JPS6326191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は2000シリーズ（アルミニウム−銅−マ
グネシウム−珪酸）のアルミニウム合金を鋳造、
均質化後例えば圧延、鍜造又は押出等により加工
された加工物を、それらの結晶間腐食抵抗及び応
力腐食抵抗を改良することを目的として熱処理す
る方法に関する。 本方法はアルミニウム基合金、特に3.5〜５重
量％の銅、0.2〜1.0重量％のマグネシウム及び
0.25〜1.2重量％の珪素を含み、Si対Mgの重量比
が0.8より大きいアルミニウム基礎合金から作ら
れた加工物全てに適用できる。之等の合金は、１
重量％以下のマンガン、0.5重量％のクロム及び
0.3重量％のジルコニウムを含むことができる。 この組成範囲に最も特徴的なアルミニウム合金
は、Aluminum Associationの記号に従い2014と
して知られている合金である。この合金及びその
組成を変えたもの、２×14（2214等）は2014とは
少量の鉄が含まれる点で異なるが、航空機産業で
非常に広く用いられている。 之等の合金の熱処理は、一般に510℃より低い
温度での溶体化熱処理、出来るだけ迅速な焼き入
れ、室温での数日間の時効（T4状態）、及び一般
に150〜190℃の温度で、４〜48時間の等温滞留時
間の一回の焼き戻し（T6状態）によつて現在行
われている。この熱処理範囲は特にダイスで打ち
抜いた加工物に適用される範囲である。圧延、鍜
造或は押し出し加工物の熱処理を行う既知の方法
も、焼き入れ加工物を応力緩和するために、時効
及び焼き戻しをする前に焼き入れ加工物を、１〜
５％塑性変形することによつて冷間加工すること
を含んでいる。この冷間加工は長い加工物（時効
後のT351状態又は等温焼き戻し後のT651状態）
を調節した延伸（traction）或は平延
（flattering）し、そして鍜造加工物（T352又は
T652状態）を圧延（compression）することに
より行うことができる。 現在のT6又はT651状態では、加工物は非常に
良好な機械的抗張特性（抗張応力R_n及び0.2％残
留変形での降伏応力R_p0.2）を有するが、それら
の結晶間腐食抵抗及び短い横方向の応力腐食抵抗
は良くない。 結晶腐食抵抗は、フランス航空機規格
AIR905Cに従い、NaCl−H₂O₂試薬中に６時間浸
漬した後評価する。 応力腐食抵抗は、AIR9050C規格に従い航空機
材用試薬A3にくり返し浸漬した後、短い横方向
について評価する。それは30日間の試験
（σNR30）で非破壊応力によることを特徴とし、
短い横方向の降伏応力R_p0.2％として屡屡与えら
れる。 之等の条件下で2014合金は、短い横方向の非破
壊応力がT6（又はT651）状態での30日間の試験
で100MPaより小さく、印加応力がない場合でさ
えも、NaCl−H₂O₂試験後の結晶間腐食に対し非
常に敏感である。 本発明の主題をなす合金の処理後の機械的特性
及び腐食抵抗との両方を折喪させて著しく改良
し、然も組成を工業的に規定されている仕方から
変えることなく、特に熱処理時間に関して経済的
に満足できる条件で改良することができることが
見出された。 本発明による熱処理は、溶体化熱処理、焼き入
れ、焼き入れした加工物を応力緩和するため焼き
入れ後に行なう１〜５％の塑性変形による冷間加
工（例えば平延、制御された延伸或は圧延によ
る）、室温での中間的時間の時効、及び次の少な
くとも二段階の最終焼き戻しを含んでいる。 (1) 225℃より高いが280℃よりは低い温度で、６
秒〜１時間の間の主焼き戻しで、温度は処理し
ようとする加工物の最も冷い部分（最も厚い部
分の厚みの中央部分）によつて得られる最大温
