JPS6396241A - 耐応力腐食割れ性に優れた高強度アルミニウム合金 - 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 この発明はアルミニウム合金、特に押出材、圧延材、あ
るいは鍛造材として、各種機械部品、構造材等に使用さ
れるＡＱ−Ｚｎ−１ｖ１ｇ系ないしＡ、＋２−Ｚｎ　−
Ｍｇ−Ｃｕ系の高強度で成形性に優れしかも耐応力腐食
割れ性が改善されたアルミニウム合金に関する。

この明細書において、合金成分について用いられる「％
」はいずれも重量基準によるものとする。

従来の技術と問題点 ７０００系の合金、即ちＡＱ−Ｚｎ−Ｍｇ系の合金のう
ちでも、比較的高強度を有しつつ押出成形が可能な構造
用合金の代表的なものとして７００３合金がよく知られ
ているる。また７０００系合金を含む各種のアルミニウ
ム合金のなかでも最高の強度を有しつつ、圧延が可能で
ある合金の代表的なものとして７０７５合金が良く知ら
れている。しかしながら、上記７００３合金であっても
必ずしも充分に満足すべき優れた押出し性が得られるも
のではなかったし、７０７５合金も必ずしも満足すべき
圧延適性に優れたものとはいい得なかった。

まして、近時各種構造材の用途においても、益々薄肉軽
量化の要請に強いものがあり、合金強度の増大をはかる
ことが強く要請されている。

このような事情下にあって、押出し性とか圧延性その他
のとくに熱間成形性を良好に保持しながら、更なる強度
の増大をはかる目的において、従来技術ではＺｎの含有
量を増大し、あるいは更にＭｇの含有量を増大する試み
がなされている。ところが、Ｚｎの含有量を増大すると
、これに伴って合金の応力腐食割れに対する感受性が高
いものとなり、構造材等の用途において実用に耐え得な
いものとなってしまう傾向が見られる。またＭｇの含有
量を増大すると、成形性の低下、とくに圧延性、押出性
等の熱間成形性、あるいは更に冷開成形性の低下を招き
、生産性に劣るものとなる傾向を生ずる。まして、７０
７５合金の場合、それ自体応力腐食割れ感受性が強いた
めに、従来では該合金本来の最高強度が得られる条件の
熱処理であるＴ６処理よりも更に高い温度および長い時
間の焼戻しを行って組織を安定化させたＴ７材相当の調
質状態で実用化されているのが実情である。このため最
高強度が得られるＴ６材に較べると、強度を１０〜２０
％犠牲にせざるを得ないというような問題点があった。

上記のような事情から、従来技術では、強度と耐応力腐
食割れ性の両面に充分な満足が得られ、しかも押出性と
か圧延性等の成形性にも優れているようなアルミニウム
合金を得ることは甚だ困難であった。

上記のような従来技術の背景にもとずき、この発明は、
７０００系のＡＱ−Ｚｎ−Ｍｇ系ないしＡｌ−Ｚｎ　−
Ｍｇ−Ｃｕ系合金を基礎としてそれが本来的に存する有
益な諸性質を具備しながら、成形性及び耐応力腐食割れ
性に改善されたアルミニウム合金を提供することを目的
とする。

問題点を解決する為の手段 この発明者らは、上記の目的のもとに、種々の実験と研
究を重ねたところ、従来から高強度の展伸材として広く
用いられているＡｎ　−Ｚｎ−Ｍｇ系合金をベースにし
て、そのＭｇ含有量を比較的低く抑え、希土類元素を添
加することにより、上記合金に固有の優れた機械的性質
を保持させながら、合金の製造に際しての押出し性はも
とより、板材を得るための熱間での圧延性、更には冷間
での加工性を改善しうろことに加えて、更にＡＭ−Ｚｎ
−Ｍｇ系合金の一般的な欠点である低い耐応力腐食割れ
性を顕著に改善しうることを見出し得た。

而して、この発明は、上記のような知見から完成し得た
ものであって、その１つの発明合金は、必須元素として
Ｚｎを３〜１２％、Ｍｇを０．３〜２．５％の範囲で含
有するほかに、更に主要な必須元素として、例えばＹ、
Ｌａ、Ｃｅｓ　Ｐｒ、Ｎｄ５５ｍ等の希土類元素の群中
がら選ばれた１種または２種以上を総量で０．　５〜１
０％の範囲で含有し、残りが実質的に１と不可避不純物
とからなるアルミニウム合金である。

