WO1983001629A1 - Superplastic aluminum alloy plate and process for its production - Google Patents

Description

明 細 書 発 明 の 名 称

超塑性ア ル ミ 二 ゥ ム合金板及びその製造法 技 術 分 野

本発明は超塑性ア ル ミ 二 ゥ ム合金板及びその製造法 に関する も のであ る。 詳 し く は、 本発明は優れた超塑 性を示すア ル ミ 二 ゥ ム合金板お よび該合金板を工業的 に有利に製造する方法に関する も のである。

' 背 景 技 術

外部か ら材料に機械的力を加える と、 材料に局部的 変形 （ く びれ ） が発'生する こ と な く 、 数百 〜千 に 達する異常に大き な伸びが得 られる金属や合金は、 超 塑性金属ま たは超塑性合金 と して知 られている。 超塑 性金属およ び合金は、 その超塑性の挙動を示す機構か ら、 一般に微細結晶粒超塑性およ び変態超塑性 0二種 に大別されている。 ア ル ミ ニ ウ ム を基本とする超塑性 合金は一般に微細結晶粒超塑性に分類されてお i？ 、

. ミ ク ロ ン い しはそれ以下か ら最大 / 0 ミ ク ロ ン の結晶粒か らる る微細 結晶構造に基づき'、 円滑 ¾粒 界移動ま たはすベ ]? が起る こ と に よ ]? 、 材料の塑性変 形が容易に行る われる。

OMFI · V IFO 本発明は、 優れた超塑性特性を有する超塑性アル ミ ニ ゥ ム合金板を提供する こ と を 目 的 と している。

ま た、 本発明は、 合金組成と錡造および圧延条件と を組み合わせる こ とに よ ]? 、 優れた超塑性を示す超塑 性ア ル ミ ニ ゥ ム合金板を製造する方法を提供する こ と を 目的 と している。 発 明 の 開 示

本発明の要旨は、 /. 〜 ？.ク （ 重量 、 以下本明 細謇において合金成分に関する はすべて重量 であ る 。 ) の マ グネ シ ウ ム 、 o.s 〜 s,o ° ケ 、 o.os

〜 /. のマ ン ガ ン および . 5 〜 0 , 3 のク ロ ムを 含み、 残部は実質的にアル ミ - ゥ ム ょ ]3 ¾ る超塑性ァ ^ ミ ニ ゥ 厶合金、 並.びに、 /. 〜 ？. のマグネ シ ゥ ム 、 0. 〜 り の ケ ィ 素、 . 〜 / . の マ ン ガ ン ぉよび .ク S〜 0.3 のク ロ ムを含むアル ミ ニ ウ ム 合金溶湯を違続的に篛造圧延 して厚さ 〜 2 篇の帯 状板と し、 これに 3 0 〜 S 5 0 Cの温度で均質化処 理を施 したのち、 圧延率が 0 以上にる るま で冷間 圧延を行る う こ と を特徵とする.超塑性アル ミ ニ ウ ム合 金板の製造法に存する。 本発明のア ル ミ 二 ゥ ム合金板 は、 C以上、 特に 〜 ？ り C で優れた超 塑性特性を示す。

οι·:?ι ' 図面の簡単 ¾：説明

第 / .図及び第 ·2 図は、 本発明の実施例において用い たバル ジ試験用金型の模式的断面図であ る。 第 / 図は 試験片を金型に取 ]? 付けた状態を示 し、 第 =2 図は試験 片が圧力空気に よ ]? ふ ぐ れた状態を示す。 発明を.実施するための最良の形態

以下、 本発明を よ ]? 詳細に説明する。

本発明に係る超塑性ア ル ミ ニ ウ ム合金板は、 ' 〜 ヲ. の マ グ ネ シ ウ ム 、 ク. " 〜 . の ケ ィ 素、 0.05 〜 / .1 の マ ン ガ ンお よ び 0.。 5 〜 0.3 の ク 口 ム を

' 含み-、 残部は実質的にア ル ミ ニ ウ ム よ ]9 るっている。

マ グ ネ シ ウ ム およ びケ ィ 素は動的再結晶、 す わち 超塑性合金板の塑性.変形に際 し、 変形と 同時に再結晶 を起 して常に変形前の組織を再生する作甩を有する。 マ グ ネ シ ウ ムおよ びケィ 素は、 その含有量が少るす ぎ る とその効果が十分に現われず、 逆に多すぎる と合金 板の加工性、 特に圧延性が劣化する。 マ グ ネ シ ウ ム お よびケ ィ 素の好適る含有量は、 それぞれ c2. 〜 ク および /. 〜 . であ る。 マ グネ シ ウ ム と ケィ 素 と は化合物 （ M_g2Si ) を形成するが、 こ の化合物 自体が 微粒相 と って超塑性特性の発現に寄与する。 マ ン ガ ン と ク σ ム とは結晶粒を微細化 し、 かつ安定化する効 杲を有する。 マ ン ガ ン およ びク ロ ムは、 その含有量が 少 ¾すぎる と上記の効果を十分に奏する こ とができず， ま 7 含有量が多すぎる と これ らが粗大る晶出物と るつ て、 得 られる合金板の超塑性特性を劣化させる。 マ ン ガ ン の好適な含有量は . Z 〜 .⁷ 、 特に . J 〜り.⁷

