JPS60238439A - 展伸用アルミニウム合金およびその製造方法 - 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】 本発明は展伸用アルミニウム合金およびその製造方法に
関する。

［従来技術１ 一般に、Ａ１にＬｉを含有させると、密度が約３％低く
なって、弾性率が約６％も増加するので、Ａ　Ｉ−Ｌ　
ｉ合金は従来のＡ１合金に比べて軽量化が可能となり、
現在、Ｌ、１を２〜３＋ｕｔ％含有させたＡ’１合金が
主として軽量化効果の大きい航空機等の構造用材料とし
ての実用化が検討されている。

また、ＡｌＬｉ合金の上記説明した特性を利用して、リ
ニアー・モーターカーの構造材、テニスのラケット等の
各種のスポーツ用具、スピーカー振動板等にも幅広い用
途についてもその実用化が検討されている。

そして、このように、Ａｌ−Ｌｉ合金が広く利用されて
いくためには、より大きな低密度、高弾性化を計り、強
度および靭性等の材料特性について、従来のＡ１合金と
同等以上の性能を持たせることが必要不可欠である。

しかして、Ａｌ−Ｌｉ合金の密度および弾性率はところ
が少なく、Ａ１に含有されるし１含有量によって大きく
左右され、従って、Δ１−Ｌｉ合金の低密度、高弾性化
は主として、含有されるＬｉ量により略決定される。

しかしながら、Ｌｉの含有量には自ら限界があり、Ｌｉ
の含有量が多過ぎると強度が飽和腰仙び等の延性が著し
く低くなり、伸びは１％以下となって実用には適さなく
なる。

そのため、Ａｌ−Ｌｉ合金において重要なことは、Ｌｉ
をできるだけ多量に含有させて低密度、高弾性を計り、
かつ、優れた材料特性を得ることであるが、Ａ　Ｉ−Ｌ
　ｉ合金の特性において最も大きな問題は、得られる強
度の割には延性および靭性が劣るということである。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は上記に説明したようなＡ　Ｉ−Ｌ　ｉ合金にお
ける特性に対する研究およびその結果の知見に基いてな
されたものであり、即ち、低密度、高弾性率を有し、か
つ、優れた強度、延性および靭性等の機械的性質を有す
る展伸用アルミニウム合金およびその製造方法を提供す
るものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る展伸用アルミニウム合金およびその製造方
法は、 （１）　Ｌｉ　１，０−５．Ｏｕ＋ｔ％、Ｍｇ　Ｏ，５
−２，０ＩＩＩＬ％、Ｃｕ　Ｏ，５−３，Ｏｕ＋ｔ％、
Ｓ　ｉ　Ｏ，２−］、５ｕ＋ｔ％（ただし０．２＋＋＋
Ｌ％を含まず）、 Ｔｉ　Ｏ，００５−０，ｉｕ＋ｔ％ を含有し、かつ、 Ｆｅを０．３１１１七％以下に規制し、さらに、 Ｚｒ　Ｏ，０５−０，３ｗｔ％、Ｍｎ　Ｏ，０５−１，
Ｏｕ＋ｔ％、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，３ｕ＋ｔ％、Ｖ　０
００５−０．２ｕ＋ｔ％のうちから選択した１種以上 を含有し、残部Ａ１および不純物からなることを特徴と
する展伸用アルミニウム合金を第１の発明とし、 （２）　Ｌｉｌ、Ｏ〜５．Ｏｕ＋ｔ％、Ｍｇ　０．５〜
２．Ｏｕ＋ｔ％、だし０，２ｕ＋ｔ％を含まず）、 Ｔｉ　Ｏ，００５〜０．１！Ｉｌｔ％ を含有し、かつ、 Ｆｅ　Ｏ１３＋ｕｔ％以下に規制し、 さらに、 Ｚｒ　Ｏ，０５−０，３ｕ＋ｔ％、Ｍｎ　０．０５−１
．Ｏｕ＋ｊ％、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，３ｗｔ％、Ｖ　Ｏ
，０５−０，２ｗＬ％のうちから選択した１種以」二 を含有するアルミニウム合金鋳塊を、マクロ組織の結晶
粒平均寸法が３ｍｍ以下の鋳塊組織とし、４００〜５０
０°Ｃの温度で４〜４８時間の均熱処理を行ない、その
後３００　’Ｃ以上の温度で熱間加工を行なった後、６
０％以下の加工率で冷間加］二を行なうことを特徴とす
る展伸用アルミニウム合金の製造方法を第２の発明とす
る２つの発明よりなるものである。

