JP2709869B2 - 溶接用高強度アルミニウム合金 - Google Patents
溶接用高強度アルミニウム合金Info
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- JP2709869B2 JP2709869B2 JP3192170A JP19217091A JP2709869B2 JP 2709869 B2 JP2709869 B2 JP 2709869B2 JP 3192170 A JP3192170 A JP 3192170A JP 19217091 A JP19217091 A JP 19217091A JP 2709869 B2 JP2709869 B2 JP 2709869B2
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- welding
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- strength aluminum
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接性に優れ高い強度
を有するＡl −Ｚｎ−Ｍｇ系溶接用高強度アルミニウム
合金に関するものである。
を有するＡl −Ｚｎ−Ｍｇ系溶接用高強度アルミニウム
合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、高張力アルミニウム合金は、同
一重量に対する機械的強度が他の金属に比べ高いという
長所を有しているため、材料の軽量化及び高強度を要求
する航空機の構造用材料又は軍用兵器材料として広く用
いられている。然るに、このような高張力アルミニウム
合金は、溶接性が不良であるため、軍輌構造用材料又は
ガス貯蔵用材料等のような溶接を必要とする分野におい
てはその使用に制限が加えられるという欠点がある。
一重量に対する機械的強度が他の金属に比べ高いという
長所を有しているため、材料の軽量化及び高強度を要求
する航空機の構造用材料又は軍用兵器材料として広く用
いられている。然るに、このような高張力アルミニウム
合金は、溶接性が不良であるため、軍輌構造用材料又は
ガス貯蔵用材料等のような溶接を必要とする分野におい
てはその使用に制限が加えられるという欠点がある。
【０００３】従って、溶接性に優れ高い強度を有するア
ルミニウム合金の研究開発が行われて来た結果、Ａl ７
０１７、Ａl ７０３９及びＡl ２５１９のような溶接用
アルミニウム合金が公知になったが、これら合金中最も
高い強度を有するＡl ７０１７の場合でも、降伏強度が
４２０ＭＰａであり、引張強度が４８０ＭＰａ程度であ
って、５００ＭＰａを超えていないものであるというの
が現況である。
ルミニウム合金の研究開発が行われて来た結果、Ａl ７
０１７、Ａl ７０３９及びＡl ２５１９のような溶接用
アルミニウム合金が公知になったが、これら合金中最も
高い強度を有するＡl ７０１７の場合でも、降伏強度が
４２０ＭＰａであり、引張強度が４８０ＭＰａ程度であ
って、５００ＭＰａを超えていないものであるというの
が現況である。
【０００４】そして、該Ａl ７０１７を始めとし現在、
一般に使用されている溶接用アルミニウム合金の大部分
は、Ａl −Ｚｎ−Ｍｇ系の析出硬化型合金であって、Ａ
l を基地にしＺｎ４〜５％、Ｍｇ１〜3.5 ％、を含有
し、場合によって、ＣｒとＭｎとを0.1 〜0.4 ％添加し
た組成にてなり、ここで、主な強化効果はＺｎとＭｇと
に因る析出物形成に起因するものであると知られてい
る。
一般に使用されている溶接用アルミニウム合金の大部分
は、Ａl −Ｚｎ−Ｍｇ系の析出硬化型合金であって、Ａ
l を基地にしＺｎ４〜５％、Ｍｇ１〜3.5 ％、を含有
し、場合によって、ＣｒとＭｎとを0.1 〜0.4 ％添加し
た組成にてなり、ここで、主な強化効果はＺｎとＭｇと
に因る析出物形成に起因するものであると知られてい
る。
【０００５】一方、近来、非溶接用アルミニウム合金と
してＡl ７０７５又はＡl ７０５０のような高強度アル
ミニウム合金が開発され、５００ＭＰａ以上の降伏強度
及び引張強度を有してなるため、これら合金よりも劣る
強度を有した前記Ａl ７０１７のような溶接用アルミニ
ウム合金は、通常、中強度アルミニウム合金（mediumst
rength aluminum ）に分類され、溶接用アルミニウム合
金として使用されている。
してＡl ７０７５又はＡl ７０５０のような高強度アル
ミニウム合金が開発され、５００ＭＰａ以上の降伏強度
及び引張強度を有してなるため、これら合金よりも劣る
強度を有した前記Ａl ７０１７のような溶接用アルミニ
ウム合金は、通常、中強度アルミニウム合金（mediumst
rength aluminum ）に分類され、溶接用アルミニウム合
金として使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような溶
接用アルミニウム合金においては、高強度及び軽量化を
