JPH02274848A - 高力アルミニウム合金材の熱処理方法 - 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］ この発明は、　Ａｌ　−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミニウ
ム合金材の熱処理方法、特に、高強度および耐食性を同
時に具備せしめる熱処理方法に関するものである。

［従来の技術］ 航空機の構造用材料等、軽量性および高強度が要求され
る構造部には、Ａｌ金合金多く用いられている。中でも
、ＪＩＳに記載された７０５０゜７０７５合金に代表さ
れるＡｌ　−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系の７０００系Ａｌ合金
は多量に使用されている。

これら７０００系合金においては、溶体化処理と、それ
に引き続き施される時効処理によって微細な析出物を形
成させることにより、高強度を得ている。

Ａｌ合全余材時効処理においては、一般に１００℃〜２
００’Ｃの温度範囲内の１種または２種の温度に数時間
から数十時間、恒温保持を行なう。

例えば、ＪＩＳ−Ｗ−１１０３に記載された７０７５合
金Ｔ合金理の推奨時効条件は、（１１６〜１２７℃）×
２４時間であり、前記７０７５合金Ｔ合金処理の場合は
、（１０２〜１１３℃）×（６〜８時間）＋　（１５７
〜１６８℃）　Ｘ　（２４〜３０時間）の２段時効処理
である。ここで、時効温度は、推奨条件の範囲内で一定
温度をとることが必要である。

このように、Ａｌ合金材の時効処理では、一定温度で長
時間の保持を行なうことにより、所定の材料特性を得て
いる。

７０００系合金においては、前述した溶体化処理と時効
処理によって微細な析出物を形成させることにより高強
度化を図っているが、析出物の寸法、形態１分布の状態
は１時効処理条件によって大きく変化するため、強度を
はじめとする合金の特性は、時効条件の影響を受ける６
例えば、７０７５合金Ｔ合金理材では、引張強度５８ｋ
ｇｆ／＋ａ”程度の高強度が得られるが、応力腐食割れ
感受性は高くなる。逆に前記７０７５合金Ｔ合金処理材
では、引張強度は５１　ｋｇｆ／＋ｍ”まで低下するが
、応力腐食割れ感受性は低くなる。前記７０７５合金鍛
造材の場合、応力腐食割れを起こさない限界応力（ＳＴ
力方向は、Ｔ６処理材では６ｋｇｆ／ｉｎ”、Ｔ７３処
理材では３１　ｋｇｆ／ｍ”と大きく異なる。

応力腐食が問題となる場合には、強度を犠牲にして、耐
食性を高めているのが現状である。このように、７００
０系合金では、強度および耐食性を兼ね備えることは困
難である。この原因は、時効処理条件によって決定され
る析出物の状態にある。

１２０℃程度の比較的低温で時効処理を行なう場合には
、５ｒ＋＋＋＋以下の非常に微細な析出が形成され、強
度は高い、これに対して、１７０℃程度の比較的高温域
で時効処理を行なうＴ７３処理の場合には、析出物は１
０〜ｂ 度は低下する。しかし、応力腐食割れ感受性等の耐食性
に対しては、好適な析出状態となる。

このように、強度および耐食性を兼ね備えたＡ２合金を
製造するためには、析出状態を変化させることが必要で
あり、従来の時効処理方法では、これを達成することは
困難である。従って、この発明は、従来の問題を解決し
、高強度および耐食性に優れたアルミニウム合金を得る
ための高力アルミニウム合金材の熱処理方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段および作用］この発明は、 Ｚｎ：３〜９ｗｔ０％、 Ｍｇ：１〜６ｗｔ、％、 Ｃｕ：３ｗｔ、ｘ以下、 下記からなる群から選んだ少なくとも１の元素。

Ｃｒ：　０．１〜０．５ｗｔ、％、 Ｚｒ：　０．１〜０　、５　ｗｔ、％、Ｍｎ：　０．２
〜ｌ　、Ｏｗｔ、％、および、残部：Ａｌおよび不可避
不純物、 からなるアルミニウム合金材を溶体化処理し、次いで、
１００〜１４０℃の範囲の温度から１６０〜２００℃の
範囲の温度まで加熱し、次いで、前記１６０〜２００℃
の範囲の温度から１ｏＯ〜１４０℃の範囲の温度まで冷
却することからなる熱処理サイクルを２回以上施すこと
に特徴を有するものである。

