einem Verfahren zur Herstellung eines Bolzens aus dem Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen durchgeführt.
Gemäß diesem Verfahren tritt ein Riss oder dgl. unwahrscheinlich während der Bolzenbildung auf, und ein Bolzen kann mit ausreichender Produktivität hergestellt werden. Der resultierende Bolzen hat ausgezeichnete mechanische Festigkeit wie Zugfestigkeit. Weiterhin kann ein Bolzen mit ausgezeichneter Wärmeresistenz erhalten werden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der Aluminiumlegierungsdraht dieser Erfindung und der Aluminiumlegierungsdraht, erhalten durch das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung mit der ersten Zusammensetzung, haben eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit während der Bolzenbildung und können einen Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ergeben. Daher hat der Bolzen dieser Erfindung ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung kann einen Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ergeben.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben. Es wird festgestellt, dass bei der folgenden Beschreibung die Zusammensetzung des Aluminiumlegierungsdrahtes durch Massen-% angezeigt wird.
[Aluminiumlegierungsdraht]
Ein Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung umfasst 0,6 bis 1,5 Massen-% Si, 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen ist. In dem Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung sind Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten, und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr ist 1,0 bis 2,1 (erste Zusammensetzung). Demzufolge kann ein Aluminiumlegierungsdraht mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit bei der Bolzenformung erhalten werden, und daher kann ein Bolzen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
Bevorzugt umfasst der Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung 0,80 bis 1,4 Massen-% Si, 0,05 bis 0,30 Massen-% Fe, 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu, 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn, 0,80 bis 1,3 Massen-% Mg, 0,05 bis 0,30 Massen-% Cr, 0,05 bis 0,25 Massen-% Zn, 0,01 bis 0,10 Massen-% Ti und 0,10 bis 0,20 Massen-% Zr (zweite Zusammensetzung). Demzufolge kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und guter Wärmeresistenz erhalten werden.
Bevorzugt ist in der zweiten Zusammensetzung der Cu-Gehalt 0,80 bis 1,2 Massen-%, der Mn-Gehalt ist 0,70 bis 1,1 Massen-% und der Cr-Gehalt ist 0,05 bis 0,30 Massen-% (dritte Zusammensetzung). Demzufolge kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und guter Wärmeresistenz erhalten werden.
Bevorzugt umfasst der Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung 0,005 bis 0,05 Massen-% Sr. Demzufolge kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit ohne Verursachung des Versprödens des Aluminiumlegierungsdrahtes erhalten werden. Mehr bevorzugt umfasst der Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen dieser Erfindung 0,005 bis 0,03 Massen Sr und das Verhältnis von Zr/Sr zwischen dem Zr-Gehalt und dem Sr-Gehalt ist 3 bis 50. Durch Einstellen des Verhältnisses von Zr/Sr auf 3 bis 50, kann das Auftreten eines erneuten Schmelzens durch Einschluss von Zr und das Verspröden des Aluminiumlegierungsdrahtes durch Einschluss von Sr effektiv verhindert werden.
[Zusammensetzung]
(Si: 0,60 bis 1,5%)
Ist teilweise zusammen mit Mg in einer Aluminiumlegierungsmatrix aufgelöst, um eine Festlösungsverstärkung des Aluminiumlegierungsdrahtes zu erzielen. Si ist ein Element, das zur Bildung eines Alterungsniederschlages oder dgl. während der künstlichen Alterung eines Aluminiumlegierungsdrahtes notwendig ist, zur Verbesserung der Festigkeit und für den Erhalt einer bestimmten mechanischen Eigenschaft, die für einen Bolzen erforderlich ist. Durch Einstellen der unteren Grenze des Si-Gehaltes auf 0,60% können die Wirkungen der Festlösungsverstärkung und der Alterungshärtung angemessen entfaltet werden. Daher kann ein Bolzen mit einer bestimmten Festigkeit erhalten werden. Durch Einstellen der oberen Grenze des Si-Gehaltes auf 1,5% werden die Verarbeitbarkeit von einem Gussmaterial zu einem Drahtstab und die Formfähigkeit zu einem Bolzen nicht beeinträchtigt, und ein grobes kristallisiertes Material oder Niederschlag, die ein Ursprung für einen Riss sind, wird verhindert, was zu einer höheren Festigkeit eines Bolzens beitragen kann. Ein bevorzugterer Si-Gehalt ist 0,80 bis 1,4%. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit ausgezeichneterer mechanischer Festigkeit wahrscheinlich erhalten werden.
(Fe: 0,02 bis 0,40%)
Fe ist notwendig zur Förderung der Wirkung eines Kornraffinierers, umfassend Ti, während des Gießens in der Gegenwart eines Erdalkalielementes (z. B. Mg und Sr). Die Einstellung der unteren Grenze des Fe-Gehaltes auf 0,02% trägt effektiv zum Raffinieren von Kristallkörnern in einer Legierung bei. Auf der anderen Seite kann die Einstellung der oberen Grenze auf 0,40% verhindern, dass ein kristallisiertes Material auf Fe-Basis an der Korngrenze in einer Legierungsstruktur gebildet wird, zum Abbauen der Plastizitätsverarbeitbarkeit bei der Legierung. Ein bevorzugterer Fe-Gehalt ist 0,05 bis 0,30%. Ein weiter bevorzugter Gehalt ist 0,05 bis 0,25%. Innerhalb dieser Bereiche kann ein Bolzen mit ausgezeichneterer mechanischer Festigkeit erhalten werden.
(Cu: 0,50 bis 1,2%)
Cu trägt zur Verbesserung der Festigkeit zusammen mit Mg und Si bei. Durch Einstellen der unteren Grenze des Cu-Gehaltes auf 0,50% wird dessen Wirkung erhalten. Auf der anderen Seite wird durch Einstellen der oberen Grenze auf 1,2% die Bolzenformfähigkeit sichergestellt. Ein mehr bevorzugter Cu-Gehalt ist 0,80 bis 1,2%. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit ausgezeichneterer mechanischer Festigkeit und guter Wärmeresistenz erhalten werden.