二の発明に係る他のもう１つの合金は、上記組成に加え
て、更にＣｕが０．０５〜３．　０％含有されたもので
ある。

この発明による上記の合金は、Ｚｎ及びＭｇの含有によ
って、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金のもつ固有の優れた機械
的性質をそのまま保持しながら、希土類元素の含有によ
って、加工性、とくに熱間加工性を向上すると共に、応
力腐食割れ感受性を著るしく低下し、負荷応力のかかる
実用条件下においても優れた耐久性を発揮するものであ
る。また、Ｃｕの添加により、該合金は更に強度の増大
化が実現される。

なお、この発明の合金は、必要に応じて更に、Ｍｎ　、
Ｃｒ　、ＺｒおよびＴＩの群から選ばれた１種または２
種以上の元素が、それぞれＭｎ：０．１〜１．０％、Ｃ
ｒ　：　０．　０５〜０．　３％、Ｚｒ　：０．　０５
〜０．　２５％、Ｔ１：０．１％以下の範囲で含有され
ることが許容される。これらの元素の少なくとも１種以
上の添加は、合金の熱間加工あるいは鋳造時に該合金中
の結晶粒を微細化し、一段と組織を安定なものとするの
に有効である。

次に、上記アルミニウム合金の各化学成分の意義とその
含有範囲の限定理由を説明すれば次のとおりである。

Ｚｎは、周知のとおりアルミニウム合金の強度の向上に
寄与するものである。Ｚｎの含有量が３％未満では該合
金に所要の高い強度を得ることができない。しかし１２
％をこえて多量に含有しても比例的に更に強度が向上す
るというものではなく、それ以上の含有は実質的に無意
味である。従って、Ｚｎの有効な含有量は３〜１２％の
範囲であるが、特に高強度を得たいという要請のもとに
於ては、Ｚｎを比較的多量に、即ち７．０〜１０．０％
の領域範囲に添加含有せしめるものとするのが有効であ
る。

Ｍｇは、これもアルミニウム合金の強度の向上に寄与す
る。従って、□７０００系合金に相当する所要の高強度
を得るためには、少なくとも０．３％以上を含有せしめ
ることが必要であり、好ましくは１．５％以上含有せし
めることが望ましい。しかしながら、Ｍｇはその含有量
が増えるにしたがって合金の延性が低下し、加工性が低
下する。加工性をある程度犠牲にしてでも可及的高強度
を得たいとう要請のもとではＭｇ含有量は５．０％程度
まで含有せしめることが可能であるが、この発明に所期
する可及的良好な押出性、圧延性、その他の加工性を得
る目的のもとにおいては、Ｍｇ含有量は２．５％以下を
限度とする。即ち、２．５％をこえてＭｇを含有せしめ
るときは、延性の低下により、圧延性、押出性その他の
加工性の点において充分に満足すべき結果を得ることが
できない。この発明の目的に対しＭｇの最も好適な含有
量の範囲は、１．５〜２．５％である。

この発明の最も重要な要素とする希土類元素は、原子番
号５７から７１までの１５元素、すなわちＬａｓ　Ｃｅ
ｓ　Ｐｒ　、Ｎｄ　ｓ　ｐｍ　、、５ＩＩ１％Ｅｕ５Ｇ
ｄｓ　Ｔｂｘ　Ｄｙ、、Ｈｏ５ＥｒＳＴｌＩｌ。

Ｙｂ５Ｌｕ、およびこれらにＹＳＳｃを加えた１７元素
の群からなる。これらの元素は必ずしも個々に単独の元
素として用いる必要はなく、希土類金属の混合塩化物を
電解して得られるミツシュメタルを用いても良い。入手
のし易さから工業的にはＹｓ　Ｌａ、Ｃｅ％Ｐｒ、Ｎｄ
％Ｓｍのグループから選ばれた１種または２種以上を組
合わせて用いるのが好適である。この希土類に属する元
素は、本発明のアルミニウム合金中に含有して主に合金
の成形加工性を改善し、かつ耐応力腐食割れ性を改善す
る効果を有する。