必携的に要求する高速列車又は車輛の溶接構造用材料と
して使用する場合、非溶接用高強度アルミニウム合金に
比べ強度が劣るため、その要求強度に耐えるには所要素
材の容積が増えて構造物の重量が増加し、よって、燃料
の消耗が増加されるという欠点があった。
接用アルミニウム合金においては、高強度及び軽量化を
必携的に要求する高速列車又は車輛の溶接構造用材料と
して使用する場合、非溶接用高強度アルミニウム合金に
比べ強度が劣るため、その要求強度に耐えるには所要素
材の容積が増えて構造物の重量が増加し、よって、燃料
の消耗が増加されるという欠点があった。
【０００７】それで、このような問題点を解決するため
本発明者達は研究を重ねた結果、次のような溶接用高強
度アルミニウム合金を提供しようとするものである。即
ち、本発明の目的は、従来の溶接用アルミニウム合金よ
りも一層機械的強度を向上させ高速列車又は軍輌の溶接
構造用材料として用いることのできる溶接用高強度アル
ミニウム合金を提供しようとするものである。
本発明者達は研究を重ねた結果、次のような溶接用高強
度アルミニウム合金を提供しようとするものである。即
ち、本発明の目的は、従来の溶接用アルミニウム合金よ
りも一層機械的強度を向上させ高速列車又は軍輌の溶接
構造用材料として用いることのできる溶接用高強度アル
ミニウム合金を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】このような本発
明の目的を達成するため、本発明に係る溶接用高強度ア
ルミニウム合金は、Ａｌを基地金属にし、Ｚｎ３．５〜
５ｗｔ％、Ｍｇ２〜３．５ｗｔ％を含有し、且つ、Ｚｎ
とＭｇとの比率を１≦Ｚｎ／Ｍｇ≦２の範囲とし、Ｍｎ
分散粒子生成のためＭｎを０．５〜１２ｗｔ％及び０．
１〜０．３ｗｔ％のＺｒをそれぞれ含有し、その他不純
物のＦｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ等は０．１ｗｔ％以下に限
定した組成を有することを特徴とする。
明の目的を達成するため、本発明に係る溶接用高強度ア
ルミニウム合金は、Ａｌを基地金属にし、Ｚｎ３．５〜
５ｗｔ％、Ｍｇ２〜３．５ｗｔ％を含有し、且つ、Ｚｎ
とＭｇとの比率を１≦Ｚｎ／Ｍｇ≦２の範囲とし、Ｍｎ
分散粒子生成のためＭｎを０．５〜１２ｗｔ％及び０．
１〜０．３ｗｔ％のＺｒをそれぞれ含有し、その他不純
物のＦｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ等は０．１ｗｔ％以下に限
定した組成を有することを特徴とする。
【０００９】かかる組成の溶接用アルミニウム合金で
は、従来のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系を基本組成とし、強度を
より一層向上させるための強化元素として遷移金属のＭ
ｎ及びＺｒを少量添加し、合金組織内に微細なＭｎ分散
粒子（dispersoid）及びＺｒ分散粒子の生成を誘導さ
せ、よって、従来の溶接用合金の溶接性及び焼入れ敏感
度を殆どそのまま維持しながら延伸率も殆ど低下せず
に、溶接用アルミニウム合金の強度をＡl ７０７５又は
Ａl ７０５０のような非溶接用アルミニウム合金の強度
水準にまで増大させることが可能となる。
は、従来のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系を基本組成とし、強度を
より一層向上させるための強化元素として遷移金属のＭ
ｎ及びＺｒを少量添加し、合金組織内に微細なＭｎ分散
粒子（dispersoid）及びＺｒ分散粒子の生成を誘導さ
せ、よって、従来の溶接用合金の溶接性及び焼入れ敏感
度を殆どそのまま維持しながら延伸率も殆ど低下せず
に、溶接用アルミニウム合金の強度をＡl ７０７５又は
Ａl ７０５０のような非溶接用アルミニウム合金の強度
水準にまで増大させることが可能となる。
【００１０】このように組成してなるアルミニウム合金
の成分及び該成分の含有量の限定範囲について説明する
と次のようである。先ず、ＺｎとＭｇとは、溶接用Ａｌ
−Ｚｎ−Ｍｇ系合金において主な強化元素として使用す
るが、Ｚｎ／Ｍｇが約２又はその２よりもやや少なくな
って始めて高い強度が維持され、同時に、Ｚｎ＋Ｍｇの
量が8.5 ｗｔ％以下になって始めて良好な溶接性が現れ
る。
の成分及び該成分の含有量の限定範囲について説明する
と次のようである。先ず、ＺｎとＭｇとは、溶接用Ａｌ
−Ｚｎ−Ｍｇ系合金において主な強化元素として使用す
るが、Ｚｎ／Ｍｇが約２又はその２よりもやや少なくな
って始めて高い強度が維持され、同時に、Ｚｎ＋Ｍｇの
量が8.5 ｗｔ％以下になって始めて良好な溶接性が現れ
る。
【００１１】又、Ｍｎは、主な強化元素のＺｎとＭｇと
の強化効果を補充するため添加するものであって、その
ＺｎとＭｇとの析出物のみでは５００ＭＰａ程度の高強
度特性を得ることができないため、Ｍｎを0.5 〜1.2 ｗ
ｔ％添加しＭｎ分散粒子を生成させる。特に、該Ｍｎは
本発明に係る合金の元素中最も重要な成分であって、合
金組織内に0.1 〜0.4 μｍの大きさの微細なＭｎ分散粒
