JPH02290952A - 構造用Ａｌ―Ｃｕ―Ｍｇ―Ｌｉ系アルミニウム合金材料の製造方法 - 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］ 本発明は溶体化処理に続く焼入れ（冷却）を空冷又は強
制空冷によっても固溶した元素が析出せず、その後の人
工時効処理した後に高強度（　５０ｋｇｆ’／ａ＋Ｉ１
２以上）が得られる構造用アルミニウム合金材料の製造
方法に関するものである。

ここにいう焼入とは、アルミニウム合金中のＣ　ｕ　ｓ
　Ｌ　ｉなどが５００℃以上の加熱により、マトリック
ス中に溶け込ます溶体化処理をした後、水冷のような急
冷をすることにより、溶けこんだ元素を析出させないこ
とであり、ここにいう焼入性とは、溶体化処理した後の
冷却速度が小さくとも（例えば空冷によっても）溶けこ
んだ元素を析出させない、ことである。溶けこんだ元素
が多いほど、人工時効処理で高い強度が得られる。

［従来の技術コ 従来公知のアルミニウム合金には、ＪＩＳ　Ａ２０２４
、Ａ　７０７５合金のように、溶体化処理後の焼入れに
際して、水冷のような大きな冷却速度で焼入れしないと
、時効処理後に十分な強度が得られない、いわゆる焼入
性の悪い合金と、ＪＩＳＡ　６０６３、Ａ　７００３、
７ＮＯ１合金のように、空冷程度の冷却速度でも４０ｋ
ｇｆ’／Ｉｌｍ　２以下の引張強さが得られる、いわゆ
る焼入性のよい合金がある。

従来、５０ｋｇｆ／■２以上の引張強さを得ようとすれ
ば、溶体化処理、焼入、時効という過程を経る時効硬化
型のアルミニウム合金、いわゆる焼入性の悪い合金が用
いられていた。

すなわち、構造用アルミニウム合金材料は、一般に時効
・析出型の合金が用いられ、板や棒などの製品形状とし
た後、溶体化処理、焼入れ、人工時効という熱処理を施
し、これにより合金中に微細な金属間化合物を析出させ
、大きな強度を得るものである。

このような合金としてはＡ　ｌ−Ｌ　ｉ合金の結晶粒形
状を冷間加工で制御することにより、延性及び靭性を改
善しようとするもの（特開昭６１２３７５１号公報）　
、Ａ　Ｉ−Ｌ　ｉ　−Ｍｇ−Ｃｕ系の合金で、溶体化処
理後水冷により急冷し、１７０℃で時効処理するもの（
特開昭５８−　１５７９４２号公報）　　Ａｌ−ＬｉＳ
Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｌｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の合金で
、電気抵抗値及び引張強度を高めた合金（特開昭５９−
　１１８８４８号公報）　、Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｚｒ系
の合金で、溶体化処理後衝風空冷等（実施例は水冷）で
冷却し、過時効処理した後冷間加工するもの（特開昭Ｂ
Ｏ−　２８４４号公報）　、Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系
の合金で、均質化、溶体化、焼入れ及び焼戻しを行う工
程において、均質化と溶体化との処理時間を焼入れ後の
金属間化合物の寸法がＯ〜５μ■となるように長時間行
うもの（特開昭８０−　２１５７３５号公報）　、Ａ　
Ｉ　　Ｌ　ｉＣ　ｕ一Ｍ　ｇ　−　Ｚ　ｒ　−　Ｍ　ｎ
　−　Ｚ　ｎ系の合金で、溶体化処理後に１００’　Ｆ
／ｓで冷却し、冷間加工を行った後、時効処理すること
によって、破壊靭性を向上させたもの（特開昭８０−　
２２１５４３号公報）等が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように従来の構造用アルミニウム合金材料は、溶
体化処理温度から水冷のような太きな冷却速度で焼入れ
しないと、大きな化合物が析出し、十分な強度が得られ
ない、という欠点がある。又、大きな冷却速度で冷却す
ると材料にひずみが発生し、矯正などの工程が必要とな
るという欠点があった。

