JPH1068037A - 押出し性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金 - Google Patents
押出し性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金Info
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- JPH1068037A JPH1068037A JP24571096A JP24571096A JPH1068037A JP H1068037 A JPH1068037 A JP H1068037A JP 24571096 A JP24571096 A JP 24571096A JP 24571096 A JP24571096 A JP 24571096A JP H1068037 A JPH1068037 A JP H1068037A
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Landscapes
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- Body Structure For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄道車輌構体等に適する高比強度Ａｌ−Ｌｉ
系合金で、特に優れた押出し性および焼入れ性を有する
合金を提供する。 【解決手段】 重量％で（以下、同じ）、Ｌｉ１．５〜
３．０％、Ｍｇ０．３〜１．０％と、Ｚｒ０．０５〜
０．３％、Ｃｒ０．０５〜０．３％、Ｍｎ０．０５〜
１．５％、Ｖ０．０５〜０．３％、Ｔｉ０．００５〜
０．１％のうちの１種もしくは２種以上を含み、残部は
不可避的不純物とＡｌからなる合金。
系合金で、特に優れた押出し性および焼入れ性を有する
合金を提供する。 【解決手段】 重量％で（以下、同じ）、Ｌｉ１．５〜
３．０％、Ｍｇ０．３〜１．０％と、Ｚｒ０．０５〜
０．３％、Ｃｒ０．０５〜０．３％、Ｍｎ０．０５〜
１．５％、Ｖ０．０５〜０．３％、Ｔｉ０．００５〜
０．１％のうちの１種もしくは２種以上を含み、残部は
不可避的不純物とＡｌからなる合金。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ−Ｌｉ系合金に係
わり、特に優れた押出し性、焼入れ性および高い比強度
を有するＡｌ−Ｌｉ系合金に関する。
わり、特に優れた押出し性、焼入れ性および高い比強度
を有するＡｌ−Ｌｉ系合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ合金は、Ｆｅ，Ｃｕ等の合金に比し
て押出し加工性がきわめて優れているため、従来より構
造用押出し材として広く使われている。特に押出し性お
よび焼入れ性を向上させたＪＩＳ６Ｎ０１合金（Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系）は中強度合金として、またＪＩＳ７Ｎ０
１合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）は、高強度溶接構造用合
金として、鉄道車輌構体への適用に実績を重ねてきてい
る。
て押出し加工性がきわめて優れているため、従来より構
造用押出し材として広く使われている。特に押出し性お
よび焼入れ性を向上させたＪＩＳ６Ｎ０１合金（Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系）は中強度合金として、またＪＩＳ７Ｎ０
１合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）は、高強度溶接構造用合
金として、鉄道車輌構体への適用に実績を重ねてきてい
る。
【０００３】しかし、近年鉄道車輌の更に一層の高速
化、そのための軽量化が要求され、この種の低密度、高
強度構造材の研究開発が急がれている。一方、従来の汎
用Ａｌ合金より低密度であるために、航空宇宙用構造材
料として活発に研究開発が進められてきているＡｌ−Ｌ
ｉ系合金があるが，鉄道車輌構体を対象とする実用化の
検討はまだ遅れている。
化、そのための軽量化が要求され、この種の低密度、高
強度構造材の研究開発が急がれている。一方、従来の汎
用Ａｌ合金より低密度であるために、航空宇宙用構造材
料として活発に研究開発が進められてきているＡｌ−Ｌ
ｉ系合金があるが，鉄道車輌構体を対象とする実用化の
検討はまだ遅れている。
【０００４】鉄道車輌構体の軽量化を図るためには、材
料の密度を低下することは勿論重要であるが、使用する
押出し材の単位面積当たりの重量を低減させる、すなわ
ち薄肉化を達成するためには、材料強度を向上させると
同時に、押出し加工性を向上させることが不可欠であ
る。
料の密度を低下することは勿論重要であるが、使用する
