JPH0517843A

JPH0517843A - 耐ＳＣＣ性が優れた高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金

Info

Publication number: JPH0517843A
Application number: JP19882391A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kobayashi; 一徳小林; Yoshihiro Tsuji; 美紘辻; Takehiko Eto; 武比古江藤; Seiichi Hirano; 清一平野; Kunihiko Kishino; 邦彦岸野
Original assignee: ARISHIUMU KK
Current assignee: ARISHIUMU KK
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】強度が高いと共に耐食性（耐ＳＣＣ性）が優
れており、航空機工業、自動車工業及び電気工業等の分
野における各種部材の材料として好適のＡｌ−Ｌｉ系合
金を提供することを目的とする。【構成】本発明に係るＡｌ−Ｌｉ系合金は、0.5 乃至
3.5 重量％のＬｉ、0.5 乃至6.0 重量％のＣｕ及び0.05
重量％以上のＩｎを含有すると共に、0.05乃至3.0 重量
％のＭｇ、0.05乃至0.3 重量％のＺｒ、0.05乃至0.3 重
量％のＣｒ、0.05乃至1.5 重量％のＭｎ、0.05乃至0.3
重量％のＶ及び0.005 乃至0.1 重量％のＴｉからなる群
から選択された少なくとも１種の元素を含有し、残部が
Ａｌ及び不可避的不純物からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐ＳＣＣ性が優れている
と共に強度が高く、航空機工業、自動車工業及び電気工
業等の分野において使用される各種部材の材料として好
適の耐ＳＣＣ性が優れた高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ−Ｌｉ系合金は、高比強度及び高比
弾性を有しており、航空機工業、自動車工業及び電気工
業等において次世代の製品に要求される特性を有する高
張力Ａｌ合金として実用化が検討されている。これらの
用途において使用されるＡｌ−Ｌｉ系合金には、強度、
延性、靭性、疲労特性及び耐食性等の材料特性が、いず
れも従来のＡｌ合金と同等以上であることが要求され
る。

【０００３】従来、これらの要求に応じるべく、種々の
Ａｌ−Ｌｉ系合金の研究がなされており、特に、Ａｌ−
Ｌｉ−Ｃｕ系合金及びＡｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金が
実用化をめざして開発研究されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ａｌ−Ｌｉ系合金は、強度等の特性は比較的優れている
ものの、耐食性、特に耐ＳＣＣ性が十分であるとはいえ
ない。即ち、従来のＡｌ−Ｌｉ系合金は、いずれも従来
高張力Ａｌ合金として使用されている7075合金及び2024
合金に比して耐食性が劣る。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、優れた耐ＳＣＣ性と強度とを兼備した耐Ｓ
ＣＣ性が優れた高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐ＳＣＣ性
が優れた高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金は、0.5 乃至3.5 重量
％のＬｉ、0.5 乃至6.0 重量％のＣｕ及び0.05重量％以
上のＩｎを含有すると共に、0.05乃至3.0 重量％のＭ
ｇ、0.05乃至0.3 重量％のＺｒ、0.05乃至0.3 重量％の
Ｃｒ、0.05乃至1.5 重量％のＭｎ、0.05乃至0.3 重量％
のＶ及び0.005 乃至0.1 重量％のＴｉからなる群から選
択された少なくとも１種の元素を含有し、残部がＡｌ及
び不可避的不純物からなることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本願発明者等は、高比強度及び高比弾性を有す
るＡｌ−Ｌｉ系合金の特長を維持しつつ、耐ＳＣＣ性を
向上させるべく、種々実験研究を行なった。その結果、
所定量のＬｉ、Ｃｕ及びＩｎを含有すると共にＭｇ、Ｚ
ｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ又はＴｉを含有するＡｌ−Ｌｉ系合
金は、強度及び耐ＳＣＣ性が優れていることを見い出し
た。本発明はこのような実験結果に基づいてなされたも
のである。