である。 ま た、 ク ロ ム の好適 ¾含有量は ./ 〜 ク .<

である。

本発明に係る超塑性アル ミ ニ ウ ム合金板には、 さ ら に上記の添加元素 と作用 してその効果を低減させる こ との い遷移元素、 例えばジル コ ニ ウ ム 、 を加えても よい。 ま た、 常法に よ ]? チ タ ンやホ ウ 素を微量添加 し て結晶の微細化をおこなった ] 9 、 ベ リ リ ゥ ムを微量添 加 " e マ グネ シ ウ ム の酸ィヒ防止を お こ ¾ つ 'て も よ い。

さ らに一般のア ル ミ - ゥ ム合金中に含有される鉄、 銅等の不純物については、 通常の合金中に許容される 範囲、 すなわち鉄 0. ^ 以下、 銅 ./ 以下であれば 存在していて も差支えない。

本発明に係る超塑性ア ル ミ 二 ゥ ム合金板を製造する には、 先ず上記の挺成のア ル ミ ニ ウ ム合金溶湯を違続 的に篛造圧延 して、 直接に J 〜 《2 丽、 好ま し く は

〜 / 皿の厚さの帯状板を製造する。 連続鏡造圧延法 は公知であ ]9 、 ハ ン タ ー法、 3 ( 法 ¾ どい く つかの方 法が知 られている。 これ らの連続鐃造圧延法に よれば、

«2 個の回転する篛造用 ロ ー ル ¾ どで構成される駆動篛 型間にノ ズ ルを経て合金溶湯を導入 し、 該鏡型で冷却 Ο ΓΙ

.^ΓΙ? し ¾が ら同時に圧延する こ と に よ ]? 、 帯状板が製造さ れる 。 こ の方法に よれば、 鐃造時に マ ン ガ ンお よ びク ロ ム の固溶量が増加するため、 前記のマ ン ガ ン および ク Π ム の含有量であればこれ らは殆 ど晶 出せず、 後続 の熱処理 と組合せる こ と に よ 再結晶微細化効果を著 し く 向上させる こ とができ る。 連続鎳造圧延の篛造速 度 （ 帯状板の進行速度 ) は ク. 〜 I 分、 溶湯温 度は 0 〜 Ί 0 0 Cが適当である。

この よ う に して得 られた帯状板は、 3 0 〜 S S 0

Cの間の温度で均質化処理を施す。 均質化処理時間は έ 〜 „2 時間が適当である。 温度が低い場合'は時間を 長 く し.、 温度が高い場合には時間を短 く する こ とは、 - —般の熱処理と 同様である。 この均質化処理に よ ]) 、 銪造時に晶出 したマ.グネ シ ゥ ム を均一に溶体化させ、 動的 ¾再結晶にお よぽすマ グネ シ ゥ ム の効果を高める こ とができ る。 ま た錡造時に生 じた晶出物を球状化さ せ、 超塑性粒界移動を滑 らかにする こ とができ る。 さ らに過飽和に固溶 したマ ン ガ ン およ びク ロ ム を再結晶 粒界の移動の阻止に有効な均一微細る析出物と して析 出させる こ とができ る。 均質化処理温度が 3 ょ

も低いと 、 これ らの効果を癸現させる こ と はでき ¾ い。 ま た C を超える と マ ン ガ ン およびク ロ ム の 析出量が減少 し、 かつ析出物 も 粗大化するので 、 粒界 移動阻止の効果が著 し く 低下する。

( C:."Vl 均質化処理を施 した帯状板は、 次いで熱間圧延を行 な う こ と ¾ く 冷間圧延する。 若 し熱間圧延を行な う と、 合金元素の制御された析出状態を維持する こ とは不可 能 とな ]3 、 得 られる合金板の超塑性特性が損 われる。

冷間圧延は圧延率が ク 以上、 好ま し く は 上に達する ま で行なわれる。 圧延率がこれよ ]? も小さ いと得られる合金板に干分 ¾超塑性特性を付与する こ とはでき ない。 超塑性合金板の用途か ら して、 通常は ク. 〜 . 籠 の厚さ と ¾るま で圧延する。 お、 加工 硬化に よ ]? 途中で圧延が困難になった場合には、 / 回 るい し数回の中間焼鈍を行 う と と も でき る。 中間焼 鈍は cZ J 〜 Cで行 ¾ う のが好ま しい。 中間焼 鈍を行 つた場合には、 最後の中間焼鈍後の圧延率が

b 0 以上に達する.ま で冷間圧延する。 全圧延率が 6 0 以上であって も 中間焼鈍後の冷間圧延率が έ 0 未満では、 優れた超塑性特性を示す圧延板を得るの は困難である。