(Mn: 0,50 bis 1,1%)
Mn ist teilweise in der Aluminiumlegierungsmatrix aufgelöst, unter Erzielung einer Festlösungsverstärkung des Aluminiumlegierungsdrahtes. Mn kann dispergierte Teilchen auf Al-Mn-Basis bilden, Kristallkörner dieser Drahtstabstruktur raffinieren und die Festigkeit, Formfähigkeit, Korrosionsresistenz und dgl. verbessern. Durch Einstellen der unteren Grenze des Mn-Gehaltes auf 0,50% wird eine Festlösungsverstärkung des Aluminiumlegierungsdrahtes erzielt, und eine Festigkeit, die für einen Bolzen ausreichend ist, wird somit erhalten. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 1,1% wird verhindert, dass ein grobes kristallisiertes Material oder ein Niederschlag, die ein Ursprung für einen Riss sind, gebildet wird, was zu einer höheren Festigkeit eines Bolzens beitragen kann. Ein mehr bevorzugter Mn-Gehalt ist 0,70 bis 1,1%. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit einer ausgezeichneteren mechanischen Festigkeit und guter Wärmeresistenz erhalten werden.
(Mg: 0,70 bis 1,3%)
Mg ist ein Element, das notwendig ist zum Erreichen einer Festlösungsverstärkung des Aluminiumlegierungsdrahtes und zur Bildung eines Alterungsniederschlages, der zur Verbesserung der Festigkeit zusammen mit Si während des künstlichen Alterns beiträgt, zum Erfüllen der mechanischen Eigenschaften, die für einen Bolzen erforderlich sind. Durch Einstellen der unteren Grenze des Mg-Gehaltes auf 0,70% kann eine ausreichende Festlösungsverstärkungsfunktion und eine Alterungshärtungsfunktion entfaltet werden. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 1,3% wird verhindert, dass ein grobes kristallisiertes Material oder ein Niederschlag, die ein Ursprung für Risse sind, gebildet wird, was zu einer höheren Festigkeit des Bolzens beitragen kann. Ein mehr bevorzugter Mg-Gehalt ist 0,80 bis 1,3%. Innerhalb dieses Bereiches wird ein Bolzen mit einer ausgezeichneteren mechanischen Festigkeit und guten Wärmeresistenz erhalten.
(Cr: 0,01 bis 0,30%)
Cr bildet dispergierte Teilchen gleichermaßen wie Mn und Zr und hat somit eine Wirkung zur Verhinderung, dass Kristallkörner in einer Wärmebehandlung des Aluminiumlegierungsdrahtes gröber gemacht werden, unter Raffinierung der Kristallkörner. Das Raffinieren der Kristallkörner trägt zur Verbesserung der Festigkeit eines Bolzens und Formfähigkeit zu einem Bolzen bei. Cr hat ebenfalls eine Wirkung zur Verbesserung der Korrosionsresistenz. Durch Einstellen der unteren Grenze des Cr-Gehaltes auf 0,01% können diese Wirkungen angemessen erhalten werden. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 0,30% wird verhindert, dass Kristallkörner grober werden, und die Wirkung der Raffinierung von Kristallkörnern kann angemessen entfaltet werden. Ein bevorzugter Gehalt liegt im Bereich von 0,05 bis 0,30%. Der Einschluss von Cr um mehr als oder gleich als 0,05% ermöglicht den Erhalt eines Bolzens, der nicht nur bezüglich der Festigkeit, sondern auch bezüglich der Wärmeresistenz ausgezeichnet ist.
(Zn: 0,005 bis 0,50%)
Zn hat eine Funktion zum Auflösen in einer Aluminiummatrixphase, zur Verbesserung der Festigkeit der Legierung. Durch Einstellen der unteren Grenze des Zn-Gehaltes auf 0,005% kann die Wirkung zur Verbesserung der Festigkeit angemessen entfaltet werden. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 0,50% kann eine geeignete Korrosionsresistenz sichergestellt werden. Ein bevorzugterer Zn-Gehalt ist 0,05 bis 0,25%. Innerhalb dieses Bereiches kann die Zähigkeit, die zur Bolzenbildung erforderlich ist, sichergestellt werden, und ein Bolzen mit einer ausgezeichneteren mechanischen Festigkeit und guten Verarbeitbarkeit, Wärmeresistenz und Korrosionsresistenz kann erhalten werden.
(Ti: 0,01 bis 0,20%)
Ti hat die Wirkungen zum Raffinieren einer kristallinen Struktur eines Gussmaterials und zur Verminderung des Verhältnisses von säulenförmigen Körnern im Gussmaterial, unter Erhöhung des Verhältnisses von gleichachsigen Körnern. Daher kann der Einschluss von Ti die Walzverarbeitbarkeit und Drahtziehverarbeitbarkeit eines Gussmaterials und weiterhin die Formfähigkeit zu einem Bolzen verbessern. Darüber hinaus ist es wegen des Raffinierens der kristallinen Struktur unwahrscheinlich, dass Fehler während des Plastizitätsverarbeitens erzeugt werden. Daher kann ein plastisch verarbeitetes Material mit ausgezeichneten Oberflächenzuständen und wenigen Fehlern erhalten werden. Durch Einstellen der unteren Grenze des Ti-Gehaltes auf 0,01% kann die Wirkung zum Raffinieren von Kristallkörnern erhalten werden. Obwohl ein höherer Ti-Gehalt effektiver beim Raffinieren von Kristallkörnern und der Reduktion von Fehlern, die mit dem Raffinieren assoziiert sind, ist, ist diese Wirkung bei einem Gehalt von etwa 0,20% gesättigt, bei dem die Produktion einer groben intermetallischen Verbindung ebenfalls verhindert werden kann. Daher wird die obere Grenze des Ti-Gehaltes auf 0,20% eingestellt. Ein bevorzugterer Ti-Gehalt ist 0,01 bis 0,10%. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit erhalten werden. Ti kann in einem geschmolzenen Metall als TiB₂ gemischt sein und B hat ebenfalls eine Wirkung zum Raffinieren einer kristallinen Struktur, zur Verbesserung der Festigkeit, gleichermaßen wie Ti. Daher wird ermöglicht, dass B in einer Menge von gleich oder weniger als 50 ppm (Massenverhältnis) enthalten ist.
