JPS62142753A - 7000系アルミニウム合金の熱処理方法 - Google Patents

7000系アルミニウム合金の熱処理方法

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JPS62142753A
JPS62142753A JP28396385A JP28396385A JPS62142753A JP S62142753 A JPS62142753 A JP S62142753A JP 28396385 A JP28396385 A JP 28396385A JP 28396385 A JP28396385 A JP 28396385A JP S62142753 A JPS62142753 A JP S62142753A
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(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 この発明は、例えばオートバイリム、スキーストック、
硬式バット、車輌あるいは航空機用材等に使用されるア
ルミニウム合金、特にAQ−Zn−Mg合金またはAQ
−Zn −Mg −C0合金である7000系アルミニ
ウム合金について、強度、耐応力腐食割れ性の改善のた
めの熱処理方法に関するものである。
従来の技術と発明の課題 7000系アルミニウム合金は、一般的に機械的性質や
溶接性か優れていることから、前記のような用途のほか
各種溶接構造材として広く使用されている。
しかしなから、この種の合金は、一般的に高強度になる
に従って応力腐食割れを生じ易いものとなる傾向を示し
、特に最大強度の得られるT6調質状態において応力腐
食割れ感受性が高いものとなる本質的な欠点がある。こ
のため、特に高強度、高耐応力腐食割れ性、加工性等が
同時に要求されるような用途、例えばオートバイリムの
ような用途において、充分な満足を与えることができな
かった。
従来、7000系アルミニウム合金において、」−記の
ような諸性質の改善のためには、主として合金の成分組
成の而から種々の検討が加えられてきた(例えば特開昭
58−1050など)。
しかし、前記のように合金組成の而から強度の改善を企
図すると、反面、耐応力腐食割れ性が劣化するというジ
レンマがあり、このため最近ては時効処理条件によって
耐応)f4食割れ性を改善する試みが注11されている
。しかし、この場合においても、耐応力腐食割れ性を改
善すると、一方において強度の損失を招き、強度と耐応
力腐食割れ性の両者を同時に満足することは極めて困難
であった。
このような問題点に対し、米国特許3,856.584
号明細書によれば、7075合金等の7000系アルミ
ニウム合金について、これを溶体化処理後、約121℃
で約24時間のT6時効処理を施し、次いで200〜b 2〜3秒から2〜3分の条件で退化熱処理(retro
grcsslon I+eat Treattnent
)を行い、そして更に115〜125℃で16〜48時
間の再時効処理を施すことにより、T6材相当の強度を
維持しなからT7材に匹敵する耐応力腐食割れ性が得ら
れる旨の報告がなされている。この熱処理法は、未だ一
般的呼称ではないかRetrogrcSSIOn an
d reagingの語からRRA処理法とも称され、
実験レベルではそのq幼性が認められているところでは
あるか、未だ実用技術に至っていないのか現状である。
この実用化を阻んでいるJ′d大かつ唯一の原因は、2
段口の復元処理(退化熱処理)があまりにも短いことで
ある。
即ち同米国特許明細書にも記載されているように、20
0’Cで90〜120秒、220℃で15〜60秒、2
40℃で15秒、260℃で7秒と、いずれも極めて短
時間であり、その正確なコントロールか現場作業におい
て困難なことにある。
そこで、本発明者らは、上記RRA処理法の実用技術化
をはかることを俗図して、種々実験と研究を繰返したと
ころ、次のような新たな知見を得るに至った。
即ち、対象合金として7475合金を用い、これを第1