そこで本発明は溶体化処理後の冷却速度が小さくとも（
１〜５℃／ｓ）十分元素を固溶させ、その後の人工時効
処理で高強度（　５０ｋｇｆ’／■２以上）の得られる
アルミニウム合金材料の製造方法を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による合金は、前記目的を達成するために下記の
とおりに構成される。すなわち、Ｃ　ｕ　：　　０．５
　〜３．５％、Ｍｇ　：　　０．５　〜４．０％及びＬ
　ｉ　：　　２．０　〜４．０％を含有し、更にＺｒＯ
．０５〜０．３０％、Ｃ　ｒ　Ｏ．０５　〜０．３０％
、Ｍ　ｎ　０．０５　〜１．０％、Ｖ　Ｏ．０５〜０．
３０％のうちの１種又は２種以上を含存し、残部はＡ１
と不可避的不純物とからなるアルミニウム合金を、溶解
、鋳造をＡｒ雰囲気中で行い、均質化処理及び塑性加工
を通常の方法で行った後、５００℃以上で溶体化処理し
た後、１〜５℃／秒の冷却速度で冷却した後、人工時効
処理することにより、析出物の平均粒子径を１００ｎｍ
以下としたことを特徴とする焼入性に優れた構造用Ａ　
Ｉ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｌ　ｉ系アルミニウム合金材料の製造
方法である。

［作　用］ 本発明による成分組成の意義と限定理由は、以下のとお
りである。

Ｃｕ： Ｃｕは合金材料の強度向上に効果がある。この効果は０
．５％未満では少なく、又、３．５％を超えると加熱後
の冷却時に粒・界に粗大な板状のＴ１相（Ａ１２ＣｕＬ
ｉ）やＴ２相（Ａ　１　６ＬｉｚＣｕ）が析出しやすく
なり、時効処理後の強度が低下する。この上限は、Ｚ　
ｒ　ｓ　Ｃ　ｒ　ｓＭｎＳＶ等の遷移元素が含有される
と、Ｔ！相やＴ２相の析出が促進されるため、２。４％
以下が好ましい。

Ｍｇ： Ｍ　ｇはＣｕと同様、合金材料の強度向上に効果がある
。この効果は０．５％より少ないと得られず、４．０％
より多いと圧延加工時に熱間脆性が発生し、熱間加工が
困難となる。

Ｌｉ； ＬｉはＣｕと同じく合金の強度向上に効果がある。Ｌｉ
の含有により準安定相δ゛が析出し、強度向上に貢献す
る。この準安定相が容易には安定相にならず、又、Ｃｕ
系析出物の粗大化を阻止するため、溶体化処理後の冷却
速度が小さくとも、時効処理後高い引張強さが得られる
という効果がある。この効果は、Ｌｉ含有量が少ないと
得られない。又、４．０％より多いと安定相δ（ＡｌＬ
ｉ）が析出しやすくなり、強度が低下し、伸びや靭性も
著しく低下する。

Ｚｒ　％　Ｃ　ｒ、Ｍｎ，Ｖ： Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｎ％Ｖは均質化処理時に微細な（　０．
０５〜０．２μＩ１）金属間化合物として析出し、合金
材料の再結晶を抑制し、微細な結晶粒を作るとともに、
強度を向上させるために、単独もしくは複数で含有させ
ることがある。ただし、これらの含有元素を、その上限
値より多く含有させると、均質化処理がら製品に至るま
での加工熱処理により金属間化合物が多く形成され、溶
体化処理後空冷すると、これらの化合物のまわりに安定
相δが多く析出し、強度が低下する。

又、鋳造時に巨大な金属間化合物を晶出し、弓き続いて
行われる塑性加工において欠陥となる。

又、その下限値未満の場合には結晶粒微細化の効果が小
さい。

溶解、鋳造： 溶解、鋳造をＡｒ雰囲気中で行うのは、活性な金属であ
るＬｉを効率よく含有させるためである。

溶体化処理後の冷却： 溶体化処理後の冷却を空冷又は強制空冷で行うのは、冷
却時に発生するひずみを軽減させるためである。

更に応用例として、押出しのような熱間加工でも水冷せ
ずに空冷のままで焼きが入れられ（空冷のままでも析出
物の析出が起らず）、又、鍛造品や超塑性成形品に対し
、空冷でも焼きがはいりやすい（空冷のままでも析出物
の析出が起らない）ことから、大きな（焼入れ）歪みを
生ずることなく溶体化処理（析出硬化元素を完全に固溶
させる冷却）を可能とするものである。，［実施例コ 本発明にかかる合金の実施例を以下に示す。