度であり、焼き戻し時間はこのやり方で定義さ
れた温度が上昇方向で225℃を超える瞬間とそ
れが下降方向で225℃に達する瞬間との間で測
られる主焼き戻し。 得られる温度が高い程、225℃より上の滞留
時間は短かくなる。 (2) 120〜175℃の温度で４時間〜８日間の期間行
う補足的焼き戻し。 主焼き戻し処理は任意に160℃以下の温度で
24時間以内の時間予熱することによつて進行さ
せることができる。 上に定義した主焼き戻し処理の温度及び期間
は、時間の目盛を対数にとつた温度−時間軸を有
するグラフで、次の角の点を有する四角形内に位
置するのが好ましい。 Ａ＝（225゜−７分） Ｂ＝（225゜−40分） Ｄ＝（280゜−６秒） Ｃ＝（280゜−３分） 主焼き戻しに対しては温度が上昇する速度及び
処理すべき加工物を冷却する速度は充分速くなけ
ればならない。特に175〜225℃の間ではそれらは
平均して１℃／分より高いと種々の厚さの加工物
について再現性をよくし、処理を容易にするので
好ましい。 主焼き戻し処理後、加工物は室温迄又は補足的
焼き戻し温度迄冷却させなければならない。 塑性変形の量は、加工物の応力緩和処理が許容
できるようにするために少なくとも１％が必要で
あり、塑性変形率が５％より多いと応力緩和の改
善がなされず、亀裂の起る危険（例えば延伸中）
が増す。合金2014について特に人工時効後塑性変
形を行うことは極めて難しいから、塑性変形率は
重要である。 補足的焼き戻し処理の温度と時間は、時間の目
盛を対数にとつた温度−時間軸を有するグラフで
次の角を有する四角形内に位置するのが好まし
い。 Ｉ＝（120゜−36時間） Ｊ＝（120゜−144時間） Ｌ＝（175゜−４時間） Ｋ＝（175゜−16時間） 補足的焼き戻し温度は主焼き戻し処理温度より
少なくとも70℃低いのが好ましいであろう。この
場合、冷間加工は主焼き戻し温度と室温との中間
的温度で行うことができる。 本発明による熱処理条件は、時間の目盛を対数
にとつた温度−時間軸をもつ半対数グラフに例示
されている。 本発明の利点は、主焼き戻し処理条件が対照物
品の最も冷たい部分で生ずる温度を単に制御する
ことによつて得られるように、それら条件を容易
に再現できることである。更に、主焼き戻し処理
は225℃より高い温度での等温段階を含む必要は
ない。従つてあらゆる厚さの加工物について行う
ことができ、処理すべき加工物の性質に依り、充
分な温度上昇速度が得られる非常に広範囲の種種
の方法、例えば通風炉、長い水平炉、高周波炉、
油、塩又は溶融金属の浴、或はジユール効果によ
る方法等により行うことができる。 如何なる時点でも物品の最も冷たい部分の温度
を知ることによつて、特にそれが225℃を超える
時には、225℃より高い温度での物品の滞留時間
が得られる最大温度に相当する時間範囲内にある
ように主焼き戻し処理を中断させる。この範囲は
第１図によつて定められている。 後掲の表から明らかなように温度および／ま
たは時間が規定の範囲を超えると焼き戻しの後の
機械的性質が減少し、腐食抵抗性はそれほど改善
されない。また温度および／または時間が規定の
範囲より小であると機械的性質は高いが、腐食抵
抗性が極めて貧弱である。 本発明によつて処理される加工物は次の諸性質
を有する。 (i) 延性を低下させることなく、加工物の性質に
より現在のT6、T651又はT652で得られる機械
的抗張特性（抗張応力R_n及び残留伸び0.2％で
の降伏応力R_p0.2）の少なくとも90％のそれら
特性値。 (ii) T6（T651−T652）状態の場合よりもはるか
に高い、NaCl−H₂O₂試強（AIR9050C規格）
による結晶間腐食抵抗。 (iii) 現在のT6（又は651、T652）状態に処理され
