JPH04143064A

JPH04143064A - Ａｌ―Ｌｉ系合金製製品の製造方法

Info

Publication number: JPH04143064A
Application number: JP26474090A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sugioka; 杉岡　茂; Seiji Saikawa; 清二才川
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1992-05-18
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JP2996709B2

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、Ａｌ−Ｌｉ系合金を用いて製品を製造する
方法に関するものである。

（従来の技術）Ａｌ−Ｌｉ系合金は、軽量で比強度が大きい材料である
が、リチウムは化学的に活性な物質であるので金属間化
合物を形成しやすく、近時、展伸材として使用されつつ
ある。

これは、展伸材は一般に連続的に鋳造され、直ちに圧延
加工等の高度な後加工を行なって製品を製造するもので
あるため、リチウムの化学的に活性な性質が反映されに
くいためである。

しかし、かかるＡｌ−Ｌｉ系合金を用いての、鋳物製造
や、あるいはＡｌ−Ｌｉ系合金製ブロック体を加熱して
行なう、チクソキャスティング等の加圧成形による製造
は、リチウムの化学的に活性な性質の影響が大きいので
、これらの技術により製造される。

機械部品や部品用中間素材等としての製品は工業的に量
産されていないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、これらの鋳物の製造や加熱下での加圧成形の
場合には、鋳型や成形型により製品を個々に製造するも
のであるため、個々の鋳型等の熱的な環境条件にばらつ
きが存在するとともに、その後に圧延等の高度な後加工
が行なわれないので、リチウムの化学的な活性の影響が
強くなる。

そのため、かかる製品の製造においては、δ相（ＡＩＬ
ｉ）の析出等により製品に十分な強度を発揮させること
が一般的に困難とされているからである。

二の発明は、このような背景に基づいてなされたもので
、Ａｌ−Ｌｉ系合金による金属間化合物等の生成ム抑制
して、Ａｌ−Ｌｉ系合金製製品の強度を向上させ、Ａｌ
−Ｌｉ系合金による製品の工業的量産を可能とすること
を目的とするものである。

（課題を解決するための手段）この目的を達成するために、請求項１記載の発明は、４
％以下のリチウムを含有するＡｌ−Ｌｉ系合金を溶融し
、この溶湯を６３０℃〜７５０’Ｃの温度で、鋳型内に
注湯して鋳物からなる製品を形成し、この製品を４５０
℃〜５６０℃の温度で５時間〜６０時間保持させ、この
後常温に冷却するものである。

（作用）請求項１記載の発明によれば、４％以下のリチウムを含
有するＡｌ−Ｌｉ系合金を６３０℃〜７５０℃の温度で
、鋳型内に注湯して鋳物からなる製品を形成するので、
溶湯の流動性を確保するとともに、添加されたリチウム
が化合物を形成することが抑制され、合金中のリチウム
の含有量の減少と６相の形成とを軽減してＡｌ−Ｌｉ系
合金製製品を形成することができる。

また、このように形成された製品を４５０’Ｃ〜５６０
℃の温度で５時間〜６０時間保持させ、この後常温に冷
却するので、製品中に形成されたδ相を確実にα相内に
拡散固溶させることができ、製品の強度を損なうδ相を
一層軽減させることにより、強度の優れた製品を得るこ
とができる。

そして、これらの処置は、温度管理としてすることがで
きるので、そのまま工業的量産技術として用いることが
でき、強度の優れたＡｌ−Ｌｉ系合金製の製品を鋳物に
より工業的に量産することができる。

