JPS6123751A - 延性および靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は延性および靭性に優れたＡｌ　　Ｌｉ合金の製
造方法に関し、さらに詳しくは、ミクロａｍの結晶粒形
状を制御することにより延性および靭性を着しく改善し
たＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法に関する。

［従来技術］ 一般に、ＡｌにＬｉをｂｕｔ％程度含有させると、密度
が約３％低くなって、弾性率が約６％も増加するので、
Ａｌ−Ｌｉ合金は従来のＡｌ合金に比べて軽量化が可能
となり、現在、Ｌｉを２〜３ｕ＋Ｌ％含有させたＡｌ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
としての実用化か検ｉ？Ｊされている。

また、Ａｌ−Ｌｉ合金の上記に説明したような特性を利
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
度および靭性等の祠料特性について、従来のＡｌ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物理的
性質であるので、製造方法には影響されるところが少な
く、含有成分の含有割合、特に、Ａｌに含有されるＬｉ
含有量によって大きく左右され、従って、Ａｌ−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。

しかしなが呟Ｌｉの含有量には自ら限界があり、ｔ、１
Ｌｆ）含有量が多過ぎると強度が飽和し、伸び等の延性
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、Ａｌ−Ｌｉ
合金の特性において最も大トな問題は、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−１，、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、延性および靭。

性を改善するためには組織を制御することが最も重要で
あることの認識に基いて、最適組織としてのミクロ組織
の結晶粒形状を制御することにより優れた強度、延性お
よび靭性等の機械的性質を有する延性および靭性に優れ
たＡ　Ｉ−Ｌ　ｉ合金の製造方法を提供するものである
。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明に係る延性および靭性に優れたＡ　Ｉ−Ｌ、　ｉ
合金の製造方法は、 （１）Ｌｉ　１．０〜５．０四ｔ％ を含有し、かつ、 Ｚｒ　　０．０５〜０，５ｗｔ％、　Ｍｎ　　０．１’
−１，５ｕ１％、Ｃｒ　０．０５〜０，５ｗｔ％、Ｖ　
０１０５〜０．５ｗｔ％のうちから選択した１種以上 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｌｉ系
アルミニウム合金において鋳塊のマクロ組織の結晶粒平
均寸法を３ｎ＋ｍ以下の鋳塊組織と腰展伸加工前に４０
０〜５５０℃の温度で４〜４８時間の均熱処理を行ない
、次いで３００℃以上の温度で熱間加工を行なった後、
最終寸法に仕上げる冷間加工前の冷間加工率を６０％以
下と腰　ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
ｌ／ｕ＋を２０以」二とすることを特徴とする延性およ
び靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法を第１の発明
とし、（２）　　Ｌｉ１．Ｏ〜５．０＋＋＋ｔ％を含有
し、かつ、 Ｚｒ　０．０５０，５＋ｌｌｔ％、Ｍｎ　０．１〜１．
５ｗｔ％、Ｃｒ　０．０５〜０，５ｗｔ％、Ｖ　０．０
５〜０，５ｕ＋Ｌ％のうちから選択した１種以上 を含有し、さらに、 Ｍｇ０．５〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ　０．５〜５，０ｗｔ
％、Ｓ　ｉ　０．２−５．Ｏ＋ｕｔ％、Ｚｎ　０．５〜
７，０ｉｕｔ％のうちから選択した１種または２種以上
（担し、Ｍｇ　０．５〜６．０ｉｕｊ％、Ｃｕ　０．５
〜５，０ｗｔ％、Ｓ　ｉ　０．２−１．５ｉｕｊ％を同
時に含有する場合を除く。） を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡ　ｌ−Ｌｉ
系アルミニウム合金において鋳塊のマクロ組織の結晶粒
平均寸法が３ｍ＋ｎ以下の鋳塊組織とし、展伸加工前に
４００〜５００℃の温度で４へ４８時間の均熱処理を行
ない、次いで３０１）　’ＣＩ；Ｊ、上の温度で熱間加
工を行なった後、最終寸法に仕１〜げる冷間加工前の冷
間加工率を６０％以下とし、ミクロ組織のサブグレンを
除く伸長粒の形状比１／田を２０以上とすることを特徴
とする延性および靭性に優れたＡｔ　　Ｌｉ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
。