【０００８】以下に、本発明に係るＡｌ−Ｌｉ系合金の
成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

【０００９】ＬｉＬｉは、低密度化及び高弾性化に不可欠の元素であると
共に、強度の向上に寄与する元素である。つまり、本発
明に係る合金の製造時における最終熱処理の時効処理工
程において、ＬｉはＡｌ又はＣｕと結合してδ’相又は
Ｔ₁ 相等として析出し、時効効果による強度向上に寄与
する。Ｌｉ含有量が0.5 重量％未満の場合は、低密度化
及び高弾性化が十分でない。また、Ｌｉ含有量が3.5 重
量％を超えると、延性及び靭性が著しく低下する。従っ
て、Ｌｉ含有量は0.5 乃至3.5 重量％とする。

【００１０】ＣｕＣｕは強度の向上に寄与する元素である。つまり、本発
明合金の製造時の最終熱処理の時効処理工程において、
ＣｕはＡｌ、Ｌｉ又はＭｇと結合してＴ₁相、θ’相又
はＳ’相等として析出し、時効効果による強度向上に寄
与する。Ｃｕ含有量が0.5 重量％未満の場合は、十分な
強度を得ることができない。また、Ｃｕ含有量が6.0 重
量％を超えると、延性及び靭性が著しく低下すると共
に、低密度化の効果が小さくなる。従って、Ｃｕ含有量
は0.5乃至6.0 重量％とする。

【００１１】ＩｎＩｎは、本発明の主要な目的である耐ＳＣＣ性の向上に
寄与する元素である。Ｉｎによる耐ＳＣＣ性改善のメカ
ニズムは明確には判明していないものの、本願発明者等
による実験研究の結果、Ｉｎの添加効果は、以下に示す
ものであると考えられる。

【００１２】即ち、Ｉｎを添加することによりサブ粒界
と粒内の析出組成形態が変化し、特にＴ₁ 相又はθ’相
の粒内への均一析出が促進され、粒界への析出が減少す
る。このため、電気化学的な性質も変化し腐食中の溶解
挙動も変化する。これにより耐ＳＣＣ性が向上すると考
えられる。

【００１３】本願発明者等は多数の実験を繰り返した結
果、0.05重量％以上のＩｎを添加することにより、強度
及び靭性等を劣化させることなく、耐ＳＣＣ性を向上で
きることを見い出し、本発明を完成するに至ったもので
ある。

【００１４】なお、Ｉｎ含有量は、その効果の上から、
より好ましい範囲は0.2 乃至0.4 重量％であり、0.4 重
量％を超えてＩｎを添加しても、耐ＳＣＣ性は飽和して
それ以上には向上せず無駄であるばかりでなく、製造コ
ストが上昇する。従って、Ｉｎ含有量は0.2 乃至0.4 重
量％であることが好ましい。

【００１５】ＺｒＺｒは、最終熱処理後のミクロ組織において、その組織
形態を制御することにより、強度及び延性の向上に寄与
する元素である。このため、特に優れた強度及び靭性を
必要する場合にはＺｒを添加することが好ましい。Ｚｒ
含有量が0.05重量％未満の場合は、再結晶化によりミク
ロ組織が大きくなり、強度は殆ど低下しないものの、延
性が著しく低下する。また、Ｚｒ含有量が0.3 重量％を
超えると、上述の効果は飽和してそれ以上の強度及び靭
性の向上は得られないだけでなく、Ｚｒを含む巨大晶出
物が発生し、強度及び靭性が低下する。従って、Ｚｒを
添加する場合は、その含有量を0.05乃至0.3 重量％とす
ることが好ましい。

【００１６】ＭｇＭｇは延性及び靭性を低下させることなく強度を向上さ
せる元素であり、製造時の最終熱処理の時効処理工程に
おいてＳ’相等として析出し、強度の向上に寄与する。
このため、特に高強度を要求される場合にはＭｇを添加
することが好ましい。Ｍｇ含有量が0.05重量％未満の場
合は、上述の強度向上効果が十分でない。また、Ｍｇ含
有量が3.0 重量％を超えると、延性及び靭性が低下す
る。従って、Ｍｇを添加する場合は、その含有量を0.05
乃至3.0 重量％とすることが好ましい。

