JPS6362580B2 - - Google Patents
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- JPS6362580B2 JPS6362580B2 JP59061259A JP6125984A JPS6362580B2 JP S6362580 B2 JPS6362580 B2 JP S6362580B2 JP 59061259 A JP59061259 A JP 59061259A JP 6125984 A JP6125984 A JP 6125984A JP S6362580 B2 JPS6362580 B2 JP S6362580B2
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Classifications
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-
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S72/00—Metal deforming
- Y10S72/709—Superplastic material
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は超塑性変形により金属製品を製造する
ことに関するものである。 従来技術 従来超塑性変形可能なアルミニウム合金に関す
る研究が集中していた主なる分野は次のとうりで
ある。 １ 極く最近のAl／Ca合金で代表されるような
共晶（共析）組成合金、 ２ 外囲温度で存在する第２相粒子の割合が少な
く且つ超塑性変形で存在する第２相粒子の体積
割合が一層少ない組成。これらの合金の超塑性
挙動は例えばZrAl3などの非常に微細な粒子の
正確な分散に臨界的に依存する、これらの合金
は英国特許第1387586号及び第1445181号に開示
されている。 ３ 「規格」航空機用アルミニウム合金、例えば
7075及び7475（米国アルミニウム協会規格、
AA規格の熱―機械的処理を超塑性変形前に非
常に微細な粒寸法を達成するように変化させ
る。特にRockwell Internationalによるこのよ
うな研究は、Ｃ Ｈ Hamilton，Ｃ Ｃ
Bampton and Ｎ Ｅ Paton
“SUperplasticity in High Strength
Aluminium Alloys”，pp173―189in
Superplastic Forming of Structural Alloys
Ｎ Ｅ Paton及びＣ Ｈ Hamilton eds，
AIME，New YorK，NY，1982（ISBN0−
89520−389−８）発行に紹介されている。 ４ 2024、及び超塑性変形には適するが粒組織が
超塑性変形を阻止するようにした2024の変型合
金。すなわち、適当な変形温度における初期の
非超塑性変形段階で粒組織は変質を受ける結果
微細な再結晶粒組織が次第に発達しそして次に
超塑性変形が起こる。出願人の英国特許第
1456050号は「４」の方法を開示している。 英国特許第1456050号明細書には多くのアルミ
ニウム合金が開示されているが、それらに共通す
る成分として、再結晶後に粗粒化を抑制するため
に−成分（Zr，Nb，Ta又はNi）が含有されて
いる。このような粗粒化インヒビターは従来は必
須であると考えられていた。さらに、英国特許第
1456050号明細書には、記述された合金において
成形速度が早すぎると動的歪再結晶は起こらない
と示されている。 発明の概要 本発明者は粗粒化インヒビタとして働く成分を
含まない（あるいは粗粒化インヒビタとして働く
のに必要であろう量よりも少量そのような物質を
含む）ある種のアルミニウム合金は、通常の変形
プロセス変更によつて、容易に超塑性変形される
ことを見出した。 よつて、本発明は、最広義には、合金が、 １ 超塑性変形に適する成分を有し、 ２ 超塑性変形に適する粒組織を有し、且つ ３ 再結晶後の粗粒化を抑制する公知の成分を該
抑制に必要とされる割合量未満含有する該合金
よりなる素材を超塑性変形するに際し、前記素
材を成形温度に昇温し、動的再結晶を誘起する
第１の歪速度で前記素材を変形し、そして第１
の歪速度より低い第２の歪速度で前記素材の変
形を続けることを含む合金素材の超塑性変形方
法を提供する。 この方法の実施に適する合金は常法により処理
されているアルミニウム合金であるAA規格7075
および7475のアルミニウム基合金を含む。しか
し、好ましくはこの方法はAl／Li合金に適用さ
れ、そして1983年３月31日に本件と同日付に出願
された英国出願第8308908号（特願昭59−61260
号）に開示された合金に適用されると特に好まし
い。 上述の構成及び他の構成を以下実施例及び図面
の顕微鏡写真第１図及び第２図を参照として説明
