JPS61231145A - 低密度高力アルミニウム合金の製造法 - Google Patents

低密度高力アルミニウム合金の製造法

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JPS61231145A
JPS61231145A JP7071685A JP7071685A JPS61231145A JP S61231145 A JPS61231145 A JP S61231145A JP 7071685 A JP7071685 A JP 7071685A JP 7071685 A JP7071685 A JP 7071685A JP S61231145 A JPS61231145 A JP S61231145A
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JP
Japan
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low
strength
alloy
aluminum alloy
strength aluminum
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JP7071685A
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English (en)
Inventor
Kunihiko Kishino
邦彦 岸野
Keisuke Yagi
啓介 八木
Shigenori Asami
浅見 重則
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Furukawa Aluminum Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Aluminum Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明はLiを含有する低密度高力アルミニウム合金の
製造法に関し、特に溶体化処理による再結晶を微細化す
ることにより、従来のLiを含まない構造用高力アルミ
ニウム合金と同等の機械的特性を示す合金の製造を可能
にしたものである。
従来の技術 Liを含有するアルミニウム合金は、低密度で高強度が
望める合金として注目され、航空機等に使用して大幅な
軽量化が計れるものと期待されており、現在までに多く
の研究が行われ、二三の合金が開発されている0例えば
、 A、A、2020(An −1,ON1.55Li
 −4,2〜4゜8 Cu −0,35〜0.85MK
 −0,15〜0.250d合金)やA、A、208G
(An −1,9〜2.6 Li −2,4〜3.OC
u −0,08〜0.15Zr警)が知られている。尚
、合金組成に関しここに示す数値及び以下に示す数値は
at%である。
上記合金はLiの含有により密度が低下し、従来のLi
を含まない構造用高力アルミニウム合金、例えば、JI
S2014(Al −0,5〜1.25i〜1.8 M
g −0,08〜0.15Zr合金)と同等の強度が得
られる。
発明が解決しようとする問題点 Liを含む上記 A、A、2020. A、A、209
Qは低密度で高強度が得られるも、脆性的な粒界破壊を
起し易いため、延性や靭性が低く、信頼性が劣る欠点が
ある。これを改善するため、Zr等の遷移元素を加えて
結晶粒を微細化することにより粒界破壊を起しにくくす
る方法が検討されているが、十分な効果は得られていな
い、そこで熱間加工時に加工と熱処理を組合せた特殊な
方法により結晶粒を更に微細化することが試みられてい
るが、十分な性能は得られていない。
一方Liを含まない構造用アルミニウム合金例えば、J
IS2014やJIS2024は優れた機械的特性を示
すも、Liを含有するアルミニウム合金に比べて密度が
高く、重量的に劣るものである。
問題点を解決するための手段 本発明はこれに鑑みLiを含有するアルミニウム合金の
結晶粒微細化について1種々検討の結果、結晶粒径を4
0a■以下に微細化することに成功し、更に検討の結果
、従来の構造用アルミニウム合金である JIS20目
やJIS2024と同等の機械的特性を有する低密度高
力アルミニウム合金の製造法を開発したもので、Li1
.5〜3.0 、 Cu1.8〜2.7と、 Mg1.
8〜2゜5と、MnO,2〜1.5 、 Crt1.1
〜0.5 、 ZrO,05〜0.2の範囲内で何れか
1種以上を含み、残部Anと不可避的不純物からなる合
金鋳塊を均質化処理した後、420〜530℃で85%
以上の熱間加工を施し、しかる後15%以上の冷間加工
を行なってから 500〜530℃で溶体化処理するこ
とを特徴とするものである・即ち本発明は、上記組成の
合金を不活性ガス中で溶解鋳造し、得られた鋳塊を常法
に従って均質化処理した後、420〜530℃で熱間加
工により加工率85%以上の加工を施し、痴 これに必要に応じて中間焼純を行ってから、冷間で加工
率15%以上の加工を行なう0次にこれを 500〜5
35℃で溶体化、焼入れ処理し、又は焼入れ後必要に応
じてこれに人工時効処理を施すことにより再結晶粒径を
40券層以下に微細化したものである。
作用 本発明において合金組成のLi含有量を 1.5〜3.
