JPH01259149A - 異方性の少ないＡ１−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は超塑性変形が可能であるＡｌ−Ｌｉ１系合金板
を製造する方法に関し、さらに詳しくは高温で変形速度
が極めて高いひずみ速度範囲で、異方性が少なく超塑性
変形が可能なＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性アルミニ
ウム合金板を、圧延で製造する方法に関するものである
。

［従来の技術］ 航空機用アルミニウム合金板は、機体の軽量化のために
、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の２０２４合金板やＡｌ−Ｚｎ−
Ｍｇ−Ｃｕ系の７０７５合金板から密度の低いＡｌ−Ｌ
ｉ系合金板に移行しつつある。

また、成形加工技術の面も、従来のロールフォーミング
やプレス成形（板金加工）したものを組立て接合などを
行う方法から一体化加工が口Ｊ能な超塑性成形が取り入
れられている。

超塑性成形法は、複雑な形状の製品を一度で成形するこ
とかできるため、部品の接合部か少なく、軽量化か可能
となり、また、組立て工数も少なく、製造コストの低減
をもたらす方法である。

このため超塑性変形か可能なＡｌ−Ｌｉ系合金材料か要
求されている。

従来、Ａｌ−Ｌｉ系合金としては、Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−
Ｍｇ−Ｚｒ系の８０９０合金とＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ
系の２０９０合金か、国際的に登録されている。このう
ちＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ、−Ｚｒ系合金の超塑性変形
を得るために、均質化処理温度、熱間加工温度、中間焼
鈍温度および冷間加二に一度を規制する方法か提案され
て塑性変形か得られる旧材かなく、このような材料の開
発か強く要望されていた。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したように超塑性材料を製造するためには、種々の
加工か施されるが、このときの冷間圧延の加工度か高い
と、圧延方向によって伸びか異なり、超塑性的形加工し
たとき圧延方向に対して直角方向の伸びが低いという欠
点がある。

また、冷間加工度を高くする必要のある場合１．５ｍｍ
以上の厚板の超塑性材料が製造できながった。本発明は
、変形速度が極めて高い範囲で超塑性的変形が得られ、
しかも圧延方向による伸びの異方性が少なく、また１、
５ｍｍ以上の厚さの板をＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系系合
金科料制御した圧延で製造する方法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明による異方性の少ない超塑性アルミニウム合金板
の製造方法は、前記目的を達成するため、下記のとおり
に構成される。

（１）　Ｌ　ｉ　　２．３〜３．０％、Ｃｕ　１．０〜
１．７％、Ｍ　ｇ　０．４〜１．０％、Ｚ　ｒ　０．０
５〜０．２０％、Ｔｉ０１吋〜０．１０％を含有し、残
部ＡＩおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を
、通常の鋳造法で溶解、鋳造後、４５０〜５４０’Ｃの
温度において１〜５０時間の均質化処理一段または多段
を行い、その後２２０〜３５０℃の温度で圧延し、該圧
延時に下式で示す相当ひずみ速度が］、Ｏｓ”以下とな
るように調整し、圧延することを特徴とする異方性の少
ないＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法。

ただし、Ｖ、＝ロール周速度（ｍ／ｓ）Ｒ′−偏平後の
ロール半径（ｍ） ｈＯ＝圧延圧延板厚（川） ｒ　−圧下率 （２）　Ｌ　ｉ　　２．３〜３．０％、Ｃｕ　１．０〜
１．７％、Ｍｇ０．４〜１．０％、Ｚ　ｒ　Ｏ，０５−
０，２０％、Ｔｉ０１０１〜０１０％を含有し、残部Ａ
Ｉおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金を、通
常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度
において１〜５０時間一段または多段の均資化処理を行
い、ついて２２０〜３５０℃で１〜１５０時間の析出処
理を行い、その後２２０〜３５０℃の温度で圧延し、該
圧延時に前記式で示す相当ひずみ速度がＩＯ３−１以下
となるように調整し、圧延することを特徴とする異方性
の少ないＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法
。

（３）　Ｌ　ｉ　　２．３〜３．０％、Ｃｕ　１．０〜
１．７％、Ｍ　ｇ　０．４〜１．０％、Ｚ　ｒ　Ｏ，０
５−０，２０％、ＴｉＯ，０１〜０．１０％を含有し、
残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金
を、通常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４５０〜５４０’
Ｃの温度において１〜５０時間保持後、２２０〜３５０
℃の温度まで冷却し、１〜１５０時間保持した後、該温
度範囲で圧延し、該圧延時に前記式で示した相当ひずみ
速度が１０ｓ１以下となるように調整し、圧延すること
を特徴とする異方性の少ないＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系
超塑性板の製造方法。

