JPH01259147A - Ａ１−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性板の製造方法 - 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］ 本発明は超塑性変形が■ｆ能であるＡｌ−Ｌｉ系合金板
を製造する方法に関し、さらに詳しくは高温で変形速度
か極めて高いひずみ速度範囲て、超塑性変形か可能なＡ
ｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性アルミニウム合金板を、
圧延で製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 航空機用アルミニウム合金板は、機体の軽量化のために
、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の２０２４合金板やＡ　Ｉ　−Ｚ
−ｎ　−Ｍ　ｇ　−Ｃｕ系の７０７５合金板から密度の
低いＡｌ−Ｌｉ系合金板に移行しつつある。

また、成形加工技術の面も、従来のロールフォーミンク
やプレス成形（板金加工）したものを組立て接合なとを
行う方法から一体化加工か可能な超塑性成形か取り入れ
られている。

超塑性成形法は、複雑な形状の製品を一度で成形するこ
とかできるため、部品の接合部か少なく、軽量化か可能
となり、また、組立て工数も少なく、製造コストの低減
をもたらす方法である。

このため超塑性変形かｒｉＪ能なＡｌ−Ｌｉ系合金材料
か要求されている。

従来、Ａｌ−Ｌｉ系合金としては、Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−
Ｍｇ−Ｚｒ系の８０９０合金とＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ
系の２０９０合金が、国際的に登録されている。このう
ちＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍ　ｇ　−Ｚ　ｒ系合金の超塑性
変形を得るために、均質化処理温度、熱間加工温度、中
間焼鈍温度および冷間加工度を規制する方法か提案され
ている。（特開昭６２−１７０４６２） しかし、Ａ　Ｉ−Ｃｕ−Ｌ　ｉ−Ｚ　ｒ系合金の超塑性
変形か得られる材料かなく、このようなな材料の開発が
強く要望されていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、変形速度か極めて筒い範囲で、超塑性変形が
得られるＡ　Ｉ−Ｃｕ−Ｌ　ｉ−Ｚ　ｒ系合金材料を比
較的低温の熱間圧延で製造する方法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明による超塑性アルミニウム合金板の製造方法は、
前記目的を達成するため、下記のとおりに構成される。

（１）　　Ｃｕ　　２．０−３．０　　％、　Ｌｉ１．
０−３．０　　％、Ｚ　ｒ　０．０５〜０．２０％、Ｔ
　ｉ　０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび
不可避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造
法で溶解、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において１
〜５０時間の均質化処理を行い、その後３００〜４５０
℃の温度で圧延し、５０％以上の冷間圧延を行うことを
特徴とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性板の製造方
法。

（２）　Ｃｕ　　２．０−３．０％、Ｌｉ　　１．０−
３．０％、Ｚ　ｒ　０．０５〜０．２０％、Ｔ　ｉ　０
．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不
純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法で溶解
し、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において１〜５０
時間の均質化処理を行い、その後３００〜４５０℃で１
〜５０時間の析出処理後、３００〜４５０℃の温度で圧
延し、５０％以上の冷間圧延を行うことを特徴とするＡ
ｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性板の製造方法。

（３）　Ｃｕ　　２．０−３．０％、Ｌ’ｉ　　Ｌ、０
〜３．０％、Ｚ　ｒ　０．０５〜０．２［］％、Ｔ　ｉ
　（１，１１１〜０．０１％を含有し、残部Ａｌおよび
不可避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造
法で溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃の温度において
１〜５０時間の均質化処理を行った後、４８０　℃以上
の温度で溶体化処理後、３００〜４５０℃の温度範囲ま
で冷却し、圧延を開始し、該圧延の途中で圧延を中断し
、１〜５０時間保持し析出処理した後、さらに３００〜
４５０℃の温度で圧延を継続した後、５０％以上の冷間
圧延を行うことを特徴とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系
超塑性板の製造方法。

（４）　Ｃｕ　　２．０〜３．０％、Ｌｉ　　１．０−
３．０％、Ｚ　ｒ　０．０５〜０．２０％、Ｔ　ｉ　０
．０１〜０．１０％を含有し、残部Ａｌおよび不１−１
１避不純物からなるアルミニウム合金を、通常の鋳造法
で溶解し、鋳造後、４５０〜５４０℃で１〜５０時間保
持後３００〜４５０℃の温度まで冷却し、該温度範囲で
１〜５０時間の析出処理後、３００〜４５０℃の温度で
圧延し、ついで５０％以上の冷間圧延を行うことを特徴
とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ− Ｚｒ系超塑性板の製造方法。