段予備時効処理として通常のT6処理(120℃×24
時間)を施すと、到達硬度はビッカース硬度1−1v 
= 18’ 6程度になる。そして、これを200 ’
Cで第2段IIの復元処理を施すと、第1図の曲線(イ
)に示すように1該処理時間約3〜4分で硬度は最小値
を示したのち、10分をこえて30分に至るまでの間に
二次硬化して二次ピークを生じる。しかもこの1v元処
理の後、T6処理相当の120’CX24時間の第3段
再時効処理を施すと、第1図曲線(ロ)に示すように上
記復元処理において生じた二次ピーク近傍までの処理時
間による処理材は、はぼ完全にT6材相当の強度を回復
するばかりか、むしろ上記二次ピーク近傍の処理材にお
いては第1図曲線(ハ)に示すように耐応力腐食割れ性
の改淳効果に大きい値を示すものとなることを解明し得
た。
この発明は、この解明を基礎として、2段L1の復元処
理時間を既知であるR RA処理法よりも長いものとな
しうることのi’+J能性を見出し、もって、7000
系アルミニウム合金について高強度を維持しなから耐応
ソ月d食割れ性に優れたものとなしうる一段と釘用な熱
処理方法を()7供することに成功をおさめ得たもので
ある。
問題点を解決する為の手段 コノ発明は、AQ−Zn−Mg系またはAQ−Zn −
Mg−Cu系合金を処理対象合金とし、該合金を溶体化
処理後、温度50〜160℃で1〜100時間の第1段
予備時効処理を施し、次いで温度160〜220℃の範
囲でかつ第1段予備時効処理温度より高い温度で5〜1
20分の第2段組元処理を施したのち、更に90〜16
0℃で4〜100時間の第3段再時効処理を施すことを
特徴とする7000系アルミニウム合金の熱処理方法を
要旨とする。
以下、これを更に詳しく、かつ具体的に説明する。
〔処理対象合金〕
この発明の対象也する合金は、熱処理型で高強度を実現
しうる7000系アルミニウム合金、即ちAQ−Zn−
Mg系、またはこれにCuを加えたAQ−Zn −Mg
−Cu系合金である。
特に高強度とともに高加工性、高耐応力腐食割れ性の要
求されるオートバイリムに使用されるような材料として
は、高Zn含有のものを用いることが望ましい。従って
、最も好適な処理対象合金の組成としては、Zn:4〜
12%、Mg:0.5〜3%、Cu:1.0%未満を含
有し、かつ必要に応じてB:0.01%以下、Mn:0
.8%以下、Cr:0.4%以下、Zr:0.25%以
下、V:0.25%以下、Ti:o、2%以下のうちの
1種または2種以上を含をし、残部がアルミニウム及び
不可避不純物からなるアルミニウム合金を挙げることが
できる。
ここに、Znは強度を向上させるための最も重要な元素
であり、好適には4%以上、更に好ましくは6.5%以
上含有せしめることが望ましいが、12%をこえて過多
に含有するときは、耐応力腐食割れ性の点で品質劣化を
招く。
Mgは、これもZnと同じく強度の向上に重要な元素で
あり、含有量が0. 5%未満では充分な強度が得られ
ず、また3%を超えて含釘されると応力腐食割れが発生
し昌くなり、熱間加工性が劣化する。
Cuは、耐応力腐食割れ性の改善に有効であり、添加し
た方が望ましいが、1.0%以上含自゛すると熱間加工
性及び冷間加工性が劣化する。
その他、B、Mn、、Cr、Zr、V、Tiは、結晶粒
の微細化、従って組成安定化のために有効な元素であり
、必要に応じて添加され得るが、過多に含有すると巨大
化合物が発生する可能性があるため、B:0.01%以
下、Mn:0゜8%以下、Cr:0.4%以下、Zr:
0.25%以下、V:0.25%以下、Ti:0.2%
以ドの含有量に規制される。
〔溶体化処理と第1段予備時効処理〕 溶体化処理は、従来の常法に従って行えば良く、この溶
体化処理後、第1段予価時効処理を施す。
この予備時効処理は、最も高い強度か得られるT6時効
処理に代表されるか、もとよりこれに限定されるもので
はなく、T6時効処理の70%以上程度の強度か得られ
る時効処理であればこの発明の効果を得ることかできる
ものであり、所謂並時効(under aging )
 、あるいは過時効(ovar agIng)の状態で
