JPS6086250A - 超塑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】 本発明は超塑性アルミニウム合金の製造方法に関し、さ
らに詳しくは、Ａｌ−Ｃｕ系の高強度超塑性アルミニラ
ｌ、合金の製造方法に関する。

本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法におい
て、超塑性とは、ある外的条件の下で材料かくびれ（ｎ
ｅｃｋ　ｉ　ｎｇ）なしに数百％〜千％というような巨
大な伸びを生しる現象をいうのであり、そして、恒温変
態を利用した変態超塑性と微細結晶粒材料で見られる微
細粒超塑性（構造超塑性）とに大別される。因に、本発
明は微細結晶粒超塑性アルミニウム合金の製造方法であ
る。

一般に、２＠細結晶粒超塑性を起させるためには、その
材料の結晶粒径をに制御することが必須である。

また、一般に高強度アルミニウム合金は、鋳造後鋳塊を
４０（）〜５５０℃の温度で均質化熱処理を行なり？、
次いで、３５０〜ｓ　ａ　ｏ　’Ｃの温度で熱間加工お
よび冷間加工を行なって、４５０〜５５０　”Ｃの温度
で溶体化処理、時効処理を行なって所望の祠料を製造す
るのであるか、このような通常の工程では結晶粒は４０
〜１００μｍｎと天外くなってしまい、高温において変
形してもアルミニウム合金には目的とする超塑性（伸び
）を付与することはできない。

本発明は上記に説明したようにＡｌ−Ｃｕ系の高強度ア
ルミニウム合金であっても超塑性を得ることが困難であ
ったが、本発明者の研究の結果、微細結晶組織を有する
超塑性アルミニウム合金の製造方法を完成したのである
。

本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法は、（
１）Ｃｕ２〜７ｕ＋Ｌ％を必須成分として含有し、Ｍｇ
　２．５ｕ＋Ｌ％、５ｉ２ｕ＋ｊ％以下、Ｍｎ　０．０
５−０．５ｕ＋ｔ％、Ｃｒ　０１０５−０．５ｔｕ１％
、Ｚｒ　Ｏ，０５−０，５ｕ＋ｊ％、＼７０，０５〜０
．５田１％、Ｔｉ０．１５＋ｕ１％以下の中から選んだ
１種または２種籾−りを含有し、残部Ａ　ｌ　ｔ；よび
不純物からなるノ＼１−ＣＬＩ系介金鋳塊を、４００〜
５５０　’ｃの温度で均質化熱処理を行ない、次（・で
、３５０〜５　ｆ）０　’Ｃの温度で熱間加工後、３５
０〜．’）　Ｓ　Ｏ’Ｃの温度に加熱保持し、１００　
’Ｃ／Ｈｒ以」二の冷却速度で冷却した後、少なくとも
３０％以−１−の冷間加工を行なうこを特徴とす超塑性
アルミニウム合金の製造方法を第１の発明とし、（２）
ＣＬＩ　２−７ｕ＋１％を必須成分として含有し、Ｍｇ
２．５％、５ｉ２ｕ＋Ｌ％１？Ｊ１下、Ｍｎ　０．０５
−０．５ｔ％、Ｃｒ０００５〜０，５ｕ＋１％、７．ｒ
　０．０５−０．５ｕ＋１％、＼７０，０５−０．５１
％、Ｔｉ　００１５１１ＩＬ％以下の中から選んだ１種
または２種以上を含有し、残部ＡＩおよび不純物からな
るＡｌ−Ｃｕ系合金鋳塊を、７１．００−５５０°Ｃの
温度で均質化熱処理を行ない、次いで、３５０〜５００
　’Ｃの温度で熱間加工後、３５０〜５５１１　”Ｃの
温度に加熱保持し、１０　ｆ）　’（：／　Ｈｒ以上の
冷却速度で冷却した後、２０〜６０％の冷間加工を行な
い続いて３００°Ｃ以下の低温軟化焼鈍と冷間加工を１
回以上行なうことを特徴とする超塑性アルミニウム介金
の製造方法を第２の発明とし、（３）Ｃｕ２〜７ｕ＋Ｌ
％を必須成分として含有上Ｍｇ２．５　ｕ＋１％％以下
、Ｓｉ２＋＋＋ｔ％以下、Ｍｎ　０．０５−Ｑ、５ｕ＋
１％、Ｃｒ　Ｏ，０５〜０，５ｕ＋ｔ％、Ｚｒ　０．０
５−０．５ｗｔ％、＼’　０．０５−０．５ｉｕｔ％、
Ｔｉ　０８１５ｕ＋Ｌ％以下の中から選んだ１種または
２種以上を含有し、残部Ａ１および不純物からなるＡＩ
　Ｃｕ系合金鋳塊を、４００〜５５０″Ｃの温度で均質
化熱処理を行ない、次いで、３５０〜５００°Ｃの温度
で熱間加工後、３５０〜５５０℃の温度に加熱保持し、
１００°Ｃ／Ｈｒ以上の冷却速度で冷却した後、少なく
とも３０％以上の冷間加工を行なうが、或いは、２０〜
６０％の冷間加工を行ない、続いて３００°Ｃ以下の低
温軟化焼鈍と冷間加工を１回以上行ない、さらに、１０
（１’ｃ／Ｈｒ以上の加熱速度で３５０〜５５０″Ｃの
温度に加熱軟化することを特徴とする超塑性アルミニウ
ム合金の製造方法を第３の発明とする３つの発明よりな
るものである。

