JPH02104642A - 超塑性加工用アルミニウム合金板材の製造方法 - 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］ 本発明は超塑性加工が可能であるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃ
ｕ−Ｃｒ　（−Ｚｒ）系合金板材を製造する方法に関し
、さらに詳しくは結晶粒を微細にして超塑性加工性を付
与せしめたアルミニウム合金板材の製造方法に関するも
のである。

［従来の技術］ アルミニウム合金板材から複雑な形状の製品を成形加工
によって仕上げるには、部分的な形状にロールフォーミ
ングやプレス成形（板金加工）し、これを複数個組立て
、接合などを行う方法や、一体化加工が可能な超塑性成
形が取入れられている。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ができるため、部品の接合
部が少なく、軽量化が可能となり、また、組立工数も少
なく、製造コストの低減をもたらす方法である。このた
め超塑性加工が可能なアルミニウム合金材料が要求され
ている。

従来、アルミニウム合金材料の組織を微細化すると、高
温で超塑性加工性が得られることが知られている。高力
アルミニウム合金の結晶粒微細化の方法と」７ては、い
ろいろな方法が提案され実施されている。例えば、圧延
板を４８０℃で溶体化処理後、４００℃で８時間の過時
効水焼入れ、０．７５〜ｌｕＩｍの化合物を析出させて
２２０℃で温間圧延し、冷却後４８０℃に急熱し、再結
晶させて微細粒を得る方法（特公昭８１−６１６４）が
ある。また、圧延板を溶体化処理温度まで加熱後、０．
２℃／秒以下の冷却速度で冷却後６０％以上の冷間加工
を与え、最終急熱再結晶処理で微細粒を形成させる方法
（特公昭８１−５７３８５）が提案されている。

また、ＺｒをＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金に固溶限以上添加し
、窒素ガスアトマイズ粉をオスプレイ法で堆積して厚板
にし、以後加工熱処理を施し、４８０℃、ｌｈ焼きなま
ししたものは微細組織となり、５２０℃ｆＯ−’　ｓ−
’のオーダのひずみ速度で安定した超塑性を示すといわ
れている。

［発明が解決しようとする３題］ これらのいずれもが溶体化処理、過時効により生じたＣ
ｕＳＺｎＳＭｇなどの溶質原子から生じた析出粒子（約
０．７５μ１１）が温間加工あるいは室温加工で導入さ
れる転位とむすびついて、転位の移動や再配列を妨げる
作用をし、同時にそれが転位セルの形成、析出物上ある
いは近傍での再結晶核の生成と成長を助けて微細化が達
せられるいわれている。しかし、粒径を１２８℃以上に
することは難しく、超塑性変形において対数ひずみで約
１．２、約２３２９６以上の伸びでキャビティが著しく
成長、合体、連結して破断に至る過程をとり、超塑性加
工性の強度面での信頼性に問題を生ずる。

本発明の目的は、過時効後の焼入や温間圧延などを行う
必要がなく、結晶粒を微細にする方法を提供するにある
。

［課題を解決するための手段］ 一方、本発明者らは、従来から主として面心立方晶金属
を対象に、液体窒素を用いて極低温加工を施すと被加工
材中の転位密度は室温加工の場合より多くなり、１μ■
サイズの微細セル組織が形成されることを報告（例えば
、Ｐｒ０ｃ。

２０ｔｈ　Ｉｎｔｃｒｎ、Ｍ、Ｔ、Ｄ、Ｒ，Ｃｏｎｆ、
（１９７９）、２３９）してきた。この微細セル組織か
ら成程度の傾角をもつ微細組織を得ることができれば、
それが超塑性変形に有効に作用するのではないかと考え
、さらに検討を重ねた結果本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、 Ｃｒ　：　０．０５〜０．３５％またはＺ　ｒ　：　０
．０５〜０．２５％の１種または２ＦＩｔを含有する析
出硬化型アルミニウム合金を、常法にしたがって熱間加
工、温間加工あるいは冷間加工した後、４００〜４５０
℃に加熱保持し、次いで、炉冷（０，２℃／秒以下）し
、−５０℃以下の温度で７０％以上の加工度で圧延し、
４８０℃以上に急熱し、再結晶させることによって１２
μｍ以下の結晶粒組織を得る方法を第１の発明とし、第
２の発明は、Ｃｒ　：　０．０５〜０．３５％またはＺ
　ｒ　：　０．０５〜０，２５％の１種または２種を含
有する析出硬化型アルミニウム合金を、常法にしたがっ
て熱間加工、温間加工あるいは冷間加工した後、４００
〜４５０℃に加熱保持し、次いで、炉冷（０，２℃／秒
以下）し、−５０℃以下の温度で７０％以上の加工度で
圧延した後、１００〜２００℃に加熱後、−５０℃以下
でスキンパス圧延し、４８０℃以上に急熱し、再結晶さ
せて１２μ膳以下の結晶粒組織を得る方法である。

