JP2004534152A5

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Publication number: JP2004534152A5
Application number: JP2003512454A
Authority: JP
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2022-06-17

Description

当業界においては、航空機の胴体、車輛部材、および他の用途のような比較的高い強度が関与する数多くの用途に熱処理可能なアルミニウム合金を使用することは公知である。アルミニウム合金の６０６１および６０６３は良く知られた熱処理可能なアルミニウム合金である。これらの合金はＴ４およびＴ６のテンパー（ｔｅｍｐｅｒ）の両方の条件において有用な強度および靭性をもっている。良く知られているように、Ｔ４の条件は溶体化処理を行い急冷して実質的に安定な性質のレベルまで自然に時効させる条件を意味する。他方、Ｔ６テンパーの条件は人工的な時効によってつくられたもっと強い条件を意味する。しかしこれらの公知の合金は、航空宇宙産業における構造的な大部分の用途に対して十分な強度をもっていない。いくつかの他のＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（「ＡＡ」）の６０００シリーズの合金は、異なったタイプの構造に対しては異なった性質の組み合わせを必要とする商業的な航空機の設計には一般に適していない。特定の航空機の構造機素に対する設計上の基準に依存して、強度、破砕靭性および疲労耐性を改善すると重量が軽減されるが、このことは該航空機の寿命全体に亙って燃料の経済性が得られ、および／または安全性のレベルが大きくなることを意味する。これらの要求を満たすためにいくつかの６０００シリーズの合金が開発されてきた。

この場合該製品に対し過剰時効のテンパー条件をかける。しかし過剰時効には航空宇宙産業用の構造機素の製造業者の末端において時間と経費がかかる処理時間が必要である。結晶間腐蝕耐性を改善するためには、この方法においてはアルミニウム合金の中におけるＭｇ／Ｓｉ比を１より小さくすることは必須である。

本発明の製品はＴ４テンパー条件で自然に時効させて良好な成形性をもった改善された合金製品をつくるか、或いはＴ６テンパー条件で人工的に時効させて高い強度および破砕靭性を有し同時に良好な腐蝕耐性特性をもった改善された合金製品をつくることができる。製品に対して過剰時効によるテンパーを行う必要はないが、Ｃｕ、Ｍｇ、ＳｉおよびＭｎ含量を注意深く狭い範囲に選び、強度増強元素として十分なＳｉが規定の範囲内で存在するようにして強度および腐蝕挙動の間の良好なバランスを得ることができる。

マグネシウムは珪素と組み合わせられて合金に強度を与える。マグネシウムの好適範囲は０．６〜０．８５％であり、さらに好ましくは０．６〜０．７５％である。十分な強度を与えるためには少なくとも０．４５％のマグネシウムが必要であるが、その量が１．０％を越えると、高いＴ６強度を得るための十分な時効による硬化析出物を得るのに十分な溶質を溶解することが困難になる。

本発明の製品は、時効サイクルにおいて１５０〜２１０℃の温度に１〜２０時間露出させるＴ６テンパー条件まで時効させ、それによって３２５ＭＰａ以上、好ましくは３３０ＭＰａ以上の降伏強さおよび３５５ＭＰａ以上、好ましくは３６５ＭＰａ以上の最終引っ張り強さをもつアルミニウム合金製品が生じることを特徴としている。

さらに、本発明の製品は、合金を時効サイクルにおいて１５０〜２１０℃の温度に１〜２０時間露出させるＴ６テンパー条件まで時効させ、それによってＭＩＬ−Ｈ−６０８８による試験後の粒間腐蝕挙動が１８０μｍより、好ましくは１５０μｍより少ない深さまでしか存在しないアルミニウム合金製品を得ることが特徴である。

また本発明は本発明のアルミニウム合金製品を製造する方法に関する。この合金製品の製造法は（ａ）上記の化学的組成を有する原材料を用意し、（ｂ）該原材料を予熱または均質化し、（ｃ）該原材料に対し熱間圧延を行い、（ｄ）随時該原材料に対し冷間圧延を行い、（ｅ）該原材料に対し溶体化処理を行い、（ｆ）該原材料を急冷して二次相の制御できない析出を最低限度に抑制する逐次的な工程段階から成っている。しかる後この製品を自然に時効させて良好な成形性を有する改善された合金製品にすることによりＴ４テンパー条件でつくるか、あるいは人工的に時効させてＴ６テンパー条件でつくることができる。人工的に時効させるためには、該製品を１５０〜２１０℃に０．５〜３０時間の間露出させる時効サイクルに付する。

典型的には、熱間圧延を行う前に、張り合わせ製品および非張り合わせ製品の両方の圧延面の表面を削り、インゴットの注型表面近くの析離した区域を除去する。

注型したインゴットまたはスラブは熱間圧延の前に均質化するか、および／または予熱してその直後に熱間圧延を行うことができる。熱間圧延の前における均質化および／または予熱は４９０〜５８０℃の温度範囲で単一段階または多段階で行なわなければならない。いずれの場合も注型時における材料の中の合金元素の析離を減少させ、可溶な元素を溶解させる。この処理を４９０℃よりも低い温度で行うと、得られる均質化効果は不適切なものになる。また温度が５８０℃よりも高いと、共融現象が起こり、望ましくない細孔が生成する可能性がある。上記熱処理の好適な時間は２〜３０時間である。これよりも時間が長くても通常悪影響はない。均質化は通常５４０℃よりも高い温度で行われる。典型的な予熱温度は５３５〜５６０℃の範囲であり、均熱時間（ｓｏａｋｉｎｇｔｉｍｅ）は４〜１６時間の範囲である。

