JPS6220272B2

JPS6220272B2 -

Info

Publication number: JPS6220272B2
Application number: JP9417384A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hino; Takehiko Eto; Yutaka Shibata; Kazuo Furuki
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1984-05-11
Publication date: 1987-05-06
Also published as: JPS60238439A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は展伸用アルミニウム合金およびその製
造方法に関する。［従来技術］一般に、AlにLiを含有させると、密度が約３
％低くなつて、弾性率が約６％も増加するので、
Al―Li合金は従来のAl合金に比べて軽量化が可
能となり、現在、Liを２〜3wt％含有させたAl合
金が主として軽量化効果の大きい航空機等の構造
用材料としての実用化が検討されている。また、Al―Li合金の上記説明した特性を利用
して、リニアー・モーターカーの構造材、テニス
のラケツト等の各種のスポーツ用具、スピーカー
振動板等にも幅広い用途についてもその実用化が
検討されている。そして、このように、Al―Li合金が広く利用
されていくためには、より大きな低密度、高弾性
化を計り、強度および靭性等の材料特性につい
て、従来のAl合金と同等以上の性能を持たせる
ことが必要不可欠である。しかして、Al―Li合金の密度および弾性率は
物理的性質であるので、製造方法には影響される
ところが少なく、Alに含有されるLi含有量によ
つて大きく左右され、従つて、Al―Li合金の低
密度、高弾性化は主として、含有されるLi量によ
り略決定される。しかしながら、Liの含有量には自ら限界があ
り、Liの含有量が多過ぎると強度が飽和し、伸び
等の延性が著しく低くなり、伸びは１％以下とな
つて実用には適さなくなる。そのため、Al―Li合金において重要なこと
は、Liをできるだけ多量に含有させて低密度、高
弾性を計り、かつ、優れた材料特性を得ることで
あるが、Al―Li合金の特性において最も大きな
問題は、得られる強度の割には延性および靭性が
劣るということである。［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記に説明したようなAl―Li合金に
おける特性に対する研究およびその結果の知見に
基いてなされたものであり、即ち、低密度、高弾
性率を有し、かつ、優れた強度、延性および靭性
等の機械的性質を有する展伸用アルミニウム合金
およびその製造方法を提供するものである。［問題点を解決するための手段］本発明に係る展伸用アルミニウム合金およびそ
の製造方法は、 (1) Li1.0〜5.0wt％、Mg0.5〜2.0wt％、Cu0.5〜
3.0wt％、Si0.2〜1.5wt％（ただし0.2wt％を
含まず）、Ti0.005〜0.1wt％を含有し、かつ、 Feを0.3wt％以下に規制し、さらに、 Zr0.05〜0.3wt％、Mn0.05〜1.0wt％、Cr0.05
〜0.3wt％、V0.05〜0.2wt％のうちから選択
した１種以上を含有し、残部Alおよび不純物からなることを
特徴とする展伸用アルミニウム合金を第１の発明
とし、 (2) Li1.0〜5.0wt％、Mg0.5〜2.0wt％、Cu0.5〜
3.0wt％、Si0.2〜1.5wt％（ただし0.2wt％を
含まず）、Ti0.005〜0.1wt％を含有し、かつ、 Fe0.3wt％以下に規制し、さらに、 Zr0.05〜0.3wt％、Mn0.05〜1.0wt％、Cr0.05
〜0.3wt％、V0.05〜0.2wt％のうちから選択
した１種以上を含有するアルミニウム合金鋳塊を、マクロ組織
の結晶粒平均寸法が３mm以下の鋳塊組織とし、
400〜500℃の温度で４〜48時間の均熱処理を行な
い、その後300℃以上の温度で熱間加工を行なつ
た後、60％以下の加工率で冷間加工を行なうこと
を特徴とする展伸用アルミニウム合金の製造方法
を第２の発明とする２つの発明よりなるものであ
る。以下、本発明に係る展伸用アルミニウム合金お
よびその製造方法について詳細に説明する。先ず、本発明に係る展伸用アルミニウム合金の
含有成分および成分割合について説明する。 Liは強度を向上させ、かつ、低密度および高弾
性化には下可欠の元素であり、含有量が1.0wt％
未満では低密度、高弾性化率が小さ過ぎ、また、
5.0wt％を越えて含有されると強度は飽和し、さ
らに、延性、靭性が著しく低下するようになる。
よつて、Li含有量は1.0〜5.0wt％とする。 Mgは延性およ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、含有量が0.5wt％未
満では強度の向上は少なく、また、2.0wt％を越
えて含有されると延性および靭性が低下する。よ
つて、Mg含有量は0.5〜2.0wt％とする。 Cuは強度を向上させるのに不可欠の元素であ
り、含有量が0.5wt％未満であれば強度不足を生
じ、また、3.0wt％を越えて含有されると延性お
