JPH101758A - アルミニウム合金製成形物の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金製成形物の製造方法

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JPH101758A
JPH101758A JP8175489A JP17548996A JPH101758A JP H101758 A JPH101758 A JP H101758A JP 8175489 A JP8175489 A JP 8175489A JP 17548996 A JP17548996 A JP 17548996A JP H101758 A JPH101758 A JP H101758A
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JP
Japan
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aging
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temperature
strength
aging treatment
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JP8175489A
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English (en)
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Chuichi Onishi
忠一 大西
Yoji Hagiwara
陽二 萩原
Kazushige Nishioka
和茂 西岡
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TEKUNISU KK
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TEKUNISU KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度および耐応力腐食割れ性の双方に優れた
工業的に信頼性のある7000系アルミニウム合金製の
成形物を製造できる方法を提供する。 【解決手段】 加工歪みを与えた7000系アルミニウ
ム合金素材を溶体化処理した後に急冷し、次に、複数回
の時効処理を、後の時効処理温度が先の時効処理温度よ
りも高くなるように施し、次に、その時効処理温度より
高い温度で復元処理を施し、しかる後に、その復元処理
温度より低い温度で再時効処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量で耐久性に優
れた7000系アルミニウム合金製の成形物を製造する
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、種々の機械類、車両、構造物等の
部品として、小型化、高速化、省エネルギー化等の観点
から、7000系アルミニウム合金製の成形物が用いら
れている。
【0003】その7000系アルミニウム合金製の成形
物の製造においては、素材にT6の熱処理を施すこと
で、結晶粒内に微細な析出物を析出させて強度を向上で
き、また、T7の熱処理を施すことで、結晶粒界近傍に
おいて析出物を成長させて耐応力腐食割れ性を向上でき
る。
【0004】しかし、7000系アルミニウム合金にT
6の熱処理を施して高い強度を得た場合、応力腐食割れ
を生じ易いため信頼性と耐久性が低下する。また、T7
の熱処理を施して耐応力腐食割れ性を改善した場合、過
時効により結晶粒内で生じた析出物が成長して粗大化
し、T6の熱処理を施した場合に比べて強度が10〜1
5%程度低下する。
【0005】また、特公平7‐92101号公報は、7
000系アルミニウム合金製ボルトの製造において、強
度と耐応力腐食割れ性を両立させることを図っている。
この製造方法は、7000系アルミニウム合金線材に加
工歪みを与える工程と、その加工歪みを与えられた素材
を溶体化処理した後に急冷する工程と、その急冷された
素材に120℃、24時間の条件下で一回の人工時効処
理を施す工程と、その時効処理された素材に、その時効
処理温度より高い温度で復元処理を施す工程と、その復
元処理された素材に、その復元処理温度より低い温度で
