JPS58107478A - 経時硬化性アルミニウム合金押出長尺材の熱的エ−ジング法 - 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】 本発明の押出アルミニウム長尺材の製造に関１．、特に
経時硬化性アルミニウム合金の押出長尺材の製造に関す
る。

今日、多量の経時硬化性アルミニウム合金（特にアルミ
ニウム・マグネシウム珪化合金）の押出長尺材が製造さ
れるようになっている。押出加工後に長尺材を室温にま
で冷却し、ストレッチして真直ぐにし、次いで所要の長
さに切断してから所要の機械的性質の発現のために経時
硬化処理に付す。

最近は、切断材はスキップまたはその他の型の台車に装
荷し、その台車を熱処理炉へ送り、その中で被加工材を
１５０〜２００℃の温度で２４時間までの間保持する。

押出技術の改善ならびに押出プレス機への加熱インゴッ
トの供給装置の改善によって、今やそのような経時硬化
工程が、多くの押出プレス設備工場の生産量に制約を与
える要素になってぎている。

１１１１ 本発明の目的は、前記タイプの押出長尺材に経時硬化処
理を行うための改善された方法および袈裟を提供するこ
とである。

アルミニウム・マグネシウム珪化合金の経時硬化は、二
段階経時硬化処理を適用することにより、慣用諸方法よ
りも迅速にできることは、従来から認められてきている
。その二段階経時硬化処理においては、合金をまず慣用
経時硬化温度に加熱して、その温度に慣用法における時
間よりも制限された時間にわたって保持してから、一層
高い温度に加熱してその温度に１０〜３０分間程度保持
する。

アルミニウム・マグネシウム珪化合金の二段階経時硬化
処理は「フイロソフイカル・マガジン」（１９６７年７
月）、第５１〜７６頁に記載されている。従ってアルミ
ニウム・マグネシウム珪化合金の経時硬化を二段階経時
硬化法によって一層迅速に実施する可能性は、多年にわ
たって利用しうるものであったが、今までこれが慣用押
出プレスの大きな生産量と組合せて実用的に操業さオ］
たことはないと信じられる。

二段階経時処理法は、その処理中に合金が付される二つ
の温度のそれぞれにおいて保持される時間に町成りの精
確性がある場合には、慣用の押出プレスの生産量に適用
するのが困難であることは了解されよう。大きなバッチ
量の押出材が従来法によりスキップに装荷されて炉に入
れられると、装荷物の中央において押出材を処理温度に
まで加熱するのに必要とされる時間は、装荷物の外側の
方にある押出材を所要温度に加熱するのに要する時間よ
りも可成り長い。

我々はアルミニウム・マグネシウム珪化合金および二段
階法で一層迅速にエージングされ易いその他のアルミニ
ウム合金の押出材の経時硬化処理は、第１の低温帯域お
よびそれに続く高温帯域内に押出長尺材なその移動方向
に対して直角に配列して進行させ、各帯域において個々
の長尺材の全体が実質的に同一の熱処理条件に付される
ようにすることにより、慣用法よりも一層効果的に実施
できることを発見した。このようなことは、もし長尺材
がそれらの熱処理帯域内にその移動方向に対し７て実質
的に縦方向に配置されて進行させら°れれば再られない
効果である。長尺材は加熱処理帯域中ヘスキツプに乗せ
たバッチの形で導入し、その場合に進行方向に対し直角
な縦方向に配置された長尺材同志の間に間隔を設けて長
尺材の間の気体熱移動媒体の流動通過を可能とし一層均
一な加熱速度が容易に達成しうるようにできるが、長尺
材をバッチの形ではなく個別に熱処理帯域内に通過させ
るのが極めて好ましく、その理由は後者のようにすると
長尺材の温度が一層迅速に所要温度にまで上昇され、ま
た実質的に一定の熱的条件が維持され、熱所要量の大き
な経済をもたらすからである。

本発明の好ましい操作の実施においては、熱処理炉へ押
出長尺材を供給する前にそれをある長さに切断するのが
好ましい。このようにすれば押出プレスの送り出し卓か
ら個々の長尺材を直接に供給する場合よりも加熱炉の横
方向（進行方向）寸法を非常に短くすることができる（
ただし間口長さは大きくなる）。

