JPH0344452A - 熱処理型アルミニウム合金部材の製造方法 - 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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、熱処理型アルミニウム合金を素材として、突
出部や陥入部あるいは貫通孔部などの特定形状部を有す
る複雑な形状の軽合金部材を製造するのに利用される熱
処理型アルミニウム合金部材の製造方法に関するもので
ある。 （従来の技術） 上記した熱処理型アルミニウム合金としては、例えば昭
和５８年４月２５日に丸善株式会社が発行した「増補版
　航空宇宙工学便覧」の第５１４頁に記載されているよ
うに、ＡＭ−Ｃｕ−Ｍｇ系（ＪＩＳ　　２０００系）、
Ａ文−Ｍｇ−３ｔ系（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　６０００系）、Ａ
ｆＬ−Ｚｎ−Ｍｇ系（ＪＩＳ　　７０００系）などのも
のがある。 従来、上記のような複雑な形状を有する熱処理型アルミ
ニウム合金部材を製造するに際しては、上記熱処理型ア
ルミニウム合金からなる鋳造材を鍛造加工により矩形状
の中間粗材に成形し、次いで前記矩形状の中間粗材に対
して溶体化処理を施し、続いて前記溶体化処理後の残留
応力を除去するために、前記矩形状の中間粗材に対して
、一方向、例えば厚さ方向の冷間圧縮を行ったあと、時
効処理を施し、さらに前記時効処理後の中間粗材に対し
切削加工を行うことによって、突出部や陥入部あるいは
貫通孔部などの特定形状部を有する複雑な形状のアルミ
ニウム合金部材を得るようにしていた。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の熱処理型アルミニウム
合金部材の製造方法にあっては、鍛造加工によって成形
する矩形状の中間粗材は、のちに切削除去される陥入部
や余肉部分をも含んだ厚肉ブロック状に成形されており
、この状態で溶体化処理されるため、溶体化処理時にお
いて前記矩形状中間粗材の厚さがかなり大きくなってい
ることから、溶体化処理の効果が十分でなく、高強度。 高靭性のものを得ることが困難であると共に、溶体化処
理後の冷間圧縮は一方向のみから行っていたため、冷間
圧縮後に比較的大きな残留応力が存在することとなるの
で、引張強さや耐力などの機械的性質に劣るものになっ
ていると同時に機械的性質に方向性を生じやすいものに
なっているという課題があった。 （発明の目的） 本発明は、上記のような課題に着目してなされたもので
、溶体化処理による熱処理効果を高めると共に、溶体化
処理によって発生する残留応力の除去効果を十分なもの
とすることによって、突出部や陥入部あるいは貫通孔部
などの特定形状部を有する複雑な形状の熱処理型アルミ
ニウム合金部材の強度および靭性を改善することができ
る熱処理型アルミニウム合金部材の製造方法を提供する
ことを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係る熱処理型アルミニウム合金部材の製造方法
は、熱処理型アルミニウム合金よりなる鋳造材に対し、
鍛造加工などの塑性加工と切削加工を行うことによって
、もしくは鍛造加工などの塑性加工のみを行うことによ
って、突出部や陥入部あるいは貫通孔部などの特定形状
部を有する中間粗材となし、前記中間粗材に対して溶体
化処理を施したのち、当該溶体化処理後の中間粗材に対
して圧縮歪が１．５〜５．０％となる冷間圧縮を一方向
に行い次いで圧縮歪が１．５〜５．０％となる冷間圧縮
を前記一方向に対し直交する他の方向に行う少なくとも
２軸方向の冷間圧縮を行い、その後時効処理を施し、必
要な仕上げ加工を行うことによって、突出部や陥入部あ
るいは貫通孔部などの特定形状部を有する部材を得る構
成としたものであり、このような熱処理型アルミニウム
合金部材の製造方法における上記構成を前記課題を解決
するための手段としたことを特徴としている。 以下に、本発明に係る熱処理型アルミニウム合金部材の
製造方法の実施態様を説明する。 本発明において適用される熱処理型アルミニウム合金に
は、前述のように例えば、ＪＡＳ２０１４．２０１７．
２０２４に代表される２０００系、６’０６１に代表さ
れる６０００系。 ７ＮＯ１，７０７５に代表される７ｏｏｏ系等があるが
、これらＪＩＳに制定されたものだけに限定されないこ