次に、本発明で対象とするＡ２合金の成分組成の限定理
由について説明する。

（１）Ｚｎ： Ｚｎは強度確保のために必須の元素である。しかしなが
ら、Ｚｎ含有量が３　ｔｉｔ、５未満では、実用に充分
な強度が得られない。一方、Ｚｎ含有量が９ｖｔ、％を
超えると、熱間加工性が悪くなる。従って、Ｚｎ含有量
は３〜９−ｔ６％の範囲に限定するべきである。

（２）Ｍｇ： Ｍｇは、強度確保のために必須の元素である。

しかしながら、Ｍｇ含有量が１ｗｔ、５未満では、実用
に充分な強度が得られない。一方、Ｍｇ含有量が６ｉ１
ｔ、％を超えると、熱間加工性が悪くなるうえ、耐食性
が劣化する。従って、Ｍｇ含有量は１〜６ｗｔ、％の範
囲に限定するべきである。

（３）Ｃｕ： Ｃｕは１強度確保および耐応力腐食割れ性確保のために
必須の元素である。しかしながら、Ｃｕ含有量が３ｗｔ
、％を超えて添加しても、その効果は飽和する。従って
Ｃｕ含有量は３ｗｔ、％以下に限定する。

（４）Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ？ これらの元素は、再結晶を抑制し、耐応力腐食割れ性の
向上に必要で、１種または２種以上添加することができ
る。しかしながら、　Ｃｒ含有量が０、．１ｗｔ、１未
満、Ｚｒ含有量が０　、１　ｗｔ、１未満、Ｍｎ含有量
が０．２　ｗｔ、１未満では所望の効果が得られない。

一方、Ｃｒ含有量が０　、５　ｗｔ、％超、Ｚｎ含有量
が０　、５　ｗｔ、％超、Ｍｎ含有量が１．ＯｗｔＪ超
では、その効果は飽和する。・従って、Ｃｒ、　Ｚｒ、
　Ｍｎの１種または２種以上の含有量は、Ｃｒ：　０．
１〜０　、５　ｗｔ、％、Ｚｒ：　０．１〜０．５ｗｔ
、％、Ｍｎ：０．２〜１．Ｏｗｔ、％の範囲内に限定す
べきである。

次に、この発明の熱処理方法について図面を参照しなが
ら説明する。第１図、第２図Ａ、第２図Ｂおよび第２図
Ｃは、この発明の熱処理パターンを示すグラフである。

第１図に示すように、Ａｌ合全余材溶体化処理した後（
点０）温度二Ｔ□（以下「下温度帯」　という）まで加
熱しく点Ａ）、この温度で時間：ｔ工（点Ａ→点Ｂ）保
持する。次いで、温度二Ｔ２（以下「主温度帯」という
）まで更に加熱しく点Ｃ）、この温度で時間：ｔ２（点
Ｃ→点Ｄ）保持する。

次いで、最初の下温度帯の温度：Ｔ工まで冷却する（点
Ｅ）。以上述べた点Ａから点Ｅまでが熱処理の１サイク
ルであり、このサイクルを２回以上繰り返す。これによ
り、本発明の熱処理方法が達成される。

下温度帯の時効処理温度を１００〜１４０℃の範囲に限
定するのは、以下の理由による。即ち、１００℃未満で
は析出物の成長が遅く、十分なる強度を得るために長時
間必要で経済上好ましくない。一方、１４０℃を超える
と、十分な強度が得られない。従って、下温度帯の時効
処理温度は１００〜１４０℃の範囲に限定するべきであ
る。

主温度帯の時効処理温度を１６０〜２００℃の範囲に限
定するのは以下の理由による。即ち、１６０℃未満では
、耐食性確保のための有効な析出状態が得られない。一
方、２００℃を超えると、析出物の急速な成長粗大化が
起こり、高強度を得ることは困難である。従って、主温
度帯の時効処理温度は１６０〜２００℃の範囲に限定す
るべきである。