本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法につい
て以下詳細に説明する。

先ず、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。

Ｃｕは２ｗＬ％未満では、充分な強度が得られず、また
、７田Ｌ％を越えて含有されると伸びの低下が著しくな
る。よって、Ｃｕ含有量は２〜７ｕ１Ｅ％とする。

Ｍｇは２．５ｉｕ１％を越えて含有されると伸びが著し
く減少する。よって、ｈりｇ含有量は２．５ｕ＋ｊ％以
下とする。

Ｓｌは２ｕ＋Ｉ％を越えて含有されると伸びが著しく低
減する。よって、８１含有量は２ＩＩＩＬ％以下とする
。

Ｍ　ｎ、Ｃｒ、　Ｚｒ、■は含有量が０．０５ｕ＋ｔ％
未満では後述するように微細な結晶粒が９１１−ちれず
、また、Ｍ　ｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、＼’　０．５ｉｕｔ％お
よびＴｉ　Ｏ，１５ｕ＋ｔ％を越えて含有されるとダｊ
造時に充分な固溶が得られず、巨大化合物の発生を招と
充分な伸びが得られない。よって、Ｍｎ含有量は０．０
５〜０．５ｗｔ％、Ｃｒ含有量は０．０５−０．５ｉｕ
ｔ％、Ｚｒ　Ｏ，０５−０，５ｕ＋ｔ％、Ｖ　Ｏ，０５
〜０．５ｕ＋ｔ％、Ｔｉ含有量は０．１５田Ｌ％とする
。

なお、不純物としては含有されるＦｅはその含有量が０
．１５ｕ＋ｊ％を越えると不溶性の晶出物が生成し伸び
の低下が著しくなるので、Ｆｅの含有量は極力抑制しな
ければならない。

次に、熱処理方法について説明する。

−１−記に説明した含有成分および成分割合のアルミニ
ウム、合金を鋳造して４０られたｆ７塊は、鋳塊内１：
不均質に分布する主要元素の均質化および熱間加工性の
向」二のために、４００〜５５０℃の温度で充分な時間
均質化熱処理を行ない、続いて、３５０〜５　ｆ）（１
’Ｃの温度における熱間加工により所定の板厚まで加工
され、粗い鋳造組織は熱間ファイバー！１１１＃、どな
ると同時に組織内にＣｕ、ｈ匂等の析出物Ｉ３よびＭ　
ｎ、Ｃｒ、７．ｒ、＼’、Ｔｉ等の遷移元素の一部か部
分析出する。さらに、熱間加工後、好ましくは３０％以
−にの冷間加工を行なうとさらにＷＩ細粒となり超塑性
伸びが大きくなる。次に、この熱間加工後に３５０〜５
５０℃）７Ｈ度テ０．５−２０１−１ｒ加熱保持してか
ら、１００　’Ｃ／　Ｉ−ｒｒ以上の冷却速度で冷却し
て固溶元素の強制固溶を図る。