さらに上記方法の冷間圧延の前または途中に３００〜４
５０℃で１〜５０時間の中間焼鈍を行う方法あるいはさ
らに冷間圧延後に４５０℃以上で１分〜１時間最終焼鈍
する方法を含む。

［作　用］ Ａｌ−Ｌｉ系超塑性制料は、従来の７４７５合金系超塑
性利料と材料り、動的再結晶により微細再結晶粒を形成
させ超塑性変形する性質をもつために、高温まで安定な
下部組織を有する材料か得られるのである。

本発明はＡ　Ｉ−Ｃｕ−Ｌ　ｉ−Ｚ　ｒ系の熱間加工性
を向上させて圧延し、超塑性材料を得るための製造方法
に関するものであり、以下成分を限定した理由についで
述べる。

Ｃｕ、超塑性成形後の合金相の強度向上効果かある。こ
の効果は２０％より少ないと得られず、３．０％より多
いと、Ｃｕの効果の密度か高いために航空機などの軽量
化に寄与することができない。これらのためＣｕを２．
０〜３．０％とした。

Ｌに同じく合金相の強度向上と軽量化に効果かある。こ
の効果は１．０％より少ないと得られず、３．０％より
多いと鋳造時にその偏析か激しく、均質化熱処理によっ
ても容易に固溶しないため、熱間加工が困難である。

Ｚｒ；合金相の再結晶を抑制する効果がある。

０．０５％より少ないと最終焼鈍て再結晶が容易となり
、下部組織を安定化させることが困難となる。このため
超塑性成形か得られにくい。また、０．２０％を越える
と通常の鋳造法では巨大化合物を晶出しやすくなり、こ
れにより素材に圧延欠陥か生ずる。

Ｔｌ；素材合金に鋳造組織の微細化を与える効果がある
。この効果は０．０１％より少ないと得られず、０．１
０％より多いと巨大化合物か晶出しやすくなる。

次に製造条件についで述べる。

均質化処理。

均質化処理はＣｕ、Ｌｉなとの溶質原子の粒界偏析を少
なくし、成分を均一化する効果かある。４５０℃未満で
はその効果か少なく、５４０℃を越えるとＺｒなとの再
結晶抑制元素か安定相として＋１７出し、それらの元素
のもつ効果か少なくなる。また、１時間未満では成分均
一化の効果が少なく、５０時間を越えるとその効果が飽
和するため、経済的な点て意味がない。４２０℃程度で
一旦ステップ加熱すると良い。

圧延温度； 圧延温度が３００〜４５０℃であるのはこの温度域かこ
のＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ系合金の 第２相（Ｔ　Ｉ＜　Ａ　ｌ　２　Ｌ　ｉ　Ｃｕ　＞、Ｔ
ｌ＜Ａｌ６Ｌｉ３Ｃｕ＞相）の析出温度であり、この温
度範囲で圧延すると安定な下部組織か形成される。

冷間圧延２ 冷間加工度か５０％以上なのは、これより少ないと安定
な下部組織か板面あるいは板厚方−］　〇　　− 向で均一に形成されにくいためである。

析出処理。

３００−４５０℃ノ１〜５０時間の析出処理を３００〜
４５０℃での温度での圧延の前あるいは圧延の途中にイ
ー」うと、この圧延中に安定なト部組織が形成されやす
い。この場合は冷間圧延前の中間焼鈍を省くこともでき
る。

溶体化処理； 鋳塊均質化熱処理後の冷却中に粒界上に析出した化合物
を再固溶させ、熱間加圧性を向上させるために行う。

中間焼鈍。

中間焼鈍を３００〜４５０℃で１〜５０時間実施するの
は、さらに積極的に第２相として析出させ、凝集化させ
、次の冷間圧延工程で加工ひずみを導入しやすくするた
めである。１時間未満では第２相の析出か不十分で、一
方、５０時間を越えると溶質原子が析出しすぎて、加工
ひずみが消滅しやすくなる。

最終焼鈍； 一］］− 冷間用延数をそのまま超塑性変形させることかｎＪ能で
あるか、その昇温速度によっては昇温中に再結晶が進行
して、超塑性特性が低下する場合かある。この場合、予
め超塑性変形温度である　４５０℃以上に５９Ｃ／秒以
上の昇温速度で加熱処理することか自゛効である。また
、これ以上の温度に加熱することにより、下部組成を形
成させるために用いた第２相を再固溶させることができ
、超塑性変形中のキャビティの原因になる第２相か少な
くなり、超塑性特性を向上させることかできる。たたし
、この加熱処理か１分未満ではこれらの効果か少なく、
１時間を越えると静的再結晶を生し超塑性特性か低下し
やすい。