この効果の点から、本発明においては上記の群中の希土
類元素のすべてを相互に実質的に均等物として評価しう
るちのである。従って、その１種または２種以上を任意
に組合わせて用いうるが、合金中における含有量が総量
で０．５％未満では成形加工性及び耐応力腐食割れ性の
改善効果に不充分であり、反面、１０％を越えて含有し
ても耐応力腐食割れ性はあまり向上せず、むしろ合金中
に粗大な晶出物が多く発生し、強度の低下を招くおそれ
が増大する。従って、希土類元素の許容含有量は０．５
〜１０％の範囲に規定されるが、一般的に望まれるよう
な高い耐応力腐食割れ性を付与するためには、コストと
の関係も考慮して、上記の範囲中でも比較的高い含有率
を選んで、好ましくは２．０〜７゜０％の範囲に含有せ
しめることにより、更に最も好ましくは４．０〜６．　
０％の範囲に含有せしめることにより、大きな満足を得
ることができる。

希土類元素の含有は、耐応力腐食割れ性の増大効果に加
えて、上記のように合金中の結晶組織を微細かつ安定な
ものとして、結果的に押出し、圧延等の成形加工性を向
上する点でも顕著な効果をあられす。したがって、従来
技術では、組成上高強度を予測し得ても押出し加工とか
圧延加工が甚だ困難であったような合金でも、この発明
の適用により支障なく能率的に工業生産が可能となる。

例えば強化元素であるＺｎを７゜０％をこえて多量に含
むような高強度の合金をも支障なく容易に製造すること
ができる。

Ｃｕは、これも既知のとおり強度の向上に寄与するもの
であるが、含有量が０．０５％未満ではその効果に十分
でなく、３．０％をこえて含有しても強度の向上効果に
較べて、溶接凝固割れ感受性を高め、溶接性が悪くなる
と共に、耐食性、焼入れ性も低下してくる弊害に強くな
るため好ましくない。従って、上記に規定される含有量
の範囲内でも、特に高強度が要請される場合には、上限
近くまで添加しても良いが、溶接構造材の用途に使用さ
れるような合金である場合には、不純物としての含有範
囲をこえて積極的にはＣｕを含有せしめないか、又は比
較的低い０．３％以下の程度の領域範囲でそれを含有せ
しめるものとすることが望ましい。

この発明において任意的な含有元素であるＭｎ　ｓ　Ｃ
ｒ　、Ｚｒは、いずれも熱間加工時の結晶粒の微細化に
役立つものであり、Ｍｎ：０．１未満、Ｃｒ　：０．０
５％未満、Ｚｒ　：０．０５％未満では上記効果に乏し
く、Ｍｎ：１．０％超過、Ｃｒ：０．３％超過、Ｚｒ：
０．２５％超過の場合には、合金中に粗大な晶出物を生
じて合金の強度を低下する。またＴＩは鋳造時の結晶粒
の微細化に効果があり、鋳造割れの発生防止に有効で、
微量の添加は好ましいが、含有量が０．１％をこえると
合金中に粗大な晶出物を生じ強度を低下するため好まし
くない。

発明の効果 この発明に係るアルミニウム合金は、後掲の実施例から
理解されるように、Ａ、ｆ２−Ｚｎ　−Ｍｇ系の合金で
あって、それに固有の高い強度を保有するものでありな
がら、従来合金に較べて押出性、圧延性等の加工性に優
れ、しかも顕著に耐応力腐食割れ性に優れたものである
。従って、押出材、圧延材、鍛造材等の展伸材として使
用される各種の用途において、従来合金より一段とその
成形加工性を向上しながら薄肉軽量化をおしすすめるこ
とが可能となる。殊に、Ｍｇ５Ｃｕの含有量において従
来の７０７５合金にｔ目当する合金であっても、本発明
に従って希土類元素を更に含有する改善された合金にあ
っては、最高強度を帯有させうるＴ６の熱処理材として
実用に供することが可能となる。加えて、押出し性、圧
延性等の加工性の向上により従来合金より一段と生産性
を上げることができる利点もある。

実施例 実施例　１ 下記の第１表に示されるＮｏ、１〜１５までの各種組成
のアルミニウム合金を、水冷金型を用いて直径３インチ
のビレットに鋳造した。次に、このビレットに対し、４
６０℃で１２時間の均質化処理を施したのち、押出し機
のコンテナに装填し、温度４５０℃にて断面の大きさが
３＃×３０＃の平たい棒状物に押出し加工を行った。