(Zr: 0,05 bis 0,20%)
Zr hat eine Wirkung zur Bildung von dispergierten Teilchen, umfassend die jeweiligen Elemente, und zur Verhinderung des Grobwerdens von Kristallkörnern in einer Wärmebehandlung des Aluminiumlegierungsdrahtes, zum Raffinieren der Kristallkörner gleichermaßen wie Mn. Demzufolge trägt es zur Verbesserung der Festigkeit eines Bolzens und zur Formfähigkeit zu einem Bolzen bei. Zr ist ebenfalls ein Element, das zur Verbesserung der Wärmeresistenz des Aluminiumlegierungsdrahtes erforderlich ist. Durch Einstellen der unteren Grenze des Zr-Gehaltes auf 0,05%, kann die Wirkung zur Verbesserung der Festigkeit und Formfähigkeit zu einem Bolzen angemessen erhalten werden. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 0,20% wird das Grobwerden der Kristallkörner effektiv verhindert. Ein bevorzugter Zr-Gehalt ist 0,10 bis 0,20%. Innerhalb dieses Bereiches wird ein Bolzen mit ausgezeichneterer mechanischer Festigkeit und guter Wärmeresistenz erhalten.
(Mg₂Si/(Mn + Cr): 1,0 bis 2,1)
Si und Mg sind teilweise in der Aluminiumlegierungsmatrix aufgelöst, zum Beitragen bei der Verbesserung der Festigkeit, und der Rest ist als Mg₂Si enthalten. Auf der anderen Seite haben Cr und Mn jeweils eine Funktion zur Bildung von dispergierten Teilchen und zur Verhinderung des Grobwerdens der Strukturund tragen zur Verbesserung der Festigkeit bei. Durch Definieren des Verhältnisses zwischen diesem Mg₂Si-Gehalt und der Gesamtmenge an Cr und Mn kann ein Bolzen mit hohen mechanischen Eigenschaften und Wärmeresistenz erhalten werden. Obwohl der Grund nicht sicher ist, wird überlegt, dass Mg₂Si mit Mn und Cr interagiert, zur Verhinderung der Verminderung der Festigkeit aufgrund des Fortschrittes des Alterns, während eine hohe Temperatur aufrechterhalten bleibt, und dass die Wärmeresistenz verbessert wird, indem Mn und Cr zugegeben werden, was der Menge an Mg₂Si entspricht. Das Verhältnis wird auf 1,0 bis 2,1 eingestellt. Ein mehr bevorzugtes Verhältnis ist etwa 1,4 bis 2,0. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis ist etwa 1,5 bis 1,8. Wenn die Aluminiumlegierung nach dem künstlichen Altern verarbeitet wird, wird überlegt, dass Mn und Cr eine Dislokalisation verhindern und dass ein Bereich, dessen Festigkeit durch Arbeitshärtung verbessert ist, bezüglich der Festigkeit vermindert wird. Ein Wert, berechnet von der zugegebenen Menge an Mg und Si wird für diesen Mg₂Si-Gehalt verwendet. Spezifisch wird der Mg₂Si-Gehalt von der unten angegebenen Gleichung 1 erhalten. Dieser berechnete Wert zeigt den Mg₂Si-Gehalt eines Materials an, erhalten durch Durchführen einer Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung, zum Niederschlagen von Mg₂Si. Die Gesamtmenge an Cr und Mn ist bevorzugt etwa 0,55 bis 1,5%, mehr bevorzugt etwa 0,70 bis 1,4% und besonders bevorzugt etwa 0,75 bis 1,3%. {Mg-Gehalt [Massen-%]/(Atomgewicht von Mg × 2)} × (Molekulargewicht von Mg₂Si) Gleichung 1
(Sr: 0,005 bis 0,05%)
Obwohl es nicht unverzichtbar ist, kann Sr ebenfalls als zusätzliches Additivelement enthalten sein. Sr hat eine Funktion zum Raffinieren der Kristallstruktur eines Gussmaterials und trägt zur Verbesserung der Festigkeit des resultierenden Bolzens bei. Insbesondere wenn Sr in der Gegenwart von Zr enthalten ist, kann der Aluminiumlegierungsdraht bezüglich der Festigkeit verbessert werden, ohne zu verspröden. Durch Einstellen der unteren Grenze des Sr-Gehaltes auf 0,005%, wird die Wirkung zur Verbesserung der Festigkeit eines Bolzens erhalten. Durch Einstellen der oberen Grenze auf 0,05% kann effektiv verhindert werden, dass der Aluminiumlegierungsdraht versprödet, und eine ausreichende Festigkeit kann erhalten werden. Ein mehr bevorzugter Sr-Gehalt ist 0,005 bis 0,03%. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit einer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit und guten Wärmeresistenz erhalten werden.
(Zr/Sr: 3 bis 50)
Wie oben beschrieben ist Zr ein Element, das zur Verbesserung der Wärmeresistenz erforderlich ist, aber wenn es enthalten ist, erhöht sich der Schmelzpunkt der Legierung, was zu einer höheren Gusstemperatur und schwierigen Verfestigung führt. Es ist bezüglich des Barrengusses oder dgl. unbedenklich. Beim kontinuierlichen Gießen kann jedoch ein Phänomen auftreten, bei dem die äußere Oberfläche eines Gussmaterials deformiert, wenn die Schrumpfung während der Verfestigung eines geschmolzenen Metalls stattfindet. Aufgrund dieses deformierten Bereiches kontaktiert das Gussmaterial nicht länger eine Form, so dass das Kühlen verlangsamt wird. Eine Erhöhung auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erfolgt erneut durch Wärme im Inneren des Gussmaterials, was ein erneutes Schmelzphänomen verursacht, das zu einem Grobwerden von Kristallkörnern und einer abgebauten Oberflächenqualität des Gussmaterials führt. Als Ergebnis sind die groben Bereiche der Kristallkörner und die Bereiche, bei denen die Oberflächenqualität vermindert ist, möglicherweise Ursprünge für Fehler beim Walzen und Drahtziehen nach dem Gießen. Auf der anderen Seite hat Sr eine Funktion zur Verbesserung der Festigkeit der Aluminiumlegierung, aber verursacht wahrscheinlich eine Versprödung. Durch Definieren des Verhältnisses zwischen Zr und Sr innerhalb eines bestimmten Bereiches kann das Auftreten des erneuten Schmelzens durch den Einschluss von Zr und die Versprödung durch den Einschluss von Sr effektiv verhindert werden. Es kann gesagt werden, dass durch Einstellen der unteren Grenze dieses Verhältnisses auf 3 eine geeignete Menge an Zn in Bezug auf Sr enthalten ist, was effektiv die Versprödung verhindern und zur Verbesserung der Festigkeit beitragen kann. Es kann gesagt werden, dass durch Einstellen der oberen Grenze des Verhältnisses auf 50 eine geeignete Menge an Sr in Bezug auf Zn enthalten ist, was einen Defekt, assoziiert mit dem erneuten Schmelzen, eliminieren kann. Ein bevorzugter Bereich des Verhältnisses ist etwa 5 bis 20. Innerhalb dieses Bereiches kann ein Bolzen mit einer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit und guten Wärmeresistenz erhalten werden. Die Begrenzung dieses Verhältnisses ist erfindungsgemäß nicht unverzichtbar.