【００１７】Ｃｒ，Ｍｎ，ＶＣｒ、Ｍｎ及びＶは、Ｚｒと同様に、最終熱処理後のミ
クロ組織において、その組織形態を制御することによ
り、強度及び延性の向上に寄与する元素である。このた
め、特に高強度及び高延性が要求される用途には、これ
らの元素のうちから少なくとも１種の元素を添加するこ
とが好ましい。これらの元素の含有量が0.05重量％未満
の場合は、再結晶化によりミクロ組織が大きくなるた
め、延性が低下する。一方、Ｃｒを0.3 重量％を超えて
添加しても、上述の効果が飽和するため、無駄である。
これと同様に、Ｍｎ及びＶを夫々1.5 重量％及び0.3 重
量％を超えて添加しても、上述の効果が飽和するため、
無駄である。従って、これらの元素を添加する場合、Ｃ
ｒ含有量は0.05乃至0.3 重量％、Ｍｎ含有量は0.05乃至
0.5 重量％、Ｖ含有量は0.05乃至0.3 重量％とする。

【００１８】ＴｉＴｉは、鋳塊のマクロ組織の微細化に寄与する元素であ
る。しかし、Ｔｉ含有量が0.005 重量％未満の場合は、
良好な微細化効果を得ることができない。また、Ｔｉ含
有量が0.1 重量％を超えると、晶出物が増加して延性及
び靭性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は0.005 乃至0.
1 重量％とする。

【００１９】なお、上述のＺｒ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ
及びＴｉは選択的添加元素であり、これらのうちの少な
くとも１種の元素が添加されていればよい。

【００２０】また、鋳塊中に不可避的不純物として含有
されるＦｅ及びＳｉは、その含有量が夫々0.25重量％を
超えると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が増加し、最終製
品での延性及び靭性が著しく低下する。従って、不可避
的不純物としてのＦｅ及びＳｉ含有量は、いずれも0.25
重量％以下であることが必要である。

【００２１】

【実施例】次に、本発明に係る高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金
の製造方法の一例について説明する。

【００２２】本発明に係る高強度Ａｌ−Ｌｉ系合金の製
品形態は、圧延材、押出材及び鋳造材のいずれでもよ
く、いずれの形態でも良好な材料特性を示す。以下に、
製造方法の一例として、圧延材の場合について説明す
る。

【００２３】先ず、0.5 乃至3.5 重量％のＬｉ、0.5 乃
至6.0 重量％のＣｕ及び0.05重量％以上のＩｎを含有す
ると共に、0.05乃至3.0 重量％のＭｇ、0.05乃至0.3重
量％のＺｒ、0.05乃至0.3 重量％のＣｒ、0.05乃至1.5
重量％のＭｎ、0.05乃至0.3重量％のＶ及び0.005 乃至
0.1 重量％のＴｉからなる群から選択された少なくとも
１種の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物か
らなるＡｌ−Ｌｉ系合金を溶製し、結晶粒径が可及的に
微細になるようにＡｌ−Ｌｉ系合金鋳塊を造塊する。な
お、この鋳塊の結晶粒径が 3mm以上になると、粒界に存
在する晶出物のサイズ及び分布が粗大不均一となるた
め、最終製品における延性及び靭性が低下してしまう。

【００２４】次に、前記鋳塊を400 乃至550 ℃の温度に
おいて均質化熱処理する。この均質化熱処理により、Ｌ
ｉ、Ｃｕ及びＭｇ等の元素を十分に固溶させることがで
きると共に、晶出物を部分的に固溶させて小さくするこ
とができる。また、この均質化熱処理により、ＺｒＡｌ
₃ 、Ｃｒ₂ Ｍｇ₃ Ａｌ₁₈、ＭｎＡｌ₆ 及びＶＡｌ₆ 等の
金属間化合物の析出物を形成させることができる。

【００２５】次いで、この鋳塊に対し、400 ℃以上の温
度で熱間圧延処理を施し、熱間圧延材を得る。また、最
終製品の板厚が約 3mm以下の場合は、この圧延材を冷間
圧延して、所定の板厚にまで圧延加工する。このように
して、熱間又は冷間圧延した圧延材に対し、所定の強度
を付与するために、溶体化処理及び焼入れを施し、必要
に応じて冷間加工を施した後に、時効処理を施す。これ
により、耐ＳＣＣ性が優れていると共に高強度のＡｌ−
Ｌｉ系合金圧延材を得ることができる。