再時効処理を施す工程とを有するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示された方法では、強度のばらつきが大きく、必ずしも
強度を向上させることができなかった。特に、製品の体
積が大きくなる程に強度のばらつきが大きくなり、工業
製品としての信頼性に乏しいという問題があった。その
ため、工業的に信頼性の高い7000系アルミニウム合
金製成形物を得ることができなかった。
【0007】本発明は、上記問題を解決することのでき
るアルミニウム合金製成形物の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム合
金製成形物の製造方法は、7000系アルミニウム合金
素材に40%以上の加工歪みを与える工程と、その加工
歪みを与えられた素材を溶体化処理した後に急冷する工
程と、その急冷された素材に複数回の時効処理を、後の
時効処理温度が先の時効処理温度よりも高くなるように
施す工程と、その時効処理された素材に、その時効処理
温度より高い温度で復元処理を施す工程と、その復元処
理された素材に、その復元処理温度より低い温度で再時
効処理を施す工程とを有することを特徴とする。
【0009】本発明は以下の知見に基づくものである。
上記従来の公報に開示された方法では、7000系アル
ミニウム合金素材に加工歪みを与えることで、後の熱処
理工程での結晶粒の粗大化を防止している。その素材を
溶体化処理した後に急冷し、しかる後に、120℃、2
4時間の条件下で人工時効処理を行なうことで、アルミ
ニウムの母相内に金属化合物の第2相を析出させて強度
を向上させている。その析出は、まず結晶粒界近傍にお
いて生じ、しかる後に結晶粒内において生じる。次に、
その素材に復元処理を施すことで、その析出物が再固溶
される。この再固溶は、まず結晶粒内において生じ、し
かる後に結晶粒界近傍において生じる。次に、再時効処
理を施すことで析出物を成長させる。この析出物の成長
は、結晶粒界近傍における方が、結晶粒内におけるより
も先に進行する。これにより、結晶粒内における析出物
を粗大化することなく、結晶粒界近傍における析出物の
成長を促進することで、強度および耐応力腐食割れ性の
双方の向上を図っている。すなわち、材料の強化に寄与
する結晶粒内の析出物の寸法や分布を制御し、併せて、
耐応力腐食割れ性に寄与する結晶粒界近傍の析出物の寸
法や分布を制御することで、T6の熱処理による強度向
上と、T7の熱処理による耐応力腐食割れ性向上とを同
時に達成することを図っている。
【0010】ところが、上記方法では、素材に施す人工
時効処理は比較的高温下で短時間に行なわれるため、第
2相の析出に場所的な不均一が生じ、これが強度のばら
つきの原因になる。その場所的な析出の不均一は、素材
が大型化する程に顕著になるため、強度のばらつきも大
きくなる。そこで、時効処理温度を低くすると共に時効
処理時間を長くすることで、その第2相の析出の場所的
な均一化を図ることが考えられる。しかし、時効処理時
間を長くすると、生産性が低下するために工業的に実用
化できなくなる。
【0011】これに対し、本発明の構成によれば、溶体
化処理した後に急冷した素材に、複数回の時効処理を、
後の時効処理温度が先の時効処理温度よりも高くなるよ
うに施すので、先の低温での時効処理により第2相の析
出の場所的な不均一を低減し、後の高温での時効処理に
より結晶粒界近傍において長時間を要することなく第2
相を成長させることができる。これにより、大型の成形
品においても強度のばらつきを生じることなく、また、
生産性を低下させることなく、強度および耐応力腐食割
れ性の双方を向上できる7000系アルミニウム合金製
成形物を製造できる。
【0012】本発明において、その急冷された素材に対
する時効処理回数は2回とされ、その1回目の時効処理
は自然時効とされるのが好ましい。これにより、最小限
の時効処理回数で本発明を実施でき、しかも、第1回目
の時効処理の際に素材を加熱する必要がないので省エネ
ルギー化を図ることができる。
【0013】また、アルミニウム合金素材は融点が66
0℃以下と低いため、低温域の塑性加工であっても回復
を起こしやすい。そのため、溶体化処理後に得られる結
晶組織の粒度が局所的に粗大化して不均一となりやす
い。その溶体化処理前に素材に与えられる加工歪みが少
なく容体化処理温度が高い程に、結晶粒は粗大化する。
また、その加工歪みが大きく、容体化処理温度が高くな
ると、二次再結晶(異常成長)が生じ易く、結晶粒は粗
大化する。一方、時効処理により必要な強度を得るに