本発明方法の実施において、押出押出材は熱処理炉内に
個々の押長長尺材を並べた単一の浅い層の形で、または
カーペット状の形で供給するのが好ま［２いが、炉内に
二またはそれ以上の層を同時に進行させることも可能で
ある。しかし後者の場合には可成り機械的な複雑性が必
要・とされ、炉の全体“的な設備コストを増大させ易い
。

第１図においてアルミニウム合金長尺材は、押出プレス
１から送り出し卓２へ押出される（典型的には長さ５５
ｍ）。長尺材Ｓは横方向に慣用の冷却およびストレッチ
装置３へ送られ、そこから適宜な機構によって個々に鋸
４へ送られ、個々の長さＬに切断される（典型的には長
さ４〜６ｍ）。

多くの場合に長尺材Ｓは人手によってストレッチ装置ろ
から鋸４へ進めてもい。加熱処理炉は低温帯域５および
高温帯域６からなり、適切には送り出し卓２と平行に配
置される。このように配置するには鋸装置４から加熱炉
の人口端部までの移動中に切断材りを直角に方向転換し
て個々の切断材が所要の配置（進行方向に対し直角に長
さ方向を配して）で炉内を通過しうるようにする。熱処
理炉の全長を短縮するためには第２の炉を第１０炉と並
列するように配置して二重式にする（点線で示す）こと
、あるいに第２の炉を第１の炉の上に配置することが望
ましい。個々の長尺材の機械的取扱いの容易のために上
記の二つの態様のうちの最初のものが好ましい。

本発明の連続二段階経時硬化処理を採用する場合に、押
出プレス１の押出ダイスを出るときに押出長尺材を急冷
（チル）するのが好ましく、なんとなれば、これによっ
て所要ストレッチの量が低減し、またそれによりストレ
ッチ装置において起こりうる遅延を低減できる。そのよ
うな冷却は、ダイスのところで（あるいは適当な場合に
は送り出し卓２上で）空気吹付け、または水冷で行うこ
とができる。

第２図において、第１図のように押出長尺材Ｓは、押出
プレスで送り出し卓２へ押出され、冷却およびストレッ
チ装置ろへ送られる。

第２図の装置レイアウトにおいて長尺材は、何らの中間
の進行方向転換および中間鋸引きを受けることなく、冷
却／ストレッチ装置３から熱処理炉の低温帯域１５、次
いで高温帯域１６へ送られる。その加熱炉は加熱帯域１
５および１６からなり、第１図の炉よりもはるかに巾が
大きい。その理由は横移動長尺材Ｓの長さが第１図の切
断材りよりも大きいからである。他方第２図の炉は長尺
材の移動方向において一層短い。年産量１０．Ｄ　Ｄ　
Ｏトンの設備の熱処理のためには、低温帯域１５の長さ
く移動方向）は３０ｍ程であり、また高温帯域１６の長
さは１５ｍ程である。

高温帯域１６から出ると、長尺材Ｓは排出卓１７上に受
けられ、冷却され、鋸引部２４へ移行されて、適宜な寸
法に切断される。

前述のタイプのほとんどのアルミニウム合金の押出長尺
材は熱処理後に陽極酸化処理に付される。

その陽極酸化処理において長尺材はクランプまたはスポ
ット溶接によりスプラインパア６０に電気的に接続され
る（第３図）。長尺材Ｓ同志の間には間隔を設け、スプ
ラインバア３０はフライトバア３１に固定され、フライ
トバアは電源の一方の極に接続される。

第１図の設備において、鋸引切断材りは、熱処理炉５に
入る前に、すぐに陽極酸化しうるようなラック（横棒格
子）の形に加工されていてもよいっそのような゛ラック
は炉中へ水平の状態で進行させ、あるいは炉中ヘキャリ
ャから懸架させて進行させることもできる。このように
すると炉の長さを、第１図の設備と比較して非常に短縮
できるが、炉内の通路の断面積の対応する増大が必要と
される。

長尺材を個別的にエージングする方法は、エージング処
理を非常に迅速化しうるだけでなく、その処理の実施に
おける熱エネルギ必要量を著しく減少させる。この減少
は、処理時間の短縮によるだけでなく、押出材を単一層
に並べて処理する場合には、熱処理炉の通路断面積を、
長尺材を比較的高いスキップ（）で運搬する加熱炉と比
較して非常に小さくでき、かくして被加工物への熱移動
の大巾に改善されるということにもよるのである。さら
にはバッチ式（回分式）操作においては、被加工長尺材
を支持するために用いるスキップその他のキャリヤを加
熱する必要がある。