する。 実施例 合金組成 リチウム 2.62 マグネシウム 0.68 銅 1.21 ジルコニウム 0.12 チタン 0.01 アルミニウム 残部（随伴不純物を含む） 合金を、断面で508mm×178mmの300Kgの圧延イ
ンゴツトとして鋳造し、均質化し、そして表面欠
陥を除くよう皮削りした。インゴツトを530℃に
予熱しそして５mmの熱延素材熱間圧延した。５mm
の熱延素材を冷間圧延して1.6mmゲージ厚の板を
製造した。 510℃で20分間予熱後に２つの板試片を超塑性
的に変形した。12.5mm／minのクロスヘツド速度
（歪速度に関連）にて550％の超塑性変形が一つの
試片で得られたが、3.38mm／minのクロスヘツド
速度で730％の超塑性変形が他の試片で得られた。
顕微鏡写真によると、微細粒寸法となる動的再結
晶が最初の加工組織に完全に置換わる程度まで材
料の粒組織が歪を受けている。クロスヘツドの速
度が速い12.5mm／minでは材料が歪を与えられつ
つ動的再結晶する最中に形成された粒寸法がさら
に小さくなることは明らかであろう。 板材料の別の試料を510℃で20分間予熱し、そ
して図面ａ（但し200％伸び後）に示すものと同様
の組織に材料が動的に再結晶するまで12.5mm／
minのクロスヘツド速度で試料を超塑性変形させ
た。材料に、3.38mm／minのクロスヘツド速度で
さらに歪を与えて1185％の超塑性伸びを得た。こ
の超塑性延性は、一段歪速度で歪を与えた前節で
記述した材料で特記されているものより、格段に
高いものである。 さらに、２つの異なる速度で歪を与えられた材
料では材料の粒寸法が細かくなつているために高
い伸びにおいてキヤビテーシヨンの程度が格段に
低いことが認められた。 動的再結晶はリチウムの存在により促進され、
また合金の物理的且つ機械的性質に重要な寄与を
行えば動的再結晶は促進されると考えられる。し
かし、目下記述中のAl／Li合金はその冷間加工
状態で固有の超塑性変形可能性を有しており、ま
た上述の「４」の合金について再結晶後に粗粒化
インヒビタとして働くのに充分なZrを含有して
いないという点でAl／Li合金は「４」の合金と
は異なる。本発明による二段階変形法は、あまり
高い歪速度を用いると再結晶が抑制されることを
示している英国特許第1456050号に開示された知
見と反している。 本発明者等の見出したところによると、最初の
高いクロスヘツド速度は８と40mm／min（例えば、
１×10-2／secから５×10-2／secの歪速度に相
当）の間で変化し、また次の低いクロスヘツド速
度は0.75と3.75mm／min（例えば１×10-3／secか
ら５×10-3／secの歪速度に相当）の間で変化し
うる。60〜1180秒間で変化しうる時間についてよ
り高い歪速度を与えることができ、また20〜30分
間で変化しうる時間についてより低い歪速度を与
えることができる。 出願人の同時係属英国出願第8308908号に開示
されているように 重量百分率で次の範囲内の組成： リチウム 2.3 なしい 2.9 マグネシウム 0.5 ないし 1.0 銅 1.6 ないし 2.4 ジルコニウム 0.05 ないし 0.25 チタン ０ ないし 0.5 マンガン ０ ないし 0.5 ニツケル ０ ないし 0.5 クロム ０ ないし 0.5 亜鉛 ０ ないし 2.0 アルミニウム 残部（随伴不純物を除く） を有するアルミニウム基合金は本発明の方法に特
に適している。 本発明の２段階プロセスによつて達成された予
期されない効果は、再結晶した粒のいくつかの粗
粒化傾向によつて動的再結晶が片寄せられる（オ
フセツトされる）性質をある種の合金が示す容易
性に関連されるかもしれない。特にリチウム含有
合金では、急速な初期与歪によつて均一な微細粒
組織が確実に得られるようになる。これに対し
て、一段階のゆつくりした歪速度を用いるといく
つかのより粗い粒が生じる結果、継続変形中にこ
れらのより粗い粒が永久破壊を生じる。
ことに関するものである。 従来技術 従来超塑性変形可能なアルミニウム合金に関す
る研究が集中していた主なる分野は次のとうりで
ある。 １ 極く最近のAl／Ca合金で代表されるような
共晶（共析）組成合金、 ２ 外囲温度で存在する第２相粒子の割合が少な
く且つ超塑性変形で存在する第２相粒子の体積
割合が一層少ない組成。これらの合金の超塑性
挙動は例えばZrAl3などの非常に微細な粒子の
正確な分散に臨界的に依存する、これらの合金
は英国特許第1387586号及び第1445181号に開示
されている。 ３ 「規格」航空機用アルミニウム合金、例えば
7075及び7475（米国アルミニウム協会規格、
AA規格の熱―機械的処理を超塑性変形前に非
常に微細な粒寸法を達成するように変化させ
る。特にRockwell Internationalによるこのよ
うな研究は、Ｃ Ｈ Hamilton，Ｃ Ｃ