（実施例）以下、主に第１図に示す鋳物による製品の製造方法の実
施例を中心に説明する。

鋳物による製品の製造方法においては、まず、次のよう
にしてＡｌ−Ｌｉ系合金の溶製を行なう。

すなわち、リチウム以外の原料（後記、表、１参照）を
ガス溶解炉にて溶解し、脱酸、脱ガスを行い、鎮静させ
る。

この後、前記リチウム以外の溶解した原料を雰囲気制御
可能な真空鋳造機内のるつぼに移し、雰囲気をアルゴン
に置換する。

この雰囲気の置換の後、純リチウムをホスホライザーで
添加し、これによりＡｌ−Ｌｉ系合金の溶湯を得る。

この実施例において、このようにして溶製されるＡｌ−
Ｌｉ系合金の目標組成は、例えば表、１のようである。

表。

（重量％）このようにして得られた溶湯は、鋳造機の扉を開け、大
気中にてアルゴンガスで溶湯を脱ガス。

鎮静し、予め約４２３Ｋ　（１５０℃）に加熱保持して
おいたＹブロック金型に９８３に〜９９３Ｋ　（７１０
〜７２０℃）で注湯する。

この金型への注湯に際しては、金型内部に予めアルゴン
ガスを流しておき注湯時の溶湯の化学反応を抑制するこ
とが好ましい。

なお、溶湯の注湯温度は、Ａｌ−Ｌｉ系合金の成分組成
によって、９０３に〜１０２３Ｋ　（６３０℃〜７５０
℃）の範囲で適宜調整すればよい。

また、この実施例では鋳型として前記金型を用いたもの
であるが、次のような有機自硬性鋳型やシェル鋳型ある
いはロストワックス鋳型を用いてもよい。

すなわち、有機自硬性鋳型は、けい砂を主構成物質とし
、フェノール樹脂とポリイソシアネートとを主粘結剤と
したもので、トリエチルアミンガスを通気して硬化させ
たものである。

また、シェル鋳型は、けい砂を主構成物質とし、フェノ
ールレジンを主粘結剤として加熱硬化させたものである
。

さらに、ロストワックス鋳型は、ジルコン砂とジルコン
粉末とを主構成物質とし、エチルシリケートと水とを主
粘結剤として加熱焼成したものである。

このロストワックス鋳型は、所定の形状に形成した後、
その鋳型を４７３Ｋ　（２００℃）で１４．４ＫＳ（４
時間）加熱し、さらに９７３Ｋ　（７００℃）で１４．
４ＫＳ加熱し。

高温加熱焼成したものである。

これらの訪型を用いた鋳物による製品においても、前記
と概ね同様に以下の製造方法を実施することができる。

また、本願発明は、このような鋳物による製品に限らず
、次のように素材の加熱下での加圧成形により形成され
た製品をも対象とする。

すなわち、以下に述べる加圧成形技術は、チクソキャス
ティングといわれるもので、共晶合金を固−液相共存状
態まで加熱して素材自体に流動性を与えた上で成形金型
内にセットし、この素材を金型内で加圧成形するもので
あり、このチクソキャスティングによればある程度複雑
な形状の製品でも成形することが可能である。

このチクソキャスティングによる製品の製造は次のよう
に行なわれる。

予め用意されたＡｌ−Ｌｉ系合金の鋳塊（合金の成分組
成は前記表、１と同一である）から素材となる所要形状
のブロック体を切り出し、加熱炉にてアルゴンガス雰囲
気中で所定の温度に加熱する。

この例の場合、加熱炉にて加熱すべき所定の温度は８９
８に〜９０３Ｋ　（６２５℃〜６３０℃）であり、この
温度はこの合金の固相と液相とが共存状態の温度である
。

かかる温度にブロック体が均熱された後、このブロック
体を成形金型（本願の発明でいう成形型に該当する）内
にセットする。なお、この際、金型は５７３に〜５９３
Ｋ　（３００℃〜３２０℃）に加熱されている。

この後、金型内のブロック体上にポンチを下げてブロッ
ク体を加圧し、ブロック体の素材を金型内に形成されて
いる成形用凹部内に塑性流動させることによって、成形
凹部に形成された所要の形状の製品を得るものである。

