JPH05271834A

JPH05271834A - 安定な人工時効性を有するアルミニウム合金

Info

Publication number: JPH05271834A
Application number: JP4101762A
Authority: JP
Inventors: Iwao Shu; 岩朱; Mamoru Matsuo; 守松尾; Toshio Komatsubara; 俊雄小松原
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-19
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2663078B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の熱処理型Ａｌ合金とし
て、溶体化処理−焼入れ後、室温に放置してから人工時
効処理を施した場合でも、室温時効の影響を受けること
なく人工時効処理によって確実かつ安定して高強度が得
られるようにする。【構成】Ｍｇ０．２〜１．２％、Ｓｉ１．２〜２．６
％を含有し、かつ｛Ｓｉ（％）−Ｍｇ（％）／１．７
３｝の値が０．８５を越え２．０未満の範囲を満たし、
残部が実質的にＡｌよりなるＡｌ合金。そのほか、少量
のＣｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅのう
ちの１種または２種以上を含んでいても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は主に強度が重視される
船舶、車両、陸上構造材あるいは機械部品等に使用され
るアルミニウム合金に関するものであり、特に人工時効
処理を施すことによって所要の高強度を与えるようにし
た熱処理型アルミニウム合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、強度が重視される船舶、車
両、陸上構造材などには、溶体化処理および焼入れ後、
人工時効処理を施して所要の高強度を得るという、所謂
Ｔ６処理を施して用いる熱処理型合金が広く使用されて
いる。この種の熱処理型合金としてはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金、例えば６０６１合金、６０６３合金、６１５１
合金等が代表的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系合金について、溶体化処理−焼入れ後、直ち
に人工時効処理を行なわずに、室温に数日から数ケ月間
放置した場合、室温時効（自然時効）が生じて、その結
果としてその後の人工時効処理で充分に強度が上昇しな
いことがある。このような現象は、２段目の時効（人工
時効）に対して１段目の時効（室温時効）が負の効果を
もたらしているところから、負の２段時効と称される。

【０００４】このような負の時効によって最終的に充分
な高強度が得られないような事態が生じることを防止す
るためには、溶体化処理−焼入れ後、室温に放置される
時間をできるだけ短縮して、長くても２〜３日のうちに
人工時効処理を行なわなければならない。しかしながら
このように溶体化処理−焼入れから人工時効処理までの
期間が制約されることは、工業生産上の不便を招かざる
を得ない。すなわち、実際の工業的な生産現場において
は、溶体化処理−焼入れを行ってから人工時効処理まで
に長期間保管しておきたい場合があり、また需要家側で
人工時効処理を行なう場合は、溶体化処理−焼入れから
人工時効処理までの期間が長期間とならざるを得ないこ
ともある。そこで上述のような制約を受けることなく、
人工時効処理によって常に所要の高強度を得ることがで
きるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系熱処理型アルミニウム合金の開
発が強く望まれている。

【０００５】また一般にアルミニウム合金の結晶粒が粗
大であれば、機械的諸性質や成形性、製品の外観等に悪
影響を及ぼすから、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金についても
結晶粒が可及的に微細であることが望まれる。

【０００６】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、溶体化処理−焼入れ後、室温での放置による
自然時効の影響を受けることなく、人工時効処理によっ
て確実かつ安定して所要の高強度を得ることができるよ
うなＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系熱処理型アルミニウム合金、換
言すれば溶体化処理−焼入れ後の室温での放置期間の長
短に左右されることなく、人工時効処理によって所要の
高強度を達成することができるようなＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系熱処理型アルミニウム合金を提供し、併せて結晶粒が
微細なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系熱処理型アルミニウム合金を
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するための方策について本発明者等が鋭意実験・検討を
重ねた結果、合金元素の含有量を適切に設定するばかり
でなく、特にＳｉ量をＭｇ量との関係で適切な値に設定
することによって、室温時効の影響を受けることなく、
人工時効によって確実かつ安定して高強度を得ることが
できるとともに、結晶粒も微細化し得ることを見出し、
この発明をなすに至った。

【０００８】具体的には、請求項１の発明のアルミニウ
ム合金は、Ｍｇ０．２〜１．２％（wt％、以下同じ）、
Ｓｉ１．２〜２．６％を、０．８５＜｛Ｓｉ（％）−Ｍｇ（％）／１．７３｝＜２．０を満たすように含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純
物よりなることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２の発明のアルミニウム合金
は、請求項１で規定される合金元素のほか、さらにＣｕ
０．０３〜１．２０％、Ｚｎ０．０３〜１．５０％、Ｍ
ｎ０．０３〜０．８０％、Ｃｒ０．０３〜０．３０％、
Ｚｒ０．０３〜０．３０％、Ｖ０．０３〜０．３０％、
Ｔｉ０．０５〜０．３０％、Ｆｅ０．０５〜０．６０％
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するもの
である。

