JPS6362581B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は2000シリーズ（アルミニウム―銅―マ
グネシウム―珪素）のアルミニウム合金を鋳造、
均質化後例えば圧延、鍛造又は押出等により加工
された加工物を、それらの結晶間腐食抵抗及び応
力腐食抵抗を改良することを目的として熱処理す
る方法に関する。

本方法はアルミニウム基合金、特に3.5〜５重
量％の銅、0.2〜1.0重量％のマグネシウム及び
0.25〜1.2重量％の珪素を含み、Si対Mgの重量比
が0.8より大きいアルミニウム基礎合金から作ら
れた加工物全てに適用できる。之等の合金は、１
重量％以下のマンガン、0.5重量％のクロム及び
0.3重量％のジルコニウムを含むことができる。

この組成範囲に最も特徴的なアルミニウム合金
は、Aluminum Associationの記号に従い2014と
して知られている合金である。この合金及びその
組成を変えたもの、２×14（2214等）は2014とは
少量の鉄が含まれる点で異なるが、航空機産業で
非常に広く用いられている。

之等の合金の熱処理は、一般に510℃より低い
温度での溶体化熱処理、出来るだけ迅速な焼き入
れ、室温での数日間の時効（T4状態）、及び一般
に150〜190℃の温度で、４〜48時間の等温滞留時
間の一回の焼き戻し（T6状態）によつて現在行
われている。この熱処理範囲は特にダイスで打ち
抜いた加工物に適用される範囲である。圧延、鍛
造或いは押し出し加工物の熱処理を行う既知の方
法も、焼き入れ加工物を応力緩和するために、時
効及び焼き戻しをする前に焼き入れ加工物を、１
〜５％塑性変形することによつて冷間加工するこ
とを含んでいる。この冷間加工は長い加工物（時
効後のT351状態又は等温焼き戻し後のT651状
態）を調節した延伸（traction）或は平延
（flattering）し、そして鍛造加工物（T352又は
T652状態）を圧延（compression）することに
より行うことができる。

現在のT6又はT651状態では、加工物は非常に
良好な機械的抗張特性（抗張応力R_n及び0.2％残
留変形での降伏応力R_p0.2）を有するが、それら
の結晶間腐食抵抗及び短い横方向の応力腐食抵抗
は良くない。

結晶間腐食抵抗は、フランス航空機規格
AIR9050Cに従い、NaCl―H₂O₂の試薬中に６時
間浸漬した後評価する。

応力腐食抵抗は、AIR9050C規格に従い航空機
材用試薬A3にくり返し浸漬した後、短い横方向
について評価する。それは30日間の試験
（σNR30）で非破壊応力によることを特徴とし、
短い横方向の降伏応力P_p0.2の％として屡々与え
られる。

之等の条件下で2014合金は、短い横方向の非破
壊応力がT6（又はT651）状態での30日間の試験
で100MPaより小さく、印加応力がない場合でさ
えも、NaCl―H₂O₂試験後の結晶間腐食に対し非
常に敏感である。

本発明の主題をなす合金の処理後の機械的特性
及び腐食抵抗との両方を折衷させて著しく改良
し、然も組成を工業的に規定されている仕方から
変えることなく、特に熱処理時間に関して経済的
に満足できる条件で改良することができることが
見出された。

本発明による熱処理は、液体化熱処理、焼き入
れ、室温での中間的時間の時効、及び次の少なく
とも二段階の最終焼き戻しを含んでいる。

１ 225℃より高いが280℃よりは低い温度で、６
秒〜１時間の間の主焼き戻しで、温度は処理し
ようとする加工物の最も冷い部分（最も厚い部
分の厚みの中央部分）によつて得られる最大温
度であり、焼き戻し時間はこのやり方で定義さ
れた温度が上昇方向で225℃を超える瞬間とそ
れが下降方向で225℃に達する瞬間との間で測
られる主焼き戻し。