また、上記の加熱保持を急速冷却、急速加熱が可能な連
続焼鈍炉により、４００〜５５０℃の温度で１０ｓｅｃ
〜１０ｍ１ｎ間行なってもよく、この加熱保持によりＺ
ｎ、Ｍｇ、Ｃｕは固溶され、一方、遷移元素のＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ等はＡ１と金属間化合物ＭｎＡ１．、Ｃｒ２Ｍ
Ｈ３Ａ１１ａ、ＺｒＡｌ１等を析出して、次の冷間加工
後超塑性温度域への加熱によって、材料中に生成される
微細粒組織により足型性が得られ伸びが大とくなる。ま
た、この加熱保持により熱間ファイバー組織を形成して
いた転位の下部組織は回復、再結晶により歪エネルギー
が低減され、続く冷間加工により転位が導入され易くな
る。

この加熱保持後の冷却速度がｉ　（’ｌ　（’１　’Ｃ
／　Ｔｈ−未満では超塑性が得られず伸び〆出にくくな
る。

この加熱保持、冷却後の冷間加工は３０％以−にの加］
−率とする必要があり、この冷間加工により組織が微細
粒となって超塑性が４Ｇられ、そして、３０％未満の加
工率では充分微細な結晶粒を得ることができない。

まだ、この冷間加工は先ず２０〜６０％の冷間加工を行
ない、引続と３　ｆｉ　０℃以下の低温軟化焼鈍と冷間
加工を１回以」１行なってもよく、そして、このように
冷開加工後に低温焼鈍を導入することにより結晶粒はさ
らに微細化される。

このように、冷間加工された材料には、高い歪エネルギ
ーを有する転位の下部組織が高密度に形成されている。

この材料を引外続と通常０．５ＴｍｌＴｍは材料の融点
（絶対温度））以」二の超塑性温度域（アルミニウム合
金では、ｉ　ｆｌ　＋’）　’Ｃ以−１−）に加熱する
と、高密度の転位組織を起点として新しい結晶粒が形成
され、従って、転位組織は高密度である程微細粒組織が
鍔られ超塑性となり伸びが大きくなる。しかし゛乙一度
再結晶が完了すると結晶粒界のエネルギーがｊ威少する
ためｌｔ位が移動して結晶粒か粗大化し、そして、この
和犬化した組織が超塑性変形を阻害することになる。

従って、本発明に係る熱処理法においては、熱間圧延後
の加熱保持により形成されたＭ　ｎ　Ａ　＋　６、Ｃｒ
７Ｍｇ：＋／Ｎ＋ａ、ＺｒＡｌ、等の析出物の寸法と分
布とを制御することにより転位の移動を阻止して微細粒
！１ｍを保持しているのである。即ち、析出物寸法が小
さ過ぎたり、析出粒子間隔が大ぎ過ぎると転位移動阻止
効果が得られない。

また、本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法
により製造された材料は、冷間加工したままの状態で超
塑性の加工を行なってもよいが、冷間加工後、１００℃
／Ｈｒ以上の加熱速度で加熱し、３５０〜５５０℃の温
度で軟化して超塑性加工を行なってもよい。

本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法により
製造された微細粒超塑性材料は、適切な温度（通常４０
０℃以」二）においでくびれ（局所伸び）か発生するこ
となく、５００％以上の超塑性加工を行なうことがでト
る。