【００１０】

【作用】先ずこの発明における合金成分組成の限定理由
について説明する。

【００１１】Ｍｇ：Ｍｇはこの発明の系の合金で基本と
なる合金元素であって、Ｓｉと共同して強度向上に寄与
する。Ｍｇ量が０．２％未満では析出硬化によって強度
向上に寄与するＭｇ_２Ｓｉの生成量が少ないため、充分
な強度が得られず、一方１．２％を越えればＭｇ_２Ｓｉ
が固溶されなくなって、それ以上は強度向上の効果が得
られなくなるとともに、伸び、成形性が低下するから、
Ｍｇ量は０．２〜１．２％の範囲内とした。

【００１２】Ｓｉ：Ｓｉもこの発明の系の合金で基本と
なる合金元素であって、Ｍｇと共同して強度向上に寄与
する。そしてＳｉは析出硬化による強度向上に寄与する
Ｍｇ_２Ｓｉの生成に必要な量（Ｍｇに対する当量）より
も過剰に含有させることによって、Ｍｇ_２Ｓｉの析出を
促進し、安定な人工時効性を付与するに効果がある。ま
たＳｉが過剰に含有されれば、その過剰なＳｉが鋳造時
に金属Ｓｉの晶出物として生成され、その金属Ｓｉ粒子
の周囲が加工によって変形されて、溶体化処理の際に再
結晶核の生成サイトとなるため、結晶粒の微細化にも寄
与する。したがってＳｉは、Ｍｇ_２Ｓｉの生成に必要な
当量すなわち［Ｍｇ（％）／１．７３］（％）よりも過
剰に含有させることとし、かつその過剰量が０．８５％
を越え２．０％未満となるように含有させることとし
た。すなわち、Ｓｉ（％）は、次式０．８５＜｛Ｓｉ（％）−Ｍｇ（％）／１．７３｝＜２．０を満足させることとした。

【００１３】このようにＳｉがＭｇ_２Ｓｉ生成のための
当量よりも過剰に含有されれば、室温により生成したク
ラスターが人工時効処理において強度に寄与する針状
Ｇ．Ｐ．ゾーンに移行しやすくなるため、室温時効が人
工時効に対して負の効果をもたらすおそれが少なくな
り、その結果室温時効の影響を受けずに人工時効により
安定に高強度を得ることが可能となる。Ｓｉ過剰量が
０．８５％以下ではその効果が充分に得られないから、
前記式の下限値は０．８５％を越える必要がある。な
お、より確実に上記の効果を得るためには、Ｓｉ過剰量
すなわち前記式の下限値が１．０％を越えるように定め
ることが望ましい。また同じＭｇの量に対し、前記式が
満たされれば、金属Ｓｉの晶出物がより多く生成され、
その結果溶体化処理時における再結晶核の生成サイトが
多くなり、溶体化処理−焼入れ後の材料で、より一層微
細な結晶粒が得られ、材料の機械的性質、成形性がより
一層向上される。

【００１４】なおＳｉの絶対量が１．２％未満ではたと
え前記式で規定されるＳｉ過剰量が０．８５％以上であ
っても前述の各効果が充分に得られず、一方Ｓｉの絶対
量が２．６％を越えれば晶出する金属Ｓｉが粗大となっ
て合金の靱性が低下し、また成形性を劣化させるから、
Ｓｉの絶対量は１．２〜２．６％の範囲内とした。また
前記式で規定されるＳｉ過剰量が２．０％以上となって
も、晶出する金属Ｓｉが粗大となって合金の靱性が低下
し、成形性も劣化するから、前記式の上限値は２．０％
未満とした。

【００１５】Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ｉ，Ｆｅ：これらは強度向上や結晶粒微細化のために請
求項２の発明において１種または２種以上添加される。
これらのうち、Ｃｕは強度向上に有効な元素であるが、
Ｃｕ量が０．０３％未満ではその効果が充分に得られ
ず、一方１．２０％を越えれば耐食性が低下するから、
Ｃｕを添加する場合のＣｕ量は０．０３〜１．２０％の
範囲内とした。またＺｎは合金の時効性の向上を通じて
強度向上に寄与する元素であり、その含有量が０．０３
％未満では上記の効果が不充分であり、一方１．５０％
を越えれば成形性および耐食性が低下するから、Ｚｎを
添加する場合のＺｎ量は０．０３〜１．５０％の範囲内
とした。さらにＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれも結晶粒
の微細化および組織の安定化に効果がある元素であり、
いずれも含有量が０．０３％未満では上記の効果が充分
に得られず、一方Ｍｎが０．８０％、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖが
それぞれ０．３０％を越えれば、上記の効果が飽和する
ばかりでなく、巨大金属間化合物が生成されて成形性に
悪影響を及ぼすおそれがあり、したがってＭｎは０．０
３〜０．８０％、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれも０．０３〜
０．３０％の範囲内とした。またＴｉは鋳塊組織を微細
化する元素であり、その含有量が０．００５％未満では
充分な効果が得られず、一方０．３０％を越えればＴｉ
添加の効果が飽和するばかりでなく、巨大晶出物が生じ
るおそれがあるから、Ｔｉは０．００５〜０．３０％の
範囲内とした。そしてまたＦｅも結晶粒を微細化する元
素であり、その含有量が０．０５％未満では充分な効果
が得られず、一方０．６０％を越えれば成形性が低下す
るおそれがあり、したがってＦｅは０．０５〜０．６０
％の範囲内とした。なお０．０５％未満のＦｅは、通常
のアルミ地金を用いれば不可避的に含有される。

