JPH01275743A - 強度および耐食性に優れたアルミニウム合金の熱処理方法 - 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〕 この発明は析出硬化型Ｍ合金の強度および耐食性を向上
させるための熱処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

析出硬化型Ｍ合金は宇宙航空用材料として広く用いられ
ている。これらの合金はその強度を向上させる手段とし
て、熱処理による析出硬化方法が採られている。この強
度を向上させるための熱処理はＪＩＳでＴ６処理として
規格化されている。

しかし、一般に塩化物を含む環境下で応力が負荷されて
いると応力腐食割れ（以下ＳＣＣと称す）を生じる危険
がある。

このため、耐ＳＣＣ性を向上させる手段として、従来か
らＴ　７３およびＴ７６　　処理等が用いられている。

しかしながら、これらの処理は過時効処理であるために
、耐ＳＣＣ性は向上させられるものの、強度が著しく低
下（最高強度に対して１０〜３０チ低下）してしまう欠
点がある。

このように、強度および耐ＳＣＣ性に優れた析出硬化型
のＭ合金を製造するには、耐ＳＣＣ性が向上し、且つ、
強度低下を起さない熱処理方法を開発する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＪＩＳ規格のＴ’７３およびＴ７６処理等は、耐ＳＣＣ
性を向上させるために２段時効を行なっている。

例えば、７０７５Ａ！合金の板材のＴ７３処理において
は第１段目時効が１０２〜１１３℃の温度によ９６〜８
時間、第２段目時効が１５７〜１６８℃の温度によ９２
４〜３０時間の熱処理が規定されている。また、他の析
出硬化型Ｍ合金系においても、適当な時間を設定して第
１段目１００〜１３０℃、第２段目１５０〜１９０℃の
温度により２段時効が行なわれ耐ＳＣＣ性の向上が計ら
れている。

これらの２段時効において、第１段目の時効では、Ｍｙ
Ｚｎ２からなる金属間化合物η′相を微細に析出させて
強度を向上させる。

しかし、このとき粒界部には耐食性の劣化した析出相が
微細、緻密に析出するために、粒界ＳＣＣを生じる。こ
のため、第２段目の高温時効によって粒界部の析出相を
凝集させ、耐粒界ＳＣＣ性を向上させる。

しかし、この第２段目の時効によって、粒内の微細分散
相であるη′相が粗大化して安定型のη相に変化し、ま
たは、一部のη′相が再固溶するために強度が低下して
しまう問題がある。

このように、従来の２段時効においては、耐ＳＣＣ性向
上のために強度が犠牲になるという問題があった。

また、従来の研究においては、前述の粒界、粒内析出物
の状態について十分な知見がなく、最適な熱処理方法の
確立が遅れていた。

従って、この発明の目的は、析出硬化型Ｍ合金の強度お
よび耐ＳＣＣ性のいずれをも向上させることができる熱
処理方法を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明者等は、透過電子顕微鏡を使用し、組織と熱処理
との関係を体系的に検討した。

その結果、時効処理を３段階とし、第２段目の時効によ
って固溶または粗大化したη′相を、さらに、第３段目
の時効によって再び微細分散させることにより、強度が
回復することを知見した。

この発明の方法は、上述の知見に基づいてなされたもの
であって、 Ｚｎ：３〜１５ｖｒｔ、％、 Ｍｆ　：　ｌ　〜６　ｗｔ、％、 下記からなる群から選んだ少なくとも１の元素、 Ｃｒ　Ｌ　Ｏ，１〜０．５　ｗｔ、　％、Ｚｒ　：　０
．１〜０．５　ｗｔ、％、Ｍｌｌ：０．２〜１．ｏｗｔ
、％、および残部：実質的にＡｌおよび不可避不純物、
からなるＭ合金を鋳造して鋳塊を調製し、次いで、前記
鋳塊または前記鋳塊を圧延して得られたＭ合金材に対し
て溶体化処理を施し、次いで、溶体化処理の施された鋳
塊またはＭ合金材に対し１００〜１３０℃の温度により
０．５〜３０時間第１段熱処理を施し、次いで、１５０
〜１９０℃の温度により０．５〜２０時間第２段熱処理
を施し、次いで、１００〜１３０℃の温度により０．５
〜３０時間第３段熱処理を施すことに特徴を有するもの
である。

次に、この発明において、Ｍ合金の化学成分組成範囲を
上述のように限定した理由について以下に述べる。

（１）　　Ｚｎ Ｚｎは強度を増加させるための最も重要な元素である。

しかしながら、Ｚｎの含有量が３ｗｔ、、％未満では所
望の強度が得られない。一方、Ｚｎの含有量が１５ｗｔ
、％を超えるとＳＣＣが発生しやすくなる。

従って、Ｚｎの含有量は３〜１５ｗ１．％の範囲に限定
すべきである。

（２）　　ＭＪＦ ＭｙはＺｎと同様に強度向上に重要な元素である。

しかしながら、Ｍ７の含有量が１ｖｔ、４未満では所望
の強度が得られない。一方、Ｍｌｌの含有量が６ｖｒｔ
、％を超えるとＳＣＣが発生しやすくなる。

従って、Ｍｙの含有量は１〜ａ　ｗｉ、％の範囲に限定
すべきである。

（３）　　Ｃｒ　、　Ｚｒ　、　Ｍｎ Ｃｒ、ＺｒおよびＭｎは、いずれも耐ＳＣＣ性を著しく
向上させる元素である。Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎは少なくとも
１種以上含有させることにより耐８ＣＣ性向上に効果が
ある。しかしながら、含有されたＣｒ。