熱処理サイクル数を２回以上とする理由は、１回のみの
場合には、強度および耐食性を兼ね備えることが難しい
からである。なお、熱処理サイクル回数を過度に増やす
と、耐食性は向上するが、強度が低下して、本発明の効
果が損なわれるので、成分組成および材料寸法により、
熱処理サイクル回数の上限を決める必要がある。また、
第１図に示すように、熱処理サイクルが２回以上であれ
ば。

主温度帯から、そのまま室温まで冷却する（点Ｈ→点■
→点Ｎ）ことも、また下温度帯まで冷却し、所定時間保
持した後、室温まで冷却しても（点Ｈ→点Ｉ→点Ｊ→点
Ｐ）、本発明の効果を損うものでない。

各温度帯での保持時間は、第１図に示すように所定時間
保持する場合、第２図Ａに示すようにｔ工＝０、ｔ□：
所定時間保持する場合、第２図Ｂに示すように、ｔ、＝
ｏ、ｔ２＝ｏである場合、　あるいは第２図Ｃに示すよ
うに、ｔｌ：所定時間保持。

ｔ２＝０である場合等があるが、いずれも本発明の効果
を損うものではない。

各温度帯の温度が各サイクル間で異なる温度であっても
、限定する範囲内であれば、本発明の効果は損なわれな
い。

下温度帯から主温度帯までの加熱速度、主温度帯から下
温度帯までの冷却速度については、特に限定しなくても
本発明の効果は損われない。

［実施例］ 次に、この発明を実施例により説明する。

供試材として成分組成が、　Ａｌ−６，３Ｚｎ−２，５
Ｍｇ−２，５Ｃｕ−０，１２Ｚｒの７０５０合金材と、
Ａｌ−５，６Ｚｎ−２，３Ｍｇ−１，６Ｃｕ−０，ｌＣ
ｒ−０，２Ｍｎの７０７５合金材を準備し、熱間押出し
、あるいは熱間圧延を行なって、厚さ１３ｎｕの板とし
た。これに、４８０℃の温度で溶体化処理を施し、次い
で、下記に示す時効処理を行なった。

〈実施例１〉 時効処理は、第１図に示す熱処理パターンを基本として
、温度、保持時間、サイクル数を第１表に示すように変
化させて行なった。ここで、ＴＬ。

Ｔ２は、それぞれ下温度帯、上温度帯での時効温度、も
え＋　　ｔｚは時効処理パターン中での温度Ｔ１゜Ｔ２
での保持時間である。パターン内での加熱・冷却速度は
０．５℃／分とした。比較例として、従来から行なわれ
ている時効処理方法を用いて、ピーク時効および過時効
の２種類の時効を行なった。

そして、本発明例、比較例ともに５時効処理の後、供試
材を引張試験に供し１強度、延性、および一部の条件に
ついては、ＡＳＴＭ−Ｅ３９９に規定されている破壊靭
性試験を行なった。また、併せて耐食性の評価も行なっ
た。耐食性は、ＡＳＴＭＧ３４　　に規定されている剥
離腐食試験および一部の条件については、ＪＩＳ−Ｈ−
８７１１に規定されている応力腐食割れ試験により評価
した。即ち、平板試験片に３点曲げにより応力を加えた
状態で、３．５％ＮａＣｆ１水溶液中への浸漬と。

空気中での乾燥を２０日間繰り返して行ない、割れの発
生しなかった最高応力を、応力腐食割れしきい応力とし
た。

第１表には、時効処理条件とそれにより得られる各特性
の試験結果を示す。なお、剥離腐食試験の評価は、Ｐが
最も良く、以下、ＥＡ、　Ｅ８．　ＥＣ，ＨＤの順に耐
食性が劣化する。この中で、実用上間層のないのは、Ｐ
およびＥＡランクである。