【００１６】以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌお
よび不可避的不純物とすれば良い。但し、一般にＭｇを
含有する系の合金においては溶湯の酸化防止のために微
量のＢｅを添加することがあり、この発明の合金の場合
も０．０００１〜０．０１％程度のＢｅの添加は許容さ
れる。また一般に結晶粒微細化のために前述のＴｉと同
時にＢを添加することもあり、この発明の場合もＴｉと
ともに５００ppm 以下のＢを添加することは許容され
る。

【００１７】この発明のアルミニウム合金の製造方法と
しては、従来からＪＩＳ６０００番系のＡｌ−Ｍｇ−
Ｓｉ系合金に適用されている方法と同様な方法を適用す
ることができる。代表的には、ＤＣ鋳造法等によって鋳
造した後、均質化処理を行ない、さらに熱間圧延を行な
ってから必要に応じ冷間圧延を行なって所要の板厚と
し、その後溶体化処理−焼入れを行ない、さらにその後
人工時効処理を行なえば良い。また必要に応じて、熱間
圧延と冷間圧延との間、あるいは冷間圧延の中途におい
て中間焼鈍を行なっても良い。

【００１８】また、上述のような圧延板のみならず、押
出材として製品に供することもできる。すなわち、常法
に従ってＤＣ鋳造等によりビレットに鋳造し、均質化処
理後熱間押出しに供し、必要に応じて引抜加工等の冷間
加工を行ない、その後溶体化処理−焼入れを施してから
人工時効処理を施せば良い。なおこの場合、熱間押出し
直後に急冷することによって、溶体化処理−焼入れを兼
ねることができる。

【００１９】ここで、この発明のアルミニウム合金で
は、後の実施例でも示すように、溶体化処理−焼入れ後
に室温に放置した場合にも、室温時効の影響を受けるこ
となく、人工時効処理によって所要の高強度を確実かつ
安定して得ることができるから、溶体化処理−焼入れか
ら人工時効処理までの期間は特に制限されることはな
い。

【００２０】

【実施例】

実施例１：表１のＡ１〜Ａ６，Ｂ１〜Ｂ３に示す各合金
を常法に従ってＤＣ鋳造し、得られた鋳塊を５３０℃×
１０時間均質化処理した後、熱間圧延および冷間圧延を
行なって板厚１mmの圧延板とした。次いで溶体化処理−
焼入れを行なった。この溶体化処理焼入れは、バッチ焼
鈍炉もしくは連続焼鈍炉を用いて行ない、バッチ焼鈍炉
による場合は５３０℃×１時間溶体化処理を施して水焼
入れし、連続焼鈍炉による場合は５４０℃×１０秒の加
熱後強制冷却した。焼入れ後の各圧延板について、それ
ぞれ半分に切分けて、一方は次の（イ）の処理を、他方
は（ロ）の処理を施した。（イ）焼入れ後、直ちに１７５℃×８時間の時効処理を
施した。（ロ）焼入れ後、室温（２０℃）に２０日間放置した
後、１７５℃×８時間の時効処理を施した。

【００２１】上記（イ）もしくは（ロ）の処理後の各板
について、引張り強さを調べた結果を表２に示す。また
溶体化処理−焼入れ直後の結晶粒径を切断法によって調
べた結果を表２中に併せて示す。なおＡ１〜Ａ６の合金
はいずれも合金元素含有量がこの発明で規定する範囲を
満たすと同時にＳｉ量とＭｇ量との関係もこの発明で規
定する関係式を満足している発明合金、Ｂ１〜Ｂ３はＳ
ｉ量が不足し、前記関係式を満たしていない比較合金で
あって、特にＢ３は従来の６０６１合金に相当する合金
である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】この実施例１は圧延材に適用したものであ
るが、表２から明らかなように、各合金元素の含有量が
この発明で規定する範囲内でしかもＳｉ量がＭｇ量との
関連において前記関係式を満たしている発明合金Ａ１〜
Ａ６は、いずれも溶体化処理−焼入れ後に室温に２０日
間放置してから人工時効処理を施した場合（ロ）におい
ても、溶体化処理−焼入れ直後に人工時効処理施した場
合（イ）と同等の高強度が得られ、室温時効の影響を受
けていないことが判る。またこれらの発明合金は、結晶
粒も最大で６９μｍと、微細化されていることが判る。