先ず、本発明に係る延性および靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ
合金の製造方法において使用するＡ　ｌ−Ｌｉ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、がっ、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１．０ｗＬ％未満では
低密度、高弾性化率か小さ過ぎ、また、５．０ｉｕｊ、
％を越えて含有されると強度は飽和し、さらに、延性、
靭性が着しく低下するようになる。

よって、Ｌｉ含有量は１．０〜５．０ｗｔ％とする。

Ｚｒ、　Ｍｎ、　Ｃｒ、■は延性、靭性を向上させるた
めと、最終熱処理後のミクロ組織において、ｌ／＋ｕ（
ｌ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以上とするために必要な元素であり、Ｚｒ
、Ｃｒ、　■の含有量が０．０５ｗｔ％未満、Ｍｕ　０
．１ｕ＋ｔ％未満ではこのような効果は少なく、また、
Ｚｒ　０．５ｗｔ％、Ｍｎ　１，５ｉｕｊ％、Ｃｒ　０
．５ｕｌＬ％、Ｖ　０．５１％を夫々越えて含有される
と巨大な晶出化合物が生成し、延性、靭性、疲労特性か
劣化し、かつ、製品としての価値を失なう。よって、Ｚ
ｒ含有量は０．９５〜　Ｑ、　５ｗｔ％、Ｍｎ含有量は
０．１〜１．５ｕ＋１％、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．
５ｉｕｊ％、■含有量は０．０５〜０．５ｗｔ％とする
。

Ｍ８は強度を向」、させる元素であり、含有量が　　　
　　　　　　　　　　　　（０，５ｕｔ％未満では強度
の向上は少なく、また、６．０ｕ＋ｔ％を越えてｉｕｔ
％されると延性および靭性が低下すると共に展伸加工時
、割れが極めて生し易くなる。よって、Ｍｇ含有量は０
．５〜６，０Ｉｕｔ％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０，５ｗｔ％未満であれば強度不足を生じ、また、
５．０ｗｔ％を越えて含有されると延性および耐蝕性が
低下し、密度に対しても不利になる。

よって、Ｃｕ含有量は０．５〜５．０ｗｔ％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１）、含有量が０．２＋＋＋ｔ％未満では強
度向上が望むことができず、また、５．０１％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、Ｓｉ含有量は０．２−５．０ｉｕｊ％
とする。

Ｚｎは強度を向上させるん素であり、含有量が０．５ｗ
ｔ％未満では強度が不足し、また、７．０ｗｔ％を越え
て含有されると延性、靭性および耐蝕性が低下し、密度
に対しても不利となる。よって、Ｚｎ含有量は、０．５
〜７．０ｗｔ％とする。

以上説明した含有成分の外にＴｉおよびＦｅを含有させ
ることができ、以下これらについで説明すＴｉは鋳塊の
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０．００５１１１ｔ％未満ではこのような
効果を達成することができず、また、０．１１％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な
劣化させる。よって、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．１
ｕｓｔ％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０．３ｕ＋ｔ％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０．３ｕ＋ｔ％以
下に規制しなければならない。

次に、本発明に係る構造用アルミニウム合金の製造方法
について説明する。

上記に説明した含有成分および成分割合のアルミコンム
合金鋳塊を、その鋳塊のマクロ組織の結晶粒平均寸法を
３１以下の鋳塊組織とするのであるが、これは、この結
晶粒が３■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、展伸加工前に均熱処理を行なうのであるが、４
００〜５００℃の温度で４〜４８時間行なうことにより
、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１／Ｉｌｌ〉　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Ｚ
ｒ、　Ｍｎ、Ｃｒ、■系の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岨維の再結晶化が防止でき
ず、Ｉ　／ｗ≧２０が維持できなくなる。。