次に実施例に よ 1?本発明をさ らに具体的に説明する が、 本発明はその要旨を こえるい限 ]? 、 以下の実施例 に よって限定される も のでは ¾ い。

実施例 / 〜 及び比較例 / 〜 表一 / に示す組成のア ル ミ ニ ウ ム合金 （ 不純物 と し て鉄 0 . .f L 、 銅 0 , 0 I 以下を含み、 その他の不純 物は合計で . / 以下である。 ） を ガス炉で溶解 し、 ο:,?ι ν ι?ο 一 Ί 一 - 溶湯温度を ⁷ り C と して十分に脱ガス した。 こ の溶 湯にチ タ ン およびホ ウ 素 / を含むア ル ミ - ゥ ム 母合金をチ タ ン含有量が .ク 3 % と ¾ る よ う に添加 し た。 ま たベ リ リ ゥ ム =2. を含むア ル ミ ニ ウ ム母合金 をベ リ リ ゥ ム含有量：^ o2 0 〜 3 0 ppm と る る よ う に添 加 した。

直径 J ク COT の 。2 個の水冷 ロ ー ル で構成された，駆動鐃 型を用い、 上記の溶湯を S で / 0 0 cm Z分 の錡 造速度で連続的に鏡造圧延 して、 厚さ . 霞 の帯状板 を製造 した。

この帯状板を表— / に示す温度で / «2 時間均質化処 理したのち、 冷間圧延 して厚さ /. 娜の冷間圧延板と した （ 圧延率約 0 ^ ：) 。 実施例 / 〜 έ 及び比較例 / 〜 では良好に圧殍.する こ とが出来たが、 比較例 で は圧延の途中で板に割れが生 じ、 厚さ /.ク 籠ま で圧延 する こ とは不可能であった。

次に、 製造 した冷間圧延板 （ 実施例 / 〜 ό 及び比較 例 / 〜 ） か ら約 / S 0 X / 丽の大き さ の試料片 を切 ） 出 .し、 ふ く らま すパ ル ジ試験を行 つた。 試験 には第 / 図及び第 《2 図に断面図を示す金型を用いた。 第 / 図及び第 《2 図において、 （1)は下金型、 （2)は上金型、 (3)は試験片、 （⁴)は圧力空気導入管である。 ま た ^ はバ ル ジ高さを表わす。 上記の金型を用いて、 成形圧力 0.7 Κ ノ^ G で試験片を直径 / 0 ク 郷 の半球状にふ く らませ、 破断が生じた時点でその高さ （バルジ高さ） を測定 した。 結果を表一 =2 に示す。

表一 《2 か ら明 らかな よ う に、 本発明方法に よ ]?製造 された合金板は優れた超塑性特性を有している。

〇 ?I 表 一 《2

注） 試験結果はバルジ高さ（靈）で示してある

産業上の利用可能性

本発明方法に よ 製造されたア ル ミ ニ ゥ ム合金板は,

^ 0 0 C以上、 特に r 。 〜 0 0 Cで優れた超塑性 特性を示す。 従って、 この特性を利用 して、 一般の超 塑性材料に適用される各種の加工法に よ 成形加工す る こ とができ る。 その代表的な も のは、 雌型を使用 し、

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、 、 \" ¹ ノ 流体圧に よ ]3材料を雌型に密着させる真空成形および パルジカ卩工である。

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Claims

求 の 範 囲 / . 〜 ヲ .ク の マ グ ネ シ ウ ム 、 0 , 5 〜 0 ケ ィ 素、 0 , 0 〜 / .2 のマ ン ガ ン およ び ク. 〜 ク. J のク ロ ム を含み、 残部は実質的にア ル ミ - ゥ ム ょ る超塑性ア ル ミ ニ ウ ム合金板。

/ . 〜 ？ . のマ グ ネ シ ウ ム 、 ク . 〜 .ク のケ ィ 素、 0.0 〜 / . 2 のマ ン ガ ン および 0.0 5 〜 0.3 のク 口 ム を含むア ル ミ - ゥ ム合金溶湯を連続 的に鎳造圧延 して厚さ ？ 〜 2 ク 靈 の帯状板と し、 こ れに 3 0 〜 S 0 Cの温度で均質化.処理を施 した のち、 圧延率が ό 0 以上にな る ま で冷間圧延を行 ¾ う こ と を特徵 とする超塑性ア ル ミ ニ ウ ム合金板の ^¾ 法

請求の範囲第 J 項に記載の方法におい て 、 冷間圧 延の途中で中間焼鈍を行るい、 次いで中間焼鈍後の 圧延率が έ 0 以上に達するま で冷間圧延を行な う こ と を特徵 とする方法。