[Drahtdurchmesser]
Der Aluminiumlegierungsdraht dieser Erfindung ist nicht besonders beschränkt, sondern kann so ausgewählt werden, dass er einen Drahtdurchmesser von etwa 12 bis 3 mm beispielsweise hat. Mit einem Aluminiumlegierungsdraht mit einem solchen Drahtdurchmesser kann ein Bolzen mit einer Größe hergestellt werden, die zum Befestigen von Automobilteilen und dgl. geeignet ist.
[Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes]
Ein Aluminiumlegierungsdraht wird typischerweise hergestellt durch Gießen, Walzen, Drahtziehen und einen Zwischenschritt des Erweichens. Details eines jeden Schrittes werden nachfolgend beschrieben.
[Gießen]
Ein Gussmaterial der oben beschriebenen Zusammensetzung wird gegossen. Das kontinuierliche Gießen ist geeignet zum Gießen. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung kann durch Einstellen einer Aluminiumlegierung auf eine bestimmte Zusammensetzung ein Gussmaterial mit ausgezeichneter Oberflächenqualität und wenigen Fehlern ebenfalls durch kontinuierliches Gießen erhalten werden. Die Verwendung eines solchen Gussmaterials kann Risse und Fehler reduzieren, die während des Walzens und Drahtziehens erzeugt sind, so dass ein gewalztes Material und ein gezogenes Material mit ausgezeichneter Oberflächeneigenschaft erhalten werden kann. Insbesondere beim Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung kann ein gezogenes Material mit ausgezeichneter Oberflächeneigenschaft erhalten werden, ohne dass die Anzahl des Abstreifens während des Drahtziehens, die Menge des Abstreifens oder die Erhöhung der Empfindlichkeit eines Fehlerdetektors erhöht wird, wie bei einem konventionellen Fall. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes dieser Erfindung kann ein Aluminiumlegierungsdraht mit guter Ausbeute und ausgezeichneten Oberflächenbedingungen mit guter Produktivität hergestellt werden. Als kontinuierliches Gießverfahren ist eine Band- und Drehscheibentechnik bevorzugt.
Das Kühlen während des Gießens wird bevorzugt bei mehr oder gleich 5°C/s, mehr bevorzugt bei mehr als oder gleich 8°C/s und weiter bevorzugt bei mehr als oder gleich 20°C/s durchgeführt. Durch Einstellen der Kühlrate auf gleich oder mehr als 5°C/s kann verhindert werden, dass Kristallkörner gröber werden, unter Erhalt eines Gussmaterials mit einer feinen Struktur oder eines Gussmaterials mit einem hohen Verhältnis von gleichachsigen Körnern pro Einheitsquerschnittsfläche. Es ist bevorzugt, dass die Kühlrate gleich oder mehr als 5°C/s an irgendeiner Position in einem geschmolzenen Metall während des Kühlens ist, d. h. dass das gesamte geschmolzene Metall gleichmäßig gekühlt wird. Beispielsweise kann eine schnelle Verfestigung bei der oben beschriebenen Kühlrate durch Verwendung einer kontinuierlichen Gießmaschine mit einer wassergekühlten Kupferform, einem erzwungenen Wasserkühlmechanismus und dgl. erzielt werden.
[Walzen]
Das Gussmaterial wird einem Walzverarbeiten unterworfen, unter Erhalt eines gewalzten Materials. Bevorzugt ist dieses Walzen Heißwalzen oder Warmwalzen. Das Walzen wird ebenfalls bevorzugt kontinuierlich mit Gießen durchgeführt. Wenn das Walzen kontinuierlich mit Gießen durchgeführt wird, wird das Heißwalzen leicht durchgeführt unter Verwendung der Wärme, die in dem Gussmaterial gelagert ist, was zu einer hohen Energieeffizienz führt. Daneben ist die Produktivität eines gegossenen, gewalzten Materials ausgezeichnet gegenüber einem absatzweise betriebenen Gussverfahren. Beispielsweise werden eine Gussmaschine, worin ein Band und eine Drehscheibe kombiniert sind, und eine Walzmühle, die an diese Gussmaschine verbunden ist, verwendet. Beispiele solcher Maschinen umfassen eine kontinuierliche Gusswalz-Properzi-Maschine.
[Drahtziehen]
Das gewalzte Material wird gezogen, zum Verarbeiten zu einem gezogenen Drahtstab mit einem bestimmten Drahtdurchmesser. Dieses Drahtziehen wird bevorzugt durch Kaltziehen durchgeführt. In Abhängigkeit von den Oberflächenbedingungen des gewalzten Materials vor dem Drahtziehen kann ein Abstreifverfahren durchgeführt werden.
[Erweichen als Zwischenschritt]
Der Drahtstab wird während des oben beschriebenen Drahtziehens einer Erweichungsbehandlung unterworfen. Diese Zwischenerweichungsbehandlung wird unter der Bedingung durchgeführt, dass der Drahtstab nach der Behandlung eine Dehnung von gleich oder mehr als 10% aufweist. Diese Zwischenerweichungsbehandlung wird zum Erweichen des Drahtstabes ohne extremes Vermindern der Festigkeit des Drahtstabes, die erhöht worden ist durch Raffinieren der kristallinen Struktur und Arbeitshärtung, durchgeführt, wodurch die Zähigkeit des Drahtstabes erhöht wird.