押出し材の単位面積当たりの重量を低減させる、すなわ
ち薄肉化を達成するためには、材料強度を向上させると
同時に、押出し加工性を向上させることが不可欠であ
る。
【０００５】また押出し材は、押出し後の溶体化及び焼
入れ処理を省略するため、プレス焼入れを行い、その後
焼き戻しのみのＴ５調質処理を行うことにより製造され
る。このため押出し材は、焼入れ性が優れていることが
重要である。しかしながら、前記構体に押出し材でＴ５
調質用のＡｌ−Ｌｉ系合金を適用した実績はほとんど無
く、この材料特性に関して、合金組成およびその製造条
件などの影響について報告されたものも少ない。
入れ処理を省略するため、プレス焼入れを行い、その後
焼き戻しのみのＴ５調質処理を行うことにより製造され
る。このため押出し材は、焼入れ性が優れていることが
重要である。しかしながら、前記構体に押出し材でＴ５
調質用のＡｌ−Ｌｉ系合金を適用した実績はほとんど無
く、この材料特性に関して、合金組成およびその製造条
件などの影響について報告されたものも少ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の現状
にかんがみてなされたもので、鉄道車輌構体等に適する
Ａｌ−Ｌｉ系高比強度押出し用合金を開発することを企
図するものであり、特に優れた押出し性および焼入れ性
を有するＡｌ−Ｌｉ系合金材を提供することを目的とす
る。
にかんがみてなされたもので、鉄道車輌構体等に適する
Ａｌ−Ｌｉ系高比強度押出し用合金を開発することを企
図するものであり、特に優れた押出し性および焼入れ性
を有するＡｌ−Ｌｉ系合金材を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成するため種々実験、検討を重ねた結果、従来の
Ａｌ−Ｌｉ系合金における強度発揮の骨格成分であるＣ
ｕを構成から外した新たな成分構成の合金を見出し、こ
の発明をなすに至った。
的を達成するため種々実験、検討を重ねた結果、従来の
Ａｌ−Ｌｉ系合金における強度発揮の骨格成分であるＣ
ｕを構成から外した新たな成分構成の合金を見出し、こ
の発明をなすに至った。
【０００８】具体的には、本発明の押出し性及び焼入れ
性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金は、重量％で（以下、同
じ）、Ｌｉ１．５〜３．０％、Ｍｇ０．３〜１．０％
と、Ｚｒ０．０５〜０．３％、Ｃｒ０．０５〜０．３
％、Ｍｎ０．０５〜１．５％、Ｖ０．０５〜０．３％、
Ｔｉ０．００５〜０．１％のうちの１種もしくは２種以
上を含み、残部は不可避的不純物とＡｌからなることを
特徴とするものである。
性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金は、重量％で（以下、同
じ）、Ｌｉ１．５〜３．０％、Ｍｇ０．３〜１．０％
と、Ｚｒ０．０５〜０．３％、Ｃｒ０．０５〜０．３
％、Ｍｎ０．０５〜１．５％、Ｖ０．０５〜０．３％、
Ｔｉ０．００５〜０．１％のうちの１種もしくは２種以
上を含み、残部は不可避的不純物とＡｌからなることを
特徴とするものである。
【０００９】本発明によるＡｌ−Ｌｉ系合金の成分元素
の意義と限定理由は次のとおりである。Ｌｉ：合金の低
密度化、強度の向上のために不可欠な元素である。合金
製造時の最終熱処理時の時効処理過程において、Ｌｉは
Ａｌと結合してδ´相（Ａｌ３Ｌｉ）として析出し、強
度向上に貢献する。このＬｉによる焼入れ性向上の機構
は未だ十分明らかになっていないが、これまでの研究の
知見からは、Ｌｉは焼入れ時の凍結原子空孔をトラップ
する作用が大きいため、Ｌｉの存在により他の溶質原子
の拡散が妨げられて、焼入れ処理中の析出の進行が抑制
され、焼入れ性の向上に寄与すると考えられる。Ｌｉの
含有量が１．５％未満では低密度化、高強度化の効果が
小さく、３．０％を超えると延性および靭性が大きく低
下する。
の意義と限定理由は次のとおりである。Ｌｉ：合金の低
密度化、強度の向上のために不可欠な元素である。合金
製造時の最終熱処理時の時効処理過程において、Ｌｉは
Ａｌと結合してδ´相（Ａｌ３Ｌｉ）として析出し、強
度向上に貢献する。このＬｉによる焼入れ性向上の機構
は未だ十分明らかになっていないが、これまでの研究の
知見からは、Ｌｉは焼入れ時の凍結原子空孔をトラップ
する作用が大きいため、Ｌｉの存在により他の溶質原子
の拡散が妨げられて、焼入れ処理中の析出の進行が抑制
され、焼入れ性の向上に寄与すると考えられる。Ｌｉの
含有量が１．５％未満では低密度化、高強度化の効果が
小さく、３．０％を超えると延性および靭性が大きく低
下する。
【００１０】Ｍｇ：合金の強度の向上に効果がある元素
である。すなわち、母相内にＭｇ元素が固溶して、いわ
ゆる固溶強化により合金の強度が向上する。またＭｇは
Ｌｉの固溶限を減少させることにより、δ´相の析出を