よび靭性が低下し、密度に対しても不利になる。
よつて、Cu含有量は、0.5〜3.0wt％とする。 Siは延性および靭性を損なうことなく強度を向
上させる元素であり、含有量が0.2wt％以下では
強度向上が望むことができず、また、1.5wt％を
越えて含有されると晶出化合物が増加して延性お
よび靭性が低下する。よつて、Si含有量は0.2〜
1.5wt％とする。 Tiは鋳塊のマクロ組織を３mm以下にするため
に不可欠な元素であり、含有量が0.005wt％未満
ではこのような効果を達成することができず、ま
た、0.1wt％を越えて含有されると晶出化合物が
増加して延性および靭性を劣化させる。よつて、
Ti含有量0.005〜0.1wt％とする。このTiは、単独
でもTi―Ｂの共存でも良い。 Feは含有量が0.3wt％を越えるとAl―Fe系の晶
出物が増加し、延性、靭性および疲労特性が低下
するようになる。よつて、Fe含有量は0.3wt％以
下に規制しなければならない。 Zr、Mn、Cr、Ｖは最終熱処理後のミクロ組織
において、ｌ／ｗ（ｌは圧延方向の伸長粒の長
さ、ｗは板厚方向の伸長粒の厚さ）を20以上とす
るために必要な元素であり、Zr、Mn、Cr、Ｖの
含有量が0.05wt％未満では最終熱処理においてミ
クロ組織が大きく再結晶化が始まり（１＜ｌ／ｗ
＜20となり、また、Zr0.3wt％、Mn1.0wt％、
Cr0.3wt％、V0.2wt％を夫々越えて含有されると
効果が飽和し、それ以上の含有は無駄である。よ
つて、Zr含有量0.05〜0.3wt％、Mn含有量は0.05
〜1.0wt％、Cr含有量は0.05〜0.3wt％、Ｖ含有量
は0.05〜0.2wt％とする。次に、本発明に係る展伸用アルミニウム合金の
製造方法について説明する。上記に説明した含有成分および成分割合のアル
ミニウム合金鋳塊を、その鋳塊のマクロ組織の結
晶粒平均寸法を３mm以下の鋳塊組織とするのであ
るが、これは、この結晶粒が３mmより大きいと、
結晶粒界に析出する化合物が粗大で不均一に分布
するようになり、それが最終製品にまで残存して
延性および靭性を劣化させるようになるからであ
る。続いて、均熱処理を行なうのであるが、400〜
500℃の温度で４〜48時間行なうことにより、固
溶しているCu、Mn、Cr、Ｖが析出物として微細
均一に析出するので、製造工程における組織の再
結晶仮が防止され、その後の圧延条件との組合せ
により上記に説明したようなｌ／ｗ＞20が初めて
達成できる。そして、均熱温度が400℃未満、均
熱時間が４時間未満では析出物の微細均一が充分
でなく、また、均熱温度が500℃、均熱時間が48
時間を越えると析出物が粗大化して組織の再結晶
化が防止できず、また、エネルギーが無駄とな
る。この均熱処理後に、300℃以上の温度で圧延或
いは押出しにより熱間加工を行なうのであり、
300℃未満の温度では製品の最終熱処理（例え
ば、T6調質等）を行なうと、ミクロ組織のサブ
グレンを除く伸長粒の形状比ｌ／ｗ＜20となつて
延性が低下する。次に行なう圧延等の冷間加工においては、最終
冷間加工率が60％以下とし、この冷間加工率が60
％より高くなると、最終熱処理後のミクロ組織の
伸長粒の形状比ｌ／ｗ＜20となり好ましくなく、
この冷間加工率は、均熱処理条件、熱間加工温度
が上記説明した本発明に係る展伸用アルミニウム
合金の製造方法における範囲を外れると、30〜40
％以下としなければならず、冷間加工率を大きく
することができず製造上不利であり、即ち、冷間
加工率60％は均熱処理条件、熱間加工温度を上記
説明したような限定された条件によつて初めて達
成されるものである。また、上記説明においてミクロ組織のサブグレ
ンを除く伸長粒の形状比ｌ／ｗ（ｌは圧延方向の
伸長粒の長さ、ｗは板厚方向の伸長粒の厚さ）を
20以上とする理由が示されているが、さらに説明
すると、Al―Li合金は極めて粒界破壊を起し易
い合金で金り、これが延性および靭性を低下させ
る最大の原因であり、いま、ミクロ組織のサブグ
レンを除く伸長粒の形状比がｌ／ｗ＜20とあまり
伸長されていない場合は、クラツクは粒界を容易
に通過し易くなり、ほぼ全面的な粒界破壊が生
じ、延性および靭性が低下することになる。しかし、ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒
の形状比がｌ／ｗ＞20と細長く伸長されていると
クラツクの伝播経路が長くなると、伝播経路が長
くなり過ぎると粒内を進行した方が有利となり、
粒界破壊の割合が減少することになり、延性およ
び靭性が向上するものと考えられる。［実施例］本発明に係る展伸用アルミニウム合金およびそ
の製造方法の実施例を説明する。実施例１第１表に示す含有成分および成分割合のアルミ
ニウム合金を溶製し、鋳造した鋳塊のマクロ組織
の平均結晶粒度が２mm以下である鋳塊を面削し、
第２表に示す製造条件で均熱処理→熱間圧延（冷
間圧延後の最終板厚が６mmとなるように、冷間圧
延率を考慮した板厚とした。）→中間焼鈍→冷間
圧延→６mmの板厚の圧延材を得た。この圧延材を、520℃×60分の溶体化処理を行
ない、常温の水に焼入れ、次いで、焼入歪を取る
ために２％のストレツチを行ない、150〜190℃で
熱処理を行なつた。その材料特性を第２表の(1)に示す。なお、ｌ／
ｗの値も示してある。