0と限定したのは、Liは合金の軽量化と強化機構に大
きく寄与するも、1.5未満では強度に寄与するAi−
Li系及びAfL−Li−Cu系析出相の析出量が少な
く、結晶粒も微細になりにくいため、十分な強度が得ら
れないばかりか、軽量化効果も不十分となり、3.0を
越えると不溶性の金属間化合物を増大し、伸びと強度が
低下するためで、Li含有量を 2.0〜2.8の範囲
に調整することが望ましい。
Cu含有量を1.6〜2.7と限定したのは、CuはA
fL−Cu−Li及びAfL−Cu−Mg系析出相を析
出して強度向上に寄与するも、1.8未満では十分な強
度が得られず、2.7を越えると延びが減少するためで
ある。 Mg含有量を L、S〜2.5と限定したのは
、MgはAfL−Cu−Mg系析出相を析出すると同時
に、マトリックス中にも固溶してマトリックスの強度と
延性を高めるも、1.6未満では十分な強度と延性が得
られず、2.5を越えるとGu/Mg比の低下を招いて
強度を低下させるためである。また、Mn、 Cr、Z
rの何れか1種以上の含有量をMn O,2〜l。
5 、 Cr 0.1〜0.5 、 ZrQ、05〜0
.2と限定したのは、これ等元素は何れも再結晶粒の微
細化を促進するも、それぞれ下限未満では微細化効果が
不十分であり、Mnが上限を越えるとAn −Cu −
Mg系析出相を作り、Cuの固溶量を減少して強度低下
につ充なかり、Cr又は/及びZrが上限を越えると鋳
造時に粗大な晶出物を作りやすく、性能の低下につなが
るためである。
次に上記組成範囲の合金鋳塊を均質化処理した後、42
0〜530℃で85%以上の加工を加え、しかる後15
%以上の冷間加工を行なってから 500〜535℃で
溶体化処理するのは、結晶粒径を 40sm以下の微細
な再結晶組織とするためであり、熱間加工温度を420
〜530℃と限定したのは、圧延開始時における鋳造組
織が残っている段階では圧延性が劣るため、 420℃
未満では割れが発生し易く、530℃を越えると加工時
の発熱により局部的に共晶溶融を起す恐れがあるためで
、450〜510℃の範囲内で加工することが望ましい
、また熱間加工における加工率を85%以上とし、その
後の冷間加工における加工率を15%以上と限定したの
は、熱間加工における加工率が85%未満でも、冷間加
工における加工率が15%未満でも、溶体化あ理により
再結晶粒径を 4μ OJl+ll+以下とすることができないためである。
更に溶体化処理の温度を500〜535℃と限定したの
は、500℃未満では溶質元素が十分に固溶しないため
、焼入れ後、あるいは時効処理後において十分な特性が
得られず535℃を越えると局部的に溶融する恐れがあ
るためである。
このように本発明製造法は1合金の結晶粒の微細化によ
り特に優れた特性を得たもので、特殊な工程管理を必要
とせず、更には徹り 細化の程度によっては超棲性材を得ることができるもの
である。
実施例(1) 第1表に示す組成の合金をA中気流中で溶解し、金型鋳
造法により厚さ130m厘、巾180tmmれを熱間圧
延により厚さ3■腸の板材(加工率94%)とした、熱
間圧延温度は第 1表中A〜Jについては500℃、 
K (JIS2014)及びL (JI92024)に
ついては 450℃、 M (A、A、202G)につ
いては480”0とした。
砂 次にこの板樅を厚さ 2■までに冷間圧延(加工率33
%)した後、第2表に示す溶体化ついて機械的特性を測
定し〜結果を第2表に併記し、かつA−F(本発明用合
金)と K〜M(従来合金)の比重を第3表に示す。
第1表 第2表 第3表 発明用合金NoA−FはLiを含まない従来の構造用高
力アルミニウム合金である JIS2024(NoK−
L)と比較し、はるかに軽量であり、L; ■Vを含むA、A、202O20(と比較しても軽くな
っており、しかも第 2表からも明らかなように本発明
法?に11〜12によるものはLiを含まない昼 従来の構造用高力アルミニウム含金、J l52014
.2024を用いた従来法No21〜24によるものと