Die absatzweise Verarbeitung kann geeignet für die Erweichungsbehandlung angewandt werden. Bezüglich der Atmosphäre bei der Erweichungsbehandlung ist eine nichtoxidierende Atmosphäre bevorzugt, um zu verhindern, dass ein Oxidfilm auf der Oberfläche des Drahtstabes durch die Wärme während der Behandlung gebildet wird. Beispiele umfassen eine Vakuumatmosphäre (dekomprimierte Atmosphäre), eine Inertgasatmosphäre wie Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar), eine reduzierende Gasatmosphäre wie wasserstoffhaltiges Gas (z. B. nur Wasserstoff (H₂) oder ein gemischtes Gas aus einem Inertgas wie N₂, Ar oder Helium (He) mit Wasserstoff (H₂)) oder ein kohlenstoffdioxidhaltiges Gas (z. B. ein gemischtes Gas aus Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂)).
Durch Durchführen der Erweichungsbehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von gleich oder mehr als 250°C kann der Drahtstab eine Dehnung von gleich oder mehr als 10% haben. Bei dem absatzweise betriebenen Verarbeiten umfassen bevorzugte Bedingungen eine Erwärmungstemperatur von gleich oder mehr als 250°C und gleich oder weniger als 500°C und eine Haltezeit von gleich oder mehr als 0,5 h, mehr bevorzugt gleich oder mehr als 1 h. Wenn die Erwärmungstemperatur unterhalb von 250°C und die Haltezeit weniger als 0,5 h ist, wird die Erweichungsbehandlung wenig effektiv. Wenn die Erwärmungstemperatur über 500°C ist, werden Kristallkörner und kristalline Niederschläge grob und die Verarbeitbarkeit kann vermindert werden. Insbesondere ist es gewünscht, die Wärmetemperatur auf mehr oder gleich 300°C und gleich oder weniger als 450°C und die Haltezeit bei gleich oder mehr als 2 h und gleich oder weniger als 40 h einzustellen. Noch mehr bevorzugt ist die Erwärmungstemperatur 380 bis 420°C und die Haltezeit gleich oder weniger als 24 h, besonders gleich oder weniger als 15 h.
[Anderes]
Die Erweichungsbehandlung (letzte Erweichungsbehandlung) kann ebenfalls nach dem letzten Drahtziehen durchgeführt werden. Diese letzte Erweichungsbehandlung wird ebenfalls geeignet bei gleich oder mehr als 300°C für eine oder mehr Stunden durchgeführt. Diese letzte Erweichungsbehandlung kann die Formfähigkeit beim Bolzenverarbeiten verbessern.
[Bolzen]
[Zusammensetzung]
Die Zusammensetzung eines Bolzens ist gleich wie die des oben beschriebenen Aluminiumlegierungsdrahtes.
[Mechanische Eigenschaften]
Mit dem Aluminiumlegierungsdraht der ersten Zusammensetzung können nach dem Bolzenbilden folgende Eigenschaften erhalten werden: Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 380 MPa, 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 350 MPa und Dehnung von gleich oder mehr als 6%. Mit dem Aluminiumlegierungsdraht der zweiten Zusammensetzung können nach dem Bolzenbilden eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 400 MPa, eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 360 MPa und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6% erhalten werden. Mit dem Aluminiumlegierungsdraht der dritten Zusammensetzung können nach dem Bolzenbilden eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 430 MPa, eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 370 MPa und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6% erhalten werden. Wenn der Aluminiumlegierungsdraht 0,005 bis 0,05 Massen-% Sr enthält, kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit erhalten werden, ohne dass ein Verspröden des Aluminiumlegierungsdrahtes verursacht wird. Wenn der Aluminiumlegierungsdraht 0,005 bis 0,03 Massen-% Sr enthält und das Verhältnis von Zr/Sr zwischen dem Zr-Gehalt und dem Sr-Gehalt 3 bis 50 ist, kann ein Bolzen mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit erhalten werden, ohne dass ein erneutes Schmelzen durch Einschluss von Zr und eine Versprödung des Aluminiumlegierungsdrahtes durch Einschluss von Sr verursacht werden.
Diese Eigenschaften werden alle erhalten, nachdem mit dem Aluminiumlegierungsdraht nach dem letzten Drahtziehen ein Bolzenverarbeiten und eine Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung bei der Bolzenverarbeitung durchgeführt. Diese Eigenschaften können entsprechend JIS B1051 durch einen Zugtest gemessen werden, bei dem ein Bolzenprodukt als Teststück verwendet wird.
[Verfahren zur Herstellung des Bolzens]
Ein Bolzen wird typischerweise durch Schneiden, Kopfbearbeiten, Formwalzen und Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung des oben beschriebene Aluminiumlegierungsdrahtes durchgeführt. Ein Bolzen mit Eigenschaften, die oben im Abschnitt ”Mechanische Eigenschaften” beschrieben sind, kann hierdurch erhalten werden. Die Details eines jeden Schrittes werden unten beschrieben.
[Schneiden]
Beim Schneiden wird der oben beschriebene Aluminiumlegierungsdraht zu einer Länge geschnitten, die zum Bolzenverarbeiten geeignet ist. Die Länge eines resultierenden geschnittenen Stückes kann angemessen in Abhängigkeit von der Größe eines herzustellenden Bolzens ausgewählt werden.
[Kopfbearbeitung]
Bei der Kopfbearbeitung wird ein Ende des geschnittenen Stückes, erhalten durch den Schneidschritt, zur Bildung des Kopfes eines Bolzens geschmiedet. Gut bekannte Bedingungen sind für die Arbeitsbedingungen anwendbar.
[Formwalzen]
Beim Formwalzen wird ein Gewindeteil in dem geschnittenen Stück, erhalten durch den Schneidvorgang, geformt. Gut bekannte Bedingungen sind für die Arbeitsbedingungen anwendbar. Das Formwalzen wird üblicherweise nach Durchführen der Kopfbearbeitung durchgeführt.