合金製品の冷間圧延を行った後、或いは製品の冷間圧延を行わない場合には熱間圧延を行った後、４８０〜５９０℃、好ましくは５３０〜５７０℃の温度範囲において溶液が平衡に近づくのに十分な時間の間、典型的には１０秒〜１２０分の範囲の均熱時間の間、合金製品に対して溶体化処理を行う。張り合わせ製品の場合には均熱時間が長すぎないように注意し、張り合わせ層によって与えられた腐蝕防止性に悪影響を与える可能性がある芯から張り合わせ層への合金元素の拡散を防がなければならない。

６種の異なった合金に対しＤＣ注型を行いインゴットにした後、表皮を削り取り、５５０℃で６時間予熱し（毎時約３０℃の加熱速度で）、熱間圧延して７．５ｍｍのゲージ厚にし、冷間圧延を行って最終的なゲージ厚を２．０ｍｍにし、溶体化処理を５５０℃で１５分間行い、水で急冷し、１９０℃で４時間保持する（加熱速度毎時約３５℃）ことによりＴ６テンパー条件まで時効させ、空気により室温に冷却した。表１に合金注型品の化学組成を示すが、残りは不可避的の不純物とアルミニウムである。この場合合金番号１および４は本発明の合金であり、他は比較のための合金である。

Claims

重量％単位において下記の元素、即ち
Ｓｉ０．８〜１．３
Ｃｕ０．２〜０．４５
Ｍｎ０．５〜１．１
Ｍｇ０．４５〜１．０
Ｆｅ０．０１〜０．３
Ｚｒ＜０．２５
Ｃｒ＜０．２５
Ｚｎ＜０．３５
Ｔｉ＜０．２５
Ｖ＜０．２５
他の元素、それぞれ＜０．０５、全部で＜０．１５
を含み、残りはアルミニウムであるが、但し、利用できるＳｉの重量％は０．８６〜１．１５の範囲にあり、ここで利用可能なＳｉの重量％は式
Ｓｉ（利用可能）の重量％＝Ｓｉの重量％−（Ｆｅの重量％＋Ｍｎの重量％）／６
から計算される熔接可能な、高強度アルミニウム合金の圧延製品であって、さらに該製品は再結晶化した微細構造を８０％より多くもっていることを特徴とする熔接可能な、高強度アルミニウム合金の圧延製品。
Ｓｉのレベルは１．０〜１．１５の範囲にあることをことを特徴とする請求項１記載の製品。
Ｃｕのレベルは０．３〜０．４５の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の製品。
Ｍｎのレベルは０．６５〜０．７８の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の製品。
Ｍｇのレベルは０．６〜０．８５の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の製品。
Ｔｉのレベルは０．０６〜０．２の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の製品。
Ｚｎのレベルは０．２より少ない範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の製品。
該合金製品は時効サイクルにおいて、１５０〜２１０℃の温度に０．５〜３０分間露出するＴ６テンパー条件まで時効させ、これによってＭＩＬ−Ｈ−６０８８試験による粒間腐蝕の存在は１８０μｍより少ない深さまであることによって特徴付けられるアルミニウム合金製品が得られることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の製品。
該製品はその上に下記の単一または多重張り合わせ層、即ち
（ｉ）該製品よりも高純度のアルミニウム合金、
（ｉｉ）ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡｌ０００−シリーズの合金、
（ｉｉｉ）ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡ４０００−シリーズの合金、
（ｉｖ）ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡ６０００−シリーズの合金；
（ｖ）ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡ７０００−シリーズの合金の単一または多重張り合わせ層を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の製品。
合金製品は片側にＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡ１０００−シリーズの合金が張り合わされ、他の側にＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＡＡ４０００−シリーズの合金が張り合わされていることを特徴とする請求項９記載の製品。
（ａ）請求項１〜７のいずれか一項記載の化学的組成を有する原材料を用意し、
（ｂ）該原材料を予熱または均質化し、
（ｃ）該原材料に対し熱間圧延を行い、
（ｄ）随時該原材料に対し冷間圧延を行い、
（ｅ）該原材料に対し溶体化処理を行い、
（ｆ）該原材料を急冷して二次相の制御されない析出を最低限度に抑制し、
（ｇ）該急冷した原材料をＴ４テンパー条件またはＴ６テンパー条件において時効させて合金製品にする
逐次的工程段階を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の熔接可能な、高強度合金製品の製造法。
該製品は航空機の構造機素であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の製品か、或いは請求項１１によって製造された製品。
該製品は航空機の表皮材料であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の製品か、或いは請求項１１によって製造された製品。
該製品は航空機の胴体の表皮材料であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の製品か、或いは請求項１１によって製造された製品。