なお、前記ポンチによる加圧力は、前記ブロック体が固
相と液相との共存状態であるので、小さくて済み、この
例の場合は７５０Ｋｇ／ｃ＋ｆ以下でよい。

Ａｌ−Ｌｉ系合金を用いて、かかるチクソキャスティン
グにより製品を製造する場合、前述のように素材として
のブロック体を加熱するので、リチウムの活性によりδ
相や酸化物等の生成のおそれがあしかし、かかるチクソ
キャスティングにおいては、前記のようにブロック体の
加熱温度が低く、また加熱時間が短いので、リチウムの
反応が鋳物による場合に比べて抑制され、前記δ相や素
材表面でのリチウム酸化物等の生成量が少ない利点があ
る。

これは、また高温のＡｌ−Ｌｉ合金の加工等の取り扱い
時に雰囲気として供給するアルゴンガス量の軽減やこれ
に伴う製造設備を筒素化することができることを意味す
るものでもある。

このように、チクソキャスティングにより成形されて製
造された製品も前記鋳物による製品と同様に次のような
熱処理が行なわれ、同様の効果を享有するものである。

すなわち、前記金型中で凝固した鋳物からなる製品ある
いは成形金型内で加圧成形された製品は、いずれも各金
型から脱型の後、加熱炉にて同様に第１の熱処理が行な
われるが、以下においては、鋳物による製品の場合とし
て説明を行なう。

この第１の熱処理は、例えば、８０３Ｋ　（５３０’Ｃ
ン温度で３６ＫＳ　（１（１時間）保持させるものであ
り、ＡＬＡ系合金のδ相をα相中に拡散固溶させるもの
ある。

したがって、この第１の熱処理の温度および時間は、Ａ
ｌ−Ｌｉ系合金の成分組成により、７２３に〜８３３Ｋ
　（４５０℃〜５８０℃）　テ１．８ＫＳ　〜２１６Ｋ
Ｓ　（５時間〜６ｏ時間）の範囲で調整すればよいこの第１の熱処理の後、鋳物を常温に冷却して鋳物Ｂを
得る。

また、この第１の熱処理の後、これに続いて第２の熱処
理を行い、その後、鋳物を常温に冷却して鋳物Ｃを得る
。

この第２の熱処理は、水冷することによって一旦常温と
した。第１の熱処理後の鋳物を、さらに２００℃の温度
で４時間保持させるものであり、この第２の熱処理によ
って鋳物を時効硬化させるものである。

なお、コノ第２の熱処理は、４３３Ｋ　−４８３Ｋ　（
１６０’Ｃ〜２１０℃）の範囲内の温度と４時間以上の
時間の範囲内で適宜調整することができる。

この第２の熱処理の温度が１６０’Ｃ未満の場合には、
この熱処理の効果を発揮させるのに必要な処理時間が長
期にわたり、工業的な量産技術として実用性が乏しく、
また２１０’Ｃを越える場合には、製品を均熱しにくく
製品のひずみゃ物性にばらつきを生じるおそれがあるか
らである。

このようにして得られた鋳物Ｅ、　　Ｃの引張強度およ
び伸びは、第２図に示す通りである。

すなわち、第２図において、Ａは比較例であって前記の
熱処理を行なわない場合を示し、Ｂは前記の第１の熱処
理のみを行なった場合、Ｃは前記第１および第２の熱処
理の双方ともに行なった場合である。

第２図から明らかなように、前記の熱処理を行なわなか
ったＡの場合は、引張強度が２７０ＭＰａと小さく、伸
びも５％と小さい。

これは、この鋳物については脆弱なδ相が若干存在して
おり、顕微鏡による金属組織やＸ線回折の結果から、こ
れがこの鋳物の機械的性質に影響していることが確認さ
れる。

一方、前記第１の熱処理のなされたＢの場合には、引張
強度が３７０ＭＰａと大きく、かつ、伸びも１６えと大
きく改善されている。

これは、前記第１の熱処理によって、鋳物中に生じてい
たδ相がα相中に拡散固溶され、金属組織中のδ相が実
質的に存在せず、Ａｌ−Ｌｉ系合金本来の機械的性質が
発揮されたからであると判断できる。

