JPH03140433A

JPH03140433A - 耐食性にすぐれた高強度アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH03140433A
Application number: JP27871589A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Nishimura; 俊弥西村; Yoshiaki Shimizu; 義明清水; Manabu Tamura; 学田村; Tetsuo Sakiyama; 崎山　哲雄; Aoshi Tsuyama; 青史津山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1991-06-14

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］この発明は高強度と高耐食性を有するＡｌ合金に関する
。

［従来技術］現在の７０７５合金や７０５０合金は、４０〜５０　ｋ
ｇ　ｒ／ｒａｒ１２レベルの高強度Ａ、１７合金であり
、航空用材料や構造材料として広く用いられているが、
この合金よりもさらに強度の高い材料が望まれている。

しかるに、一般に高強度材料になればなるほど応力腐食
割れ（以下ＳＣＣと略称する）感受性が高くなるために
、現状では６３　ｋｇ　ｆ’／ｍ＋ｓ　２以上の合金は
、溶製法ではほとんど得られていない。

耐ＳＣＣ性を改善する方法としては、Ｔ７３゜Ｔ７６処
理に代表される過時効処理があるが、これは強度を著し
く低下させる欠点がある。また、高強度材になるとＴ７
処理を施しても十分に耐ＳＣＣ性が改善されない。従っ
て高強度を有する合金を得るためには、耐ＳＣＣ性をさ
らに改善する必要がある。

耐ＳＣＣ性を改善することを目的とした合金として、Ｆ
ｅ、Ｓｉ成分の低減を行った７４７５合金がある。しか
し、この合金もＦｅ、Ｓｉ量は０．１５ｖｔ％程度まで
しか低減していないために、７０７５合金に比較して耐
ＳＣＣ性が向上しているものの、強度は６０　ｋｇ　ｆ
／ｍｍ　２以上出すことができない。また、その他の合
金においても不純物成分であるＦｅ、Ｓｉの低減はＯ，
１ｗｔ％程度までであり、それ以上の低減を試みた例は
みられない。

さらに、強度を向上させるために耐ＳＣＣ性を向上させ
ることに着目し、Ｚｎ量と不純物量とのバランスと強度
や耐食性との関係を明らかにした例もみられない。

［発明が解決しようとする課題］Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金では、熱処理によってη′相（
ＭｇＺｎ２）を微細析出させて強度を上げている。この
ため一般にはＭｇやＺｎの量が高いほど強度が上がるわ
けであるが、同時にＴ相（Ａｌ−Ｍｇ系化合物）を生じ
、著しるしく耐ＳＣＣ性が劣化してしまう。このためＺ
ｎやＭｇ量をさほど高くできず、強度も６０　ｋｇ　ｒ
／ｍｒａ　２以下となっている。

Ｔ相をできるかぎり抑制してη′相析出を促すためには
、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ状、聾図（第２図）において、高Ｚ
ｎ−低Ｍｇ領域（［Ａ１部）で溶製することが有効であ
り、７０７６合金等は、そのようなねらいのちとに製造
されている。しかしこの領域においてもＴ相は析出する
ために、Ｚｎ量も７％程度までしか増加できず、強度も
それほど高くできない。従って強度を上げるためには、
この［Ａ］領領域おいてＺｎ１ｉを高くできるように耐
ＳＣＣ性をさらに改善することが、課題となる。

耐ＳＣＣ性を改善する方法としてはＴ７処理に代表され
る熱処理がある。これはＴ相等の粒界析出物を凝集化さ
せることで粒界割れ型のＳＣＣを改善するものであるが
、同時に粒界析出物η′相を粗大化させ強度を低下させ
る欠点がある。さらに７％以上Ｚｎを含むけ合金系では
、Ｔ７処理によるＳＣＣ改善効果も十分ではない。つま
りＴ７処理を行なうだけでは、６３　ｋｇ　１７ｍｍ　
２以上の強度の材料は得られない。また、従来の研究に
おいては、Ａ、９合金系の耐ＳＣＣ性に与える析出物の
影響について、十分な知見がなく、耐ＳＣＣ性の改善が
十分には行われていなかった。本発明合金は、透過電子
顕微鏡を用い、組織と耐ＳＣＣ性との関係を体系的に検
討した結果から得たもので、従来に比べて耐ＳＣＣ性を
大幅に改善することで、高い強度の材料を得ることので
きる耐食性にすぐれた高強度アルミニウム合金を提供す
ることを目的とする。

［技術的課題を解決する手段及び作用］本発明に係る耐
食性にすぐれた高強度アルミニウム合金は、重量％で、
Ｃｕ；１〜２％、Ｍｇ；２．１〜３．５％、Ｓｉ及びＦ
ｅをＳ　ｉ　；　０．０９％以下。

Ｆ　ｅ　；　０．０７以下、かつｓｉ＋Ｆｅ；０．１４
％以下、Ｚ　ｎ　；　　７．２〜１１．２％かつＺ　ｎ
　；　１２．５％−３２（Ｓ　ｉ　＋Ｆ　ｅ）％以下と
し、Ｔｉ；０．１％以下。