まず本発明に用いる析出硬化型アルミニウム合金はＺ　
ｎ　：　　５．１〜８．１％、Ｍｇ：　　Ｌ、８〜３．
４％、Ｃｕ　：　　１．２〜２．６％、Ｔｉ：０．２％
以下含むものであり、それに上記の如（Ｃｒ　Ｏ，０５
〜０．３５％またはＺ　ｒ　０．０５〜０．２５％の少
なくとも一方を含むものである。各成分組成の限定理由
は下記のとおりである。

Ｚｎ：５．１％未満は焼戻しによって高い強度が得られ
ず、８．１％を越えると応力腐食割れを発生しやすくな
る。

Ｍｇ：１．８％未満では焼戻しによって高い強度が得ら
れず、３．４％を越えると圧延加工性が悪く、また応力
腐食割れを発生しやすくなる。

Ｃｕ：１．２％未満では焼戻しによって高い強度が得ら
れず、２．６％を越えると圧延加工性が悪く靭性が低下
する。

Ｔ　ｉ　：　０．２０％以下の添加は鋳造組織の微細化
、鋳造時の鋳塊割れの防止に有効であるが、０．２０％
を越えると巨大な金属間化合物が晶出する。

Ｃｒ　：　０．０５〜０．３５％の添加で、結晶粒微細
化の効果があり、かつ応力腐食割れの防止に有効である
。０．０５％未満でこれらの効果がな（，０，３５％を
越えると巨大な金属間化合物が品出するので好ましくな
い。

Ｚ　ｒ　：　０．０５〜０．２５％の添加で、結晶粒微
細化の効果があり、かつ応力腐食割れの防止に有効であ
る。０．０５％未満の場合にはこれらの効果がなく　、
０．２５％を越えると巨大な金属間化合物が晶出するの
で好ましくない。

また、本発明における極低温圧延、急熱再結晶処理およ
び短時間加熱処理＋スキンバス圧延による作用は以下の
とおりである。

極低温圧延： 極低温圧延は加工歪を与えることで、再結晶を容品にす
る。加工度が７０％未満では１２μ厘より大きい結晶粒
径となる。水系合金の場合、再結晶粒の大きさは加工度
が大きいほど細かくなる。これは加工度が大きいほど強
加工を受ける領域が多くなり、また同時に転位密度も増
すため、溶質原子はより多くの転位上に析出しやすくな
り、転位の運動が妨げられ、したがって結晶成長も抑え
られ、再結晶粒は小さくなる。

極低温圧延後の急熱再結晶処理： 極低温圧延後再結晶させるために４８０℃以上に加熱す
る。４８０℃未満では再結晶しに＜＜、また転位上に析
出した溶質原子が凝集して化合物を形成しやすくなる。

それは溶質原子による転位の固着作用が少なくなるため
に、転位が動きやすくなり、再結晶粒も大きくなるため
と考えられる。４８０℃以上になると、加熱速度が速い
場合、溶質原子が凝集する前に再結晶が進行していくも
のと考えられる。もちろん、溶体化処理温度以上になれ
ば溶質原子は固溶する。

さらに５３０℃を越えると合金が溶けるために再結晶は
４８０〜５３０℃で実施することが必要である。

その際の加熱速度は１”Ｃ／ｓｅｅより遅い場合には、
結晶粒粗大化領域の４８０℃近傍をゆっぺり通過するた
めに結晶粒が１２μｍ以上となるが、加熱速度が１’Ｃ
／ｓｅｅ以上で速ければ速いほど結晶粒は微細になる。