促進させて、合金の強度を向上する作用もある。Ｍｇの
含有量が０．３％未満の場合は、強度向上及び密度低減
の効果が不十分であり、１．０％を超えると、熱間にお
ける変形抵抗が著しく増大し、押出し加工性が大きく低
下する。
である。すなわち、母相内にＭｇ元素が固溶して、いわ
ゆる固溶強化により合金の強度が向上する。またＭｇは
Ｌｉの固溶限を減少させることにより、δ´相の析出を
促進させて、合金の強度を向上する作用もある。Ｍｇの
含有量が０．３％未満の場合は、強度向上及び密度低減
の効果が不十分であり、１．０％を超えると、熱間にお
ける変形抵抗が著しく増大し、押出し加工性が大きく低
下する。
【００１１】Ｚｒ：最終熱処理後のミクロ組織におい
て、再結晶化を抑制する効果を有する。このため、Ｚｒ
は合金の強度および延性の向上に寄与する元素である。
その含有量が０．０５％未満では再結晶化が生じてミク
ロ組織が大きくなるため、強度の低下はそれほど認めら
れないが、延性が著しく低下する。０．３％を超えると
添加の効果は飽和するとともに、Ｚｒを含む巨大な晶出
物が生じ、強度および靭性の低下をもたらす。
て、再結晶化を抑制する効果を有する。このため、Ｚｒ
は合金の強度および延性の向上に寄与する元素である。
その含有量が０．０５％未満では再結晶化が生じてミク
ロ組織が大きくなるため、強度の低下はそれほど認めら
れないが、延性が著しく低下する。０．３％を超えると
添加の効果は飽和するとともに、Ｚｒを含む巨大な晶出
物が生じ、強度および靭性の低下をもたらす。
【００１２】Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ：Ｚｒと同様に、最終熱処
理後のミクロ組織において、再結晶化を抑制することに
より、強度および延性の向上に寄与する元素である。Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｖは、それぞれ含有量が０．０５％未満の場
合は、再結晶化が起こり、ミクロ組織が大きくなるため
合金の延性が低下する。Ｃｒが０．３％、Ｍｎが１．５
％、Ｖが０．３％を超えて含有されると、その効果は飽
和し、それ以上の添加は無駄になる。
理後のミクロ組織において、再結晶化を抑制することに
より、強度および延性の向上に寄与する元素である。Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｖは、それぞれ含有量が０．０５％未満の場
合は、再結晶化が起こり、ミクロ組織が大きくなるため
合金の延性が低下する。Ｃｒが０．３％、Ｍｎが１．５
％、Ｖが０．３％を超えて含有されると、その効果は飽
和し、それ以上の添加は無駄になる。
【００１３】Ｔｉは、合金鋳塊のミクロ組織の微細化に
寄与する元素である。しかしその含有量が０．００５％
未満では微細化効果は不十分であり、０．１％を超える
と晶出物が増加して延性および靭性が低下する。
寄与する元素である。しかしその含有量が０．００５％
未満では微細化効果は不十分であり、０．１％を超える
と晶出物が増加して延性および靭性が低下する。
【００１４】鋳塊中に通常不純物として含有されるＦ
ｅ、Ｓｉは、その量が各０．２５％を超えると、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が増加し、最終製品の延性および靭
性が低下する。従ってＦｅ、Ｓｉの含有量は各０．２５
％以下に規制することが必要である。
ｅ、Ｓｉは、その量が各０．２５％を超えると、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が増加し、最終製品の延性および靭
性が低下する。従ってＦｅ、Ｓｉの含有量は各０．２５
％以下に規制することが必要である。
【００１５】次に合金材の製造方法について説明する。
上述の成分の合金を常法によりＡｒ気圏中で溶製し、直
冷半連続鋳造法により結晶粒の微細な鋳塊を得る。この
鋳塊中の結晶粒径は３ｍｍ以上になると、粒界に存在す
る晶出物のサイズおよび分布が粗大不均一となるため、
最終製品の延性および靭性が低下する。
上述の成分の合金を常法によりＡｒ気圏中で溶製し、直
冷半連続鋳造法により結晶粒の微細な鋳塊を得る。この
鋳塊中の結晶粒径は３ｍｍ以上になると、粒界に存在す
る晶出物のサイズおよび分布が粗大不均一となるため、
最終製品の延性および靭性が低下する。
【００１６】上記鋳塊は、４００〜５５０℃において均
熱化処理する。この処理により、Ｌｉ、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。次いで鋳塊を３５
０〜５００℃の温度で押出し加工する。鋳塊の凝固組織
を壊して均一なものとするには押出し比は１０以上とす
ることが望ましい。
熱化処理する。この処理により、Ｌｉ、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。次いで鋳塊を３５