Ｍｎ；０．３％以下、及びＺ　ｒ　；　　Ｏ，Ｌ〜０．
３５％とＣｒ；０．１〜０．３５％のうちの１種又は２
柾を含み、残部が実質的にＡ、ｉｌ＋からなる耐食性に
すぐれた高強度アルミニウム合金である。

すなわち、Ａｌ−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ系合金では、粒界割
れ型のＳＣＣを生じるが、Ｔ相が析出している状態では
感受性がさらに高い。しかし、ＳＣＣ感受性に関しては
、Ｔ相ばかりでなく、凝固過程に生じた共晶化合物の効
果も大きい。これら共晶化合物はそれ自体は水溶液中に
溶出したりしないが、粒界部に対してカソードとして働
き、ミクロ電池作用により水素脆化型割れや、粒界溶出
型割れ（ＡＰＣ型）を生じさせる。従って、アノードと
なるＴ相や粒界部の改善ばかりでなく、カソード部分の
改善も重要となる。本発明は、このカーソード部分とな
る共晶化合物を極力抑制することで、粒界のＳＣＣ感受
性が多少あってもＳＣＣを生じさせないアルミニウム合
金である。

すなわち本発明合金は、ＡｐフＣｒ２Ｆｅ、　　α（Ａ
Ｊ　ＦｅＳ　ｉ）、Ｍｇ２５　ｉ、（Ｆ　ｅ、Ｍｎ。

Ｃｎ）Ａｌ６相などの共晶化合物を生じさせないように
するために、ＦｅＳ０．０７ｗｔ％、ＳｉＳ２．０９ｖ
ｔ％、Ｆｅ＋Ｓｉ≦０．１４Ｆ　ｅ　、の範囲となるよ
うにＳｉの含有量を低減させている。従来の７４７５．
７０５０．７１５０合金におけるＦｅＳｉの低減のレベ
ル（Ｆ　ｅ、　　Ｓ　ｉ　ｚ　Ｏ，ｌｖｔ％）では、高
Ｚｎ含有量のアルミニウム合金材ではほとんど上記目的
を達成することが出来ない。

さらに、本発明者は、成分と耐食性について体系的に検
討することによって、Ｚｎ量は、（Ｆｅ＋、Ｓｉ）量と
の関係において、Ｚｎ≦［１２，５−３２（Ｓ　ｉ　＋Ｆｅ）　］　ｗｔ
％　（１）に限定することにより、ＳＣＣを生じること
がないことを、見出すに到った。Ｚｎｆｆ１が多いほど
合金の最大強度圧が増加するが、ＳＣＣの観点から上記
（１）式に従って合金設計を行う必要がある。

本発明は高強度かつ高耐食Ａ、Ｑ合金に関するものであ
り、以下、添加合金の成分の添加理由及び添加量の限定
理由について述べる。

Ｃｕは強度を上げるために重要な元素であるが、添加量
が多いと耐食性を劣化させるため、１〜２ｖｔ％に限定
する。

Ｍｇは強度を増加させる元素であり、２．１ｖｔ％以下
では十分な効果は得られず、また添加量が多すぎるとＴ
相を生じ、ＳＣＣを生じるこのため２．１〜３．５ｗｔ
％に限定する。

ＦｅおよびＳｉは機械的特性と耐食性を劣化させる元素
であり、本発明合金のような高強度材では、先に述べた
ようにＦｅ≦０．０７ｗｔ％、Ｓｔ≦０．０９ｗｔ％に
する必要があり、、Ｓｉ十Ｆｅ≦０．１４ｗｔ％とする
。

Ｚｎは強度を増加させるための最も重要な元素であり、
含有量が７，２νｔ％未満では十分な強度が得ることが
できず、また１１．２ｗｔ％を超えて含有するとＳＣＣ
が発生しやすくなるため７．２〜１１．２ｗｔ％に限定
する。また先に述べたように、Ｚｎは、（Ｆｅ＋Ｓｉ）
量とに関係があり、Ｚｎ≦［１２，５３２（Ｓｉ＋Ｆｅ
）］ｖｔ％である必要がある。

この式に示された範囲よりＺｎの添加量が多いとＳＣＣ
を生じてしまうため、不適切である。

Ｔｉは結晶微細化剤として働き、強度向上に有効である
が、０．１ｗｔ％を越えると、耐食性が劣化するので０
．１νｔ％以下とする。なお、Ｔｉ添加量の下限値につ
いては、強度の向上のため０．０２ｗｔ％とすることが
望ましい。

Ｍｎは、合金の再結晶を抑制し、耐ＳＣＣ性向上に有効
であるが、０．３ｖｔ％を越えて添加すると、化合物を
生じ、耐食性を劣化するため、０．３ｗｔ％以下に限定
する。Ｍｎの添加量の下限値については耐ＳＣＣ性の向
上のため０，０１νｔ％とすることが望ましい。

