JPS5822363A - 超塑性アルミニウム合金板の製造方法 - 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】 本発明は超塑性アルミニウム甘金板の製造方法に関する
ものである。

詳しく゛は、本発明は、超塑性アルミニウム合金板を工
業的に容易に製造する方法に関するものである。

外部から材料に機械的力を加えると、材料に局部的変形
（くびれ）が発生することなく、数百％から千％に達す
る異常な伸びが得られる金属や合金は、超塑性金属また
は超塑性合金として知られている。アルミニウムの超塑
性合金には、再結晶微細粒超塑性合金と共晶微細組織超
塑性合金の２ｍ類が知られている。再結晶微細粒超塑性
合金は、冷間圧延された合金板を焼鈍することにより新
たに生ずる再結晶粒を、微細になるように制御したもの
である。。また、共晶微細組織超塑性合金は、鋳造時に
微細になるように制御しだ共晶（混合相）組織を、圧延
板まで持ち来たしたものである。これらいずれの超塑性
合金においても、その組織は直径θ、！ミクロンから最
大７０ミクロンの微細な結晶粒からなり、円滑な粒界移
動まだはすべりが起ることにより、材料の塑性変形が容
易に行なわれる。

再結晶微細粒超塑性合金では、結晶粒の粗大化を阻止す
るだめに特殊な元素を添加することが必要である。多く
の場合、このような効果を示す添加元素としては、遷移
元素が用いられている。まだ、超塑性合金に引続き変形
を生じさせると、結晶粒内で加工硬化が起り、ついには
塑性変形が困難となる。このような加工硬化を低減させ
るだめ、上記元素に加えて更に銅、マグネシウム、亜鉛
等を加えることも知られている。

これらの元素は、動的再結晶、すなわち材料の変形と同
時に再結晶を起こし、常に変形前の材料の組織を再生す
る作用を有する。

本発明者らは、先に、マグネシウム、マンガンおよびク
ロムを含むアルミニウム合金溶湯を連続的に鋳造圧延し
て製造したアルミニウム合金板を、焼きなましだのち冷
間圧延することからなる、超塑性の著るしく向上したア
ルミニウム合金板の製造法を提案した（特願昭５ｔ−３
６２６Ｆ参照）。この方法は超塑性アルミニウム合金板
の製造法として優れた方法であるが、冷間圧延中にアル
ミニウム合金板が加工硬化を起すので、圧延率が高くな
ると圧延が漸次困難になる。

本発明はこの加工硬化のもたらす困難を除去する方法を
提供するものである。

本発明によれば、＜ｔ、ｏ　−ｔ、ｏ　（重量）％のマ
グネシウム、０．＜１〜／、ｊ（重量）％のマンガンお
よび０．０！〜０．２（重量）％のクロムを含むアルミ
ニウム合金溶湯を連続的に鋳造圧延して厚さ３〜２０朋
の帯状板とし、これに’７７０〜、ｆ３０℃の温度で焼
きなまし処理を施したのち前段冷間圧延と中間焼鈍を行
ない、次いで６０％以上の圧延率に達するまで後段冷間
圧延を行なうことにより、超塑性アルミニウム合金板を
工業的に容易に製造することができる。

本発明を更に詳細に説明すると、本発明で用いるアルミ
ニウム合金は、ダ、θ〜６．０（重量）％のマグネシウ
ム、θ、ダ〜／、ｊ（重量）％のマンガンおよびＯ０θ
ｊ　−０，２（重量）％のクロムを含んでいることが必
要である。マグネシウムは、前述の如く、動的再結晶な
ｈし回復を生じさせるのに有効な元素である。マグネシ
ウムは多いほど効果的であり、少くともり、／（重量）
％は必要である。しかし、６．０（重量）％よりも多く
なると、粗大化したβ相（Ｍｇ−Ａ７化合物）が粒界に
晶出し、冷間圧延を困難にする。マンガンとクロムとは
再結晶粒の粗大化を阻止する作用を有する。マンガンは
／、ｊ（重量）％以下、すなわち鋳造時にほぼ固溶し得
る範囲で添加する。しかしθ、４ｔ％未満ではその添加
効果は少ない。鋳造時に固溶し得る以上のマンガンを添
加すると、鋳造時に粗大な晶出物を生ずる。この晶出物
は再結晶粒の微細化に寄与しないばかりでなく、冷間圧
延に悪影響を及ぼす。同様にクロムも、その添加量が０
．２％よシ多くなると、マンガンと粗大な化合物をつく
り易くなり、マンガンおよびクロムの微細化効果を失な
わせる。

