JPH0747801B2 - 超塑性加工用アルミニウム合金板材の製造方法 - Google Patents

超塑性加工用アルミニウム合金板材の製造方法

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JPH0747801B2
JPH0747801B2 JP25705088A JP25705088A JPH0747801B2 JP H0747801 B2 JPH0747801 B2 JP H0747801B2 JP 25705088 A JP25705088 A JP 25705088A JP 25705088 A JP25705088 A JP 25705088A JP H0747801 B2 JPH0747801 B2 JP H0747801B2
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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A1-Zn-Mg-Cu-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しては、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、0.75〜1μm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61-6164)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61-57385)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℃、1h焼きなまししたものは微
細組織となり、520℃10-1s-1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課題] これらのいずれもが溶体化処理、過時効により生じたC
u、Zn、Mgなどの溶質原子から生じた析出粒子(約0.75
μm)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成られるい
われている。しかし、粒径を12μm以下にすることは難
しく、超塑性変形において対数ひずみで約1.2、約232%
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、超塑性変形品の強度面での信頼
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、1μm
サイズの微細セル組織が形成されることを報告(例え
ば、Proc.20th Intern.M.T.D.R.Conf.(1979),239)し
てきた。この微細セル組織から或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Zr: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、480℃以上に加熱速度1℃/sec以上で急熱し、再結
晶させることによって12μm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Zr: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
上に加熱速度1℃/sec以上で急熱し、再結晶させて12μ
m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Zn:
5.1〜8.1%、Mg:1.8〜3.4%、Cu:1.2〜2.6%、Ti:0.2%
以下含むものであり、それに上記の如くCr0.05〜0.35%
またはZr0.05〜0.25%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靱性が低下する。
Ti: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く、0.35%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。
Zr: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+スキンパ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、再結晶を容易にす
る。加工度が70%未満では12μmより大きい結晶粒径と
なる。本系合金の場合、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くく、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℃/secより遅い場合には、結晶粒
粗大化領域の480℃近傍をゆっく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℃/sec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パ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。
A1-5.45%Zn-2.34%Mg-1.4%Cu-0.2%Cr-0.05%Si-0.09
2%Fe-0.009%Mn-0.039%Tiのアルミニウム合金の厚さ4
mmの板を用い、400℃×1hr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0.95mmの板材を製造し
た。ここでSi、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5mm、平行部
長さ10mmとした。高温引張試験試験は517℃でひずみ速
度5×10-4s-1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No.1あるいは極低温
圧延とスキンパ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に伴う結晶粒の成長(ひず
み誘起結晶粒成長)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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 英雄 愛知県名古屋市港区千年3丁目1番12号 住友軽金属工業株式会社技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr:0.05〜0.35%またはZr: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、−50℃
    以下の温度で70%以上の加工度で圧延し、480℃以上に
    加熱速度1℃/sec以上で急熱し、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。
  2. 【請求項2】Cr:0.05〜0.35%またはZr: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、−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
    に加熱速度1℃/sec以上で急熱し、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。
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