た加工物の場合よりはるかに高い応力腐食抵
抗、即ち短い横方向の非破壊応力が、
AIR9050C規格に従つてA3試薬にくり返し浸漬
する30日間の試薬で降伏応力R_p0.2の70％より
高い。 本発明による方法は、焼き入れ前にどんな均質
化処理又は溶体化熱処理が行われていようとも
（すなわち、均質化熱処理又は溶体化熱処理の温
度、時間に関係なく）、又焼き入れ後冷間加工に
よるどんな応力緩和法がとられていようとも、圧
延、鍜造、ダイ打ち抜き、押し出し或は他の加工
物熱処理に適用できる。しかし準安定共晶物の初
期溶融温度（合金2014では約510℃）と合金の平
衡固相線温度（組成に依存するが525℃以上）と
の間の温度で均質化されている加工前の合金に対
して特に有利である。その均質化処理は一般に鋳
造したままのインゴツト組織に適用すると、主に
加工性改良の観点から合金用元素の拡散及び溶体
からの成分粒子の凝集が得られ、再結晶化及び粒
子成長を制御するのに役立つことが知られてい
る。均質化熱処理は比較的高い温度であるが準安
定共晶物の融点より低い温度で比較的長い時間
（少なくとも数時間）強制的に行われる。〔「メタ
ル・ハンドブツク」（Metals Handbook）、第８
版、第２巻、第271頁〜第272頁（1964）参照〕。
2000系列の合金に対しては、最大温度は約505℃
（940〓）である〔バン・ホルン（Van Horn）編
集、「アルミニウム」（Aluminum）（1967年）第
巻、第324頁及び表３参照〕。 この教示に反して、もし均質化を上記焼き入れ
処理を連係して、準安定共晶物の融点と真の固相
線温度との間の温度、即ち、約510℃と525℃の間
で行うと、最終加工物の性質が改良されることが
見出された。 この均質化処理と本発明による焼き戻し処理と
の組み合せによつて、合金の組成を変えることな
く多くの改良された性質を与えることができる。
例えば降伏応力R_p0.2は同じ組成の合金を同じや
り方で冷間加工し、T6又はT651処理によつて焼
き戻しされたもので得られる値の少なくとも95％
であり、然も伸び（Ａ％）は現在のT6状態のも
のより大きい。 2014又は2214合金の特別の場合には、Cu及び
（又は）Mg及び（又は）Si含有量を均質化温度で
のアルミニウムへの溶解限界迄増大し（フランス
特許第2278785号（特許昭50−4624号に相当）に
対する追加の特許明細書第2293497号による）、然
も均質化を準安定共晶物の初期溶融温度と合金の
平衡固相線温度との間の温度で行う均質化及び本
発明による焼き戻し処理と組み合せることにより
合金を変性することによつて、機械的抗張特性と
応力腐食抵抗との両者を析衷させて、2000シリー
ズの合金に対し当分野の現状までの他の方法では
達成することが不可能な全く特異なそれらの性質
を得ることができるようになる。実際、組成を変
えた2014合金から作られた生成物は、特定の均質
化及び本発明による焼き戻し後、T6（又はT651
又はT652）状態に処理された従来の2014合金の
場合よりも良い機械的抗張特性（R_n及びR_p0.2）
を伸び或は靭性を減ずることなく有し、更にはる
かによい腐食抵抗を有する、必破壊抵抗応力は降
伏応力R_p0.2の75％より大きく、本発明により処
理された合金AIR9050C規格に従う結晶間腐食を
受けにくい。 之等の利点は次の具体例によつて例示するが、
それらは単に説明のためのものであつて、本発明
を限定するものではない。 実施例 １ 従来の組成（Cu＝4.4、Mg＝0.4、Mn＝0.6、
Si＝0.8）を有する2214合金から作られたいくら
かの６mm厚シートを、従来の均質化後、505℃で
