JP2678292B2

JP2678292B2 - 強度に優れた熱処理型アルミニウム合金半製品及び製品の製造方法

Info

Publication number: JP2678292B2
Application number: JP63174370A
Authority: JP
Inventors: 武比古江藤; 栄喜碓井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH0225547A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、アルミニウム合金半製品及び製品の製造方
法に係り、更に詳しくは、強度に優れた熱処理型アルミ
ニウム合金半製品及び製品の製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来、熱処理型アルミニウム合金は、「アルミニウム
材料の基礎と工業技術」（社）軽金属協会発行（昭和60
年５月１日）にまとめられているように、溶体化処理
（条件：第１表）→矯正（応力除去）（条件：第２表）
→時効熱処理（条件：第３表）により、半製品及び製品
としての強度を中心とする材料特性が付与されてきた。
この強度は、主としてGunier−Prestonゾーン（Ｇ−Ｐ
ゾーン）や中間相等の析出物の大きさと密度によって第
一義的に決まるものであり、材料の合金組成と製造プロ
セスが与えられば所与のものとなっていた。

しかし、場合によっては、強度が不足し、更に高強度
の熱処理型アルミニウム合金の開発が望まれている。

本発明は、かゝる要請に応えるべくなされたものであ
って、従来材と同等以上の強度を有する熱処理型アルミ
ニウム合金半製品及び製品を製造できる新規な方法を提
供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者等は、従来の熱処
理プロセスとは基本的に異なる新規なプロセスの開発に
努めた。

その結果、本発明者等の１人が、先にActa Metallurg
ica誌、Vol.26（1978年）、p.499〜508に発表した考え
方、つまり、Al−４％合金単結晶で見い出したＧ−Ｐゾ
ーン及び中間相θ′相の応力時効（stress aging）の考
え方を実用工業材料へ応用する技術を開発したものであ
る。

すなわち、第１表及び第２表で示される従来の標準熱
処理プロセス中に、上記考え方に基づく新たに特殊な時
効処理を付与することにより、従来困難とされていたＧ
−Ｐゾーンや中間相の析出形態を変更し、強度に優れる
熱処理型アルミニウム合金半製品及び製品が得られるこ
とを見い出し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る強度に優れた熱処理型アルミ
ニウム合金半製品及び製品の製造方法は、熱処理型アル
ミニウム合金半製品に所定の溶体化処理と、必要に応じ
て矯正を施した後、材料の弾性限度の30〜95％の応力を
付加する応力付加時効を行い、続いて応力を付加しない
で時効する自由時効を行うことを特徴とするものであ
る。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）本発明が対象とする熱処理型アルミニウム合金の組成
は特に制限されないが、代表的熱処理型アルミニウム合
金としては、第４表に示すように、Al−Cu系（２×××
系）合金、Al−Mg−Si系（６×××系）合金、Al−Zn−
（Cu）系（７×××系）合金、並びに最近、低密度・高
剛性合金として注目されているAl−Li系合金が挙げられ
る。

また、本発明が対象とするアルミニウム合金材料は、
半製品であるが、鋳造後の鋳塊（スラブ、ビレット）を
例えば、圧延、鍛造、押出等の熱間加工或いは冷間加工
して製造される中間材も含まれる。このような中間材
は、通常、鋳造して作製された鋳塊に400〜600℃の温度
で均質化熱処理を施し、次いで300〜550℃の温度で熱間
圧延、熱間鍛造、押出等の熱間加工を行い、冷間加工さ
れた中間材である。

本発明においては、これらの中間材を含む半製品に対
し、従来と同様、まず、第１表に示されるような温度で
溶体化処理を実施する。溶体化処理の時間は溶体化処理
の媒体（例えば、塩浴又は大気、アルゴンガス雰囲気）
により適当に選択する。次いで、水中或いはクエンチャ
ント（ポリマークエンチャント）の中へ焼入れる。そし
て、必要に応じて所定の矯正（応力除去）を施す。矯正
は第２表に示されるような条件でよい。

次いで、本発明では、最も特徴とする新たな時効処理
を施す。

すなわち、まず、材料の弾性限度（応力）の30〜95％
の応力を付加して時効処理する。材料の弾性限度は上記
の半製品を引張試験或いは圧縮試験により時効温度での
予備試験より求める。また、外力（応力）の付加には圧
延材や押出材は温度を設定したストレッチャーの利用が
適しており、鍛造材では温間プレス等が適している。ま
た、半製品或いは最終製品の形状が小さいものでは熱間
静水圧プレス（HIP）を用いてもよい。