実施例１ 第１表に示す合金をＡｒ雰囲気下において溶解、断面ｌ
５０ＩＩＩｌ×２００１ＩＩＩＩ１の鋳塊に鋳造した。

鋳塊の均質化処理をＡｒ　　１気圧中で５２０℃、８時
間行った後、鋳塊の長さ方向に３０＋ｅｍに切断し、３
０ｍｍを厚さとする試験鋳塊を得た。次に本鋳塊を４８
０℃に加熱し、厚さ　６ｌＩＩ＋１まで熱間圧延した。

これを３５０℃で軟化処理後、冷間圧延により厚さ　１
■の板を得た。得られた板を５２０℃のＡｒ中で４０分
間溶体化処理後、■水冷（　１０００”Ｃ／ｓ）、■強
制空冷（７℃／Ｓ）、■空冷（２℃／Ｓ）、■炉冷（ｔ
ｘｔｏ’℃／Ｓ）の条件で冷却した。カツコ内の数字は
、おおよその冷却速度を示す。この後、時効条件（１７
５℃Ｘ　２４ｈｒ）で人工時効を施し、引張特性を調査
した。

第１表 Ｓ　１　ｓ　Ｆ　ｅ　ＳＴ　Ｌ　ＳＢ　ｓ　Ｂ　ｅは焼
入性に関与しない不純物成分 試験結果を第２表に示す。発明例Ｎｏ．１〜７では、空
冷材の引張強さ　５０ｋｇ／ｍ＋ｎ　２以上が得られ、
又、空冷材でも水冷材に対する強度の低下率が９７％以
上得られ、焼入れ性（焼入れ感受性）がよい。

しかし、比較例のＮｏ．８では、Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ
のいずれも含有されていないので、空冷材の引張強さが
４９．５ｋｇ／ｍｍ２と５０ｋｇ／Ｉｌｍ２が得られな
かった。Ｎｏ．９、１０はＬｉ含有量が少ないため析出
物が粗大化しやすく、焼入性を低下させ、空冷材の引張
強さが２８．１及び３４．０ｋｇ／ＩＩｒａ２と大幅に
低下した。Ｎｏ．１１はＬｉ含有量が多いため、熱間加
工性が悪く、圧延ができなかった。又、Ｎ　ｏ．１２及
び１３のように、ＭｎＳＣｒの含有量が多いと、巨大な
金属間化合物が生成され、健全な製品が得られなかった
。Ｎｏ．ｌ４に焼入性の悪いアルミニウム合金の代表例
として７０７５合金を示した。本系合金は空冷材で析出
物が粗大化し、強度の低下が極めて大きい。

第２表 ［発明の効果］ 本発明合金材は溶体化後の焼入れが空冷程度の冷却速度
で冷却しても、時効処理後、十分な強度が得られるため
、製品にひずみを与えることなく製造することができる
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｕ：０．５〜３．５％（％は重量％以下同様）、Ｍｇ
   ：０．５〜４．０％及びＬｉ：２．０〜４．０％を含有
   し、更にＺｒ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５
   〜０．３０％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０
   ５〜０．３０％のうち１種又は２種以上を含有し、残部
   はＡｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金を
   、溶解、鋳造をＡｒ雰囲気中で行い、均質化処理及び塑
   性加工を通常の方法で行った後、５００℃以上で溶体化
   処理した後、１〜５℃／秒の冷却速度で冷却した後、人
   工時効処理することにより、析出物の平均粒子径を１０
   ０ｎｍ以下としたことを特徴とする構造用Ａｌ−Ｃｕ−
   Ｍｇ−Ｌｉ系アルミニウム合金材料の製造方法。