の従来の溶体化熱処理、次いで冷水焼き入れ、
2.2％に制御された延伸（traction）、室温で２カ
月間の時効及び従来のT651焼き戻し処理又は本
発明による焼き戻し処理（温度は厚みの中心の中
に入れた熱電対によつて制御した）にかけた。 主焼き戻し処理（R.P）は亜硝酸塩−硝酸塩の
塩浴中で行なつた。 次の表は225℃より高い温度での試料の滞時
間及び加工物によつて得られる最大温度を示して
いる。加工物は主焼き戻し処理後水で冷却し、補
足的焼き戻し処理（R.C）は通風固定炉で行なつ
た。表はAIR9050C規格による長手方向と短い
横方向の機械的抗張特性、短い横方向の応力腐食
下の非破壊応力σNR30、及びAIR9050C規格によ
る結晶間腐食抵抗を示している。 全ての特性はシートの厚さの半分について測定
された。 この例は加工物の応力腐食及び結晶間腐食に対
する抵抗が非常に大きく改良され、然も犠牲にな
る機械的抗張特性の減少がT651状態に対し、10
％より少ないことを示している。

【表】 実施例 ２ 2014合金から作られた2.5mm厚の試料シートを
次の熱処理にかけた。 (i) ４時間、505℃で溶体化処理。 (ii) 20℃で水中焼き入れ後、２％に制御した延
伸。 (iii) ５日間時効。 (iv) 通風固定炉中で従来のT6焼き戻し、或は塩
浴炉（温度は瞬間的に上昇）中で本発明による
主焼き戻し。 (v) 空気冷却。 (vi) 通風固定炉中で本発明による補足的焼き戻
し。 表はビツカース硬度（３Kg荷重）及びシート
表面の結晶間腐食（NaCl−H₂O₂）についてその
腐食の受け易さを示している。

【表】

【表】 ＊ ＶＳ＝非常に強い、Ｓ＝強い、Ｍ＝中程
度、Ｗ＝弱い
この実施例は、本発明によつて特許請求された
時間及び温度（225℃より高い）の範囲で行われ
る主焼き戻し処理及び補助的焼き戻し処理によつ
て、2014合金が硬度をわずかに低下させただけで
結晶間腐食を受けにくくなることを示している。 実施例 ３ 組成がCu＝4.5、Mg＝0.6、Si＝0.8、Mn＝0.6、
Fe＝0.2の60mm厚の2214合金シートの何枚かを次
の処理にかけた。 (i) 圧延前に515℃で24時間均質化。 (ii) 冷水焼き入れ後、2.5％に制御した延伸、周
囲温度で１カ月間時効。 (iii) 通風固定炉で従来のT651焼き戻し、又は本
発明による焼き戻しで、亜硝酸塩−硝酸塩浴の
入つた炉での主焼き戻し処理の次に水冷し、そ
して通風固定炉での補足的焼き戻しからなる焼
き戻し処理。主焼き戻しはシートＡ及びＣに対
しては154℃に加熱（８時間で上昇、４時間維
持）することによつて行われた。 次の表は、短い横方向についてのA3試薬で
30日間の応力腐食試験（100、200、300MPaの応
力印加）での非破壊応力σNR30及び機械的抗張
特性を示している。

【表】 この実施例は、本発明による焼き戻し処理と、
フランス特許第2278785号明細書による組成の上
記変更と均質化との組み合せによつて、機械的抗
張特性と応力腐食抵抗とを折衷させてこの合金に
とつては全く例外的なそれら性質が得られること
を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は主焼き戻し処理のABCD範囲につい
て示したグラフである。第２図は補足的焼き戻し
処理のIJKL範囲について示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で3.5〜５％の銅、0.2〜１％のマグネシ
   ウム、0.25〜1.2％の珪素を含み、Si対Mg比が0.8
   より大きい、2000シリーズのアルミニウム合金か
   ら作られた加工物を、溶体化熱処理、焼き入れ、