連続的二段階エージング処理法を実施した場合の処理時
間および熱必要量の減小からもたらされる経済的利益と
は全く別に、二段階エージング処理の適正な実施によっ
て製品の機械的性質の大巾な改善が得られる。

連続的に実施される二段階エーシング処理法では、典型
的には個々の押出長尺材は炉の低温加熱帯域で４５〜６
０分間、１６０〜２００℃の温度に維持され、次いで個
々の長尺材の温度は炉の高温帯域で２６０〜２７０℃に
上昇されて、この温度に１０〜２０分間維持される。操
作のフレキシビリティを大きくするためには炉の低温帯
域および高温帯域には別々のコンベヤを設け、それらの
移動速度を相互の関係において独立的に制御して高温帯
域における熱処理時間が低温帯域における熱処理時間に
拘束されないようにするのが好ましいＯ エージング温度への加熱速度およびそれからの冷却速度
は、アルミニウム・マグネシウム珪化合金についての通
常の商業的限度内では余り影響を与えないことが判明し
た。また押出プレスからの長尺材の退出とエージング処
理の開始との間での１時間半までの遅延は実質的に影響
を与えないことも判明した。

このエーシング処理法で処理されるアルミニウム・マグ
ネシウム珪化合金押出材の機械的性質が上記の如く比較
的鈍感であることは、押出材をそれぞれの炉加熱帯域へ
入るときに所要温度にまで個々に迅速に加熱すると共に
加熱処理炉内の移動方向に対して横（直角）方向に配置
された押出物の連続的な層の形で移動させて行う大規模
な商業的生産にこの方法を組込むのに特に適当とするも
のである。

上に概記した二段階エージング法は二種の温度使用の概
念に基いている。最初は低温度（Ｔｌ）であり、その温
度では沈澱粒子の安定なりラスタアが可及的速かに可能
な最大限度まで形成されうろがマトリックスとの密着性
を失なうようにクラスタアがさらに発達するのを促進す
るような時間にわたってその温度（Ｔ１）に保持する必
要はない。

第２の温度は、さらに高温（Ｔ２）であり、温度Ｔ１で
のエージング中にグニエール・ブレストン（Ｇｕｎｉｅ
ｒ−−Ｐｒｅｓｔｏｎ　）帯構造からＭｇｚＳｉ相を可
及的に短時間で、最高の機械的強度に近い最適分散にま
で核化させるのに必要充分な温度水準である。

通常の商業的操業の下で押出し、空気中で室温にまで冷
却したフラットバアから切断した試験片を用いて実験室
的に予備試験を行ない最適のエージング処理時間および
処理温度を設定した。この研究実験のために材料を５２
０　℃で６０分間溶解処理してから、種々の実験的エー
ジング処理条件を適用（７た。

試験材料の組成の変動は下記範囲内であった（ｗｔ％）
。

Ｆｅ　　　　　　　　　Ｏ，２０〜０．２３Ｍｇ　　　
　　　　　　０．３６〜０．５１Ｓ　ｉ　　　　　　　
　　０．４５＋−０，４９Ｍｎ　　　　　　　　　Ｏ，
０６〜０．０９その他　　　　　　Ｄ、０５以下 Ａ１　　　　　　　　残部 ０、８　ｍ１１１．３　ｍｍおよび１２．５ｍｍの厚さ
の試験片を用いた。溶解処理温度は５２０〜５６０℃、
溶解処理後の冷却速度１．５〜ｂ よびエージング処理開始の間の遅延時間は０〜３０分で
あった。上記の諸変動条件値はいずれも最終的に得られ
る機械的性質に著しくは影響な与えないことが判明した
。

得られた機械的性質の例は下記の通りである。

（１）厚さ３ｎｏ、巾５０ｍｍ、長さ２５０　ｍｍのフ
ラットハアを５２０℃で６０分間溶解処理し、水冷却［
−１１６０℃で６０分間次いで２５０℃で２０分間維持
した。合金の組成（ｗｔ％）は下記の通りであった。

Ｆｅ　；　０．２０　＋　　Ｍｇ　；　０．４６　＋　
　Ｓ　Ｉ：　１１４６＋　　Ｍｎ　；０．０６　。

その他０．０６％以下、Ａｌ；残部。

０．２％保証応力　　　　　１８５Ｎ／ｍ％極限引張強
さくＵＴＳ）　　　２１４　Ｎ／ｍｎ！伸び率（５０■
で＞　　　　　ｉｓ、６％硬さくＨＶ５）　　　　　　
　　　７２．７（２）　　１２．５＋＋＋ｍ厚アングル
材、脚長２５ｎ＋ｍ。