は、容体化処理温度は高いほど望ましい。安定した品質
と十分な強度を得るには、できるだけ均一かつ微細な粒
度の結晶組織を得ることが好ましい。そのため、その溶
体化処理前に素材に与えられる加工歪みは40%以上を
与えるのが好ましい。これにより、その得られる結晶組
織の平均結晶粒径が50μm以下となるように加工歪み
を与えることができる。その平均結晶粒径が20μm以
下となるように加工歪みを与えるのがより好ましい。そ
の加工方法は特に限定されず、塑性加工により40%以
上の加工歪みが与えられていればよい。なお、与える加
工歪みの上限は素材に加工割れを生じない程度であれば
よい。その容体化処理温度は、素材組織を十分に容体化
し、後の処理により十分な強度を得るため、450℃以
上にするのが好ましい。また、結晶粒が粗大化するのを
防止すると共に部分的な溶融を回避するため、480℃
以下にするのが好ましい。その自然時効処理時間は、後
の処理によって均一な強度特性を得る上では、12時間
以上とするのが好ましい。その処理時間の上限は、生産
性を向上する上では可及的に短くするのが好ましい。そ
の第2回目の時効処理は、強度不足が生じないように1
50℃以下において行なわれるのが好ましい。また、時
効処理においては、徐々に強度が増して最大に達した後
に再び強度が低下する。その後の処理によって十分な強
度を得ると共に耐応力腐食割れ性を改善し、強度と耐応
力腐食割れ性とを両立するために、その温度で得られる
最高強度の75%以上の強度が得られるまで時効処理を
行なうのが好ましく、得られる強度は最大強度に近い程
望ましい。
【0014】本発明において、その復元処理を施す工程
と、再時効処理を施す工程とを、複数回繰り返すことが
できる。その繰り返しによる結晶粒界近傍における析出
物の成長により、耐応力腐食割れ性を向上できる。その
繰り返し回数は、必要な強度特性を得ることができる範
囲であれば制限されない。
【0015】その溶体化処理工程と時効処理工程との
間、各時効処理工程の途中、各時効処理工程の間、その
時効処理工程と復元処理工程との間、その復元処理工程
と再時効処理工程との間、その再時効処理工程の途中、
その再時効処理工程の後、の中の少なくとも一つの時点
において、その素材の必要箇所に、塑性加工により加工
歪みを与えることができる。この塑性加工により強度の
向上を図ることができる。その加工歪みは、延性を害す
ることのないように30%以下とするのが好ましい。
【0016】また、上記製造工程によって得られる成形
品の形状や品質要求を満たすために、各工程間や前後に
機械加工等の必要な加工を一回もしくは複数回施しても
よい。さらに、耐久性や美観を備えるために、上記熱処
理工程後に陽極酸化処理、化成処理等の必要な表面処理
を施してもよい。その必要な加工や表面処理は、使用目
的、使用環境、経済性、耐久性等を勘案して選択すれば
よい。
【0017】上記方法により、平均結晶粒径が微細均一
な結晶組織と、微細均一な結晶粒内析出組織とを実現す
ることで、T6の熱処理を行なったのに相当する以上の
強度を有し、同時に、結晶粒界近傍においてT7の熱処
理を行なったのに相当する組織を実現することで、T7
の熱処理を行なったのに相当する以上の耐応力腐食割れ
性を有する成形物を、寸法の大小に拘らず強度のばらつ
きなく製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】7000系アルミニウム合金素材
として直径120mmのA7050アルミニウム合金ビ
レットを用い、以下の工程によりM16六角ボルトを製
造した。
【0019】まず、上記ビレットに冷間鍛造により75
%の加工歪みを与え、直径30mmの棒材を形成した。
次に、その棒材のねじ部に当たる部分を直径20mmに
粗切削加工した後に、その素材に以下の熱処理を施し
た。
【0020】まず、470℃で2時間の容体化処理を施
した後に急冷し、次に、20℃の環境下で24時間の自
然時効処理を施し、次に、120℃で24時間の時効処
理を施し(得られる最高強度の95%の強度)、次に、
200℃で20分の復元処理を施し、しかる後に、12
0℃で24時間の再時効処理を施した。
【0021】次に、切削加工とねじ部の転造加工とによ
り最終の完成品形状に仕上げた。次に、陽極酸化皮膜を
形成することで耐食性を付与した。
【0022】以上の工程により製造された製品のビッカ
ース硬さHVは193〜198であり、引っ張り強さは
61.1kgf/mm2 でT6の熱処理を行なった場合
以上の強度を有し、また、回転曲げ疲労試験機により、