   冷間加工、室温での時効、次いで予熱及び焼き戻
   しを含む熱処理にかける方向において、該焼き戻
   しが、 (a) ６秒〜60分の時間、225℃より高いが280℃よ
   り低い温度での主焼き戻し処理、次いで、 (b) ４〜192時間の間、120〜175℃の温度での補
   足的焼き戻し処理、 の少なくとも２段階を含むことを特徴とするアル
   ミニウム合金の熱処理法。 ２ 予熱を160℃かそれより低い温度で24時間又
   はそれより短い時間熱処理することによつて行う
   ことを特徴とする前記第１項に記載の方法。 ３ 加工物を焼き入れ後、１〜５％の塑性変形率
   によつて冷間加工し、時間の目盛を対数にとつた
   温度−時間グラフで主焼き戻し処理を表わす点
   が、 Ａ＝225゜−７分 Ｂ＝225゜−40分 Ｃ＝280゜−３分 Ｄ＝280゜−６秒 の４角を有する四角形ABCD中に位置すること
   を特徴とする前記第１項又は第２項のいずれかに
   記載の方法。 ４ 焼き入れ後、加工物を１〜５％の塑性変形に
   よつて冷間加工し、時間の目盛を対数にとつた温
   度−時間グラフで補足的焼き戻しを表す点が Ｉ＝120゜−36時間 Ｊ＝120゜−144時間 Ｋ＝175゜−16時間 Ｌ＝175゜−４時間 の４つの角を有する四角形IJKL中に位置するこ
   とを特徴とする前記第１項、第２項又は第３項の
   いずれかに記載の方法。 ５ 補足的焼き戻し処理の温度が主焼き戻し処理
   の温度より少なくとも70℃低いことを特徴とする
   前記第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６ 重量で3.5〜５％の銅、0.2〜１％のマグネシ
   ウム、0.25〜1.2％の珪素を含み、Si対Mg比が0.8
   より大きく、更に１％以下のマンガン、0.5％以
   下のクロム及び0.3％以下のジルコニウムからな
   る群から選択された少なくとも一種類の成分を含
   む2000シリーズのアルミニウム合金から作られた
   加工物を、溶体化熱処理、焼き入れ、冷間加工、
   室温での時効、次いで予熱及び焼き戻しを含む熱
   処理にかける方法において、該焼き戻しが、 (a) ６秒〜60分の時間、225℃より高いが280℃よ
   り低い温度での主焼き戻し処理、次いで、 (b) ４〜192時間の間、120〜175℃の温度での補
   足的焼き戻し処理、 の少なくとも２段階を含むことを特徴とするアル
   ミニウム合金の熱処理法。 ７ 予熱を160℃かそれより低い温度で24時間又
   はそれより短い時間熱処理することによつて行う
   ことを特徴とする前記第６項に記載の方法。 ８ 加工物を焼き入れ後、１〜５％の塑性変形率
   によつて冷間加工し、時間の目盛を対数にとつた
   温度−時間グラフで主焼き戻し処理を表わす点
   が、 Ａ＝225゜−７分 Ｂ＝225゜−40分 Ｃ＝280゜−３分 Ｄ＝280゜−６秒 の４角を有する四角形ABCD中に位置すること
   を特徴とする前記第６項又は第７項のいずれかに
   記載の方法。 ９ 焼き入れ後、加工物を１〜５％の塑性変形に
   よつて冷間加工し、時間の目盛を対数にとつた温
   度−時間グラフで補足的焼き戻しを表す点が Ｉ＝120゜−36時間 Ｊ＝120゜−144時間 Ｋ＝175゜−16時間 Ｌ＝175゜−４時間 の４つの角を有する四角形IJKL中に位置するこ
   とを特徴とする前記第６項、第７項又は第８項の
   いずれかに記載の方法。 １０ 補足的焼き戻し処理の温度が主焼き戻し処
   理の温度より少なくとも70℃低いことを特徴とす
   る前記第６項〜第９項のいずれかに記載の方法。