以下、本発明に係る展伸用アルミニウム合金およびその
製造方法について詳細に説明する。

先ず、本発明に係る展伸用アルミニウム合金の含有成分
および成分割合について説明する。

Ｌｉは強度を向上させ、かつ、低密度および高弾性化に
は不可欠の元素であり、含有量が１．Ｏｕ＋ｔ％未満で
は低密度、高弾性化率が小さ過ぎ、また、５’、Ｏｕ＋
ｔ％を越えて含有されると強度は飽和し１、さらに、延
性、靭性が著しく低下するようになる。

よって、Ｌｉ含有量は１．０〜５．Ｏｕ＋Ｌ％とする。

Ｍｇは延性および靭性を低下させることなく強度を向上
させる元素であり、含有量が０．５ｕ＋ｔ％未満では強
度の向」二は少なく、また、２．０＋ｕｔ％を越えて含
有されると延性および靭性が低下する。よって、Ｍｇ含
有量は０．５〜２．０＋ｌｌｔ％とする。

Ｃｕは強度を向上させるのに不可欠の元素であり、含有
量が０，５ｕ＋ｔ％未満であれば強度不足を生じ、また
、３．０ＩＩＩＬ％を越えて含有されると延性および靭
性が低下し、密度に対しても不利になる。

よって、Ｃｕ含有量は０．５〜３，０ｗｔ％とする。

Ｓｉは延性および靭性を損なうことなく強度を向上させ
る元素であり、含有量が０．２ｕ＋ｔ％以下でを越えて
含有されると晶出化合物が増加して延性および靭性が低
下する。よって、８１含有量は０．２〜１．５…ｔ％と
する。

゛ｒ巾鋳塊のマクロ組織を３ｍｍ以下にするために不可
欠な元素であり、含有量が０，００５ｕ＋ｔ％未満では
このような効果を達成することができず、また、０．１
．ｗｔ％を越えて含有されると晶出化合物が増加して延
性および靭性を劣化させる。よって、Ｔｉ含有量はＯ’
、００５〜０．１１１１ｔ％とする。このＴｉは、単独
でもＴｉ−Ｂの共存でも良い。

Ｆｅは含有量が０．３＋ｕｔ％を越えるとＡｌ−Ｆｅ系
、。

の晶出物が増加し、延性、靭性および疲労特性が低下す
るようになる。よって、Ｆｅ含有量は０．３ｗｔ％以下
に規制しなければならない。

Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖは最終熱処理後のミクロ組織にお
いて、ｌ／ｕ＋−（Ｉは圧延方向の伸長粒の長さ、Ｗは
板厚方向の伸長粒の厚さ）を２（）以上とするために必
要な元素であり、Ｚｒ、　Ｍｎ、Ｃｒ、■の含有量が０
．０５ｗｔ％未満では最終熱処理においてミクロ組織が
大きく再結晶化が始まり（１〈１／ｕ＋＜２０となり、
また、Ｚｒ　Ｏ，３ｗｔ％、Ｍｎ１．０＋ｕｔ％、Ｃｒ
　０．３ｕ＋ｔ％、Ｖ　０，２ＩＩｌｔ％を夫々越えて
含有されると効果が飽和し、それ以上の含有は無駄であ
る。よって、Ｚｒ含有量０．０５−０．３ｕ＋ｔ、％、
Ｍｎ含有量は０．０５−１．０＋ｕｔ％、Ｃｒ含有量は
０．０５−０．３ｕ＋ｔ％、■含有量は０．０５〜０．
２す１％とする。