本発明に係る超塑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 Ｃｕ　４．５ｕ＋１％、Ｎ旬１．５１％、Ｍｎ　０．６
ｕ＋１％、ＦｅＯ，１０ｕ＋ｔ％、残部ＡＩ（合金１）
、Ｃｕ　４．５＋ｕｔ％、ＭｇＱ、６ｕ＋ｊ％、ＳｉＯ
，Ｓ＋ｕ１％、Ｍｎ　Ｏ，１０ｕ＋Ｌ％、残部Ａ１合金
２）お上びＣＬＩ　６．３ｕ＋Ｉ％、Ｍｎ　０．３ｕ＋
Ｌ％、ＺｒＯ，Ｉ５ｕ＋ｔ％、〜’　０．ＩＯ＋ｕｔ％
、Ｔｉ０．０６田ｔ％、残部ＡＩ（合金３）からなるＩ
７さ４００１１１＋１１鋳塊を通常のＤＣ鋳造法で鋳造
後、４９１）　’Ｃの温度で１２）−１ｒの均質化熱処
理後、４２０　’Ｃの温度にす；ける熱間圧延により６
．３１＋１１１１の板に加工し、４５０℃で１０１−１
ｒの加熱保持を行ない、約］　ｆｉ　ｆｉ　’Ｃ／　ｌ
ｌｒの冷ノ；ｏ速度で冷却し、冷間圧延で板厚２　、５
　ｍ＋ｎの板（冷間加工率６０％）の板を製造し、＝’
ｌ　７５°Ｃにて、歪速度１×１０−′ｌ／ｓ（・ｃで
変形した。

超塑性変形による伸びについて第１表に示すが、本発明
に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法による材料の
方が、通常法による比較材に比べて、超塑性伸びは２倍
以」二と格段に反れていることがわかる。

第１表 実施例２ 通常のｌ”）ＣＪ、ｉ遺法でｉ遣した実施例１の合金３
（厚さ４０　ｆ’）　＋ｎｍ）を、４９０°Ｃのン晶度
で・１２１−１　ｒの均質化熱処理後、４２０℃の熱間
圧延ｉこよ１）厚さ１２．５＋ｎｍの板【こ加工し、４
５０’Ｃの温度で１ｎｌ−１ｒの加熱保持を行な％、）
、約１Ｑ　Ｑ　”Ｃ／　ｌ−１ｒの冷却速度で冷却し、
第２表に示す冷間圧延す３よび１氏溜諌欠化焼鈍により
厚さ２　、５１０ｍＬｙ′）Ｈ＄−１を作製し、・４７
５°Ｃに熱間圧延後、歪速度ｌＸ１（１”で゛変形した
。本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法によ
り製造された材料は超塑性伸び力水、低ｌ）清軟化、焼
鈍を行なわな０ちのに比して格段１こ優れていることか
わかる。

第２表 実施例３ 通常のＤＣ鋳造法により鋳造した実施例１の合金３（厚
さ４００　＋ｎｍ’）を・１９０°Ｃの温度で１２８ｒ
の均質化処理後、４２　（１”Ｃの温度で熱間圧延を行
なって厚さ６　、３　ｎｕｎの板に加工し、４５　ｒ）
　’（：の温度で１０１−１　ｒのＺｒ保持を行なった
後、約１００℃／ｌ−１ｒの冷却速度で冷却後、冷間圧
延で２．５　＋ｎｍ厚の板に加工し、第３表に示す加熱
速度で４７５°Ｃの温度つ加熱軟化処Ｊ遭１１を１１な
い、／Ｉ７５°Ｃの温度で歪速度１Ｘ　１０−コで変形
をした。