この場合、応力付加時効の付加応力が30％未満では、
目的とする微細な析出物の核生成が得られない。すなわ
ち、古典的な核生成理論によれば固溶体中の自由エネル
ギー変化ΔＧは次式で与えられる、 ΔＧ＝−Ｖ・ΔGv＋Ｓ・σ−σ_Ａ・ε・Ｖ …（１）ここで、 V:析出物の体積 S:析出物の表面積 ΔGv:単位体積積当りの自由エネルギー σ：単位面積当りの表面エネルギー σ_A:応力 ε：ミスフィットひずみしたがって、最低のσ_Ａが必要となることになり、本
発明では弾性限度の30％以上とするのである。上記式
（１）より、応力が付加されるとエネルギーが減少する
ことが容易に判る。また、臨界の析出物サイズは式
（１）より（σ−σ_Ａ・ε）/Vで与えられることより、
応力時効により微細となり、核生成速度が増加する。

但し、付加応力が弾性限度を超えると塑性変形が起こ
り、式（１）のエネルギー状態は達成されず、第２表に
示されるような通常の矯正効果しかなく、応力時効中の
更なる核生成は期待できない。なお、応力の付加時間は
長い方がよいが、本発明者等は核生成の時間、すなわ
ち、時効の初期のみに付加し、後は自由時効でよいこと
も確認した。

また、析出物の密度が増すことにより、トータルの時
効処理時間も短縮することが可能となる。

更に、中間材或いは半製品において、Zr含有Al合金等
では加工プロセス中に最結晶等で強度が低下する問題が
発生しがちであるが、上記の応力時効を付加することに
より、強度減少の回復の効果も期待できる。

このような応力付加時効に続けて、応力を付加しない
で時効する自由時効を施す。自由時効の条件は第３表に
示されるような条件でよい。

（実施例）次に本発明の実施例を示す。

実施例１ AA2024合金（Al−4.5Cu−0.6Mn）の板厚3mmの圧延材
に対し、第１表に示される条件に準拠してソルトバス中
で495℃×30minの溶体化処理を実施し、その後、第５表
のプロセスで試験を行った。なお、焼入れ時の弾性限界
は25.7kgf/mm²であった。

得られた材料について析出物の分布状態を調べると共
に機械的性質を調べた。その結果を第５表に併記する。

同表より、本発明例No1〜No5はいずれも比較例のもの
と同等以上の強度が得られていることがわかる。

実施例２ AA2090合金（Al−2.2Li−2.7Cu−0.12Zr）の板厚3mm
の未再結晶材（Ａ材）及び再結晶材（Ｂ材）を圧延にて
作製した。次いで、510℃×30minの溶体化処理をソルト
バス中で実施し、水中へ焼入れした。その後、第６表の
プロセスで試験を行った。なお、焼入れ時の弾性限界は
23.8kg/mm²であった。

得られた材料について実施例１と同様に析出物の分布
状態及び機械的性質を調べた結果を第６表に併記する。

第６表より、本発明例No.11〜No.16はいずれも比較例
のものと同等以上の強度が得られていることがわかる。
特に特徴的なことは、従来、Ｂ材（再結晶材）は再結晶
化で強度低下が大きかった（比較例No.18）のに対し、
本発明例No.13〜No.16で明らかなように、従来の未結晶
材のＡ材（比較例No.17）並に強度を向上できる点であ
る。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、溶体化処理
後、或いは必要に応じて施す矯正後に、応力付加時効と
自由時効を組合せた新たな時効処理を行うので、従来材
と同等以上の強度に優れた熱処理型アルミニウム合金半
製品及び製品を製造することができる。特に未再結晶材
に適用するとその効果が顕著である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理型アルミニウム合金半製品の所定の
溶体化処理を施した後、材料の弾性限度の30〜95％の応
力を付加する応力付加時効を行い、続いて応力を付加し
ないで時効する自由時効を行うことを特徴とする強度に
優れた熱処理型アルミニウム合金半製品及び製品の製造
方法。
【請求項２】前記溶体化処理後に矯正を施す請求項１に
記載の方法。