処理条件は上記（１）と同じであった。

合金組成（ｗｔ％）： Ｆｅ：０−２３＋　　Ｍｇ；０．５１．Ｓｉ；０．４７
．Ｍｎ；０．０６゜その他０．０３以下、Ａｌ；残部。

［１，２％保証応力　　　　　２０７Ｎ／ｍＪＵＴ　Ｓ
　　　　　　　　　　２３６　Ｎ’／ｍ％伸び率（５０
＋ｎｍで）　　　　１７６％硬さくＨＶ５）　　　　　
　　　８０．４（３）商業的押出プレスで作られたもの
をプレス機の出口で切断した１、５Ｍ厚の建築用長尺材
を室温で２０分後に実験用エージング炉に移し、そこで
１７０℃で４５分間次いで２５０°Ｇで２０分間υ口熱
したつ 合金組成（ｗｔ％）： Ｆｅ；０゜２２７Ｍｇ　；０．４９　＋　　８　＋　；
　０．４９１Ｍｎ　；ｏ、ｏ！５　。

その他０，０３以下、残部；Ａ１ ０．２％保証応力　　　　　１６６Ｎ／ｍｆｆ１ＵＴ　
Ｓ　　　　　　　　　　２”０４　Ｎ／ｍｎ！伸び率（
５Ｄ　ｎ＋ｍで）　　　　　１３．７％硬さく　ｌ（Ｖ
　５　）　　　　　　　　６７．２本発明方法は、任意
のアルミニウム合金の押出加工材のエージングに応用す
ることができ、その場合に、それらの合金のエージング
は押出長尺材が低温帯域および高温帯域でそれぞれ保持
される時間および温度を適切に修正することにより異な
った温度での二段階でエージング工程を実施することに
より迅速に行えることが判明したつ従って本発明の方法
はＡｇ−Ｚｎ−Ｍｇ系の合金ならびに上記例の如きアル
ミニウム・マグネシウム珪化合金の押出長尺材のエージ
ングに応用できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法実施のための装置レイアウトの一例
であり、第２図は別のレイアウト例であり、第３図は本
発明方法の次に行われうる陽極酸化処理のためにラック
状に組立てた切断材を示す。 １：押出プレス機　　　６：冷却／ストレッチ装置４：
鋸　　　　　　　　５．１５：低温帯域６．１６：高温
帯域 Ｆｔａ、７ どｑ Ｆ／６２ １ ｈｃｙ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１経時硬化性アルミニウム合金の押出長尺材を相対
   的に低温の第１帯域および相対的に高温の第２帯域内に
   、該長尺材の長さ方向に対して横向きの方向に進行させ
   ることからなる上記押出長尺材の熱的エージング方法。 （２）押出長尺材を１個毎にかつ次から次に連続的に−
   またはそれ以上の別個の層として該第１および第２帯域
   内に進行させる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）第１帯域中の滞留時間に関連して第２帯域中の滞
   留時間を制御するために、第２帯域内の移動速度を第１
   帯域内の移動速度に関連して制御しうるものである特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 （４）　　長尺材は、１６０〜２００℃に保持した相対
   的に低温の帯域内に４５〜６０分間にわたって進行させ
   、また２３０〜２６０℃に保持した相対的に高温の帯域
   内［１０〜２０分間にわたって進行させる特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 （５）長尺材に対して実質的に直角に配置されたスプラ
   イン部材に長尺材を固定して第１および第２帯域内に進
   行させ、かつその際にスプライン部材を垂直に位置させ
   、長尺材を上下方向に相互に重なるようにしかも相互間
   に間隔を設けて横たえる特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 （６）アルミニウム・マグネシウム珪化合金長尺材を卓
   上に押出し、その長尺材を冷却およびストレッチし、そ
   の長尺材を縦方向に鋸引装置へ進めて所望の寸法に鋸引
   し、鋸引切断材を鋸引装置のところで９０°程の角度で
   向きを回転させ、次いで鋸引切断材を低温帯域および高
   温帯域内に鋸引切断材の長さ方向に直角の方向に配列し
   て進行させる特許請求の範囲第１項に記載の方法。