[Lösungsbehandlung und Altern]
Eine Lösungsbehandlung und eine Alterungsbehandlung werden bei einem Zielobjekt, das zu einem Bolzen verarbeitet werden soll, durchgeführt, zur Erzeugung eines Niederschlages in einer Legierung und zur Verbesserung der Festigkeit des Zielobjektes. Der Vorgang zum Durchführen dieser Lösungsbehandlung und der Alterung umfassen die folgenden Muster.

(1) Schneiden – Kopfbearbeiten – Lösungsbehandlung + Altern – Formwalzen
(2) Schneiden – Zwischenschmieden – Lösungsbehandlung + Altern – Kopfbearbeiten – Formwalzen oder Schneiden – Lösungsbehandlung + Altern – Kopfbearbeiten – Formwalzen. Das heißt das Zwischenschmieden kann durchgeführt werden oder auch nicht.
(3) Schneiden – Kopfbearbeiten – Formwalzen – Lösungsbehandlung + Altern
(4) Schneiden – Lösungsbehandlung – Kopfbearbeiten – Formwalzen – Altern oder Schneiden – Lösungsbehandlung – vorläufiges Altern – Kopfbearbeiten – Formwalzen – Altern Das heißt das primäre Altern kann durchgeführt werden oder auch nicht.
(5) Lösungsbehandlung – Drahtziehen – Schneiden – Kopfbearbeiten – Altern – Formwalzen
(6) Lösungsbehandlung – Drahtziehen – Schneiden – Zwischenschmieden – Altern – Kopfbearbeiten – Formwalzen
(7) Lösungsbehandlung – Drahtziehen – Schneiden – Kopfbearbeiten – Formwalzen – Altern

Unter den obigen Mustern hat mit den Mustern (1), (2), (5) und (6) das Gewindeteil eine hohe Dimensionsgenauigkeit, indem das Formwalzen im letzten Schritt durchgeführt wird. Durch Durchführen eines plastischen Verarbeitens mit dem Bereich, der das Gewindeteil ist, durch Formwalzen kann das Ausgangsmaterial arbeitsgehärtet werden, so dass ein Bolzen eine etwas erhöhte Festigkeit hat.
Mit den Mustern (2) und (6) kann durch Durchführen des plastischen Verarbeitens nach dem Altern das Ausgangsmaterial arbeitsgehärtet werden, so dass die Festigkeit weiter erhöht werden kann.
Mit den Mustern (3), (4) und (7) wird das plastische Verarbeiten vor dem Altern durchgeführt. Somit kann ein Material mit verhältnismäßig niedriger Verarbeitbarkeit zu einer Schraube geformt werden. Mit dem Muster (7), bei dem das plastische Verarbeiten mit einigen Niederschlägen durchgeführt wird, kann ein Material mit noch niedrigerer Verarbeitbarkeit ebenfalls zu einer Schraube geformt werden.
Mit den Mustern (4), (5), (6) und (7) wird das plastische Verarbeiten nach der Lösungsbehandlung durchgeführt, so dass das Raffinieren der Kristallkörner und die Induktion von Spannungen stattfindet. Somit kann ein Bolzen eine erhöhte Festigkeit im Vergleich zu dem Fall des Durchführens der Lösungsbehandlung nach dem plastischen Verarbeiten haben.
Mit einem der Muster wird die Lösungsbehandlung geeignet bei 520 bis 560°C für 1 bis 5 h durchgeführt, und die Alterungsbehandlung wird geeignet bei 160 bis 180°C für etwa 4 bis 30 h durchgeführt. Mit dieser Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung können die mechanischen Eigenschaften eines Bolzens ebenfalls eingestellt werden durch Steuern des Niederschlagszustandes von Mg₂Si. Es wird festgestellt, dass bei der Durchführung der vorläufigen Alterungsbehandlung die Wärmebehandlung geeignet bei 50 bis 160°C für etwa 4 bis 50 h durchgeführt wird.
[Beispiele]
<Testbeispiel 1>
Ein Aluminiumlegierungsdraht wurde durch die Schritte Gießen – Walzen – Drahtziehen – Zwischenerweichen – Drahtziehen erzeugt. Beim Produktionsverfahren wurde die Oberflächenqualität eines Gussmaterials und eines gezogenen Materials bewertet. Weiterhin wurde ein resultierender Aluminiumlegierungsdraht zu einem Bolzen verarbeitet und Auswertungen erfolgten bezüglich Rissen während der Bildung und bezüglich der Wärmeresistenz. Die mechanischen Eigenschaften des Bolzens wurden ebenfalls bewertet. Die Zusammensetzung einer jeden Probe ist in Tabelle 1 gezeigt und die hauptsächlichen Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In den Tabellen 1 und 2 ist Vergleichsbeispiel 1 ein Material, das zu A6056 äquivalent ist.
«Herstellung des Legierungsdrahtes»
Zunächst wurde reines Aluminium, das als Basis dient, aufgelöst und ein Additivelement wurde in dieses geschmolzene Metall geworfen, so dass es eine bestimmte Konzentration aufwies. Das geschmolzene Metall aus der Aluminiumlegierung, das bezüglich der Bestandteile eingestellt war, wurde einer Wasserstoffgas-Entfernungsbehandlung und einer Fremdsubstanz-Entfernungsbehandlung angemessen unterworfen. Dieses geschmolzene Metall aus dem Aluminiumlegierungsdraht wurde einem Gießen und Heißwalzen durch eine kontinuierliche Gießwalzmühle vom Band-Rad-Typ unterworfen, zur Erzeugung eines ϕ9,5 mm-Drahtstabes. Die Kühlrate während des Gießens wurde auf gleich oder mehr als 5°C/s eingestellt. Eine wassergekühlte Kupferform wurde verwendet, so dass die Kühlrate gleich oder mehr als 5°C/s an jeder Position in dem geschmolzenen Metall während des Kühlens war. Ti und B führ die Strukturraffinierung wurden zugegeben, indem ein Al-3% Ti-1% B(Massen-%)-Draht hergestellt wurde und indem das Gießen so durchgeführt wurde, dass das geschmolzene Metall und der Draht gleichzeitig zu einer Form geführt wurden. Dann wurde dieser Drahtstab kalt zu ϕ8,3 mm gezogen und dann wurde die Zwischenerweichungsbehandlung in der absatzweisen Bearbeitung bei 400°C für 5 h durchgeführt. Das erweichte Material wurde weiterhin auf ϕ7,05 mm gezogen. Ein resultierender Legierungsdraht wurde der letzten Erweichungsbehandlung bei der absatzweisen Verarbeitung bei 350°C für 5 h unterworfen, unter Erhalt eines Aluminiumlegierungsdrahtes. Weil jede Probe Si enthielt, das im Überschuss im Vergleich zu der stöchiometrischen Zusammensetzung zugegeben war, wurde der Mg₂Si-Gehalt gemäß Tabelle 1 durch folgende Gleichung berechnet: {Mg-Gehalt [Massen-%]/(Atomgewicht von Mg × 2)} × (Molekulargewicht von Mg₂Si) Gleichung 1
«Auswertung des erneut geschmolzenen Bereiches»
Angemessene Proben wurden von einem resultierenden Gussmaterial gezogen und das Aussehen wurde beobachtet, zur Bewertung der Zahl der erneut geschmolzenen Bereiche, die durch erneutes Schmelzen während der Verfestigung verursacht wurden. Die Auswertungen der erneut geschmolzenen Bereiche erfolgte durch Vergleich der Zahl der erneut geschmolzenen Bereiche zwischen Proben, die Sr umfassten, und Proben, die kein Sr umfassten.
