JPS59126762A - 高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方法 - 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】 本発明は高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方法に
関する。

アルミニウム合金のうちで最も高強度、高靭性が得られ
る時効硬化型ＡＩ　　Ｚｎ　　ＩｖｌＢ　　Ｃｕ系合金
は、比強度（強度／比重）が優れていることから、航空
機用材料として使用されている。

従来において、高力合金として使用されている７０７５
合金は最高強度まで時効処理（Ｔ６処理）を行なうと、
破壊靭性や耐応力腐蝕割れ性が劣化する等の問題がある
ので、過時効処理を行なって強度を犠牲にして靭性を増
加させたＴ　７３処理材が使用されている。

最近になって、この合金を改良した７　０５０合金−丁
７３６材あるいは７１７５合金−Ｔ７３６材が開発され
たが、これらの合金処理材は靭性を改善する目的のため
に、第２相粒子の体積分率を減少させるため不純物であ
るＦｅおよびＳｉの含有量を規制している。

因に、ＡｌＺｎ−Ｍｇ　Ｃｕ系合金を鋳造すると、凝固
時にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、ＡｌＦｅ−３ｉ系、Ａｌ−Ｆ
ｅ系あるいはＡｌＦｅ−Ｃｕ系金属間化合物が生成し、
これら金属間化合物は均熱処理によって大部分は再固溶
するが、一部未固溶のまま製品の中に分布して靭性を低
下させる原因となっている。

そして、新しい材料といわれている７１７５合金は未固
溶晶出物として残存し易いＦｅおよびＳｉの含有量を規
制することにより靭性の改善を行なったものである。

本発明者はこのような高力、高靭性アルミニウム合金材
料の基本的問題である第２相粒子に着目し、そして、ア
ルミニウム合金鋳造時に生成する晶出物を如何にして微
細化あるいは再固溶させて体積分率を減少させるかを検
討した結果、本発明を完成したものであり、即ち、本発
明は上記したＡｌＺｎＭｇ−Ｃｕ系合金の従来技術にお
ける種々の問題点および本発明者の知見による研究の結
果なされたものであって、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合
金における上記の各種品出物を予備熱間加工によって分
断微細化を図り、後工程の均熱処理時の再固溶化を促進
させることにより体積分率を減少させることのできる高
強度、高靭性アルミニウム合金の製造方法を提供するも
のである。

本発明に係る高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方
法の特徴とするところは、Ｚｎ　５．０〜７．Ｏｕ＋ｔ
％、ＭＨ１，５−３，Ｏｕ＋ｔ％、Ｃｕ　１．０−３．
Ｏｕ＋ｔ％、Ｔｉ　０．００１−０．１ｕ＋Ｌ％を必須
成分とし、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，２５ｕ＋ｔ％、Ｚｒ　
０．０５−０．２０１１Ｉｔ％の何れが１種を含有し、
Ｆｅ　０．５ｕ＋ｔ％以下、Ｓｉ０．４ｕ＋ｔ％以下に
規制し、残部実質的にＡ１からなるアルミニウム合金を
常法により鋳造後、２５　（１〜３６０°Ｃの温度で２
時間以上の歪取りおよび析出処理とを兼ねた熱処理を行
なってから、３００〜４８０°Ｃの温度において４０％
以上の加工率で熱間加工を行ない、４５０〜５２５℃の
温度で４時間以上均熱処理を行なった後、さらに、３０
０〜４２０°Ｃの温度において２０％以上の加工率の熱
間加工を行ない、次いで、４５０〜５２５℃の温度で２
〜８時間の溶体化処理を行なうことにある。

本発明に係る高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方
法を以下詳細に説明する。

即ち、Ｚｎ５−７ｗし％、ＭＨＩ、’５−３．０ｗｔ％
、Ｃｕ１．０〜３．Ｏｕ＋ｔ％、Ｔｉ　０．００１〜０
，１ｕ＋Ｌ％を必須成分として含有し、Ｃｒ　Ｏ，０５
−０，２５ｉｕＬ％、Ｚｒ　Ｏ，０５−０，２０ｗｔ％
の何れか１種を含有し、Ｆｅ　０．５ｕ＋Ｌ％以下、Ｓ
ｉ０．４＋ｕＬ％以下に規制し、残部実質的にＡ１から
なるアルミニウム合金鋳塊を２５０〜３６０°Ｃの温度
で２時間以上の熱処理を行ない歪取りおよび平衡相を析
出させ、４０℃／時間以上の昇温速度で３００〜４−８
０℃の温度に加熱し、直ちにその温度で４０％以上の加
工率で熱間加工をすることにより鋳造時の晶出物を破断
・微細化する。