（４）　Ｌ　ｉ　　２．３〜３．０％、Ｃｕ　１．０〜
１．７％、Ｍｇ０．４　−１．［ｌ　　％、　Ｚ　　ｒ
　Ｄ、［１５−０，，２０％、　Ｔ１０．０１〜０，１
０％を含有し、残部ＡＩおよび不可避不純物からなるア
ルミニウム合金を、通常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４
５０〜５４０℃で１〜５０時間の均質化処理を行い、そ
の後再度４６０℃以上に加熱し、溶体化処理した後、２
２０〜３５０℃で１〜１５０時間析出処理をし、その後
さらに２２０〜３５０℃の温度で圧延し、該圧延時に前
記式で示す相当ひずみ速度が１Ｏｓ−Ｉ以下となるよう
に調整し、圧延することを特徴とする異方性の少ないＡ
Ｉ−Ｌｉ−Ｃｕ　−Ｍ　ｇ系超塑性板の製造方法。

［作　用］ Ａｌ−Ｌｉ系超塑性材料は、従来の７４７５合金系超塑
性材料と異なり、動的再結晶により微細再結晶粒を形成
させ超塑性変形する性質をもつために、高温まで安定な
下部組織を有する材料か得られるのである。

本発明はＡ】−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系の熱間加工性を向上
させて圧延し、超塑性旧材を得るための製造方法に関す
るものであり、以下成分を限定した理由について述べる
。

Ｌｌ；超塑性成形後の合金相の強度向上と軽量化に効果
かある。この効果は２．３％より少ないと得られず、３
．０％より多いと溶解鋳造が困難になる。

Ｃｕ：超塑性成形後の合金相の強度向上効果がある。こ
の効果は１０％より少ないと得られず、　１．７％より
多いと、熱間加工性が悪くなる。

Ｍｇ、材料の強度を満たすために必要な成分で、０．４
％未満では所定の強度を満たすことができない。また、
１．０％を越えると熱間如上か難しくなる。

Ｚｒ：合金相の再結晶を抑制する効果がある。

０．０５％より少ないと最終焼鈍で再結晶か容易となり
、下部組織を安定化させることが困難となる。このため
超塑性成形が得られにくい。また、０．２０％を越える
と通常の鋳造法では巨大化合物を晶出しやすくなり、こ
れにより累月に圧延欠陥か生ずる。

Ｔｉ；累月合金に鋳造組織の微細化を与える効果かある
。この効果は０．０１％より少ないと得られず、０．１
０％より多いと巨大化合物が晶出しやすくなる。

次に製造条件について述べる。

均質化処理； 均質化処理はＣｕ、Ｌｉ、Ｍｇなどの溶質原子の粒界偏
析を少なくし、成分を均一化する効果かある。４５０　
’Ｃ未満てはその効果が少なく、５４０℃を越えるとＺ
ｒなどの再結晶抑制元素か安定相として析出し、それら
の元素のもつ効果が少なくなる。また、１時間未満では
成分均一化の効果が少なく、５０時間を越えるとその効
果が飽和するため、経済的な点で意味かない。４２０　
℃程度で一旦ステップ加熱すると良い。

圧延温度； 圧延温度か２２０〜３５０℃であるのはこの゛温度域が
このＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の第２相（δ相）の
析出温度であり、この温度範囲で圧延すると安定な下部
組織が形成される。

析出処理； ２２０〜３５０℃の１〜５０時間の析出処理を２２０〜
３５０℃での温度での圧延の前あるいは圧延の途中に行
うと、δ相などの第２相が均一に析出し、この第２相近
傍で多重すべりが生じて、安定な下部組織が形成されや
すい。また、粒内に均一に析出するために粒内変形か容
易になり、熱間圧延割れを生じることが少ない。

析出処理時間が１時間より短いと圧延前の析出状態によ
っては熱間圧延割れを生じることがある。また、１５０
時間以上であればその効果は変化しない。この析出処理
は鋳塊の均質化熱処理中に行っても、２２０〜３５０℃
の圧延途中に行っても同じ効果か得られる。

圧延ひずみ速度； 上記圧延において安定な下部組織を形成するためには、
温間加工時の加工のひすみ速度が重要で、圧延速度が早
いとひずみ速度が大きくなり、転位が集積して圧延割れ
が生じ易くなる。また、ひずみ速度か遅いと析出物が凝
集化し過ぎて、転位の回復が早くなり、安定な下部組織
が形成されにくい。また、生産性が悪いなどの問題があ
る。適正な圧延速度は相当ひずみ速度に換算して、１０
ｓ１以下がよい。なお、下限は０．１ｓ−１程度とする
。

［実施例］ Ａｌ−２，５２％Ｌ　ｉ　−１，２６％Ｃｕ−０，７２
％Ｍｇ−０，１２％Ｚｒ−０，０５％Ｔｉ合金をアルゴ
ンガス雰囲気中で溶解鋳造後、均質化熱処理を行った。