3%NaCl水溶液を滴下しつつ、20kgf/mm2
の応力レベルで応力腐食割れ性感受性を調べた結果、繰
り返し曲げ回数が300万回転を超えても破断等の異常
は生じなかった。図1は、本実施形態の製品の結晶組織
(拡大倍率200倍)を示し、結晶粒1の平均径が30
μmの略均一な結晶組織を得ることができた。また、図
2は、その結晶組織をさらに拡大したもので(拡大倍率
5000倍)、結晶粒内における析出物Aは微細均一で
あってT6の熱処理を行なった場合の組織に相当し、結
晶粒界近傍における析出物Bは十分に成長してT7の熱
処理を行なった場合の組織に相当する。
【0023】
【比較例1】素材に与えられる加工歪みが30%である
以外は上記実施形態と同一条件下で製造した製品は、同
一条件下で応力腐食割れ性感受性を調べた結果、繰り返
し曲げ回数が140万回転で破断した。図3は、本比較
例1の製品の結晶組織(拡大倍率100倍)を示し、結
晶粒1′の平均径が150μmと粗大な結晶組織であっ
た。
【0024】
【比較例2】自然時効工程がない以外は上記実施形態と
同一条件下で製造した製品は、引っ張り強さが51.6
kgf/mm2 であり、上記実施形態の場合よりも低い
ものであった。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、強度および耐応力腐食
割れ性の双方に優れた工業的に信頼性のある7000系
アルミニウム合金製の成形物を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のアルミニウム合金製成形物
の金属組織を示す図面代用写真
【図2】本発明の実施形態のアルミニウム合金製成形物
の金属組織を示す図面代用写真
【図3】比較例1のアルミニウム合金製成形物の金属組
織を示す図面代用写真
【符号の説明】
1 結晶粒

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 7000系アルミニウム合金素材に加工
    歪みを与える工程と、 その加工歪みを与えられた素材を溶体化処理した後に急
    冷する工程と、 その急冷された素材に複数回の時効処理を、後の時効処
    理温度が先の時効処理温度よりも高くなるように施す工
    程と、 その時効処理された素材に、その時効処理温度より高い
    温度で復元処理を施す工程と、 その復元処理された素材に、その復元処理温度より低い
    温度で再時効処理を施す工程とを有することを特徴とす
    るアルミニウム合金製成形物の製造方法。
  2. 【請求項2】 その急冷された素材に対する時効処理回
    数は2回とされ、その1回目の時効処理は自然時効とさ
    れている請求項1に記載のアルミニウム合金製成形物の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 その素材に与える加工歪みは40%以上
    とされ、 その容体化処理温度は450℃〜480℃とされ、 その自然時効処理時間は12時間以上とされ、 その第2回目の時効処理は、150℃以下において、そ
    の温度で得られる最高強度の75%以上の強度が得られ
    るまで行なわれることを特徴とする請求項2に記載のア
    ルミニウム合金製成形物の製造方法。
  4. 【請求項4】 その復元処理を施す工程と、再時効処理
    を施す工程とを、複数回繰り返すことを特徴とする請求
    項1〜3の何れかに記載のアルミニウム合金製成形物の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 その溶体化処理工程と時効処理工程との
    間、各時効処理工程の途中、各時効処理工程の間、その
    時効処理工程と復元処理工程との間、その復元処理工程
    と再時効処理工程との間、その再時効処理工程の途中、
    その再時効処理工程の後、の中の少なくとも一つの時点
    において、その素材に30%を超えない加工歪みを与え
    ることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のアル
    ミニウム合金製成形物の製造方法。
JP8175489A 1996-06-13 1996-06-13 アルミニウム合金製成形物の製造方法 Pending JPH101758A (ja)

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