Bampton and Ｎ Ｅ Paton
“SUperplasticity in High Strength
Aluminium Alloys”，pp173―189in
Superplastic Forming of Structural Alloys
Ｎ Ｅ Paton及びＣ Ｈ Hamilton eds，
AIME，New YorK，NY，1982（ISBN0−
89520−389−８）発行に紹介されている。 ４ 2024、及び超塑性変形には適するが粒組織が
超塑性変形を阻止するようにした2024の変型合
金。すなわち、適当な変形温度における初期の
非超塑性変形段階で粒組織は変質を受ける結果
微細な再結晶粒組織が次第に発達しそして次に
超塑性変形が起こる。出願人の英国特許第
1456050号は「４」の方法を開示している。 英国特許第1456050号明細書には多くのアルミ
ニウム合金が開示されているが、それらに共通す
る成分として、再結晶後に粗粒化を抑制するため
に−成分（Zr，Nb，Ta又はNi）が含有されて
いる。このような粗粒化インヒビターは従来は必
須であると考えられていた。さらに、英国特許第
1456050号明細書には、記述された合金において
成形速度が早すぎると動的歪再結晶は起こらない
と示されている。 発明の概要 本発明者は粗粒化インヒビタとして働く成分を
含まない（あるいは粗粒化インヒビタとして働く
のに必要であろう量よりも少量そのような物質を
含む）ある種のアルミニウム合金は、通常の変形
プロセス変更によつて、容易に超塑性変形される
ことを見出した。 よつて、本発明は、最広義には、合金が、 １ 超塑性変形に適する成分を有し、 ２ 超塑性変形に適する粒組織を有し、且つ ３ 再結晶後の粗粒化を抑制する公知の成分を該
抑制に必要とされる割合量未満含有する該合金
よりなる素材を超塑性変形するに際し、前記素
材を成形温度に昇温し、動的再結晶を誘起する
第１の歪速度で前記素材を変形し、そして第１
の歪速度より低い第２の歪速度で前記素材の変
形を続けることを含む合金素材の超塑性変形方
法を提供する。 この方法の実施に適する合金は常法により処理
されているアルミニウム合金であるAA規格7075
および7475のアルミニウム基合金を含む。しか
し、好ましくはこの方法はAl／Li合金に適用さ
れ、そして1983年３月31日に本件と同日付に出願
された英国出願第8308908号（特願昭59−61260
号）に開示された合金に適用されると特に好まし
い。 上述の構成及び他の構成を以下実施例及び図面
の顕微鏡写真第１図及び第２図を参照として説明
する。 実施例 合金組成 リチウム 2.62 マグネシウム 0.68 銅 1.21 ジルコニウム 0.12 チタン 0.01 アルミニウム 残部（随伴不純物を含む） 合金を、断面で508mm×178mmの300Kgの圧延イ
ンゴツトとして鋳造し、均質化し、そして表面欠
陥を除くよう皮削りした。インゴツトを530℃に
予熱しそして５mmの熱延素材熱間圧延した。５mm
の熱延素材を冷間圧延して1.6mmゲージ厚の板を
製造した。 510℃で20分間予熱後に２つの板試片を超塑性
的に変形した。12.5mm／minのクロスヘツド速度
（歪速度に関連）にて550％の超塑性変形が一つの
試片で得られたが、3.38mm／minのクロスヘツド
速度で730％の超塑性変形が他の試片で得られた。
顕微鏡写真によると、微細粒寸法となる動的再結
晶が最初の加工組織に完全に置換わる程度まで材
料の粒組織が歪を受けている。クロスヘツドの速
度が速い12.5mm／minでは材料が歪を与えられつ
つ動的再結晶する最中に形成された粒寸法がさら
に小さくなることは明らかであろう。 板材料の別の試料を510℃で20分間予熱し、そ
して図面ａ（但し200％伸び後）に示すものと同様
の組織に材料が動的に再結晶するまで12.5mm／
minのクロスヘツド速度で試料を超塑性変形させ
た。材料に、3.38mm／minのクロスヘツド速度で
さらに歪を与えて1185％の超塑性伸びを得た。こ
の超塑性延性は、一段歪速度で歪を与えた前節で
記述した材料で特記されているものより、格段に
高いものである。 さらに、２つの異なる速度で歪を与えられた材
料では材料の粒寸法が細かくなつているために高
い伸びにおいてキヤビテーシヨンの程度が格段に
低いことが認められた。 動的再結晶はリチウムの存在により促進され、
また合金の物理的且つ機械的性質に重要な寄与を
行えば動的再結晶は促進されると考えられる。し
かし、目下記述中のAl／Li合金はその冷間加工
状態で固有の超塑性変形可能性を有しており、ま
た上述の「４」の合金について再結晶後に粗粒化
インヒビタとして働くのに充分なZrを含有して
いないという点でAl／Li合金は「４」の合金と
は異なる。本発明による二段階変形法は、あまり
高い歪速度を用いると再結晶が抑制されることを
示している英国特許第1456050号に開示された知