とはいうまでもないところであり、Ａ！；Ｌ、Ｓｎｎ等
位α安定型元素Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ等のβ安定型元素などを
適宜添加ないしは増減したものが用いられる。 このような熱処理型アルミニウム合金を素材とするアル
ミニウム部材を本発明に基いて製造するに際しては、ま
ず、前記熱処理型アルミニウム合金よりなる鋳造材に対
し、鍛造加工などの塑性加工を行うことにより、もしく
は鍛造加工などの塑性加工と切削加工とを行うことによ
り、第１図に例示するような中間粗材１を成形する。前
記中間粗材１は４ケ所の突出部２ａ、２ａ、２ａ。 ２ａ、１ケ所の陥入部２ｂおよび２ケ所の貫通孔部２ｃ
、２ｃからなる特定形状部２を右する複雑な形状をなす
ものとなっている。なお、前記中間粗材１の形状によっ
ては、鍛造加工などの塑性加工のみならず切削加工を併
用することによって、前記中間粗材１の突出部２ａ、陥
入部２ｂ、貫通孔部２Ｃなどの特定形状部２を設けるこ
とも可能である。 次に、前記中間粗材１に対して溶体化処理を施す、この
溶体化処理は、例えば２０２４−Ｔａ２材においては４
９０〜５００℃で溶体化処理した後水冷する条件、６０
６１−Ｔａ２材においては５１５〜５５０℃で溶体化処
理した後水冷する条件、７０７５−Ｔａ２材においては
４６０〜５００°Ｃで溶体化処理した後水冷する条件で
行う。 次に、溶体化処理後の前記中間粗材１に対して、前記溶
体化処理による残留応力を除去するために、圧縮歪が１
．５〜５．０％となる冷間圧縮を一方向に行い次いで圧
縮歪が１．５〜５．０％となる冷間圧縮を前記一方向に
対し直交する他の方向に行う少なくとも２軸方向、例え
ば第１図に示すようなＸ方向およびＹ方向の２軸方向か
らの冷間圧縮をそれぞれに規制された圧縮歪の範囲内で
行う、この時の冷間圧縮の際の順序および方向は特に限
定されず、互いに直交する３軸のうち、加工しやすい少
なくとも２軸方向を選択すればよく、さらには必要とあ
れば４回以上繰り返し行ってもよい。 本発明において、溶体化処理後の中間粗材１に対して少
なくとも２軸方向に冷間圧縮するのは、当該中間粗材１
の形状が複雑であるため、１軸方向のみでは冷間圧縮に
よる残留応力の除去効果が期待できない領域があること
によるものであり、２軸方向に冷間圧縮したときに残留
応力が減少することについて第６図、第７図および第８
図により説明する。 第６図は板厚４０ｍｍの無限平板２０を部分的に示すも
のであって、圧縮方向をＺ、板厚方向をＹ、これら二方
向に対し相互に直交する板面方向をＸとして示している
。 第７図は第６図に示した平板２０に対し、４７０℃に加
熱したあと２０℃の水中に水焼入れする溶体化処理を施
したのち、Ｘ方向に圧縮した時（外力負荷状態の時）の
圧縮歪に対する内部応力の変化を以下に示す弾塑性の基
礎式に基いて計算した結果を示すものであり、圧縮方向
（Ｘ方向）の内部応力をσ　、板厚方向（Ｙ方向）の内
部応力をσ　、板面方向（Ｘ方向）の内部応力をσ　で
示しである。 （１）力の釣合い式 （ただし、Ｊはせん順応力である。 ） （２）歪の適合条件式 （ただし、υはポアソン比である。） 第７図より明らかなように、Ｘ方向の内部応力σ　は、
圧縮歪が１．５％以上で表面および中心とも同じような
応力レベルとなり、Ｙ方向の内部応力σ　およびＸ方向
の内部応力σ　は、圧縮歪ｘ が１．５％以上でＯに収束する。なお、この解析結果は
、板厚４０ｍｍの無限平板２０を対象としたちのである
ので、溶体化処理後においてもＹ方向の内部応力σ　は
０となっているが実際の有限（所定）寸法を有する平板
の場合には溶体化処理後においてＹ方向にも内部応力σ
　が存在する。 したがって、圧縮方向（Ｘ方向）と直交する板厚方向（
Ｙ方向）および板面方向（Ｘ方向）の応力分布は圧縮歪
が１．５％以上でＯに収束するものとなっていることか
ら、このＺ方向からの冷間圧縮後板厚方向（Ｙ方向）ま
たは／および板面方向（Ｘ方向）より冷間圧縮するｚ軸
方向以上の冷間圧縮を行うことによって内部応力（σ　
、σ　、σ　）は圧縮歪が１．５％以上でｚ　　　　　
ｙ　　　　　ｘ Ｏに向けて収束することとなる。 第８図は第７図のＺ方向に冷間圧縮を行った際の圧縮歪
による内部応力の変化を示す状態から前記Ｚ方向の冷間
圧縮力を解放した後の状態を示すものであって、冷間圧
縮力を解放した状態が最終の残留応力状態となり、例え