、はぼ同様の特性を示し、Liを含むA、A、2020
を用いた従来法N025〜2Bと比較し1強度と伸びの
バランスにおいてはるかに優れている3″′″6°  
     鵡 これに対し本発明用合金の組41F範囲より外れる比較
用合金を比較法No13〜20では強度又は伸びの何れ
かが劣ることが判る。
実施例(2) 実施例(1)において第1表に示す本発明用合金(D)
鋳塊を用い、熱間加工における加工率と冷間加工におけ
る加工率を変えて溶体化理(水焼入れ 520℃及び人
工時効 170”Cj 80時間)、これについて引張
強さ、耐力及び伸びを測定した。その結果を第 4表に
示す。
尚、鋳塊は厚さ 80mm 、巾 180mm、i サ
18haのものを所望の厚さまで切削して冷間加工後の
板厚を一定した。
第 4表から明らかなように本発明用合金の組成範囲内
であっても、熱間加工又tV及び冷間加工の条件が外れ
る比較法NO30〜32では強度及び伸びが低下してい
ることが判る。これは本発明法によれば非常に微細な結
晶組織が得られるのに対し、加工条件が外れるものは充
分な微細化が得られないためであり、得られた板材の表
面と平行な面のミクロ組織は本発明法N027では第イ 1図(漬)に示す微細組織となり、比較法No30では
第 1図(呑)に示すように微細化されていない。
以丘圧延材について説明したが本発明はこれに 果が得られるものである。
発明の効果 本発明によればLfを含む低密度高力アルミニウム合金
の結晶組織を非常に微細化し得るもので、これにより軽
量で従来の構造用高カア・ルミニウム合金と同等の機械
的性を示す合金が容易に得られ、船室機等に使用し、大
巾な軽量化。
可能する等工業上顕著な効果を奏するもので、る。
【図面の簡単な説明】
第 1図(イ)(ロ)はLiを含む低密度高力ルミニウ
ム合金のミクロ写真を示すもので。 (イ)は本発明法による合金のミクロ組織。 (ロ)は比較法によるミクロ組織を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Li1.5〜3.0wt%、Cu1.6〜2.7
    wt%、Mg1.6〜2.5wt%と、Mn0.2〜1
    .5wt%、Cr0.1〜0.5wt%、Zr0.05
    〜0.2wt%の範囲内で何れか1種以上を含み、残部
    Alと 不可避的不純物からなる合金鋳塊を均質化 処理した後、420〜530℃で85%以上の熱間加工
    を施し、しかる後15%以上の冷間加工を行ってから5
    00〜535℃で溶体化処理することを特徴とする低密
    度高力アルミニ ウム合金の製造法。
  2. (2)熱間加工後、中間焼鈍してから冷間加工を行う特
    許請求の範囲第1項記載の低密度 高力アルミニウム合金の製造法。
  3. (3)溶体化処理として500〜535℃に加熱、水焼
    入れするか、又は水焼入れ後時効処理する特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の 低密度高力アルミニウム合金の製造法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5211910A (en) * 1990-01-26 1993-05-18 Martin Marietta Corporation Ultra high strength aluminum-base alloys
US5259897A (en) * 1988-08-18 1993-11-09 Martin Marietta Corporation Ultrahigh strength Al-Cu-Li-Mg alloys
US8118950B2 (en) 2007-12-04 2012-02-21 Alcoa Inc. Aluminum-copper-lithium alloys

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