«Auswertung der Zahl der ermittelten Fehler»
Ein gewalztes Material, erhalten durch kontinuierliches Gießwalzen wurde auf 11,7 mm gezogen, und in dieser Stufe einem Abstreifen um eine Dicke von 0,2 mm mit einer Abstreifdüse unterworfen. Es wird festgestellt, dass das Abstreifen nicht durchgeführt werden kann. Durch dieses Abstreifen können verhältnismäßig kleine Fehler, erzeugt durch andere Gründe als durch das erneute Schmelzen wie Heißwalzen und anschließendes Drahtziehen entfernt werden. Auswertungen der Anzahl der ermittelten Fehler erfolgten zunächst durch Beobachtung des oben beschriebenen Materials, das abgezogen werden sollte, bezüglich der Anzahl der Fehler in der Oberfläche unter Verwendung eines Fehlerdetektors vom Online-Whirlpool-Typ, der für einen Drahtzieher vorgesehen ist, und Anordnung einer Markierung einer Fehlerdetektionszahlposition und anschließendes Vergleichen der Zahl der ermittelten Fehler zwischen Proben mit Sr und Proben ohne Sr.
«Produktion des Bolzens»
Ein Bolzen wird aus einem resultierenden Aluminiumlegierungsdraht erzeugt. In diesem Beispiel wurden ein T6-behandeltes Material für einen M8-Bolzen und ein T9-behandeltes Material, erhalten durch Durchführen eines Kaltverarbeitens mit dem T6-behandelten Material (Zwischenschmieden) erzeugt. Das Herstellungsverfahren eines jeden Bolzens ist wie folgt. Für jeden Bolzen wurde eine Lösungsbehandlung bei 550°C für 2 h durchgeführt und eine Alterungsbehandlung wurde bei 175°C für 8 h durchgeführt. Es wird festgestellt, dass die Vergleichsbeispiele 4 und 5 keinem Wärmeresistenztest und Auswertungen der mechanischen Eigenschaften, die später beschrieben werden, unterworfen wurden, wegen des Auftretens von Rissen während der Verarbeitung des T9-behandelten Materials.
T6-behandeltes Material

Schneiden – Kopfbearbeitung – Lösungsbehandlung – Alterungsbehandlung – Formwalzen

T9-behandeltes Material

Schneiden – Zwischenschmieden – Lösungsbehandlung – Alterungsbehandlung – Kopfbearbeitung – Formwalzen

T8-behandeltes Material

Schneiden – Lösungsbehandlung – Kopfbearbeitung – Formwalzen – Altern

«Auswertung von Rissen im Bolzen»
Eine Auswertung erfolgte bezüglich des Auftretens von Rissen bei 500 erhaltenen Bolzen. Das Vorhandensein von Rissen wurde bestimmt durch visuelles Beobachten von Rissen, erzeugt während der Kopfbearbeitung, Formwalzen oder dgl. Diese Auswertung erfolgte durch Vergleichen des Auftretens von Rissen zwischen Proben mit Sr und Proben ohne Sr.
«Wärmeresistenztest»
Erzeugte Bolzen wurden 1000 h bei 150°C gehalten und dann einem Zugtest bei Raumtemperatur unterworfen, zum Bewerten der Wärmeresistenz, ausgedrückt als Erniedrigungsrate der Zugfestigkeit nach der Wärmebehandlung in Bezug auf die Zugfestigkeit vor dieser Wärmebehandlung. Unter Verwendung des Vergleichsbeispiels 1 als Referenz wurde eine Probe mit einer schlechten Erniedrigungsrate mit C bewertet, eine Probe mit einer äquivalenten Rate wurde mit B bewertet und eine Probe, die um gleich oder mehr als 20% verbessert war, wurde mit A bewertet. Die Verbesserung von gleich oder mehr als 20% bedeutet, dass unter der Annahme der Erniedrigungsrate von Vergleichsbeispiel 1 von 10% beispielsweise die Erniedrigungsrate einer Probe gleich oder weniger als 8% ist.
«Auswertung der mechanischen Eigenschaften»
Der Zugtest wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung von Bolzen als Proben zum Bewerten der Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze und Dehnung durchgeführt. Dieser Zugtest wurde entsprechend JIS 31051 durchgeführt. Es ist zu beachten, dass für das oben beschriebene T9-behandelte Material nur die Zugfestigkeit und 0,2%-Dehngrenze in Tabelle 2 gezeigt sind.
Vergleichsbeispiele 4 und 5 wurden nicht bewertet wegen des Auftretens von Rissen während der Verarbeitung der T9-behandelten Materialien.