得られる温度が高い程、225℃より上の滞留
時間は短かくなる。

２ 120〜175℃の温度で４時間〜８日間の期間行
う補足的焼き戻し。

主焼き戻し処理は任意に160℃以下の温度で24
時間以内の時間予熱することによつて進行させる
ことができる。

上に定義した主焼き戻し処理の温度及び期間
は、時間の目盛を対数にとつた温度−時間軸を有
するグラフで、次の角の点を有する四角形内に位
置するのが好ましい。

Ｅ＝（225゜−10分） Ｆ＝（225゜−60分） Ｈ＝（280゜−９秒） Ｇ＝（280゜−５分） 主焼き戻しに対しては温度が上昇する速度及び
処理すべき加工物を冷却する速度は充分速くなけ
ればならない。特に175〜225℃の間ではそれらは
平均して１℃／分より高いと種々の厚さの加工物
について再現性をよくし、処理を容易にするので
好ましい。

主焼き戻し処理後、加工物は室温迄又は補足的
焼き戻し温度迄冷却させなければならない。焼き
入れと主焼き戻し処理との間で塑性変形による冷
間加工が未だ行われていなかつたならば、それを
緩和するため１〜５％の塑性変形によつて冷間加
工することができる。

塑性変形の量は、加工物の応力緩和処理が許容
できるようにするために少なくとも１％が必要で
あり、塑性変形が５％より多いと応力緩和の改善
がなされず、亀裂の起る危険（例えば延伸中）が
増す。合金2014について特に人工時効後塑性変形
を行うことは極めて難しいから、塑性変形率は重
要である。

補足的焼き戻し処理の温度と時間は、時間の目
盛を対数にとつた温度―時間軸を有するグラフで
次の角を有する四角形内に位置するのが好まし
い。

Ｉ＝（120゜−36時間） Ｊ＝（120゜−144時間） Ｌ＝（175゜−４時間）Ｋ＝（175゜−16時間） もし冷間加工が主焼き戻しと補足的焼き戻しと
の間で行われたならば、補足的焼き戻し温度は主
焼き戻し処理温度より少なくとも70℃低いのが好
ましいであろう。この場合、冷間加工は主焼き戻
し温度と室温との中間的温度で行うことができ
る。

本発明による熱処理条件は、時間の目盛を対数
にとつた温度―時間軸をもつ半対数グラフに例示
されている。

本発明の利点は、主焼き戻し処理条件が対照物
品の最も冷たい部分で生ずる温度を単に制御する
ことによつて得られるように、それら条件を容易
に再現できることはある。更に、主焼き戻し処理
は225℃より高い温度での等温段階を含む必要は
ない。従つてあらゆる厚さの加工物について行う
ことができ、処理すべき加工物の性質に依り、充
分な温度上昇速度が得られる非常に広範囲の種種
の方法、例えば通風炉、長い水平炉、高周波炉、
油、塩又は溶融金属の浴、或はジユール効果によ
る方法等により行うことができる。

如何なる時点でも物品の最も冷たい部分の温度
を知ることによつて、特にそれが225℃を超える
時には、225℃より高い温度での物品の滞留時間
が、得られる最大温度に相当する時間範囲内にあ
るように主焼き戻し処理を中断させる。この範囲
は第１図によつて定められている。

温度および／または時間が規定の範囲を超える
と焼き戻しの後の機械的性質が減少し、腐食抵抗
性はそれほど改善されない。また温度および／ま
たは時間が規定の範囲より小であると機械的性質
は高いが、腐食抵抗が極めて貧弱である。

本発明によつて処理される加工物は次の諸性質
を有する。

延性を低下させるこなく、加工物の性質によ
り現在のT6、T651又はT652で得られる機械的
抗張特性（抗張応力R_n及び残留伸び0.2％での
降伏応力R_p0.2）の少なくとも90％のそれら特
性値。