ば圧縮歪が２．０％の冷間圧縮を行った場合の残留応力
分布は第８図に例示するごとくになり、残留応力は著し
く小さなものとなる。 したがって、本発明においては、冷間圧縮を行う際の圧
縮歪は前述したように内部応力がＯに向かって収束する
ことが可能となる１、５％以上とした。しかし、圧縮歪
が大きすぎると中間粗材１に対する負荷が過大なものと
なるので、５．０％以下に限定した。 次いで、冷間圧縮を行った中間粗材１に対して時効処理
を施し、その後、必要に応じて前記中間粗材１の表面に
切削加工や研磨加工などの仕上げ加工を行うことによっ
て、特定形状部２を有する所定の寸法に仕上げ、突出部
２ａ、陥入部２ｂ。 貫通孔部２Ｃなどの特定形状部２を右する熱処理型アル
ミニウム合金部材を得る。なお、前記時効処理は、例え
ば、２０２４−７６２材においては１８５〜１９５℃で
約９時間、６０６１−Ｔ６２材においては１５５〜１６
５℃で約１８時間。 ７０７５−Ｔ６２材においては１１５〜１２５℃で約２
４時間以上の条件で行うようにすることができる。 （発明の作用） 本発明においては、溶体化処理前に、鋳造材に対し、鍛
造加工などの塑性加工を行うことによって、あるいは鍛
造加工などの塑性加工と切削加工とを行うことによって
、突出部や陥入部あるいは貫通孔部などの特定形状部を
有する最終製品形状に近似した中間粗材に底形したのち
溶体化処理を施し、その後の冷間圧縮を少なくとも２軸
方向で行うようにしているので、溶体化処理時には前記
中間粗材の肉厚が薄くなっていて、溶体化処理による熱
処理効果が十分なものとなり、かつまた溶体化処理によ
り発生する残留応力の除去効果が十分なものとなるため
、機械的性質に方向性を有しない高強度および高靭性を
備えた熱処理型アルミニウム合金部材となる。 （実施例） 熱処理型アルミニウム合金であるＪＩＳ　　７０７５−
Ｔ７３５２材からなる鋳造材に対して、塑性加工として
鍛造加工を行うことにより、第２図に示すように、３ケ
所の陥入部４ａ　、　４ｂ　。 ４Ｃおよび１ケ所の貫通孔部４ｄからなる特定形状部４
を備えた、長さＬ２＝６８０ｍｍ、幅Ｗ２＝６６０ｍｍ
、高さＨ２＝２８５ｍｍの中間粗材３を作成した。 次いで前記中間粗材３に対し、第３図に示すように、４
６８℃に加熱して６時間保持した後水冷する溶体化処理
を施した。 続いて、前記溶体化処理後の中間粗材３の残留応力を除
去するために、あらかじめ調べておいた第５図に示す７
０７５材の圧縮荷重と圧縮歪との関係、すなわち、第５
図の直線部分において、 Ｆｓ　　［２４，９＋３．８δｌＸ５ （ただし、Ｆはプレス荷重（ｋｇｆ）、δは圧縮歪（％
）、Ｓはプレス断面積（ｍｍ２）、定数の単位はｋｇｆ
／ｍｍ２である。） で表わされる関係に従って、前記溶体化処理後の中間粗
材３に対し、まず、第２図中においてＺ方向の冷間圧縮
を約６７７ＯＮの圧縮荷重により行って約２．５％の圧
縮歪が付与されるようにし、続いて、同じく第２図中に
おいてＹ方向の冷間圧縮を同じく約６７ＴＯＮの圧縮荷
重により行って約２．５％の圧縮歪が付与されるように
して、Ｚ方向およびＹ方向の２軸方向からの冷間圧縮を
行った。 次いで、前記冷間圧縮後の中間粗材３に対して、同じく
第３図に示すように、１０８℃で７時間および１６５℃
で７時間の２段時効処理を施した後、仕上げ加工（切削
加工）を施すことによって、陥入部４ａ、４ｂ、４ｃお
よび貫通孔部４ｄからなる特定形状部４を有する熱処理
型アルミニウム合金部材を得た。 このとき、中間粗材３の底面中央部近傍における各熱処
理段階での残留応力を測定したところ、第１表に示すと
おりであった。 第　　１　　表 また、このようにして得た実施例の熱処理型アルミニウ
ム合金部材の各方向における引張試験特性を評価したと
ころ、第２表の実施例の欄に示す結果であった。 （比較例） 前記実施例と同じく熱処理型アルミニウム合金であるＪ
ＩＳ　　７０７５−Ｔ７３５２材からなる鋳造材に対し
て鍛造加工を行うことにより、第４図に示すように、長
さＬ４＝６８０ｍｍ、幅ｗ４＝６６０ｍｍ、高さＨ４＝
３１０ｍｍの矩形ブロック状の中間粗材１°０を作成し
た。 続いて、前記ブロック状の中間粗材１ｏに対して、前記
実施例と同じく第３図に示すように、４６８℃に加熱し
て６時間保持した後水冷する溶体化処理を施した。 次に、溶体化処理後の前記ブロック状の中間粗材１０に
対し、第４図中においてＺ方向のみの冷間圧縮を約６７