０〜５００℃の温度で押出し加工する。鋳塊の凝固組織
を壊して均一なものとするには押出し比は１０以上とす
ることが望ましい。
【００１７】最後に所定の製品特性を付与するために調
質処理を行う。本発明の合金は、焼入れ性が優れている
ため、押出し時の空冷過程でも焼きが入る。その後、必
要に応じて、冷間加工を実施し、人工時効処理を行う。
なお、時効処理に先立って、溶体化および焼入れ処理を
別工程で行うことにより、更に高強度の型材製品を得る
ことができる。
質処理を行う。本発明の合金は、焼入れ性が優れている
ため、押出し時の空冷過程でも焼きが入る。その後、必
要に応じて、冷間加工を実施し、人工時効処理を行う。
なお、時効処理に先立って、溶体化および焼入れ処理を
別工程で行うことにより、更に高強度の型材製品を得る
ことができる。
【００１８】
【実施例】表１（本発明合金）および表２（比較例合
金）に示す成分の合金を常法により溶製し、半連続鋳造
法により直径１５０ｍｍの押出し用ビレットに鋳造し
た。鋳塊の均熱処理は４５０℃、ついで５２０℃の２段
階で行った。こののち、鋳塊を４２０℃に加熱し、ラム
速度４インチ／分で熱間押出しを行い、厚さが４．０ｍ
ｍの押出材試片を製造した。押出し時の冷却は、ファン
空冷として焼入れを伴うものとした。
金）に示す成分の合金を常法により溶製し、半連続鋳造
法により直径１５０ｍｍの押出し用ビレットに鋳造し
た。鋳塊の均熱処理は４５０℃、ついで５２０℃の２段
階で行った。こののち、鋳塊を４２０℃に加熱し、ラム
速度４インチ／分で熱間押出しを行い、厚さが４．０ｍ
ｍの押出材試片を製造した。押出し時の冷却は、ファン
空冷として焼入れを伴うものとした。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】上記の押出し材を５２０℃のＡｒ気圏炉中
で３０分溶体化加熱を行った後、２種類の冷却条件すな
わち（１）水冷（約１０００℃／秒）、（２）空冷（約
２℃／秒）により焼入れを行った。最後にピーク時効条
件で人工時効処理を施した。押出し加工性の判定は、測
定した押出し圧力を指標として行った。また、引張試験
により強度ならびに延性を評価した。
で３０分溶体化加熱を行った後、２種類の冷却条件すな
わち（１）水冷（約１０００℃／秒）、（２）空冷（約
２℃／秒）により焼入れを行った。最後にピーク時効条
件で人工時効処理を施した。押出し加工性の判定は、測
定した押出し圧力を指標として行った。また、引張試験
により強度ならびに延性を評価した。
【００２２】表３（本発明合金）および表４（比較例合
金）に各合金の押出し圧力（ＧＰａ）、引張り強さ（σ
Ｂ；ＭＰａ）、伸び（％）および密度（ｇ／ｃｍ３）を
示す。表２の結果から明らかなように、本発明の実施例
の合金Ｎｏ．１〜１０では、押出し圧力が１００ＧＰａ
以下になり、比較例のＪＩＳ７Ｎ０１合金より優れた押
出し性が認められ、水冷焼入れ材において引張り強さが
３８０ＭＰａ以上の高強度が得られ、密度も２．５６ｇ
／ｃｍ３以下と小さいためきわめて高い比強度を有する
ことが認められた。
金）に各合金の押出し圧力（ＧＰａ）、引張り強さ（σ
Ｂ；ＭＰａ）、伸び（％）および密度（ｇ／ｃｍ３）を
示す。表２の結果から明らかなように、本発明の実施例
の合金Ｎｏ．１〜１０では、押出し圧力が１００ＧＰａ
以下になり、比較例のＪＩＳ７Ｎ０１合金より優れた押
出し性が認められ、水冷焼入れ材において引張り強さが
３８０ＭＰａ以上の高強度が得られ、密度も２．５６ｇ
／ｃｍ３以下と小さいためきわめて高い比強度を有する
ことが認められた。
【００２３】これに対して、表４の比較例の合金Ｎｏ．
１１は、Ｌｉ含有量が少ないため密度が大きく、かつ焼
入れ性も劣る。またＮｏ．１３は、Ｍｇ量が少ないため
強度が十分でない。Ｎｏ．１４は、Ｍｇ量が多いため押
出し性が著しく低下し、Ｎｏ．１５では、巨大晶出物が
生成し、強度が不十分である。
１１は、Ｌｉ含有量が少ないため密度が大きく、かつ焼
入れ性も劣る。またＮｏ．１３は、Ｍｇ量が少ないため
強度が十分でない。Ｎｏ．１４は、Ｍｇ量が多いため押
出し性が著しく低下し、Ｎｏ．１５では、巨大晶出物が
生成し、強度が不十分である。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【発明の効果】この発明のＡｌ−Ｌｉ系合金によれば、
押出し性ならびに焼入れ性に優れるため、溶体化後の焼
入れが空冷程度の緩冷却でも時効処理後高強度が得ら
れ、高比強度の押出し材が容易に製造できる。従って、
例えば鉄道車輌等の軽量化用構造材料等に求められてい
る特性を具備した押出し材であり、この分野への貢献は
大きい。
押出し性ならびに焼入れ性に優れるため、溶体化後の焼
入れが空冷程度の緩冷却でも時効処理後高強度が得ら
れ、高比強度の押出し材が容易に製造できる。従って、