また、その添加量が０．Ｏ３％未満では添加効果が少な
い。

本発明で用いるアルミニウム合金には、さらに上記め添
加元素と作用してその効果を低減させることのない他の
遷移元素、例えばジルコニウム、を加えてもよい。また
常法によりチタンおよび硼素を微量添加して結晶の微細
化を図ってもよい。さらに一般のアルミニウム合金中に
含有される鉄、珪素、銅等の不純物については、通常の
合金中に許容される範囲、すなわち鉄０．４ｔ％以下、
珪素ｏ３％以下、銅Ｑ、／％以下であれば、存在してい
ても差しつかえない。

本発明では、上述の組成のアルミニウム合金溶湯を、連
続的に鋳造圧延して、直接に３〜２θ龍、好ましくはｙ
〜／ｊ龍の厚さの帯状板を製造する。連続鋳造圧延法は
公知であり、ノ・フタ−法、３０法、ハザレー法などい
くつかの方法が知られている。これらの連続鋳造圧延法
によれば、２個の回転する鋳造用ロールまたは走行する
鋳造用ベルトなどで構成される鋳型間にノズルを配置し
、このノズルを経て合金溶湯を鋳型内に導入し、鋳型で
冷却しながら同時に圧延することにより帯状板が製造さ
れる。この方法によれば、鋳造時にマンガンおよびクロ
ムの固溶量が増加するため、前記したマンガンおよびク
ロムの添加量範囲内ではマンガン、クロムを含む金属間
化合物などは殆んど晶出せず、後続の熱処理と組合せる
ことにより再結晶微細化効果を著るしく向上させること
ができる。連続鋳造圧延の鋳造速度（帯状板の進行速度
）は０、ｊ〜／、３ｍ／分、溶湯温度は６ざ０〜７３０
℃が適当である。

このようにして得られた帯状板は、グ２０〜ｓ３ｏ℃の
間の温度で焼きなまし処理を施す。

焼きなまし時間は６〜コク時間が適当である。

温度が低い場合には時間を長くし、温度が高い場合には
時間を短くすることは、一般の熱処理と同様である。こ
の焼きなましにより、鋳造時に晶出したマグネシウムを
均一に溶体化させ、動的な再結晶に及ぼすマグネシウム
の効果を高めることかできる。また、過飽和に固溶した
マンガンおよびクロムを、再結晶粒界の移動の阻止に有
効な均一微細な析出物として析出させることができる。

焼きなまし温度がグ２０℃よりも低いと、マグネシウム
を十分に溶体化させ、しかもマンガンおよびクロムを有
効に析出させることはできない。まだ、！３０℃を超え
ると、マンガンおよびクロムの析出量が減少し、かつ析
出物も粗大化するので、粒界移動阻止の効果が著るしく
低下する。

好適な焼きなまし温度はゲタｏ−５ｉｏ℃である。

焼きなましだ帯状板は、次いで熱間圧延を行なうことな
く、冷間圧延する。これにより焼きなましにより得られ
た添加元素の微細な析出状態を維持することができ、優
れた超塑性特性を示す合金板を製造することができる。

もし焼きなましだのち熱間圧延を行なうと、この添加元
素の微細な析出状態を維持することは不可能であシ、得
られる合金板の超塑性特性が損なわれる。

本発明方法では冷間圧延は前段と後段とのλ段階にわけ
て行なわれる。前段と後段との間で圧延板に中間焼鈍が
施される。中間焼鈍は、前段の冷間圧延により加工硬化
した圧延板を軟化させて、後段の冷間圧延を容易にする
だめのもにおいて軟化が著るしく進行する。軟化は一２
３０℃でほぼ飽和に達し、それ以上の高温に加熱しても
軟化度の向上は比較的小さい。まだ、過度に高温にする
と、合金板中の析出物が粗大化して製品の超塑性特性が
損なわれる。従って中間焼鈍は通常、２３０〜￥００℃
で行なうのが好ましい。焼鈍時間も短い方が好ましく、
通常７〜７時間である・ 本発明方法においては、上述の如く、前段と後段とのλ
段階に分けて冷間圧延が行なわれるが、後段の冷間圧延
は圧延率が６０％以上であることが必要である。後段の
圧延率がこｈよりも小さいと、優れた超塑性特性を示す
圧延板を得るのが困難である。後段の好ましい圧延率は
ｔｊ％以上であり、一般に圧延率が高いほど圧延板の超
塑性特性は良好となる。しかし圧延率が高くなると再び
加工硬化によシ圧延が困難となるので、圧延板に要求さ
れる超塑性特性を考慮して適当な後段圧延率を決定する
。一般に後段圧延率は♂Ｏ％以下が適当である。