ＴＯＮの圧縮荷重により行って約２．５％の圧縮歪が付
与されるようにした。 次いで、前記実施例と同様に同じく第３図に示すように
、１０８℃×７時間および１６５℃×７時間の２段時効
処理を施した後、当該ブロック状中間粗材１０に対し切
削加工を施すことによって、第２図に示した前記実施例
と同一形状、同一寸法の陥入部（４ａ　、４ｂ　、４ｃ
）および貫通孔部（４ｄ）からなる特定形状部４を有す
る熱処理型アルミニウム合金部材を得た。 そして、このようにして得た比較例の熱処理型アルミニ
ウム合金部材の各方向における引張試験特性を評価した
ところ、同じ〈第２表の比較例の欄に示す結果であった
。 第１表および第２表に示した結果より明らかなように、
本発明実施例の場合には、２段時効処理後に残留応力が
ほとんど除去されていると共に、耐力（ｙ　、　ｓ）お
よび引張強さ（Ｔ、Ｓ）のいずれにおいても比較例の場
合に比べてより優れた値を示しかつまた方向による耐力
および引張強さのばらつきも著しく小さなものとなって
おり、破断伸び（Ｅ　ｕ）についても良好な値を示して
いて、溶体化処理および残留応力除去の効果が十分に得
られていることが認められた。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明に係る熱処理型アルミニウ
ム合金部材の製造方法では、熱処理型アルミニウム合金
よりなる鋳造材に対し、鍛造加工などの塑性加工と切削
加工を行うことによって、もしくは鍛造加工などの塑性
加工のみを行うことによって、突出部や陥入部あるいは
貫通孔部などの特定形状部を有する中間粗材となし、前
記中間粗材に対して溶体化処理を施したのち、当該溶体
化処理後の中間粗材に対して圧縮歪が１．５〜５．０％
となる冷間圧縮を一方向に行い次いで圧縮歪が１．５〜
５．０％となる冷間圧縮を前記一方向に対し直交する他
の方向に行う少なくとも２軸方向の冷間圧縮を行ない、
その後時効処理を施すことによって、突出部や陥入部あ
るいは貫通孔部などの特定形状部を有する部材を得る構
成としたものであるから、溶体化処理時の肉厚が薄くな
り、溶体化処理による熱処理効果が十分なものとなると
共に、残留応力の除去効果が十分なものとなり、優れた
強度および靭性を備えた熱処理型アルミニウム合金部材
を得ることが可能でｂって、アルミニウム合金部材の残
留応力の低減および耐応力腐食割れ性の向上をはかるこ
とができるという著しく優れた効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理型アルミニウム合金部材の
製造方法に用いる熱処理前の中間粗材の一形状例を示す
斜視図、第２図は本発明の実施例に用いた熱処理前の中
間粗材の形状を示す斜視図、ｔ５３図は本発明の実施例
および比較例において適用した熱処理条件を示す説明図
、第４図は比較例に用いた熱処理前の中間粗材の形状を
示す斜視図、第５図は７０７５材における圧縮荷重と圧
縮歪との関係を調べた結果を例示するグラフ、第６図お
よび第７図は２軸方向に冷間圧縮したときに残留応力が
減少することを説明するために用いた各々平板の斜面説
明図および応力と圧縮歪との関係を例示するグラフ、第
８図は冷間圧縮応力を解放した後の残留応力分布を例示
するグラフである。 １．３・・・中間粗材、２，４・・・特定形状部、２ａ
・・・突出部、２ｂ、４ａ、４ｂ、４ｃｍ・・陥入部、
２ｃ、４ｄ・・・貫通孔部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）突出部や陥入部あるいは貫通孔部などの特定形状
   部を有する熱処理型アルミニウム合金部材を製造するに
   際し、熱処理型アルミニウム合金よりなる鋳造材に対し
   、塑性加工と切削加工を行うことによって、もしくは塑
   性加工のみを行うことによって、突出部や陥入部あるい
   は貫通孔部などの特定形状部を有する中間粗材となし、
   前記中間粗材に対して溶体化処理を施したのち、当該溶
   体化処理後の中間粗材に対して圧縮歪が１．５〜５．０
   ％となる冷間圧縮を一方向に行い次いで圧縮歪が１．５
   〜５．０％となる冷間圧縮を前記一方向に対し直交する
   他の方向に行う少なくとも２軸方向の冷間圧縮を行い、
   その後時効処理を施すことによって、突出部や陥入部あ
   るいは貫通孔部などの特定形状部を有する部材を得るこ
   とを特徴とする熱処理型アルミニウム合金部材の製造方
   法。