２５ｍｍ厚さで制御圧延を開始し、最終２ｍｍ厚とした
。制御圧延の製造条件と超塑性伸びの関係を第１表に示
す。超塑性伸びは、異方性を調べるために、圧延方向と
圧延直角方向について４１す定した。圧延は１〜３パス
毎に圧延開始温度に再加熱し圧延した。

表中の評価は、超塑性伸びは５００℃５，６Ｘ１０’　
ｓ−’の初期ひずみ速度で調べ、３００％以上を○、異
方性は圧延方向の伸びの圧延直角方向の伸びに対する比
か２以内をＯとした。

［発明の効果］ 本発明の製造方法によれば、以下のような効果が得られ
る。

（１）本発明の方法により製造されたＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ
　−Ｍ　ｇ合金板は、非再結晶組織を有しているので、
この組織状態から変形速度を従来の超塑性アルミニウム
合金板（例えば７４７５合金なと）よりも１桁大きくし
て、超塑性変形をさせることができる。

（２）本発明によれば制御圧延あるいは史に、急速加熱
による最終焼鈍を行うことで、鋳造時の組織をこわすと
ともに、鋳造時の粒界不純物を粒界から除去することが
できる。これによって、合金祠の超塑性特性を向上させ
ることかでき、航空機や車輌および自動車などの複雑な
形状の部品を容易に製造することかできる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｌｉ２．３〜３．０％、Ｃｕ１．０〜１．７％、
   Ｍｇ０．４〜１．０％、Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔ
   ｉ０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不可
   避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法で
   溶解、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において１〜５
   ０時間一段または多段の均質化処理を行い、その後２２
   ０〜３５０℃の温度で圧延し、該圧延時に下式で示す相
   当ひずみ速度が１０ｓ＾−＾１以下となるように調整し
   、圧延することを特徴とする異方性の少ないＡｌ− Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法。 式▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、Ｖ＿Ｒ＝ロール周速度（ｍ／ｓ） Ｒ′＝偏平後のロール半径（ｍ） ｈ＿０＝圧延前の板厚　（ｍ） ｒ＝圧下率
2. （２）Ｌｉ２．３〜３．０％、Ｃｕ１．０〜１．７％、
   Ｍｇ０．４〜１．０％、Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔ
   ｉ０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不可
   避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法で
   溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において１〜
   ５０時間一段または多段の均質化処理を行い、ついで２
   ２０〜３５０℃で１〜１５０時間の析出処理を行い、そ
   の後２２０〜３５０℃の温度で圧延し、該圧延時に下式
   に示す相当ひずみ速度が１０ｓ＾−＾１以下となるよう
   に調整し、圧延することを特徴とする異方性の少ないＡ
   ｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法。 式▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、Ｖ＿Ｒ＝ロール周速度（ｍ／ｓ） Ｒ′＝偏平後のロール半径（ｍ） ｈ＿０＝圧延前の板厚（ｍ） ｒ＝圧下率
3. （３）Ｌｉ２．３〜３．０％、Ｃｕ１．０〜１．７％、
   Ｍｇ０．４〜１．０％、Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔ
   ｉ０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不可
   避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法で
   溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において１〜
   ５０時間保持後、２２０〜３５０℃の温度まで冷却し、
   １〜１５０時間保持した後、該温度範囲で圧延し、該圧
   延時に下式で示した相当ひずみ速度が１０ｓ＾−＾１以
   下となるように調整し、圧延することを特徴とする異方
   性の少ないＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方
   法。 式▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、Ｖ＿Ｒ＝ロール周速度（ｍ／ｓ） Ｒ′＝偏平後のロール半径（ｍ） ｈ＿０＝圧延前の板厚（ｍ） ｒ＝圧下率
4. （４）Ｌｉ２．３〜３．０％、Ｃｕ１．０〜１．７％、
   Ｍｇ０．４〜１．０％、Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔ
   ｉ０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不可
   避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法で
   溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃で１〜５０時間の均
   質化処理を行い、その後再度４６０℃以上に加熱し、溶
   体化処理した後、２２０〜３５０℃で１〜１５０時間析
   出処理をし、その後さらに２２０〜３５０℃の温度で圧
   延し、該圧延時に下式で示す相当ひずみ速度が１０ｓ＾
   −＾１以下となるように調整し、圧延することを特徴と
   する異方性の少ないＡｌ−Ｌｉ− Ｃｕ−Ｍｇ系超塑性板の製造方法。 式▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、Ｖ＿Ｒ＝ロール周速度（ｍ／ｓ） Ｒ′＝扁平後のロール半径（ｍ） ｈ＿０＝圧延前の板厚（ｍ） ｒ＝圧下率