T6（T651―T652）状態の場合よりもはるか
に高い、NaCl―H₂O₂試験（AIR9050C規格）
による結晶間腐食抵抗。

現在のT6（又はT651、T652）状態に処理さ
れた加工物の場合よりはるかに高い応力腐食抵
抗。即ち短い横方向の非破壊応力が、
AIR9050C規格に従つてA3試薬にくり返し浸漬
する30日間の試験で降伏応力R_p0.2の70％より
高い。

本発明による方法は、焼き入れ前にどんな均質
化処理又は液体化熱処理が行われていようとも
（すなわち、均質化熱処理又は溶体化熱処理の温
度、時間に関係なく）、又焼き入れ後冷間加工に
よるどんな応力緩和法がとられていようとも、圧
延、鍛造、ダイ打ち抜き、押し出し或は他の加工
物熱処理に適用できる。しかし、準安定共晶物の
初期溶融温度（合金2014では約510℃）と合金の
平衡固相線温度（組成に依存するが525℃以上）
との間の温度で均質化されている加工前の合金に
対して特に有利である。

その均質化処理は一般に鋳造したままのインゴ
ツト組織に適用すると、主に加工性改良の観点か
ら合金用元素の拡散及び溶体からの成分粒子の凝
集が得られ、再結晶化及び粒子成長を制御するの
に役立つことが知られている。均質化熱処理は比
較的高い温度であるが準安定共晶物の融点より低
い温度で比較的長い時間（少なくとも数時間）強
制的に行われる。〔「メタル・ハンドブツク」
（Metals Handbook）、第８版、第２巻、第271
頁〜第272頁（1964）参照〕。2000系列の合金に対
しては、最大温度は約505℃（940〓）である〔バ
ン・ホルン（Van Horn）編集、「アルミニウム」
（Aluminum）（1967年）第巻、第324頁及び表
３参照〕。

この教示に反して、もし均質化を上記焼き入れ
処理と連係して準安定共晶物の融点と真の固相線
温度との間の温度、即ち、約10℃と525℃の間で
行うと、最終加工物の性質が改良されることが見
出された。

この均質化処理と本発明による焼き戻し処理と
の組み合せによつて、合金の組成を変えることな
く多くの改良された性質を与えることができる。
例えば降伏応力R_p0.2は同じ組成の合金を同じや
り方で冷間加工し、T6又はT651処理によつて焼
き戻しされたもので得られる値の少なくも95％で
あり、然も伸び（Ａ％）は現在のT6状態のもの
より大きい。