次に、本発明に係る展伸用アルミニウム合金の製造方法
について説明する。

」―記に説明した含有成分および成分割合のアルミニウ
ム合金鋳塊を、その鋳塊のマクロ組織の結晶粒平均寸法
を３ｍｍ以下の鋳塊組織とするのであるが、これは、こ
の結晶粒が３ｍ１１１より大きいと、結晶粒界に析出す
る化合物が粗大で不均一に分布するようになり、それが
最終製品にまで残存して延性および靭性を劣化させるよ
うになるからである。

続いて、均熱処理を行なうのであるが、４００〜５００
℃の温度で４〜４８時間行なうことにより、固溶してい
るＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖが析出物として微細均一に析出
するので、製造工程における組織の再結晶板が防止され
、その後の圧延条件との組合せにより上記に説明したよ
うなｌ／ｕ＋＞２０が初めて達成できる。そして、均熱
温度が４００℃未満、均熱時間が４時間未満では析出物
の微細均一が充分でなく、また、均熱温度が５００℃、
均熱時間が４８時間を越えると析出物が粗大化して組織
の再結晶化が防止できず、また、エネルギーが無駄とな
る。

この均熱処理後に、３００℃以上の温度で圧延或いは押
出しにより熱間加工を行なうのであり、３００℃未満の
温度では製品の最終熱処理（例えば、Ｔ６調質等）を行
なうと、ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
ｌ／ｌｌｌ＜２０となって延性が低下する。

次に行なう圧延等の冷間加工においては、最終冷間加工
率が６０％以下とし、この冷間加工率が６０％より高く
なると、最終熱処理後のミクロ組織の伸長粒の形状比１
／ＩＩｌく２０となり好ましくなく、この冷開加工率は
、均熱処理条件、熱間加工温度が上記説明した本発明に
係る展伸用アルミニウム合金の製造方法における範囲を
外れると、３０〜４０％以下としなければならず、冷間
加工率を大きくすることができず製造上不利であり、即
ち、冷開加工率６０％は均熱処理条件、熱間加工温度を
上記説明したような限定された条件によって初めて達成
されるものである。

°また、上記説明においてミクロ組織のサブグレンを除
く伸長粒の形状比１／＋ｕ（Ｉは圧延方向の伸長粒の長
さ、Ｗは板厚方向の伸長粒の厚さ）を２０以上とする理
由が示されているが、さらに説明すると、Ａｌ−Ｌｉ合
金は極めて粒界破壊を起し易い合金で金り、これが延性
および靭性を低下させる最大の原因であり、いま、ミク
ロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比がｌ／ｕ＋＜
２０とあまり伸長されていない場合は、クラックは粒界
を容易に通過し易くなり、はぼ全面的な粒界破壊が生じ
、延性および靭性が低下することになる。

しかし、ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
が１７ｗ　＞　２’Ｏと細長く伸長されてぃ路が艮くな
１）過ぎると粒内を進行した方が有利となり、粒界破壊
の割合が減少することになり、延性および靭性が向上す
るものと考えられる。

［実施例］ 本発明に係る展伸用アルミニウム合金およびその製造方
法の実施例を説明する。

実施例１ 第１表に示す含有成分および成分割合のアルミニウム合
金を溶製し、鋳造した鋳塊のマクロ組織の平均結晶粒度
が２１１ＩＩ１１以下である鋳塊を面前し第２表に示す
製造条件で灼熱処理→熱間圧延（冷間圧延後の最終板厚
が６ｍ＋ｎとなるように、冷間圧延率を考慮した板厚と
した。）→中間焼鈍→冷間圧延→６ｎｕｎの板厚の圧延
材を得た。

この圧延材を、５２０℃×６（）分の溶体化処理を行な
い、常温の水に焼入れ、次いで、焼入歪を取るために２
％のストレッチを行ない、１５０　＝１９０°Ｃで熱処
理を行なった。

その材料特性を第２表の（１）に示す。なお、１　／　
Ｉｌｌ　の値も示しである。

この第２表の（１）から明らかであるが、本発明に係る
展伸用アルミニウム合金およびその製造方法は、比較例
に比べて、機械的性質およびその他の性質が同等以上を
示しており、優れていることがわかる。