第１表に示すように、本発明によれば、７０５０合金で
は、５７〜６２　ｋｇｆ／ｍ”の引張強度が得られ、さ
らに剥離腐食評価も、ＰまたはＥＡと良好である。

また、応力腐食割れのしきい応力も５０　ｋｇｆ／　１
ｍ　”以上と高い。これに対して、従来法によるピーク
時効処理（Ｎ１１１２）では、本発明例とほぼ同一の強
度レベルが得られるものの、耐食性が著しく劣っている
。また、過時効処理［１４）では良好な耐食性は得られ
るが、強度は本発明例よりも３〜８　ｋｇｆ／　ｍ　２
も低い。破壊靭性値についても、本発明によれば、従来
法と同等あるいはそれ以上の値が得られている。このよ
うな傾向は７０７５合金においても認められ１本発明の
有効性が明らかである。

第１表には、本発明例として、一定温度での保持を行わ
ずに加熱と冷却を繰り返す三角波による時効処理（Ｎα
１，２，７．８）と、一定温度での保持を含み、周期的
にサイクルを繰り返す台形波による時効処理（魔３〜６
，９〜１１）の２通りの例を示した。これらの特性値を
みると、三角波処理と台形波処理との間で明瞭な差は認
められない。従って、本発明においては、三角波による
が。

あるいは台形波によるかという処理パターンを周期的に
繰り返すことが重要である。

〈実施例２〉 次に、７０５０合金について、下温度帯温度（Ｔ、）と
−ヒ温度イ；Ｆ温度（Ｔ２）を種々変更して、三角波に
よる時効処理を５サイクル繰り返した。

この結果を第２表に示す。第２表に示すように′１゛□
が本発明の範囲を外れて低い場合（Ｎα４，５）には、
強度は十分に高いが耐食性が劣る。また、逆に高い場合
（Ｎα６）には、耐食性は良好であるが、低強度であっ
た。　また、Ｔ２が本発明の範囲を外れて低い場合（Ｎ
α９）には耐食性が劣化し。

逆に高い場合（Ｎα１０，１１）には強度が低い。

〈実施例３〉 次に、７０５０合金について、下温度帯温度Ｔユ＝１２
０℃、上温度帯温度Ｔ、＝　１７０℃として、サイクル
数を変えた試験を行なった。この結果を第３表に示す。

第３表に示すように、サイクル数が１回の場合には１強
度は十分に高いが耐食性が劣っていた（Ｎα４１石５）
、逆に、２回以上であれば、Ｎα３のようにサイクル途
中で時効を完了しても、その効果は変わらない。

〈実施例４〉 次に、７０５０合金について、熱処理サイクル毎に、下
温度帯温度（Ｔ工）と上温度（Ｆ温度（Ｔ２）を変えて
試験した。この結果を第４表に示す。

第４表に示すように、Ｔ、とＴ２が本発明の範囲内にあ
る限りは、強度および耐食性ともに良好な結果が得られ
ている。また、一連の熱処理中に三角波と台形波を組み
合わせた場合（Ｎα３）でも、高強度且つ良好な耐食性
が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、所定の温度帯
の間で周期的な加熱および冷却を行なうので、微細な析
出物の析出状態を、高強度を発現し、且つ、耐食性を確
保する両方に適した状態とすることができ、これにより
、高強度且つ耐食性を兼備した７ｏｏＯ系の高力アルミ
ニウム合金が得られる産業上有用な効果がもたらされる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図Ａ、第２図Ｂ、第２図Ｃはこの発明の熱
処理パターンを示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｚｎ：３〜９ｗｔ．％、 Ｍｇ：１〜６ｗｔ．％、 Ｃｕ：３ｗｔ．％以下、 下記からなる群から選んだ少なくとも１の元素、 Ｃｒ：０．１〜０．５ｗｔ．％、 Ｚｒ：０．１〜０．５ｗｔ．％、 Ｍｎ：０．２〜１．０ｗｔ．％、および、 残部：Ａｌおよび不可避不純物、 からなるアルミニウム合金材を溶体化処理し、次いで、
   １００〜１４０℃の範囲の温度から１６０〜２００℃の
   範囲の温度まで加熱し、次いで、前記１６０〜２００℃
   の範囲の温度から１００〜１４０℃の範囲の温度まで冷
   却することからなる熱処理サイクルを２回以上施すこと
   を特徴とする高力アルミニウム合金材の熱処理方法。