«Betrachtung»
Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, haben die T6-behandelten Materialien der Beispiele 1 bis 10, worin Mg₂Si/(Mn + Cr) 1,0 bis 2,1 ist, eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 380 MPa (besonders gleich oder mehr als 420 MPa), eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 350 MPa (besonders gleich oder mehr als 370 MPa) und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6% und eine gute Wärmeresistenz. Die T9-behandelten Materialien der Beispiele 1 bis 10 haben eine höhere mechanische Festigkeit wie Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 460 MPa (insbesondere gleich oder mehr als 490 MPa) und eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 440 MPa (insbesondere gleich oder mehr als 480 MPa). Es kann gesehen werden, dass Beispiel 10 mit der zweiten Zusammensetzung bezüglich der Zugfestigkeit und 0,2%-Dehngrenze der T9-behandelten Materialien im Vergleich zu den Beispielen 1 und 8 mit der ersten Zusammensetzung verbessert ist. Insbesondere haben die T6-behandelten Materialien der Beispiele 2 bis 7 und 9 die mit der dritten Zusammensetzung eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 430 MPa, eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 370 MPa und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6% und eine ausgezeichnete Wärmeresistenz. Die T9-behandelten Materialien der Beispiele 2 bis 7 und 9 haben eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 510 MPa und eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 500 MPa und eine hohe Wärmeresistenz. Das T8-behandelte Material von Beispiel 7 hat eine Zugfestigkeit von 502 MPa und eine 0,2%-Dehngrenze von 482 MPa und eine hohe Wärmeresistenz. In den Beispielen 7 bis 9, die Sr mit gleich oder mehr als 0,005% enthalten, wird das erneute Schmelzen, die Anzahl der ermittelten Fehler und Risse reduziert im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 6 und 10, die Sr nicht enthalten. Auf der anderen Seite waren die Vergleichsbeispiele 1 bis 5, bei denen Mg₂Si/(Mn + Cr) außerhalb des Bereiches von 1,0 bis 2,1 fällt oder die nicht die erste Zusammensetzung erfüllen, alle unzureichend bezüglich der Wärmeresistenz oder Verarbeitbarkeit (Risse). Insbesondere waren keine Vergleichsbeispiele bezüglich der Wärmeresistenz um gleich oder mehr als 20% verbessert.
Es wird festgestellt, dass diese Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und diese angemessen innerhalb des Umfangs modifiziert werden können, ohne von den essentiellen Punkten dieser Erfindung abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Ein Aluminiumlegierungsdraht und ein Verfahren zu dessen Herstellung dieser Erfindung sind anwendbar auf einen Elementdraht für einen Bolzen oder die Herstellung davon. Ein Bolzen und ein Verfahren zu dessen Herstellung dieser Erfindung können geeignet als Bolzen zum Festigen eines Automobilteils oder der Herstellung davon verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-1602 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B1051 [0062]
JIS 31051 [0080]

Claims

Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen, umfassend: 0,60 bis 1,5 Massen-% Si; 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe; 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn; 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg; 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr; 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn; 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti; und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigung ist, wobei Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten sind und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si-Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr 1,0 bis 2,1 ist.
Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen nach Anspruch 1, umfassend: 0,80 bis 1,4 Massen-% Si; 0,05 bis 0,30 Massen-% Fe; 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn; 0,80 bis 1,3 Massen-% Mg; 0,05 bis 0,30 Massen-% Cr; 0,05 bis 0,25 Massen-% Zn; 0,01 bis 0,10 Massen-% Ti; und 0,10 bis 0,20 Massen-% Zr.
Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen nach Anspruch 2, umfassend: 0,80 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,70 bis 1,1 Massen-% Mn; und 0,05 bis 0,30 Massen-% Cr.
Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend 0,005 bis 0,05 Massen-% Sr.
Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen nach Anspruch 4, umfassend 0,005 bis 0,3 Massen-% Sr, worin ein Verhältnis Zr/Sr zwischen einem Zr-Gehalt und einem Sr-Gehalt 3 bis 50 ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen, umfassend die Schritte: Erhalt eines Gussmaterials, umfassend 0,60 bis 1,5 Massen-% Si; 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe; 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn; 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg; 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr; 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn; 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti; und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigung ist, wobei Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten sind und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr 1,0 bis 2,1 ist; Walzen des Gussmaterials, unter Erhalt eines gewalzten Materials; Ziehen des gewalzten Materials, unter Erhalt eines gezogenen Drahtstabes mit einem bestimmten Drahtdurchmesser; und Durchführung einer Erweichungsbehandlung mit dem Drahtstab während des Drahtziehschritts bei 250 bis 500°C für 0,5 bis 40 h.
Bolzen, gebildet aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung umfasst 0,60 bis 1,5 Massen-% Si; 0,02 bis 0,40 Massen-% Fe; 0,50 bis 1,2 Massen-% Cu; 0,50 bis 1,1 Massen-% Mn; 0,70 bis 1,3 Massen-% Mg; 0,01 bis 0,30 Massen-% Cr; 0,005 bis 0,50 Massen-% Zn; 0,01 bis 0,20 Massen-% Ti; und 0,05 bis 0,20 Massen-% Zr, wobei der Rest Al und unvermeidbare Verunreinigung ist, wobei Si und Mg teilweise als Mg₂Si enthalten sind und ein Verhältnis von Mg₂Si/(Mn + Cr) zwischen einem Mg₂Si Gehalt und einem Gesamtgehalt von Mn und Cr 1,0 bis 2,1 ist, wobei der Bolzen eine Zugfestigkeit von gleich oder mehr als 380 MPa, eine 0,2%-Dehngrenze von gleich oder mehr als 350 MPa und eine Dehnung von gleich oder mehr als 6% hat.
Verfahren zur Erzeugung eines Bolzens, umfassend folgende Schritte: Scheiden des Aluminiumlegierungsdrahtes für einen Bolzen wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, auf eine vorbestimmte Länge, Durchführen einer Kopfbearbeitung mit einem geschnittenen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen, zur Bildung des Kopfs eines Bolzens, Durchführen eines Formwalzens mit dem geschnittenen Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen, zur Bildung eines Kopfteils für einen Bolzen, und Durchführung einer Lösungsbehandlung und einer Alterungsbehandlung mit einem Zielobjekt in einem Verfahren zur Herstellung eines Bolzens aus dem Aluminiumlegierungsdraht für einen Bolzen.