子を生成し転位の移動を妨害する役割（pinning actio
n) をすることにより合金の強度を増加させる。一方、
そのＭｎ分散粒子は転位と相互作用してスリップバンド
（slip band)の分布を均質化することにより延伸率の減
少を防止する作用を行う。
の強化効果を補充するため添加するものであって、その
ＺｎとＭｇとの析出物のみでは５００ＭＰａ程度の高強
度特性を得ることができないため、Ｍｎを0.5 〜1.2 ｗ
ｔ％添加しＭｎ分散粒子を生成させる。特に、該Ｍｎは
本発明に係る合金の元素中最も重要な成分であって、合
金組織内に0.1 〜0.4 μｍの大きさの微細なＭｎ分散粒
子を生成し転位の移動を妨害する役割（pinning actio
n) をすることにより合金の強度を増加させる。一方、
そのＭｎ分散粒子は転位と相互作用してスリップバンド
（slip band)の分布を均質化することにより延伸率の減
少を防止する作用を行う。
【００１２】又、Ｚｒは、アルミニウム合金において、
再結晶抑制と結晶粒微細化に強い効果を表す元素であっ
て、Ｍｎと同様に微細なＺｒ分散粒子を生成し、特に、
Ｚｎ＋Ｍｇの量が8.5 ｗｔ％に接近する場合、溶接性が
若干低下するので、これらの対備策として溶接性を向上
させる元素のＺｒを0.1 〜0.3 ｗｔ％添加させる。ま
た、ＦｅとＳｉは、Ａl −Ｚｎ−Ｍｇ系合金に比較的大
きな結晶サイズの第２相を生成し、その結果として延性
を減少させる。
再結晶抑制と結晶粒微細化に強い効果を表す元素であっ
て、Ｍｎと同様に微細なＺｒ分散粒子を生成し、特に、
Ｚｎ＋Ｍｇの量が8.5 ｗｔ％に接近する場合、溶接性が
若干低下するので、これらの対備策として溶接性を向上
させる元素のＺｒを0.1 〜0.3 ｗｔ％添加させる。ま
た、ＦｅとＳｉは、Ａl −Ｚｎ−Ｍｇ系合金に比較的大
きな結晶サイズの第２相を生成し、その結果として延性
を減少させる。
【００１３】Ｃｒは溶接性を低下させるが合金の強度を
高める。そして、Ｔｉは合金内の自由な析出ゾーンを小
さくさせる。このような組成にてなる本発明に係る溶接
用高強度アルミニウム合金は、最高の強度を得るように
熱処理を行って製品化される。そして、本発明に係る溶
接用高強度アルミニウム合金においては、従来の溶接用
アルミニウム合金の有する溶接性をそのまま維持しなが
ら強度において非溶接用高強度アルミニウム合金の有す
る強度の水準にまで向上させているため、高速列車及び
車輌の構造用材料として使用する場合、それら車体の重
量を従来よりも著しく減少し得るので燃料費を節減し得
る効果がある。又、優れた溶接性、高強度及び軽量化を
要求する産業分野の構造用材料として広範囲に適用し得
る効果がある。
高める。そして、Ｔｉは合金内の自由な析出ゾーンを小
さくさせる。このような組成にてなる本発明に係る溶接
用高強度アルミニウム合金は、最高の強度を得るように
熱処理を行って製品化される。そして、本発明に係る溶
接用高強度アルミニウム合金においては、従来の溶接用
アルミニウム合金の有する溶接性をそのまま維持しなが
ら強度において非溶接用高強度アルミニウム合金の有す
る強度の水準にまで向上させているため、高速列車及び
車輌の構造用材料として使用する場合、それら車体の重
量を従来よりも著しく減少し得るので燃料費を節減し得
る効果がある。又、優れた溶接性、高強度及び軽量化を
要求する産業分野の構造用材料として広範囲に適用し得
る効果がある。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例との比較結
果について詳細に説明する。表１に示したような組成を
有する本発明に係るアルミニウム合金の試片（実施例１
〜３）を製造し、２回の時効熱処理を行った。通常の高
強度アルミニウム合金の場合、１次時効熱処理をして最
高の強度が得られるが、本実施例１〜３に係る試片は従
来の１次時効熱処理のみでは最高の強度を得るのが難し
いので２回の時効熱処理を行うのが好ましい。即ち、試
片を420 ℃〜500 ℃で１〜５時間溶体化処理した後、水
中急冷し、80℃〜100 ℃で８〜12時間の間１次の時効熱
処理を行った。次いで、120 〜150 ℃で10〜18時間の間
２次の時効熱処理を行った。尚、表１には、本実施例１
〜３の他に３つの比較例（従来の溶接用アルミニウム合
金）の化学組成（ｗｔ％）についても示してある。
果について詳細に説明する。表１に示したような組成を
有する本発明に係るアルミニウム合金の試片（実施例１
〜３）を製造し、２回の時効熱処理を行った。通常の高
強度アルミニウム合金の場合、１次時効熱処理をして最
高の強度が得られるが、本実施例１〜３に係る試片は従
来の１次時効熱処理のみでは最高の強度を得るのが難し
いので２回の時効熱処理を行うのが好ましい。即ち、試
片を420 ℃〜500 ℃で１〜５時間溶体化処理した後、水
中急冷し、80℃〜100 ℃で８〜12時間の間１次の時効熱
処理を行った。次いで、120 〜150 ℃で10〜18時間の間
２次の時効熱処理を行った。尚、表１には、本実施例１