見と反している。 本発明者等の見出したところによると、最初の
高いクロスヘツド速度は８と40mm／min（例えば、
１×10-2／secから５×10-2／secの歪速度に相
当）の間で変化し、また次の低いクロスヘツド速
度は0.75と3.75mm／min（例えば１×10-3／secか
ら５×10-3／secの歪速度に相当）の間で変化し
うる。60〜1180秒間で変化しうる時間についてよ
り高い歪速度を与えることができ、また20〜30分
間で変化しうる時間についてより低い歪速度を与
えることができる。 出願人の同時係属英国出願第8308908号に開示
されているように 重量百分率で次の範囲内の組成： リチウム 2.3 なしい 2.9 マグネシウム 0.5 ないし 1.0 銅 1.6 ないし 2.4 ジルコニウム 0.05 ないし 0.25 チタン ０ ないし 0.5 マンガン ０ ないし 0.5 ニツケル ０ ないし 0.5 クロム ０ ないし 0.5 亜鉛 ０ ないし 2.0 アルミニウム 残部（随伴不純物を除く） を有するアルミニウム基合金は本発明の方法に特
に適している。 本発明の２段階プロセスによつて達成された予
期されない効果は、再結晶した粒のいくつかの粗
粒化傾向によつて動的再結晶が片寄せられる（オ
フセツトされる）性質をある種の合金が示す容易
性に関連されるかもしれない。特にリチウム含有
合金では、急速な初期与歪によつて均一な微細粒
組織が確実に得られるようになる。これに対し
て、一段階のゆつくりした歪速度を用いるといく
つかのより粗い粒が生じる結果、継続変形中にこ
れらのより粗い粒が永久破壊を生じる。
第１図及び第２図は、それぞれ、12.5mm／min
及び3.38mm／minで歪を与えた合金の金属顕微鏡
写真である。
及び3.38mm／minで歪を与えた合金の金属顕微鏡
写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (a)超塑性変形に適する成分を有し、(b)超塑性
変形に適する粒組織を有し、且つ(c)再結晶後の粗
粒化を抑制する公知の成分を該抑制に必要とされ
る割合量未満含有する合金よりなる素材を超塑性
変形するに際し、 前記合金素材を成形温度に昇温し、動的再結晶
を誘起する第１の歪速度で前記合金素材を変形
し、そして第１の歪速度より低い第２の歪速度で
前記合金素材の変形を続けることを含む合金素材
の超塑性変形方法。 ２ 第１の歪速度が１×10-2／secと５×10-2／
secの間であり、第２の歪速度が１×10-3／secと
５×10-3／secの間である特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ３ 第１の歪速度が８ないし40mm／minの速度で
あり、第２の歪速度が0.75ないし3.75mm／minで
ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
法。 ４ 第１の歪速度が約12.5mm／minの速度であ
り、第２の歪速度が約3.38mm／minである特許請
求の範囲第３項記載の方法。 ５ 第１の歪速度を60秒と180秒の間の時間与え、
また第２の歪速度を20分と30分の間の時間与える
特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
１項に記載の方法。 ６ 前記合金がAA規格7075のアルミニウム基合
金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ７ 前記合金がAA規格7475のアルミニウム基合
金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ８ 前記合金が重量百分率で次の範囲内の組成 リチウム 2.3 ないし 2.9％ マグネシウム 0.5 ないし 1.0％ 銅 1.6 ないし 2.4％、 ジルコニウム 0.05 ないし 0.25％、および アルミニウムおよび不可避的不純物 残部 のアルミニウム基合金であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の方法。 ９ 前記合金が重量百分率で次の範囲内の組成 リチウム 2.3 ないし 2.9％ マグネシウム 0.5 ないし 1.0％ 銅 1.6 ないし 2.4％ ジルコニウム 0.05 ないし 0.25％ 0.5％以下のチタン、0.5％以下のマンガン、0.5
％以下のニツケル、0.5％以下のクロムおよび2.0
％以下の亜鉛の少なくとも一種、および アルミニウムおよび不可避的不純物 残部のア
ルミニウム基合金であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の方法。
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