Ｚｒ、Ｍｎの少なくとも１種の含有量が、Ｃｒ：０．１
ｗｔ、、４未満、Ｚｒ　：　０．１　ｗｔ、４未満、Ｍ
ｎ　：　０．２　ｗｔ、４未満では、所望の効果が得ら
れない。一方、含有されたＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎの少なくと
も１種の含有量が、ｃ　：　ｏ、　５ｗｔ、％超、Ｚｒ
　：　０．５　ｗｔ、％超、Ｍｎ：１．Ｏｗｔ、％超と
なっても、所望の効果は飽和しそれ以上の向上が見られ
ない。

従って、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ　の少なくとも１種の含有量
は、ＣｒがＯ，１〜０．５　ｖｒｔ、％、Ｚｒが０．１
〜０．５ｗｔ、％、Ｍｎが０．２〜１．　Ｏｗｔ、％の
範囲に限定すべきである。

なお、これらの合金の他にも、Ｔ１およびＣｕを少なく
とも１種以上含有させることができる。

Ｔ１は組織微細化に有効であり、Ｃｕは耐ＳＣＣ性の向
上に有効である。しかしながら、　Ｔｉの含有量が０．
２ｗｔ、％を超えても、および、Ｃｕの含有量が３　ｗ
ｔ、％を超えても所望の効果は飽和する。

従って、Ｔ１の含有量はｏ、ｚｗｔ、、％以下、Ｃｕの
含有量は３　ｗｔ、％以下が好ましい。

次に、この発明のＭ合金の熱処理方法について以下に述
べる。

この発明の範囲内の化学成分組成を有するＭ合金を鋳造
して鋳塊を調製する。

次いで、前述の鋳塊に対し、溶体化処理を施した後、３
段階に分けて時効処理を行なう。

溶体化処理条件は、４５０〜４９０℃の温度によ９０．
５〜２時間の範囲が好ましい。

なお、上述の溶体化処理を施す前段階において、前述の
鋳塊に対して４００〜４７０℃の温度によ９２〜３０時
間均質化処理を施し、さらに、４００〜４６０℃の温度
により圧下比３以上の熱間圧延を施してＭ合金材に調製
し、その後とのＭ合金材に対して前述の溶体化処理を施
せば、耐ＳＣＣ性および強度向上のためにより好ましい
。

３段時効の第１段目の熱処理は、η′相の析出硬化によ
って最高の強度を得ることを目的とする。

熱処理の温度が１００℃未満または熱処理の時間が０．
５時間未満では十分な強度は得られない。

一方、熱処理の温度が１３０℃超または熱処理の時間が
３０時間超となると、η′粒子の粗大化によって強度が
減少する。

従って、第１段目の熱処理の温度は１００〜１３０℃、
熱処理の時間は０．５〜３０時間の範囲に限定すべきで
ある。

第２段目の熱処理は、粒界析出相の凝集化により耐粒界
ＳＣＣ性を向上させることを目的とする。

熱処理の温度が１５０　’Ｃ未満または熱処理の時間が
０．５時間未満では耐ＳＣＣ性の向上が十分に得られな
い。一方、熱処理の温度が１９０℃超または熱処理の時
間が２０時間超となると、粒内析出相のη′相を粗大化
させ強度が著しく減少してしまう。

従って、第２段目の熱処理の温度は１５０〜１９０℃、
熱処理の時間は０，５〜２０時間の範囲に限定すべきで
ある。

第３段目の熱処理は、粒内析出相η′相を再度微細分散
させることによって強度を回復させることを目的とする
。

熱処理の温度が１００℃未満または熱処理の時間が０．
５時間未満では十分な強度の回復が達成できない。−万
、熱処理の温度が１３０℃超または熱処理の時間が３０
時間超となるとη′相を粗大化させ強度が再び減少する
。

従って、第３段目の熱処理の温度は１００〜１３０℃、
熱処理の時間は０．５〜３０時間の範囲に限定すべきで
ある。

なお、各段熱処理後においては、熱処理を施した鋳塊ま
たはＭ合金材は水冷によって急冷するか、または、前段
階の熱処理後、すぐに次の段階の熱処理を行なう。

〔発明の実施例〕

次に、この発明を実施例により説明する。

第１表に示す本発明の範囲内の成分組成を有する本発明
合金随１〜３０および本発明の範囲外の成分組成を有す
る比較合金随１３〜１８の各々を鋳造して鋳塊を調製し
、次いで、調製した鋳塊に対して４５０〜４９０℃の温
度により０．５〜２時間時間化処理を行ない鋳塊を調製
した。