〜３の他に３つの比較例（従来の溶接用アルミニウム合
金）の化学組成（ｗｔ％）についても示してある。
【００１５】
【表１】
【００１６】その後、２次時効熱処理を終えた各実施例
１〜３の試片と前記各比較例及び従来の非溶接用高強度
アルミニウム合金であるＡl ７０７５について機械的性
質を測定し、その結果を表２に表示した。
１〜３の試片と前記各比較例及び従来の非溶接用高強度
アルミニウム合金であるＡl ７０７５について機械的性
質を測定し、その結果を表２に表示した。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２から明らかなように、本実施例に係る
溶接用アルミニウム合金は、従来の溶接用アルミニウム
合金に比べ、機械的性質の強度において著しく優れてお
り、非溶接用高強度アルミニウム合金のＡl ７０７５と
殆ど同水準の強度を有しているということが分かる。一
方、本実施例１〜３に係る溶接用アルミニウム合金の溶
接性を比較して見るため、次のような溶接条件において
の本実施例の試片と比較例試片との母材及び溶接部の機
械的性質を測定し、その結果を表３に表示した。
溶接用アルミニウム合金は、従来の溶接用アルミニウム
合金に比べ、機械的性質の強度において著しく優れてお
り、非溶接用高強度アルミニウム合金のＡl ７０７５と
殆ど同水準の強度を有しているということが分かる。一
方、本実施例１〜３に係る溶接用アルミニウム合金の溶
接性を比較して見るため、次のような溶接条件において
の本実施例の試片と比較例試片との母材及び溶接部の機
械的性質を測定し、その結果を表３に表示した。
【００１９】溶接条件 溶接方法： ガスメタノールアーク溶接 電流： 220 〜240 Ａ 電圧： 30Ｖ ワイヤースピード： 20〜30ｍｍ／ｓｅｃ 溶接棒： Ａｌ ５３１６ 使用電極： ＤＣＲＰ 母材の厚さ： 10ｍｍ
【００２０】
【表３】
【００２１】表３から明らかなように、本実施例に係る
溶接用アルミニウム合金は、従来の溶接用アルミニウム
合金（比較例）に比べ引張強度が高く、降伏強度及び延
伸率も殆ど同様又はやや高くなっているので、総体的に
見る場合、本実施例に係る溶接用アルミニウム合金が従
来の溶接用アルミニウム合金よりも、溶接性において優
れているということが分かる。
溶接用アルミニウム合金は、従来の溶接用アルミニウム
合金（比較例）に比べ引張強度が高く、降伏強度及び延
伸率も殆ど同様又はやや高くなっているので、総体的に
見る場合、本実施例に係る溶接用アルミニウム合金が従
来の溶接用アルミニウム合金よりも、溶接性において優
れているということが分かる。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る溶
接用高強度アルミニウム合金においては、従来の溶接用
アルミニウム合金に比べ機械的強度及び溶接性が著しく
優れており、非溶接用高強度アルミニウム合金のＡl ７
０７５合金と殆ど同様な強度を有しているため、高速列
車及び各種車輛を始めとし広範囲な産業分野に適用され
る従来よりも著しく優れたアルミニウム合金構造用材料
を供給し得る効果がある。
接用高強度アルミニウム合金においては、従来の溶接用
アルミニウム合金に比べ機械的強度及び溶接性が著しく
優れており、非溶接用高強度アルミニウム合金のＡl ７
０７５合金と殆ど同様な強度を有しているため、高速列
車及び各種車輛を始めとし広範囲な産業分野に適用され
る従来よりも著しく優れたアルミニウム合金構造用材料
を供給し得る効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−17147（ＪＰ，Ａ) 特公 昭42−14292（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭43−5979（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａl を基地にしＺｎ3.5 〜５ｗｔ％、Ｍ
ｇ２〜3.5ｗｔ％を含有し、且つ、ＺｎとＭｇとの比率
を１≦Ｚｎ／Ｍｇ≦２の範囲とし、Ｍｎ分散粒子生成の
ためＭｎを0.5 〜1.2 ｗｔ％及び0.1 〜0.3 ｗｔ％のＺ
ｒをそれぞれ含有し、その他不純物のＦｅ、Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ等は0.1 ｗｔ％以下に限定した組成を有する溶
接用高強度アルミニウム合金。 - 【請求項２】 前記Ｍｎ分散粒子は、420 ℃〜500 ℃で
１〜５時間溶体化処理することで生成されることを特徴
とする請求項１記載の溶接用高強度アルミニウム合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019900011776A KR920007936B1 (ko) | 1990-07-31 | 1990-07-31 | 용접용 고강도 알루미늄 합금 |
| KR11776/1990 | 1990-07-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05132733A JPH05132733A (ja) | 1993-05-28 |