〔以下余白〕

そして、上記の押出し加工時の限界押出し速度でもって
、各合金の押出性の良否を評価した。

また、上記の各押出材を、温度４６０℃で２時間加熱し
て溶体化処理した後、水冷して焼入れし、更に１２０℃
で２４時間の人工時効処理を施してＴ６材に製作した。

これによって得た各Ｔ６材を試料として、それらの耐応
力腐食割れ性及び機械的性質の１つとして引張り強さを
調べた。それらの結果を第２表に示す。

なお、第２表中の合金番号は、第１表の合金番号と同じ
ものが用いられている。押出し性の評価として示されて
いる数値は、代表的な押出し合金として知られているＡ
６０６３アルミニウム合金と較べて、該６０６３合金の
限界押出し速度を１００とした場合の相対評価値をあら
れしている。また、耐応力腐食割れ性の試験結果は、３
．５％Ｎａｃｎ水溶液中にて、該試験片の圧延又は押出
し方向に２０　Ｋｇ　ｆ　／−の応力を負荷し、割れが
発生するまでの日数を測定して示したものである。

第　　２　　表 上記第２表の結果に見られるように、本発明に係る合金
は、Ｚｎを高率に含有し、Ｍｇの含有量を比較的低く押
えたアルミニウム合金の範囲にあって、その固有の性質
としての高強度を保有したものでありながら、希土類元
素を含有しない比較合金に較べて一段と優れた押出性を
有しつつ、耐応力腐食割れ性において顕著に優れた性質
を有するものであることがわかる。しかも本発明による
合金は、結晶粒も比較合金に較べて微細化されたもので
あり、焼入れ性、溶接性にも優れたものであった。

実施例　２ 前掲第１表に示す合金Ｎｏ、１〜１０、及びＮｏ、１６
〜１７の１２種類の合金につき、それらを水冷金型で厚
さ５０ｍｍ、幅１５０＃ＩＩＩ＋の大きさに鋳造した。

次いでこれを４５０℃にて３ｍｍの厚さになるまで熱間
圧延した。

そして、この厚さ５０ｍｍから３ｍｍまでの熱間圧延の
所要パス回数で圧延性を評価し、第３表にその結果を示
した。同表中の合金番号は第１表の番号に対応する。

また、上記によって得られた各圧延板につき、実施例１
の場合と同じく熱処理を施してＴ６材としたのち、これ
らを供試材として前記実施例１の場合と同様にして応力
腐食割れ寿命及び引張り強さを調べた。

その結果を第３表に示す。

〔以下余　白〕

第　　３　　表 第３表に示される結果から容易に理解されるように、こ
の発明に従うアルミニウム合金は、圧延材に製造した場
合にあっても、比較合金と同程度の高強度を有しつつ、
耐応力腐食割れ性に優れたものであり、しかも圧延性に
一段と優れたものであった。　　　　　　　　　　以　
上特許出願人　　昭和アルミニウム株式会社−１１，−
４’ｌ　　１１ 代理人　弁理士清水大義、ｉ″（ ・、−シ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ：３〜１２％ Ｍｇ：０．３〜２．５％ 希土類元素のうち１種または２種以上：０．５〜１０％ を含有し、かつ必要に応じて、 Ｍｎ：０．１〜１．０％ Ｃｒ：０．０５〜０．３％ Ｚｒ：０．０５〜０．２５％ Ｔｉ：０．１％以下 のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌ及び不
   可避不純物からなる高強度アルミニウム合金。
2. （２）Ｍｇの含有量が１．５〜２．５％である特許請求
   の範囲第１項に記載の耐応力腐食割れ性に優れた高強度
   アルミニウム合金。
3. （３）Ｚｎ：３〜１２％ Ｍｇ：０．３〜２．５％ Ｃｕ：０．０５〜３．０％ 希土類元素のうち１種または２種以上：０．５〜１０％ を含有し、かつ必要に応じて、 Ｍｎ：０．１〜１．０％ Ｃｒ：０．０５〜０．３％ Ｚｒ：０．０５〜０．２５％ Ｔｉ：０．１％以下 のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌ及び不
   可避不純物からなる高強度アルミニウム合金。
4. （４）Ｍｇの含有量が１．５〜２．５％である特許請求
   の範囲第３項記載の耐応力腐食割れ性に優れた高強度ア
   ルミニウム合金。