次いで、調製した鋳塊の各々に対し、第１表に併せて示
す本発明の熱処理方法によって熱処理を行ない、本発明
の供試体随１〜３０および比較用供試体Ｎ１１１３〜１
８を調製した。

また、第１表に併せて示す本発明合金と同範囲の成分組
成を有する比較合金階１〜１２の各々を鋳造して鋳塊を
調製し、次いで、調製した鋳塊に対して４５０〜４９０
℃の温度により０．５〜２時間時間化処理を行ない鋳塊
を調製した。

次いで、調製した鋳塊の各々に対し、第１表に併せて示
す本発明外の熱処理方法によって熱処理を行ない、比較
用供試体Ｎａｌ〜１２を調製した。

これらの供試体の各々について、強度および耐食性試験
を実施して強度および耐食性を評価し、第１表に併せて
示した。

強度においては、各供試体からＭ６−１２０Ｌ　、平行
部Ｍ３−１４Ｌの丸棒試験片を採取し、これらの試験片
の各々に対して引張試験を行ない、引張強さ（Ｔ８　、
　Ｋｇｔ／ｍＡ　）を求めた。評価は強度５０ＫＬｉｔ
　／−未満のものを×で示した。

耐食性においては、ＪＩＳ−Ｈ８７１１の耐ＳＣＣ性試
験を行なった。具体的には、各供試体からＣ型試験片を
採取し、この試験片の各々に０．２％耐力の応力を負荷
し、次いで、３．５％ＮａＣＪ　溶液中に連続浸漬し、
１ケ月後に割れを判定した。評価は割れのないものを○
、割れの発生したものをＸとした。

第１表に示すように、第１段目の熱処理温度または時間
が本発明の範囲を外れて小さい比較用供試体−１および
２は、十分な強度が得られなかった。

第１段目の熱処理温度または時間が本発明の範囲を外れ
て大きい比較用供試体Ｎａ３および４は、十分な強度が
得られなかった。

第２段目の熱処理温度または時間が本発明の範囲を外れ
て小さい比較用供試体？＆Ｌ５および６は、粒界析出相
の凝集化が十分でなく耐ＳＣＣ性が悪かった。

第２段目の熱処理温度または時間が本発明の範囲を外れ
て大きい比較用供試体隆７および８は、強度が著しく減
少した。

第３段目の熱処理温度または時間が本発明の範囲を外れ
て小さい比較用供試体Ｎ１９および１０は、強度が十分
に回復しなかった。

第３段目の熱処理温度または時間が本発明の範囲を外れ
て大きい比較用供試体Ｎｌ１１１および１２は、十分な
強度が得られなかった。

ＺｎまたはＭｙの含有量が本発明の範囲を外れて低い比
較用供試体部１３および１４は、析出効果が十分でなく
強度が低かった。

ＺｎまたはＭＪＦの含有量が本発明の範囲を外れて高い
比較用供試体Ｎａ１５および１６は、耐ＳＣＣ性が悪か
った。

Ｃｒ　　の含有量が本発明の範囲を外れて低い比較用供
試体醜１７は、耐ＳＣＣ性が悪かった。

（Ｃｒ＋Ｚｒ＋Ｍｎ　）　　の含有量が０．１　ｗｔ、
％以上ではあるが、これらの各個別元素の含有量が本発
明の範囲を外れて低い比較用供試体隘１８は耐ＳＣＣ性
が悪かった。

これに対して、本発明の供試体随１〜３０は、いずれも
５０Ｋｆｆ／−以上の十分な強度を有し、しかも割れも
発生せず十分な耐ＳＣＣ性を有しており、強度および耐
食性に優れていることがわかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の方法によれば、従来の
Ｔ６処理によって得られるＭ合金と同等以上の強度を有
し、且つ、従来のＴフ処理によって得られるＭ合金と同
様の耐ＳＣＣ性を有するＭ合金を得ることができ、従来
の熱処理方法によって得られるＭ合金の有する欠点が完
全に除去され、強度および耐食性に優れたＭ合金が得ら
れる産業上有用な効果がもたらされる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｚｎ：３〜１５ｗｔ．％、 Ｍｇ：１〜６ｗｔ．％、 下記からなる群から選んだ少なくとも１の元素、 Ｃｒ：０．１〜０．５ｗｔ．％、 Ｚｒ：０．１〜０．５ｗｔ．％、 Ｍｎ：０．２〜１．０ｗｔ．％、および、 残部：実質的にＡｌおよび不可避不純物、 からなるＡｌ合金を鋳造して鋳塊を調製し、次いで、前
   記鋳塊または前記鋳塊を圧延して得られたＡｌ合金材に
   対して溶体化処理を施し、次いで、溶体化処理の施され
   た鋳塊またはＡｌ合金材に対し１００〜１３０℃の温度
   により０．５〜３０時間第１段熱処理を施し、次いで、 １５０〜１９０℃の温度により０．５〜２０時間第２段
   熱処理を施し、次いで、 １００〜１３０℃の温度により０．５〜３０時間第３段
   熱処理を施すことを特徴とする、強度および耐食性に優
   れたアルミニウム合金の熱処理方法。