短時間加熱処理＋スキンパス圧延： 極低温圧延後、１００〜２００℃、望ましくは１５０℃
で短時間の熱処理を行うことにより、微細なセル組織が
形成され、その後さらにスキンバス圧延で転位を導入し
て、急速再結晶させると１０μｍ程度の再結晶粒と２〜
４μｍの微細再結晶粒の混粒組織となる。このような混
粒組織は、高温でひずみ誘起結晶粒の成長が少なく、キ
ャビティも発生せず、優れた超塑性を示すこととなる。

［実施例］゛ 以下に、実施例を挙げ本発明を更に詳細に説明する。

Ａ　Ｉ　−５，４５％Ｚ　ｎ　−２，３４％Ｍ　ｇ　−
１，４％Ｃｕ−０６２％（ｒ−０，０５％Ｓ　ｉ　−０
，０９２％Ｆｅ−０，００９％Ｍ　ｎ　−０，０３９％
Ｔｉのアルミニウム合金の厚さ　４ｓ＋ｅの板を用い、
４００℃Ｘ　ｌｈｒの熱処理後、第１〜４図に示すよう
な熱加工プロセスで、厚さ０．９５ｓ■の板材を製造し
た。ここでＳＬ。

Ｆｅ％Ｍｎは結晶粒微細化に関係のない不純物、Ｔｉは
鋳塊の結晶粒を微細化のために添加されたものである。

超塑性特性をひずみ速度を制御できる高温引張試験機で
、その引張特性で調査した。この結果で最大流動応力の
小さいものは、成形加工において加圧力が小さくてすみ
、伸びの大きいほど、成形変形量が大きいことを示すも
のである。試験片の形状は変形部５１１１％平行部長さ
ｌｏａｍ＋とじた。高温引張試験試験は５１７℃でひず
み速度５Ｘ１０’ｓ″雷で行った。その結果を流動応力
と対数ひずみとの関係で示すと第５図のようになる。素
材加工工程における超塑性特性を比較すると、従来の室
温での圧延材Ｎｏ。

３．４に比べて、極低温圧延材Ｎ　ｏ、　１あるいは極
低温圧延とスキンバス圧延を行った材料Ｎｏ。

２は優れた超塑性特性（低流動応力、高延性）を示す。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法により極低温圧延を
行った材料は、従来の室温圧延材（単なる冷間圧延材）
に比べ、高温での超塑性変形１ミ伴う結晶粒の成長（ひ
ずみ誘起結晶粒成ｇｃ）は少なく、キャビティの発生も
少ない。この結果として、すぐれた超塑性特性（低流動
応力、高延性）を示し、複雑な形状の製品を数少ない工
程で製造することができる材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプロセス（実施例１）を説明する図、
第２図は本発明のプロセス（実施例２）を説明する図、
第３図は比較例１のプロセスを説明する図、第４図は比
較例２のプロセスを説明する図、第５図は流動応力とひ
ずみの関係に及ぼす圧延方法の影響を示す図。 特許出願人　住友軽金属工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ：０．０５〜０．３５％またはＺｒ：０．０
   ５〜０．２５％の１種または２種を含有する析出硬化型
   アルミニウム合金を、常法にしたがって熱間加工、温間
   加工あるいは冷間加工した後、４００〜４５０℃に加熱
   保持し、次いで、−５０℃以下の温度で７０％以上の加
   工度で圧延し、４８０℃以上に急熱し、再結晶させて１
   ２μｍ以下の結晶粒組織を得ることを特徴とする超塑性
   加工用アルミニウム合金板材の製造方法。
2. （２）Ｃｒ：０．０５〜０．３５％またはＺｒ：０．０
   ５〜０．２５％の１種または２種を含有する析出硬化型
   アルミニウム合金を常法にしたがって熱間加工、温間加
   工あるいは冷間加工した後、 ４００〜４５０℃に加熱保持し、次いで、−５０℃以下
   の温度で７０％以上の加工度で圧延した後、１００〜２
   ００℃に加熱後、−５０℃以下でスキンパス圧延し、４
   ８０℃以上に急熱し、再結晶させて１２μｍ以下の結晶
   粒組織を得ることを特徴とする超塑性加工用アルミニウ
   ム合金板材の製造方法。