[发明专利]铝合金及铝合金制高强度螺栓

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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铝阳极化处理(alumite treatment)等对策，存在成本增加的问题。

发明内容

本发明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。

本发明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究，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，由此完成了本发明。

即，本发明是基于上述见解的发明，本发明的铝合金的特征在于，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且为0.05％以下的Ti，进一步依据需要含有大于0且为0.7％以下的Ni，余量由Al和不可避免的杂质构成。

另外，本发明的锻造零件和铝合金制高强度螺栓的特征均在于，由本发明的上述铝合金形成，上述高强度螺栓的特征在于，具有450MPa以上的抗拉强度。

采用本发明，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是表示在本发明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是表示在本发明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是表示本发明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是表示本发明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，关于本发明的铝合金、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

(1)Si含量：1.0％～1.7％

Si(硅)是本发明的合金的主要元素之一，与Mg、Cu一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。

(2)Fe含量：0.05％～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。