しかして、熱間加工前の粗大な平衡相は加工時の転位の
導入量を増大させ、晶出物の破断分散化に効果がある。

このことは、同一熱間加工の場合、粗大な平衡相が存在
すると存在しない場合より加工時の導入転位量は多くな
り、そのため変形抵抗が増大し晶出物が破断し易くなる
島である。このようにして、分断微細化された晶出物は
その後の均熱処理において比表面積（表面積／体積）が
増大しているため再固溶し易くなる。そのため、通常の
均熱処理（約４６０’Ｃ）で行なうよりも晶出物は微細
化し、固溶量が増大する。さらに、予備加工前の析出処
理によって加工時の導入転位量を増すことにより均熱時
の再結晶粒が微細化する効果がある。このことは再熱加
工後の溶体化処理によって生成する再結晶粒（サブ結晶
粒）を微細化することに効果があり、製品の靭性を向上
さぜることができる。この析出処理後熱間加工した材料
をさらに４５０〜５２５°Ｃの温度において４時間以上
の均熱処理を行ない、材料中の成分分布を一様にすると
共に晶出物の再固溶化を図る。その後、３００〜４２０
°Ｃの温度で２０％以上の加工率で熱間加工を行ない所
望の製品寸法として、４５０〜５２５°Ｃの温度におい
て２〜８時間時間化処理し、水焼き入れし、１００〜１
２５°Ｃの温度で予備時効後、１５０〜１８０℃の温度
で過時効処理を行なうのである。この最終時効によって
得られる新品物の寸法、分布は時効温度、時間によって
変化することは勿論均熱処理条件にも依存する。即ち、
均熱処理時にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の晶出物が完全に固溶
されていない場合、マトリックス中のＣｕ、Ｍｇ含有量
が低下し、時効析出物の密度は粗くなり、同一時効時間
では強度が低下する。そのため、最終時効時間を短かく
して強度を増加させると、析出物が微細になり靭性が低
下し、応力腐蝕割れが発生し易くなるという問題が生し
る。従って、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系晶出物を完全に再固溶
させることは高強度、高靭性アルミニウム合金材料を得
るために重要な条件である。この点からアルミニウム合
金鋳塊を析出処理後予備加工し、均熱処理を行なうこと
は極めて大切なことである。

本発明に係る高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方
法において使用するアルミニツム合金の含有成分、成分
割合および熱処理条件について説明する。

Ｚｎはその含有量が５．Ｏｕ＋Ｌ％未満では充分な強度
が得られず、また、７，０ＬＩＩＬ％を越えて含有され
ると靭性が低下し、応力腐蝕割れを起し易くなる。

よって、Ｚｎ含有量は５．０〜７．０＋Ｉｌｔ％とする
。

Ｍｇは含有量が１．５ｗｔ％未満では強度が得られず、
また、３．Ｏｕ＋Ｌ％を越えて含有されると熱間加工性
が低下し、加工割れを生し易くなる。よって、Ｍｇ含有
量は１．５〜３．０すＬ％とする。

Ｃｕはその含有量＾（１，（ｂｕｔ％未満であると強度
が得られず、また、３．（１＋ｕｔ％を越える含有量で
は靭性が低下する。よって、Ｃｕ含有量は１．０〜３．
０田Ｌ％とする。

Ｔｉは含有量がＯ，０Ｏ１ｕ＋Ｌ％未満では鋳造組織の
微細化が起らず、また、Ｏ，１ｕｓｔ％を越えると鋳造
時に巨大化合物を生成し製品の靭性か低下する。

よって、Ｔ１含有量は０．００１〜０．１＋ＩＩｔ％と
する。

Ｃｒは含有量が０．０５ｕ＋Ｌ％未満では結晶粒微細化
に効果がなく、また、０．２５ｗＬ％を越える含有量で
は鋳造時に巨大化合物を生成し易くなる。よって、Ｃｒ
含有量は０．０５〜０，２５ｕｕｔ％とする。

Ｚｒは含有量が０，０５ｕ＋ｔ％未満では結晶粒微細化
に効果がなく、また、０．２０ｕ＋Ｌ％を越える含有量
では鋳造時に巨大化合物を生成し、靭性な低下させる。

よって、Ｚｒ含有量は０．０５〜０．２０とする。

ＦｅおよびＳｉはＦｅは含有量が０．５＋ｕＬ％を越え
ると鋳造時にＡｌ−Ｆｅ−Ｃｏ系晶出物を生成し、マト
リックスのＣｕ含有量を低下させ時効硬化性が劣化し、
Ｓｉは含有量がＯＪｕ＋ｔ％を越えると均熱中に粗大な
Ｍｇ−６ｉ系析出物が生成し、製品強度が低下する。よ
って、Ｆｅ含有量は０．５ｕ＋Ｌ％以下およびＳｉ含有
量は０，４ｕ＋ｔ％以下に規制する。