【００２５】これに対し比較合金Ｂ１〜Ｂ３は、いずれ
もＳｉ量がＭｇ量との関連において前記式で規定する下
限値よりも少ないものであるが、これらの比較合金で
は、溶体化処理−焼入れ後に室温に２０日間放置した場
合に人工時効処理によって充分な高強度が得られず、室
温時効の悪影響を受けていることが判る。またこれらの
比較合金は、結晶粒もさほど微細とはならなかった。

【００２６】実施例２：表３のＣ１〜Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２
に示す合金を常法にしたがって２００mmφのビレットに
ＤＣ鋳造し、得られたビレットを５３０℃で８時間均質
化処理後、４２０℃で熱間押出しを行なった。このとき
の押出比は１０：１である。得られた押出材について、
バッチ焼鈍炉で５４０℃×１時間の溶体化処理を施し、
水焼入れした。焼入れ後の各材料についてそれぞれ２分
し、実施例１と同様に一方を前記（イ）の条件で、他方
を前記（ロ）の条件で処理した。

【００２７】（イ）もしくは（ロ）の処理後の各材料に
ついて引張り強さを調べた結果を表４に示す。また溶体
化処理−焼入れ直後の結晶粒径を切断法により調べた結
果を表４中に併せて示す。なおここでＣ１〜Ｃ４の各合
金はいずれも合金元素含有量がこの発明で規定する範囲
内であると同時にＳｉ量とＭｇ量との関係もこの発明で
規定する関係式を満たしている発明合金であり、一方Ｄ
１，Ｄ２の合金はＳｉ量が不足し、前記関係式を満たし
ていない比較合金である。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】この実施例２は押出材に適用したものであ
るが、表４から明らかなように、各合金元素の含有量が
この発明で規定する範囲内でしかもＳｉ量がＭｇ量との
関連において前記関係式を満たしている発明合金Ｃ１〜
Ｃ４は、いずれも溶体化処理−焼入れ後に室温に２０日
間放置してから人工時効処理を施した場合（ロ）におい
ても、溶体化処理−焼入れ直後に人工時効処理施した場
合（イ）と同等の高強度が得られ、室温時効の影響を受
けていないことが判る。またこれらの発明合金は、結晶
粒も最大で８８μｍと、微細化されていることが判る。

【００３１】これに対し比較合金Ｄ１，Ｄ２はいずれも
Ｓｉ量がＭｇ量との関連において前記式で規定する下限
値よりも少ないものであるが、これらの比較合金では、
溶体化処理−焼入れ後に室温に２０日間放置した場合に
人工時効処理によって充分な高強度が得られず、室温時
効の悪影響を受けていることが判る。またこれらの比較
合金は、結晶粒もさほど微細とはならなかった。

【００３２】

【発明の効果】実施例からも明らかなように、この発明
のアルミニウム合金は、Ｓｉ量をＭｇ量に応じて適切な
範囲内に定めることによって、溶体化処理−焼入れ後の
室温時効の影響を受けることなく、人工時効処理により
所要の高強度を得ることができ、そのため溶体化処理−
焼入れから人工時効処理までの期間が特に短く制約され
ることがないため、工業的な規模での製造上極めて有利
であり、また結晶粒が微細であるため機械的性質、成形
性、外観が優れる等の長所も有する。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ０．２〜１．２％（wt％、以下同
じ）、Ｓｉ１．２〜２．６％を、０．８５＜｛Ｓｉ（％）−Ｍｇ（％）／１．７３｝＜２．０を満たすように含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純
物よりなり、結晶粒が微細でかつ安定な人工時効性を有
するアルミニウム合金。
【請求項２】Ｍｇ０．２〜１．２％、Ｓｉ１．２〜
２．６％を、０．８５＜｛Ｓｉ（％）−Ｍｇ（％）／１．７３｝＜２．０を満たすように含有し、かつＣｕ０．０３〜１．２０
％、Ｚｎ０．０３〜１．５０％、Ｍｎ０．０３〜０．８
０％、Ｃｒ０．０３〜０．３０％、Ｚｒ０．０３〜０．
３０％、Ｖ０．０３〜０．３０％、Ｔｉ０．０５〜０．
３０％、Ｆｅ０．０５〜０．６０％のうちから選ばれた
１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不可避
的不純物よりなり、結晶粒が微細でかつ安定な人工時効
性を有するアルミニウム合金。