実施しても良い。
もっとも、この発明の好ましい処理対象合金は、Cuの
含有mが1.0%未満と比較的低いものであることに基
づき、高温で処理することは強度低下が著しいものとな
ることから好ましくなく、比較的低い温度で処理するべ
きであり、更には、予備時効処理を前段と後段の2段階
に分けて行うものとすることが推奨される。
従って、この第1段時効処理の処理条件としては、温度
50〜160℃で1〜100時間の範囲に規定されるが
、好ましくは、前段と後段の2段階に分け、前段予備時
効処理を50〜130℃で行い、後段予備時効処理を相
対的に高温の100〜160℃で行うものとするのが良
い。この場合の更に最も好適な予備時効処理温度は、前
段70〜100℃、後段100〜160℃であり、時間
はそれぞれの設定温度で最も高い強度が得られる時間と
する。
〔第2段復元処理〕 第2段復元処理は、退化熱処理(ret rogrcs
ston beat treatment)とも弥しう
るちので、材料中の析出相あるいは析出準備段階の相が
一部固溶するような条件に加熱保持し、それらか完全に
固溶しきらないうちに冷却するものである。
従って、処理温度と時間とは相関関係をもつものであり
、具体的には160〜220℃で5〜120分の範囲に
規定される。
温度が160℃未満では復元効果を得ることが困難であ
り、この発明の所期効果を実現し得ない。一方、220
℃をこえる温度では、300℃程度までなら復元効果を
得ることに対して支障はないが、処理時間があまりにも
短い秒単位のものとなるため、特にこの発明の所期目的
から逸脱する結果となる。この意味からこの発明におい
ては、処理時間も現場作業管理を容易に行いうる5分以
上の範囲に規定されるものである。他方、上記温度範囲
において処理時間が120分をこえると、その処理材を
再時効しても強度が回復せず、この発明の1」的を達成
することができない。
最も好適な復元処理条件は、概ね170〜2oo’cで
10〜80分の範囲である。
この発明における第2段復元処理の上記限定範囲を、更
に分かり易く第1図の曲線(イ)に基づいて説明すると
、この発明に規定される処理時間は、上記範囲内の所定
温度で加熱処理した場合に、処理Hの硬さく強度)が、
いったん減少したのち増加しはじめるときの時間から、
二次ピークを過ぎてその後再び低下し、T73処理材の
強度を下回らない強度か得られるまでの時間、もしくは
第3段復時効処理後の祠料に73処理材の強度を下回ら
ない強度が得られるまでの時間を規定するものである。
そして、最も好適な処理条件範囲は、上記曲線(イ)の
二次ピーク近傍の範囲を意味するものである。
〔第3段復時効処理〕 この再時効処理は、基本的には第1段予価時効処理によ
る強度を回復させるものである。従ってその処理条件も
T、 1段予備時効処理条件に章じ、温度90〜160
℃の範囲で処理するが、充分な強度を得るために処理時
間は最低として4時間以上は必要であり、4〜100時
間とする。最も好ましいのは、最高強度が得られるT6
処理条件に従うのが有利であるが、許容範囲としては最
高強度が得られる処理時間の約半分から3倍程度までの
時間が許容される。
第3段復時効処理条件の好適範囲は110〜130’C
X24〜48時間である。
発明の効果 この発明によれば、前述のような条件に従う熱処理方法
の実施により、7000系アルミニウム合金について、
高強度を維持しながら、耐応力腐食割れ性にも優れたも
のとすることかできる。殊に、従来既知である前述した
RRA処理法との比較において、この発明においては、
第2段復元処理の時間を充分に長く、かつ許容差範囲の
大きいものにすることかできることによって、工業的実
施の場面における現場での作業管理か容易なものとなり
、実用化適性に一段と優れたものとなし得る。しかも、
従来のRRA処理に較べて、合金強度を低下させること
なく、むしろ耐応力腐食割れ性の一段の向−1−をはか
ることができると共に、よしんば処理条件によって強度
の2〜3%低下を見る場合にあっても、これを補って充
分なほどに耐応1114食割れ性の顕著な向上効果を得