2014又は2214合金の特別の場合には、Cu及び
（又は）Mg及び（又は）Si含有量を均質化温度で
のアルミニウムへの溶解限界迄増大し（フランス
特許第2278785号（特願昭50−4624号に相当）に
対する追加の特許明細書2293497号による）、然も
均質化を準安定共晶物の初期溶融温度と合金の平
衡固相線温度との間の温度で行う均質化及び本発
明による焼き戻し処理と組合せることにより合金
を変性することによつて、機械的抗張特性と応力
腐食抵抗との両者を折衷させて、2000シリーズの
合金に対し当分野の現状までの他の方法では達成
することが不可能な全く特異なそれらの性質を得
ることができるようになる。実際、組成を変えた
2014合金から作られた生成物は、特定の均質化及
び本発明による焼き戻し後、T6（又はT651は
T652）状態に処理された従来の2014合金の場合
よりも良い機械的抗張特性（R_n及びR_p0.2）を伸
び或は靭性を減ずることなく有し、更にはるかに
よい腐食抵抗を有する。非破壊抵抗応力は降伏応
力R_p0.2の75％より大きく、本発明により処理さ
れた合金はAIR9050C規格に従う結晶間腐食を受
けにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は主焼き戻し処理のEFGH範囲について
示したグラフである。第２図は補足的焼き戻し処
理のIJKL範囲について示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で3.5〜５％の銅、0.2〜１％のマグネシ
   ウム、0.25〜1.2％の珪素を含み、Si対Mg比が0.8
   より大きい、2000シリーズのアルミニウム合金か
   ら作られた加工物を、溶体化熱処理、焼き入れ、
   室温での時効、次いで予熱及び焼き戻しを含む熱
   処理にかける方法において、該焼き戻しが、 ａ ６秒〜60分の時間、225℃より高いが280℃よ
   り低い温度での主焼き戻し処理、次いで、 ｂ ４〜192時間の間、120〜175℃の温度での補
   足的焼き戻し処理、 の少なくとも２段階を含み、然も該主焼き戻しの
   後に加工物を１〜５％の塑性変形によつて冷間加
   工し、然る後該補足的焼き戻し処理を行うことを
   特徴とするアルミニウム合金の熱処理法。 ２ 予熱を160℃かそれより低い温度で24時間又
   はそれより短い時間熱処理することによつて行う
   ことを特徴とする前記第１項に記載の方法。 ３ 時間の目盛を対数にとつた温度−時間グラフ
   中の主焼き戻し処理を表す点が、 Ｅ＝225゜ −10分 Ｆ＝225゜ −60分 Ｇ＝280゜ −５分 Ｈ＝280゜ −９秒 の４角を有する四角形EFGH中に位置することを
   特徴とする前記第１項又は第２項のいずれかに記
   載の方法。 ４ 時間の目盛を対数にとつた温度−時間グラフ
   で補足的焼き戻しを表す点が Ｉ＝120゜ −36時間 Ｊ＝120゜ −144時間 Ｋ＝175゜ −16時間 Ｌ＝175゜ −４時間 の４つの角を有する四角形IJKL中に位置するこ
   とを特徴とする前記第１項、第２項又は第３項の
   いずれかに記載の方法。 ５ 補足的焼き戻し処理の温度が主焼き戻し処理
   の温度より少なくとも70℃低いことを特徴とする
   前記第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６ 重量で3.5〜５％の銅、0.2〜１％のマグネシ
   ウム、0.25〜1.2％の珪素を含み、Si対Mg比が0.8
   より大きく、１％以下のマンガン、0.5％以下の
   クロム及び0.3％以下のジルコニウムからなる群
   から選択された少なくとも一つの成分を含む2000
   シリーズのアルミニウム合金から作られた加工物
   を、液体化熱処理、焼き入れ、室温での時効、次
   いで予熱及び焼き戻しを含む熱処理にかける方法
   において、該焼き戻しが、 ａ ６秒〜60分の時間、225℃より高いが280℃よ
   り低い温度での主焼き戻し処理、次いで、 ｂ ４〜192時間の間、120〜175℃の温度での補
   足的焼き戻し処理、 の少なくとも２段階を含み、然も該主焼き戻しの
   後に加工物を１〜５％の塑性変形によつて冷間加
   工し、然る後該補足的焼戻しを行うことを特徴と
   するアルミニウム合金の熱処理法。 ７ 予熱を160℃かそれより低い温度で24時間又
   はそれより短い時間熱処理することによつて行う
   ことを特徴とする前記第６項に記載の方法。 ８ 時間の目盛を対数にとつた温度−時間グラフ
   中の主焼き戻し処理を表わす点が、 Ｅ＝225゜ −10分 Ｆ＝225゜ −60分 Ｇ＝280゜ −５分 Ｈ＝280゜ −９秒 の４角を有する四角形EFGH中に位置することを
   特徴とする前記第６項又は第７項のいずれかに記
   載の方法。 ９ 時間の目盛を対数にとつた温度−時間グラフ
   で補足的焼き戻しを表す点が Ｉ＝120゜ −36時間 Ｊ＝120゜ −144時間 Ｋ＝175゜ −16時間 Ｌ＝175゜ −４時間 の４つの角を有する四角形IJKL中に位置するこ
   とを特徴とする前記第６項、第７項又は第８項の
   いずれかに記載の方法。 １０ 補足的焼き戻し処理の温度が主焼き戻し処
   理の温度より少なくとも70℃低いことを特徴とす
   る前記第６項〜第９項のいずれかに記載の方法。