全体の圧延率をＫ、後段の圧延率に２とすると、前段の
圧延率に１は下記式で与えられる。

通常は前段圧延率は３０％以上である。前段圧延率がこ
れよりも小さいと、中間焼鈍の効果が小さい。好適な前
段圧延率は３０−６θ％である。前段圧延率がこれより
も大きくなるときには、前段圧延の途中で付加的な中間
焼鈍を施して加工硬化を除去したのち、さらに前段圧延
を行なうのが好ましい。前段、後段ともに圧延自体は常
法によシ行なわれる。

本発−明方法により製造されたアルミニウム合金板は、
３θｏ℃以上、特にｔ、ｔｏｏ℃以上の温度で優れた超
塑性特性を示す。従って、この特性を利用して、一般の
超塑性材料に適用される各種の加工法により成形加工す
ることができる。

その代表的なものは、雌型を使用し、流体圧により材料
を雌型に密着させる真空成形およびバルヂ加工である。

加工時のひずみ速度は通常／　Ｘ　１０−３〜／　Ｘ　
１０−１７秒の範囲で、また単軸伸びは７００〜５００
％の範囲で行なうのが好ましい。

次に実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。

実施例／ マグネシウム俟ｊ％、マンガン０．２３％およびクロム
０．／　４ｔ％を含むアル５ニウム合金をガス炉で溶解
し、溶湯温度を７’３０℃として十分に脱ガスした。こ
の溶湯にチタン！％、硼素７％を含むアルミニウム母合
金を、チタン含有量のコ個の水冷ロールで構成された駆
動鋳型を用い、上記の溶湯を７３０℃で／θＯｃｍ　７
分の鋳造速度で連続的に鋳造圧延して厚さｔ、ｓｍｍの
帯状板を製造した。

この帯状板を！１０−６２０℃で６時間焼きな壕したの
ち、冷間圧延により厚さ云３酎の合金板とした（圧延率
！Ｏ％）。このようにして製造されたアルミニウム合金
板の抗張力はグ２．！　ｋ（１／　ｒｎｄであった。こ
の合金板を３５Ｏ℃で２時間中間焼鈍した。中間焼鈍を
経た合金板の抗張力は３／ｊｋｇ／雇であった。

これを更に後段冷間圧延にかけ、厚さ／、り龍（全圧延
率２９％、後段圧延率ｊと％）および厚さ／、０ｍｍ（
全圧延率と５％、後段圧延率２０％）まで圧延した。

このようにして製造した圧延板から、Ｊ工５ｚ−２２θ
／　「金属材料引張試験片」に準拠して引張り試験片（
平行部長さ２６ｍＮ、平行部巾／θｍｍ　）を切り出し
た。この試験片につき、Ｊｌ：Ｓ　Ｚ　２ａ＜ｔｉ　ｒ
引張り試験法」に準拠して標点間距離２！朋、試験温度
！３０℃、初期の歪速度が／、３　ｘ　１０−３／秒で
引張り試験を行ない、試験片の伸びを測定した。結果を
表−／に示す。

表啼 ３１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１’１．０〜１．０　（重量）％のマグネシウム、
   ｏ３〜／、ｊ（重量）％のマンガンおよびθ、θｌ〜０
   ．２（重量）％のクロムを含むアルミニウム合金溶湯を
   、連続的に鋳造圧延して厚さ３〜２θ龍の帯状板とし、
   これにり２θ〜！３０℃の温度で焼きなまし処理を施し
   たのち前段冷間圧延と、中間焼鈍を行ない、次いで６０
   ％以上の圧延率に達するまで後段冷間圧延を行なうこと
   を特徴とする超塑性アルミニウム合金板の製造方法。 （２）　　前段冷間圧延を圧延率３０〜６０％で行なう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法
   。 （３）　　中間焼鈍を２よ０〜＜１０θ℃で行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項まだは第２項記載の
   製造方法。