［実施例］ Ａｌ−２，４％Ｃｕ　−２，２％Ｌ　ｉ〜０．１２％Ｚ
ｒ〜０．０４％Ｔ１合金をアルゴン雰囲気中で溶解鋳造
後、鋳塊均質化熱処理条件を変えて熱間圧延を開始し、
６ｍｍ厚の板とした。熱間圧延開始温度は３００℃〜５
００℃まで変化さぜた。熱間圧延−］２− 後、中間焼鈍工程を入れ、冷間加工を行った。

又、最終焼鈍を行った場合もある。こうして製造した板
の製造条件と超塑性特性（伸び）の関係を表１に示す。

引張試験は圧延方向に沿って採取した試験片を５００℃
で行った。引張の初期のひすみ速度は５、［ｉＸ　１０
−’　ｓ−’である。伸びは標点間距離を１０ｍｍとし
て破断時の全伸びを求めた。評価は３００％以上を合格
とした。

＝　１４ ［発明の効果］ 本発明の製造方法によれば、以下のような効果か得られ
る。

（１）本発明の方法により製造されたＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ
−Ｚｒ合金板は、非再結晶組織を有しているので、この
組織状態から変形速度を従来の超塑性アルミニウム合金
板（例えば７４７５など）よりも１桁大きくして、超塑
性変形をさせることができる。

（２）本発明によれば高温の均質化熱処理と強度の冷間
加工を組合せ、あるいは更に、急速加熱による最終焼鈍
を行うことで、鋳造時の組織をこわすとともに、鋳造時
の粒界不純物を粒界から除去することができる。これに
よって、合金材の超塑性特性を向上させることかでき、
航空機や車輌および自動車などの複雑な形状の部品を容
易に製造することができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕ２．０〜３．０％、Ｌｉ１．０〜３．０％、
   Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔｉ０．０１〜０．１０％
   を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミ
   ニウム合金を、通常の鋳造法で溶解、鋳造後、４５０〜
   ５４０℃の温度において１〜５０時間の均質化処理を行
   い、その後３００〜４５０℃の温度で圧延し、５０％以
   上の冷間圧延を行うことを特徴とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ
   −Ｚｒ系超塑性板の製造方法。
2. （２）Ｃｕ２．０〜３．０％、Ｌｉ１．０〜３．０％、
   Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔｉ０．０１〜０．１０％
   を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミ
   ニウム合金を、通常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４５０
   〜５４０℃の温度において１〜５０時間の均質化処理を
   行い、その後３００〜４５０℃で１〜５０時間の析出処
   理後、３００〜４５０℃の温度で圧延し、５０％以上の
   冷間圧延を行うことを特徴とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚ
   ｒ系超塑性板の製造方法。
3. （３）Ｃｕ２．０〜３．０％、Ｌｉ１．０〜３．０％、
   Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔｉ０．０１〜０．１０％
   を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミ
   ニウム合金を、通常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４５０
   〜５４０℃の温度において１〜５０時間の均質化処理を
   行った後、４６０℃以上の温度で溶体化処理後、３００
   〜４５０℃の温度範囲まで冷却し、圧延を開始し、該圧
   延の途中で圧延を中断し、１〜５０時間保持し析出処理
   した後、さらに３００〜４５０℃の温度で圧延を継続し
   た後、５０％以上の冷間圧延を行うことを特徴とするＡ
   ｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性板の製造方法。
4. （４）Ｃｕ２．０〜３．０％、Ｌｉ１．０〜３．０％、
   Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｔｉ０．０１〜０．１０％
   を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミ
   ニウム合金を、通常の鋳造法で溶解し、鋳造後、４５０
   〜５４０℃で１〜５０時間保持後３００〜４５０℃の温
   度まで冷却し、該温度範囲で１〜５０時間の析出処理後
   、３００〜４５０℃の温度で圧延し、ついで５０％以上
   の冷間圧延を行うことを特徴とするＡｌ−Ｃｕ−Ｌｉ−
   Ｚｒ系超塑性板の製造方法。
5. （５）冷間圧延の前あるいは途中に３００〜４５０℃で
   １〜５０時間の中間焼鈍を行う請求項（１）〜（４）の
   いずれかに記載のＡｌ−Ｃｕ−Ｌ−Ｚｒ系超塑性板の製
   造方法。
6. （６）冷間圧延後４５０℃以上で１分〜１時間最終焼鈍
   する請求項（１）〜（５）のいずれかに記載のＡｌ−Ｃ
   ｕ−Ｌｉ−Ｚｒ系超塑性板の製造方法。