第３表 本発明に係る超塑ヤ１アルミニウノ、合金の製造方法に
おける加熱速度か１０（じＣ／　Ｈｒ以下である合金３
では超塑性伸びが約１／２以下となっている。

以」−説明したように、本発明に係る超塑性アルミニウ
ム合金の製造方法は−１−記の構成を有しているもので
あるから、適切な温度においてくびれ（ｎｅｃ：ｋ　ｉ
　ｎＨ）の局所伸び笠かない、優れた超塑性伸びを有す
る材料が１８られるという効果がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）Ｃｕ２〜７田１％を必須成分として含有し、Ｎ〜
   ２．５鴇１％ｌ；Ｊ、下、５ｉ２１１１１％以下Ｍｎ　
   ０．０５−０．５＋ｎ＋％、Ｃｒ　Ｏ，０５−０，５＋
   ＋＋Ｌ％、Ｚｒ　Ｏ，０５−０，５１１１１％、＼７０
   ．０５−０．５＋ｌＩＬ％、Ｔｉ　Ｏ，］５ｕ＋１　％
   １゛ノ、下 の中から選んだ１種または２種１′、Ｊ、−にを含有し
   、残部Ａ１す５よび不純物からなるＡｔ　Ｃｕ系合金鋳
   塊を、４．　Ｃ１ｌ’）〜５５　ｔ）　”Ｃの温度で均
   質化熱処理を行ない、次いで、３５（）〜５　（’１　
   （１’Ｃの温度で熱間加工後、３５（）〜５５０　’Ｃ
   の温度に加熱保持し、１００　”Ｃ／　ＩＩ　ｒｌリ−
   ）−の冷却速度で冷却した後、少なくとも３０％以）−
   の冷間加工を行なうことを特徴とする超ｗλ性アルミニ
   ウｌ、合金の製造方法。 （２）Ｃｕ２〜７１１１％を必須成分として含有し、ｈ
   〜２．５１％）〕ノ、下、Ｓｉ２御１％以下、Ｍｎ　Ｏ
   ，０５−０，５ｕ＋ｔ％、Ｃｒ　０９０５−０，５ｕ＋
   １％、Ｚｒ　０．０５−０．５ｕ＋Ｌ％、Ｖ　Ｏ，０５
   −０，５ｕ＋ｔ％、Ｔｉ　Ｏ，］５＋ｕ１％以下 の中から選んだ１種または２種ｌニーにを含有し、残部
   ＡＩおよび不純物からなるＡｔ　Ｃｕ系合金鋳塊を、４
   ００〜５５０℃の温度で均質化熱処理を行ない、次いで
   、３５０〜５０　Ｃ１’Ｃの温度で熱間加工後、３５０
   〜５５（１’Ｃの温度に加熱保持し、１０（’１℃／Ｈ
   ｒ以」二の冷却速度で冷却した後、２０〜６０％の冷開
   加工を行ない続いて３００°Ｃ以下の低温軟化焼鈍と冷
   間加工を１回り、」１行なうことを特徴とする超塑性ア
   ルミニツム合金の製造方法。 （３）Ｃｕ２〜７＋ｕｔ％、を必須成分として含有し、
   Ｍ、２．５鴨Ｌ％以下、５ｉ２ｕ＋ｔ％以下、Ｍ　ｎ　
   Ｏ，０５−０，５＋ｎ＋％、Ｃｒ　０．０５〜０．５＋
   ｕＬ％、Ｚｒ　Ｏ，０５−０，５＋ｕＬ％、Ｖ　Ｏ，０
   ５−０，５＋ｎ１％、Ｔｉ　０．１５ｕ＋ｔ％以下 の中から選んだ１種または２挿具」二を含有し、残部Ａ
   １および不純物からなるノ＼１−Ｃｕ系合金鋳塊を、４
   ００〜５５０’Ｃの温度で均質化熱処理を行ない、次い
   で、３５０〜５　ｒ）　０　”Ｃの温度で熱間加工後、
   ３５０〜５５０　’Ｃの温度に加熱保持し、１０　Ｃ１
   ℃／Ｈｒ以」二の冷却速度で冷却した後、少なくとも３
   （）％以」二の冷間加工を行なうか、或いは、２０〜６
   ０％の冷間加工を行ない、続いて３００’Ｃ以下の低温
   軟化焼鈍と冷間加工を１回以上行ない、さらに、ｌｏｏ
   ’ｃ／Ｈｒ以」二の加熱速度で３５（）〜５５０℃の温
   度に加熱軟化処理することを徴とする超塑性アルミニウ
   ム合金の製造方法。