上記した含有成分、成分割合のアルミニウム合金鋳塊を
２５０〜３６０°Ｃの温度で歪取りと析出処理を行なう
が、２５０℃未満の温度では析出物が微細になり、熱間
加工時に加工割れを起し易くなり、また、３６０℃を越
える温度では平衡相が再固溶し、析出処理効果がみられ
なくなる。そして、この処理時間は２時間以上とする必
要があり、２時間未満では粗大析出物量が少なく、予備
加工時の晶出物微細化が起らない。

次に、３０（）〜４８０℃の温度において４０％以」二
の加工率で熱間加工を行なうのであるが、３００℃未満
の温度では加工割れが生じるようになり、４８０°Ｃを
越える温度では析出処理効果かなくなる。そして、加工
率４０％未満では晶出物が微細化せず、灼熱時の再結晶
粒が微細化しなり・のである。

この予備加工後に、４５０〜５２５°Ｃの温度で４時間
以上の均熱処理を行なうが、この場合、温度が４５０°
Ｃ未満ではＡＩ　　Ｃｕ　　Ｍｇ系品出物が再固溶せず
、５２５’Ｃを越える温度では共晶溶融を起す。そして
、均熱処理時間は４時間以上行なうことが必要であ１）
、４時間未満ではＡ　Ｉ−Ｃｕ　−Ｍｇ系品出物の再固
溶が完全に起らずに、一部未固溶晶出物が残存する。

さらに、３００〜４２０　’Ｃの温度において２０％以
上の加工率の熱間加工によって、所望の製品寸法とする
。

次いで、４５０〜５２５℃の温度において２−・８時間
の溶体化処理を行なうのであるか、温度か４５０℃未満
では溶体化処理中にＡ　Ｉ−Ｃｒ　−Ｍ　ｇ系化合物が
析出し易くマ）　ｌ）ンクス中のＭｇ含有量を低下させ
、時効硬化性を劣化させ、５２５℃を越える温度では溶
融を起すようになる。そして、この溶体化処理の時間は
、２〜８時間とし、２時間未満では時効硬化元素が完全
に固溶せず、８時間を越えると微細結晶粒が異常成長し
、靭性を低下させる。

本発明に係る高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方
法の実施例を説明する。

実施例１ 第１表に示す３種類のアルミニウム合金鋳塊（３００φ
）を半連続鋳造法により鋳造し、第２表に示す製造工程
紀より鍛造品（１００φ）を作成した。

各鍛造材を５００℃×３時間の溶体化処理した後、１８
℃の水中に焼入れ、１１０℃の温度で６時間予備時効後
、１７５℃の温度で７時間の過時効処理を行なった。そ
の時の各材料の強度と靭性な第３表に示す。なお、靭性
についてはＡＳＴＭＥ−３９９に従って試験を行なった
（Ｌ−Ｔ）。引張性質はＬ−、Ｔ方向の値を示す。○は
本発明に係る高強度、高靭性アルミニウム合金の製造方
法により作成された材料であり、無印は比較材料である
。

第３表 なお、引張性質はＬＴ力方向値を示し、破壊靭性値はＬ
−Ｔ方向の測定値を示す。この実施例から明らかである
が、Ｚｒを含むアルミニウム合金であっても、析出処理
を行なうことにより高強度、高靭性のものが得られる。

以上説明したように、本発明に係る高強度、高靭性アル
ミニウム合金の製造方法は上記の構成を有しているもの
であるから、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミニウム合
金を高強度および高靭性を有する優れたものとすること
ができる効果を奏するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｚｎ　５．０−７．０＋ｕｔ％、ＭＢ　１．５−３．（
   ｂｕｔ％、Ｃｕ　１，０−３．Ｏｕ＋Ｌ％、］’ｉ　０
   ．００１−０．１ｕ＋Ｌ％を必須成分とし、Ｃｒ　Ｏ，
   ０５−０，２５ｗｔ％、Ｚｒ　０．０５−０．２０ｕ＋
   ｔ％の何れｈ−ｉ種を含有し、Ｆｅ　０−５ｕ＋ｔ％以
   下、Ｓｉ　０．４ｕ＋ｔ％以下に規制し、残部実質的に
   Ａ１からなるアルミニウム合金を常法にＥり鋳造後、２
   ５０〜３６（）℃の温度で２時間以上の歪取りおよび析
   出処理とを兼ねた熱処理を行なってから、３００〜４８
   ０°Ｃの温度において４０％以上の加工率で熱間加工を
   行ない、４５０〜５２５℃の温度で４時間以上均熱処理
   を行なった後、さらに、３００〜４２０℃の温度におい
   て２０％以上の加工率の熱間加工を行ない、次いで、４
   ５０〜５２５°Ｃの温度で２〜８時間の溶体化処理を行
   なうことを特徴とする高強度、高靭性アルミニウム合金
   の製造方法。