さらに、前記第１の熱処理と第２の熱処理とを行なった
Ｃの場合には、引張強度はさらに向上して４１０ＭＰａ
となるが、伸びは５％に低下している。

これは、第１の熱処理によって、脆弱なδ相を消失させ
たうえで、第２の熱処理によって時効硬化が行なわれ、
高弾性率となったからである。

このように、本願の鋳物による製品の製造方法によれば
、溶湯の流動性を確保しながら、添加されたリチウムが
化合物を形成することを抑制することによって、合金中
のリチウムの含有量の減少や脆弱なδ相の形成を軽減す
ることができる。

そのうえで、このように形成された鋳物を８０３にの温
度で３６ＫＳの時間保持させ、この後常温に冷却するの
で、Ａｌ−Ｌｉ系合金製鋳物中のδ相を確実にα相内に
拡散固溶させることができ、鋳物の強度を損なうδ相が
減少することにより、強度の優れた鋳物を得ることがで
きる。

さらに、第２の熱処理によって、δ相の消失した鋳物の
時効硬化が図られることにより、弾性率を高め、より一
層高い比強度とすることができる。

また、本願のチクソキャスティングによる製品の製造方
法によれば、チクソキャスティングに伴うブロック体の
加熱温度が低く、加熱時間が短いので、δ相や酸化物の
生成が少なく、組織的に良好な製品を得ることができ製
品強度を確保する上で有利である。

そして、二のチクソキャスティングによる製品の場合に
も、鋳物による製品の場合と同様に、前記第１の熱処理
および第２の熱処理による効果が得られるので、製品の
機械的性質がさらに良好となる。

以上説明した実施例は、前述の成分組成の合金によるも
のであるが、本願発明は以上説明したように、Ａｌ−Ｌ
ｉ系合金のδ相の存在を解消することを本質的課題とす
るものであるため、Ａｌ−Ｌｉ系合金に一般的に適用す
ることができ、したがって、Ａｔ−Ｌｌの２元系合金は
勿論のこと、つぎに述べる。　　ＡｌＬｉ−３ｉ系合金
であっても同様に適用することができる。

すなわち、本願の製造方法を適用することのできるＡｌ
−Ｌｉ−３ｉ系合金の一例は、次の表、２の成分組成か
らなるものである。

Ｃ以下　乍白ノ表。

一般に、Ａｌ−Ｌｉ系合金中にＣｕを多量に添加すると
、リチウムを多量に含有することができず、Ａｌ−Ｌｉ
系合金の特徴としての、軽量をある程度犠牲にすること
となる。また、Ａｌ−Ｌｉ系合金中にＣｕを多量に含有
している場合には、粒界腐食割れを生じるので耐食性の
面では十分ではない。

表、２に記載した成分組成からなる合金は、前記表、１
等のＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ系合金のＣｕにかえてＳｉを添加
し、これによってＣｕの添加量をきわめてわずかに抑制
したものである。

このような成分組成としたのは、各成分が次のような特
性を有するからである。

すなわち、この合金に含有されるＬｉ量が３．５％を越
え、あるいは１．５χ未満となる場合には合金の弓張強
度が低下する。

また、Ｃｕ量が０．２％を越えると、前述のように合金
の粒界腐食割れを生じ、耐食性が低下する。

ＳｉとＭｇとは合金の鋳造性と時効硬化能を両立させる
ために添加したもので、Ｓｌ量が５．０％を越える場合
には時効硬化能が低下し、１．５％未満の場合には鋳造
性が低下する。他方、Ｍｇ量が１．３χを越えると鋳造
性が低下し、０６５％未満の場合には時効硬化能が低下
する。

Ｚｒ量は合金の機械的性質に影響するもので、Ｚｒ量が
０．２５χを越えると、Ｚｒが鋳物の凝固後に初晶とし
て晶出し、機械的性質を低下させ、また、０．１５％未
満の場合には合金の結晶粒が粗大化することによって機
械的性質を低下させる。