【００２６】次に、本発明の実施例についてその比較例
と比較して説明する。

【００２７】先ず、下記表１に示す組成のアルミニウム
合金を溶製し、厚さが300mm の鋳塊を鋳造した。

【００２８】

【表１】

【００２９】次に、これらの鋳塊に対し、500 ℃の温度
で均質化処理を施した。その後、450 ℃の温度まで降温
した後、熱間圧延を開始し、厚さが25mmの圧延材を得
た。

【００３０】次に、これらの圧延材を520 ℃の温度で60
分間溶体化処理した後、水で急冷することにより焼き入
れした。次いで、冷間加工として、加工率が６％のスト
レッチ処理を施した後、160 ℃の温度で48時間加熱し
て、時効処理を施した。

【００３１】このようにして得た合金材を外径が19.1mm
のＣ−リングに加工して試験材とした。

【００３２】これらの試験材の機械的性質（引張強さ、
耐力、伸び）、破壊靭性Ｋ_Q （ MPa・m^1/2 ）及び密度を
測定した。その結果を下記表２に示す。

【００３３】また、これらの試験材に対してＳＣＣ試験
を施した。即ち、172MPa及び294MPaの負荷応力を印加し
た後、交換浸漬法による促進試験（濃度が3.5 重量％の
ＮａＣｌ水溶液に試験材を10分間浸漬する工程と、その
後50分間乾燥させる工程とを30日間に亘って繰り返す）
を実施した。その結果も併せて表２に示す。但し、表２
のＳＣＣ試験の結果の欄において、Ｆ／Ｎは破損した試
料の数／試験した試料の数を示し、Daysは、破損した試
料がある場合に、試料が破損するまでの日数を示すもの
である。

【００３４】

【表２】

【００３５】この表２から明らかなように、本発明の実
施例１乃至１５は、いずれも引張強さ、耐力及び伸び等
の機械的性質が優れていると共に、破壊靭性も34MPa・m
^1/2以上と優れていた。また、実施例３，５において負
荷応力を294MPaとした場合に夫々１個の試料が破損した
ものの、この場合も破壊までに20日を要している。従っ
て、実施例１乃至１５は、いずれも耐ＳＣＣ性が優れて
いる。

【００３６】一方、比較例１，３は耐ＳＣＣ性及び破壊
靭性は良好であるものの、引張強さ及び耐力が十分でな
いものであった。また、比較例２，４は伸び及び破壊靭
性が満足できるものではない。更に、比較例５は、耐Ｓ
ＣＣ性が満足できるものでない。更にまた、比較例６，
７，８は、引張強さ、耐力及び耐ＳＣＣ性は優れている
ものの、破壊靭性が十分でないものであった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るＡｌ−
Ｌｉ系合金は、所定量のＬｉ、Ｃｕ及びＩｎを含有する
と共に、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ又はＴｉを含有す
るから、強度が高いと共に、耐ＳＣＣ性が優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野清一三重県四日市市小古曽東２丁目２番２号株式会社アリシウム四日市研究所内 (72)発明者岸野邦彦三重県四日市市小古曽東２丁目２番２号株式会社アリシウム四日市研究所内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】 0.5 乃至3.5 重量％のＬｉ、0.5 乃至6.
0 重量％のＣｕ及び0.05重量％以上のＩｎを含有すると
共に、0.05乃至3.0 重量％のＭｇ、0.05乃至0.3 重量％
のＺｒ、0.05乃至0.3 重量％のＣｒ、0.05乃至1.5 重量
％のＭｎ、0.05乃至0.3 重量％のＶ及び0.005 乃至0.1
重量％のＴｉからなる群から選択された少なくとも１種
の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな
ることを特徴とする耐ＳＣＣ性が優れた高強度Ａｌ−Ｌ
ｉ系合金。