この灼熱処理後に、３００℃以−トの温度で熱間加工を
行なうのであり、３０１’）　’Ｃ未）μＪの温度では
均熱処理が上記に説明した範囲において行なわれても、
ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比ｌ／ｗ≧
２０を達成することができない。

次に行なう最終寸法に仕上げる冷間加工前の冷間加工率
を６０％以下とし、この冷開加工率か６０％より高くな
ると、最終熟熱処理後のミクロ組織の伸長粒の形状比ｌ
　／　ｉｕ≧２（）を達成できず、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
る延性および靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ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、冷間圧延率を大きくすることができず製造上不
利であり、即ち、冷間加工率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ｋｐｍ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−１，、
、ｉ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＋　＜　　２（Ｊ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
が、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Ｉ／Ｉｌｌ＞２０と細長く伸長されているとクラ
ックの伝播経路が長くなるのと、伝播経路が長くなり過
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。

［実施例１ 本発明に係る延性および靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ合金の
製造方法の実施例を説明する。

実施例 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Ｌｉの酸化を防止するためにＡｒｆｆスの不活性ガ
ス雰囲気で溶製し、鋳造し−た鋳塊を面間し、第２表（
１）に示す製造条件で均熱処理→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（４００℃×２時間）→
冷間圧延→６ｍｍの板厚の圧延材を得た。

この圧延材を、５２０℃Ｘ６０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℃で熱処理を行
なった。

最大強度が得られた時の材料特性とその時の１／ｌＩ＋
の値を第２表（１）に示す。

なお、材料特性については第２表（２）に示す。

この第２表（２）から明らかなように、本発明に係る延
性および靭性に優れたＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法による
材料は、比較例に比して機械的性質の耐力については同
等かそれ以上であり、伸びは２倍〜５倍もあり、さらに
破壊靭性値も遥かに高いことがわかる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る延性および靭性に優
れたＡｌ−Ｌｉ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、製造された材料は優れた機械的性質
を有しており、特に、延性および展性に極めて優れた性
質を有しているものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｌｉ１．０〜５．０ｗｔ％ を含有し、かつ、 Ｚｒ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ０．１〜１．５ｗｔ
   ％、Ｃｒ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｖ０．０５〜０．５
   ｗｔ％のうちから選択した１種以上 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｌｉ系
   アルミニウム合金において鋳塊のマクロ組織の結晶粒平
   均寸法を３ｍｍ以下の鋳塊組織とし、展伸加工前に４０
   ０〜５５０℃の温度で４〜４８時間の均熱処理を行ない
   、次いで３００℃以上の温度で熱間加工を行なった後、
   最終寸法に仕上げる冷間加工前の冷間加工率を６０％以
   下とし、ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
   ｌ／ｗを２０以上とすることを特徴とする延性および靭
   性に優れたＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法。
2. （２）Ｌｉ１．０〜５．０ｗｔ％ を含有し、かつ、 Ｚｒ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ０．１〜１．５ｗｔ
   ％、Ｃｒ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｖ０．０５〜０．５
   ｗｔ％のうちから選択した１種以上 を含有し、さらに、 Ｍｇ０．５〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ０．５〜５．０ｗｔ％
   、Ｓｉ０．２〜５．０ｗｔ％、Ｚｎ０．５〜７．０ｗｔ
   ％のうちから選択した１種または２種以上 （担し、Ｍｇ０．５〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ０．５〜３．
   ０ｗｔ％、Ｓｉ０．２〜１．５ｗｔ％を同時に含有する
   場合を除く。） を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｌｉ系
   アルミニウム合金において鋳塊のマクロ組織の結晶粒平
   均寸法が３ｍｍ以下の鋳塊組織とし、展伸加工前に４０
   ０〜５００℃の温度で４〜４８時間の均熱処理を行ない
   、次いで３００℃以上の温度で熱間加工を行なった後、
   最終寸法に仕上げる冷間加工前の冷間加工率を６０％以
   下とし、ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状比
   ｌ／ｗを２０以上とすることを特徴とす延性および靭性
   に優れたＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法。