【表】

【表】この第２表の(1)から明らかであるが、本発明に
係る展伸用アルミニウム合金およびその製造方法
は、比較例に比べて、機械的性質およびその他の
性質が同等以上を示しており、優れていることが
わかる。実施例２ Ti含有量を変えて、鋳塊のマクロ組織の結晶
粒度を変えた第３表に示す含有成分および成分割
合のアルミニウム合金鋳塊を、面削→均質化熱処
理（450℃×12hr）→熱間圧延（終了温度350℃）
→中間焼鈍（400℃×2hr）→冷間圧延（板厚６
mm）の工程により６mm厚の圧延材を製造した。この圧延材を520℃×60分の溶体化処理を行な
い、常温の水に焼入れ、次いで、焼入歪を取るた
めに２％のストレツチを行ない、150〜190℃の温
度で熱処理した。その最大強度が得られた熱処理材の特性を第４
表に示す。

【表】

【表】この第４表から、本発明に係る構造用アルミニ
ウム合金およびその製造方法において、１および
２の鋳塊は、鋳塊のマクロ組織の結晶粒平均寸法
が３mm以下、かつ、結晶粒の形状比（ｌ／ｗ）が
20以上であり、これに対して、比較例の１は結晶
粒平均寸法が5.3mmと大きく、結晶粒形状比が
（ｌ／ｗ）が20以上であるが、機械的性質、特に
伸びにおいて劣つており、また、Ti含有量が
1.5wt％と多く含まれると、結晶粒平均寸法が３
mm以下の0.5mmであり、かつ、結晶粒形状比
（ｌ／ｗ）が20以上でも特に、伸びにおいて劣つ
ていることがわかる。［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る展伸用アル
ミニウム合金およびその製造方法は上記の構成を
有しているものであるから、低密度、高弾性化を
計ることができ、強度が良好で、延性および靭性
の優れた構造用のアルミニウム合金を製造できる
という優れた効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】１ Li1.0〜5.0wt％、Mg0.5〜2.0wt％、Cu0.5〜
3.0wt％、Si0.2〜1.5wt％（ただし0.2wt％を
含まず）、Ti0.005〜0.1wt％を含有し、かつ、 Feを0.3wt％以下に規制し、さらに、 Zr0.05〜0.3wt％、Mn0.05〜1.0wt％、Cr0.05
〜0.3wt％、V0.05〜0.2wt％のうちから選択
した１種以上を含有し、残部Alおよび不純物からなることを
特徴とする展伸用アルミニウム合金。２ミクロ組織のサブグレンを除く伸長粒の形状
比ｌ／ｗ（ｌは圧延方向の伸長粒の長さ、ｗは板
厚方向の伸長粒の厚さ）が20以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の展伸用アル
ミニウム合金。３ Li1.0〜5.0wt％、Mg0.5〜2.0wt％、Cu0.5〜
3.0wt％、Si0.2〜1.5wt％（ただし0.2wt％を
含まず）、Ti0.005〜0.1wt％を含有し、かつ、 Fe0.3wt％以下に規制し、さらに、 Zr0.05〜0.3wt％、Mn0.05〜1.0wt％、Cr0.05
〜0.3wt％、V0.05〜0.2wt％のうちから選択
した１種以上を含有するアルミニウム合金鋳塊を、マクロ組織
の結晶粒平均寸法が３mm以下の鋳塊組織とし、
400〜500℃の温度で４〜48時間の均熱処理を行な
い、その後300℃以上の温度で熱間加工を行なつ
た後、60％以下の加工率で冷間加工を行なうこと
を特徴とする展伸用アルミニウム合金の製造方
法。