例えば鉄道車輌等の軽量化用構造材料等に求められてい
る特性を具備した押出し材であり、この分野への貢献は
大きい。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で（以下、同じ）、Ｌｉ１．５〜
３．０％、Ｍｇ０．３〜１．０％と、Ｚｒ０．０５〜
０．３％、Ｃｒ０．０５〜０．３％、Ｍｎ０．０５〜
１．５％、Ｖ０．０５〜０．３％、Ｔｉ０．００５〜
０．１％のうちの１種もしくは２種以上を含み、残部は
不可避的不純物とＡｌからなることを特徴とする押出し
性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24571096A JPH1068037A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 押出し性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24571096A JPH1068037A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 押出し性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068037A true JPH1068037A (ja) | 1998-03-10 |
Family
ID=17137661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24571096A Pending JPH1068037A (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 押出し性および焼入れ性に優れたＡｌ−Ｌｉ系合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1068037A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2889541A1 (fr) * | 2005-08-04 | 2007-02-09 | Pechiney Rhenalu Sa | Procede de recyclage de scrap d'alliages de type aluminium-lithium |
| CN103168110A (zh) * | 2010-09-08 | 2013-06-19 | 美铝公司 | 改进的铝-锂合金及其生产方法 |
| CN114480922A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 郑州轻研合金科技有限公司 | 一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用 |
-
1996
- 1996-08-28 JP JP24571096A patent/JPH1068037A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2889541A1 (fr) * | 2005-08-04 | 2007-02-09 | Pechiney Rhenalu Sa | Procede de recyclage de scrap d'alliages de type aluminium-lithium |
| WO2007015013A3 (fr) * | 2005-08-04 | 2007-03-15 | Alcan Rhenalu | Procédé de recyclage de scrap d'alliages de type aluminium-lithium |
| US7550028B2 (en) * | 2005-08-04 | 2009-06-23 | Alcan Rhenalu | Method for recycling aluminum-lithium-type alloy scrap |
| CN103168110A (zh) * | 2010-09-08 | 2013-06-19 | 美铝公司 | 改进的铝-锂合金及其生产方法 |
| CN114480922A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 郑州轻研合金科技有限公司 | 一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用 |
| CN114480922B (zh) * | 2022-01-25 | 2023-04-07 | 郑州轻研合金科技有限公司 | 一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用 |
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