かかる成分組成からなる。　　Ａｌ−Ｌｉ系合金は、Ｃ
ｕの添加量がきわめてわずかであるので、多量のリチウ
ムを添加することができ、粒界腐食割れを生じないので
、耐食性や機械的性質も良好である。

第３図において、実線は、リチウムの添加量による９合
金の機械的性質の一例としての引張強度の変化を示した
もので、Ｃｕが多量に添加された合金の場合（第３図中
、破線の曲線）と比べ°ると、この合金のリチウムの添
加量が多量であり、多量のリチウムを含有する合金の機
械的性質が優れていることは明かである。

そして、この合金を用いても、例えば、前記した鋳物の
製造方法によって、きわめて軽量で機械的性質も優れ、
かつ耐食性も良好な製品を工業的に量産することができ
る。

したがって、所要の形状に形成した鋳型あるいは成形金
型に、前記した各Ａｌ−Ｌｉ系合金を用いることにより
、各種の製品を軽量かつ高強度に工業的に量産すること
ができ、とくに軽量かつ高強度であることが重視される
。航空機用ハツチやドア等をその枠部まで一体に、鋳物
としであるいはチクソキャスティングにより製造するこ
とが可能となる。

（発明の効果）以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、４
％以下のリチウムを含有するＡｌ−Ｌｉ系合金を６３０
℃〜７５０℃の温度で、鋳型内に注湯して鋳物からなる
製品を形成するので、溶湯の流動性を確保するとともに
、添加されたリチウムが化合物を形成することが抑制さ
れ、合金中のリチウムの含有量の減少とδ相の形成とを
軽減してＡｌ−Ｌｉ系合金製製品を形成することができ
る。

また、このように形成された製品を４５０℃〜５６０℃
の温度で５時間〜６０時間保持させ、この後常温に冷却
するので、製品中に形成されたδ相を確実にα相内に拡
散固溶させることができ、製品の強度を損なうδ相を一
層軽減させることにより、強度の優れた製品を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明による鋳物の製造工程説明図、第２図
は鋳物の引張強度と伸びとを示すグラフ、第３図はＳｉ
を含有するＡｌ−Ｌｉ系合金のリチウム添加量と引張強
度との関係を示すグラフである。第Ｈ″２’。第図手続補正書（自発）特許庁長官　殿　　　　　　平成２年１１月１６日１、
事件の表示　　　　　　　　　　　　　二平成２年特許
願第２６４７４０号２、発明の名称Ａｌ−ＬＬ系合金製製品の製造方法３、補正をする者事件との関係　　　　出願人名称　旭チック株式会社４、代　理　人　　〒１３５電話０３−８２０−１８１
１住　所　東京都江東区門前仲町１−１４−３６゜補正の内容図面全図の浄書・別紙の通り（内容に変更なし）以

Claims

【特許請求の範囲】

（１）４％以下のリチウムを含有するＡｌ−Ｌｉ系合金
を溶融し、この溶湯を６３０℃〜７５０℃の温度で、鋳
型内に注湯して鋳物からなる製品を形成し、この製品を
４５０℃〜５６０℃の温度で５時間〜６０時間保持させ
、この後常温に冷却することを特徴とするＡｌ−Ｌｉ系
合金製製品の製造方法。
（２）４％以下のリチウムを含有するＡｌ−Ｌｉ系合金
からなる素材を、固相と液相の共存状態の温度に加熱し
て素材に流動性を付与させ、この素材を成形型内に収容
して加圧流動させて、チクソキャスティングにより製品
を成形し、この製品を４５０℃〜５６０℃の温度で５時
間〜６０時間保持させ、この後常温に冷却することを特
徴とするＡｌ−Ｌｉ系合金製製品の製造方法。
（３）請求項１または２記載のＡｌ−Ｌｉ系合金製製品
の製造方法において、さらにその製品を１６０℃〜２１０℃の温度で４時間以
上保持させたことを特徴とするＡｌ−Ｌｉ系合金製製品
の製造方法。