ることができ、合金の成分組成の選定と共にこの発明の
熱処理の実施により、高強度、高耐応力腐食割れ性の同
時に要求される用途への7000系合金の適用範囲を一
段と拡大しうる。
実施例 処理対象の供試料合金として、Znuの多い下記第1表
に示す組成の7000系合金を用いた。
以下余白 第  1  表 上記アルミニウム合金を常法による溶体化処理後、第1
段予備時効処理を前段90′CX4時間、後段130℃
×20時間の2段階に分けて行った。
次いで、この処理材を、第2表に示すように温度160
℃、180℃、200℃、240℃、260℃の各種処
理温度で、かつ時間を1−120分の範囲に変えて第2
段復元処理を行った。
続いて、更にこの各種処理材を、120℃X24時間の
条件で第3段再時効処理を施した。
そして、上記により得られた各試料につき、機械的性質
としてその引張り強さ、0.29ci耐力、伸びを調べ
ると共に、また耐応力腐食割れ性を調べた。この耐応力
腐食割れ性(耐5CC)の試験は、 試験液 :   CrO3:36g/QK2 Cr 、
07: 30 g/ QNa CQ   : 3g/U 温 度 ;  95℃以上 試験片 :  フラッシュバット溶接部から切り出した
JISI号試験片 応カニ  20Kgf/1rna 評価基準 :割れ発生までの時間 の条件で行った。
また、比較のため、前記供試料合金を120℃×24時
間で処理したT6処理材、及びT6処理+160℃X1
8時間で処理したT73処理材についても、前記同様に
して機械的強度、及び耐応力腐食割れ性を調べた。
第2表にこれらの測定試験結果を示す。
〔以下糸 白〕
上表の結果から分かるように。本発明の規定条件範囲内
での熱処理の実施により、第2段復元処理に5分以上の
時間をとりながらも、T6材に相当の機械的強度を維持
しつつ、TTG材相当の優れた耐応力腐食割れ性を備え
た高力アルミニウム合金を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は7000系アルミニウム合金についての第2段
復元処理の時間と到達硬度との相関関係、及び第3段再
時効処理後の到達硬度と耐応力腐食割れ性の変化の状態
を示す模式図である。 (イ)・・・第2段復元処理時間と到達硬度との変化状
態を示す曲線、(ロ)・・・第3段再時効処理後の到達
硬度の変化状態を示す曲線、(ハ)・9.第3段再時効
処理後の応力腐食割れ寿命の変化状態を示す曲線。 以上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Al−Zn−Mg系またはAl−Zn−Mg−C
    u系合金を処理対象合金とし、該合金を溶体化処理後、
    温度50〜160℃で1〜100時間の第1段予備時効
    処理を施し、次いで温度160〜220℃の範囲でかつ
    第1段予備時効処理温度より高い温度で5〜120分の
    第2段復元処理を施したのち、更に90〜160℃で4
    〜100時間の第3段再時効処理を施すことを特徴とす
    る7000系アルミニウム合金の熱処理方法。
  2. (2)第1段予備時効処理を、温度50〜130℃で行
    う前段予備時効処理と、次いで温度100〜160℃で
    行う後段予備時効処理との2段階に分けて行う特許請求
    の範囲第1項記載の7000系アルミニウム合金の熱処
    理方法。
  3. (3)処理対象合金が、Zn:4〜12%、Mg:0.
    5〜3%、Cu:1.0%未満を含有し、かつ必要に応
    じてB:0.01%以下、Mn:0.8%以下、Cr:
    0.4%以下、Zr:0.25%以下、V:0.25%
    以下、Ti:0.2%以下のうちの1種または2種以上
    を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなる
    特許請求の範囲第1項または第2項に記載の7000系
    アルミニウム合金の熱処理方法。
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