| JP2709869B2 true JP2709869B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=19301897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3192170A Expired - Lifetime JP2709869B2 (ja) | 1990-07-31 | 1991-07-31 | 溶接用高強度アルミニウム合金 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2709869B2 (ja) |
| KR (1) | KR920007936B1 (ja) |
| GB (1) | GB2246578B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103469035B (zh) * | 2013-10-08 | 2015-08-19 | 湖南大学 | 一种高强、轻质、耐蚀、可焊的Al-Zn-Mg合金及制备方法 |
| CN103614599A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-05 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | 一种轨道车辆转向架轴箱体用铝合金生产方法 |
| RU2770131C2 (ru) | 2018-04-30 | 2022-04-14 | Дженерал Кейбл Текнолоджиз Корпорейшн | Сварочные проволоки, полученные из улучшенных алюминиево-магниевых сплавов |
| CN110129639B (zh) * | 2019-06-18 | 2021-05-04 | 东华理工大学 | 一种适用于无焊后热处理的高性能Al-Zn-Mg合金 |
| CN112708812A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-27 | 亚太轻合金(南通)科技有限公司 | 7xxx系铝合金及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1033425A (en) * | 1964-05-01 | 1966-06-22 | Aluminum Co Of America | Improvements relating to the heat-treatment of copper free aluminum base alloys |
| GB1104573A (en) * | 1966-01-06 | 1968-02-28 | Imp Aluminium Company Ltd | Improvements in or relating to aluminium alloys |
| US3304209A (en) * | 1966-02-03 | 1967-02-14 | Aluminum Co Of America | Aluminum base alloy |
| US3580747A (en) * | 1967-11-17 | 1971-05-25 | Aluminium Lab Ltd | Production of aluminum zinc magnesium alloy articles |
| JPS6217147A (ja) * | 1985-07-17 | 1987-01-26 | Riyouka Keikinzoku Kogyo Kk | 鋳造用アルミニウム合金 |
-
1990
- 1990-07-31 KR KR1019900011776A patent/KR920007936B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-05-23 GB GB9111128A patent/GB2246578B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-31 JP JP3192170A patent/JP2709869B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2246578A (en) | 1992-02-05 |
| JPH05132733A (ja) | 1993-05-28 |
| KR920002811A (ko) | 1992-02-28 |
| KR920007936B1 (ko) | 1992-09-19 |
| GB2246578B (en) | 1995-03-01 |
| GB9111128D0 (en) | 1991-07-17 |
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