実施例２ Ｔｉ含有量を変えて、鋳塊のマクロ組織の結晶粒度を変
えた第３表に示す含有成分および成分割合のアルミニウ
ム合金鋳塊を、面前→均質化熱処理（４５０°ＣＸ１２
ｈｒ）−＋熱間圧延（終了温度３５０　’Ｃ）４中間焼
鈍（４００℃Ｘ２１＋ｒ）−＋冷間圧延（板厚６ｍｍ）
の工程により６關厚の圧延材を製造した。

この圧延材を５２０℃×６０分の溶体化処理を行ない、
常温の水に焼入れ、次いで、焼入歪を取るために２％の
ストレッチを行ない、１５０〜］　９０　’Ｃの温度で
熱処理した。

その最大強度が得られた熱処理材の特性を第４表に示す
。

この第４表か駄本発明に係る構造用アルミニウム合金お
よびその製造方法において、１および２、の鋳塊は、鋳
塊のマクロ組織の結晶粒平均寸法が３ＩＩＩＩ１１以下
、かつ、結晶粒の形状比（１／ｌｕ）が２０以上であり
、これに対して、比較例の１は結晶粒平均寸法が５．３
１１ＩＩ１１と大トく、結晶粒形状比が（ｌｉｔｕ）が
２０以上であるが、機械的性質、特に伸び゛において劣
っており、また、Ｔｉ含有量が１．５ｉｕｔ％と多く含
まれると、結晶粒平均寸法が３ｖａ以下の０．５ｍｎ＋
であり、かつ、結晶粒形状比（１／ｌ１１）が２０以上
でも特に、伸びにおいて劣っていることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る展伸用アルミニウム
合金およびその製造方法は上記の構成を有しているもの
であるから、低密度、高弾性化を計ることかで外、強度
が良好で、延性および靭性の優れた構造用のアルミニウ
ム合金を製造できるという優れた効果がある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｌｉ　１．Ｏ□−５，Ｏｕｔ％、Ｍｇ　Ｑ、５
   −２．０ｗｔ％、Ｃｕ　Ｏ，５〜３，０ＩＡｔ％、Ｓｉ
   　Ｏ，２−１，５ｕ＋ｔ％（ただし０．２ｗｔ％を含ま
   ず）、 Ｔｉ　Ｏ，００５〜Ｏ，１Ｉｌｌｔ％ を含有し、かつ、 Ｆｅを０．３１１１ｔ％以下に規制し、さらに、 Ｚｒ　０００５−０．ｈｔ％、Ｍｎ　０．０５−１．Ｏ
   ｕ＋ｔ％、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，３ｉｕｔ％、Ｖ　Ｏ，
   ０５−０，２ｕ＋ｔ％のうちから選択した１種以上 を含有し、残部Ａ１およびギ純物からなることを特徴と
   する展伸用アルミニウム合金。
2. （２）　ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
   １／ｗ（ｌは圧延方向の伸長粒の長さ、田は板厚方向の
   伸長粒の厚さ）が２０以上であることアルミニウム合金
   。
3. （３）　Ｌｉ　１．（１−５，０ｉｕｔ％、Ｍｇ　Ｏ，
   ５−２，Ｏｕ＋ｔ％、Ｃｕ　Ｏ，５−３，ＯｗＬ％、Ｓ
   ｉ　Ｏ，２−１，５ｗｔ％（ただし０，２ａ＋ｔ％を含
   まず）、 Ｔｉ　Ｏ，００５〜０．１＋ｕｔ％ を含有し、かつ、 Ｆｅ　Ｏ，３ｗｔ％以下に規制し、 さらに、 Ｚｒ　０．０５−０，３ｕ＋ｔ％、Ｍｎ　０．０５−１
   ．０ｗｔ％、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，３ｉｕｔ％、Ｖ　Ｏ
   ，０５−０，２ｗｔ％のうちから選択した１種以上 を含有するアルミニウム合金鋳塊を、マクロ組織の結晶
   粒平均寸法が３ｍｍ以下の鋳塊組織とし、４００〜５０
   ０°Ｃの温度で４〜４８時間の均熱処理を行ない、その
   後３００　’Ｃ以上の温度で熱間加工を行なった後、６
   ０％以下の加工率で冷開加工を行ならことを特徴とする
   展伸用アルミニ−ラム合金の製造方法。