Ｚｒ、Ｃｒは耐ＳＣＣ性を向上させるために有効である
。Ｚｒ、Ｃｒは０．１ｗｔ％未満では添加の効果は見ら
れず、０．３５ｗｔ％を越えると化合物を生じて耐ＳＣ
Ｃ性が劣化するため、Ｚ　ｒ　：　０．ｌＯ〜０．３５
ｗｔ％と、　Ｃｒ　：　０．１０〜０．３５ｗｔ％の１
種または２種を含むことを限定する。

（実施例）次ぎに本発明の実施例に基づいて説明する。

〈実施例１〉Ｃｕ　；　　Ｌ、６〜１．８％、　　Ｍｇ、　　２．２
〜．２．４％。

Ｔ　ｉ　；　０，０４〜０．０６％、　Ｍ　ｎ　；　０
．２５〜０．２７％、Ｃｒ；０．１５〜０．１８％を含
み、Ｚｎを７．２％から１１．５％。

Ｓｉ＋Ｆｅを０．０３％から０．１８％までに調整した
Ａｌ合金を溶製し鋳塊とした。

これに均質化処理（４５０〜ｂ〜４８ｈｒ）を施した後に、熱間鍛造（４００〜４５０
℃、圧下比２以上）を行って板厚２０ｍｍとし、次いで
溶体化処理（４５０〜ｂ３ｈｒ）、さらにＴ７時効処理（１２０℃Ｘ５ｈｒ−＋
１７５℃Ｘ５ｈｒ）を施し、供試材とした。

耐ＳＣＣ性はＪＩＳＨ８７１１のＳＣＣ試験法で評価し
た。

Ｃ形試験片に０．２％耐力の応力を負荷し、３．５％Ｎ
ａＣｊ７溶液中に連続浸漬し、１ケ月までの割れ発生を
観察し、判定した。

第１図に試験結果をまとめて示した。第１図から、Ｚｎ
；７．２％〜８，０％では、Ｆ　ｅ十Ｓ　ｉが０．１４
％以下で３０日間割れの発生は認められない。

Ｆｅ＋Ｓｉが０．１４％を越えると１０日〜２５日間で
割れの発生が認められる。

またＺｎが８，０％を越えると、３０日間以上割れの発
生が認められない条件はＳｉ十Ｆｅに依存することが分
る。

Ｚｎが１２．５−３２　（Ｆ　ｅ　＋　Ｓ　ｉ　）％以
下で３０日間割れの発生は認められない。

またＺｎが１２．５−３２　（Ｆ　ｅ−８ｉ　）を越え
ると１５日〜２５日間で割れが発生する。

〈実施例２〉第１表に示す本発明合金及び比較合金を溶製し、実施例
１と同様の処理を施し、腐蝕試験及び引張り試験を行っ
た。

腐蝕試験は実施例１と同様の方法で行い割れ発生が１ケ
月以上の場合をＯ印、１ケ月未満の場合をＸ印に示した
。

尚、強度は１２０關ｇ　（平行部２０　ｍｍｇ×６１φ
）の試験片で行い、最大引張り強さ（ＴＳ）で求めた。

以上の結果を第１表に示す。

本発明合金は十分な強度（６３ｋｇｒ／ｍｕ２）以上を
有し、３，５％ＮａＣ，１７溶液中でＳＣＣによる割れ
が生じない。

比較合金２１．２２はそれぞれＦｅ、ＳｉＱが大きすぎ
るためにＳＣＣを生じた例である。

比較合金２３，２４．２５は（Ｆｅ＋Ｓｉ）量が大きす
ぎるためにＳＣＣを生じた例である。

比較合金２６，２７．２８．２９はＺｎ量が大きすぎる
ためにＳＣＣを生じた例である。（２８゜２９はＺｎ　
＞　［１２，５−３２（Ｓ　ｉ　＋Ｆ　ｅ）　］となっ
ている。）比較合金３０，３１，３２，３３．３４はＺｎ量が小さ
すぎるために十分な強度が得られなかった例である。

比較合金３５，３６．３７はそれぞれ、Ｚｒ。

Ｃｒ、Ｍｒｌｆｆｉが大きすぎるためにＳＣＣを生じた
例である。

比較合金３８．３９はそれぞれ２．、Ｃｒ量が小さすぎ
るためにＳＣＣを生じた例である。

比較合金４０．４１はそれぞれＣｕ、Ｍｇｆｆ１か大き
すぎるためにＳＣＣを生じた例である。

比較合金４２．４３はそれぞれＣｕ、Ｍｇｆｆ１か小さ
すぎるために十分な強度が得られなかった例である。

上記第１表で、比較合金のうち条件外れのものを＊で表
示した。

また強度について、○は６３　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　２
以上、×は６３　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　２未満を示す。

ｔ７ｊＪ　Ｓ　ＣＣ性について、Ｏは割れない、×は割
れる（１ケ月）を示す。

［発明の効果］以上のように本発明合金は、従来の７０５０　ａ金のＴ
７熱処理を施すことにより、６３　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ
　２以上の強度（ＴＳ）を有し、かつ十分な耐ＳＣＣ性
か１）られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳｉ＋Ｆｅ（％）、Ｚ（％）と割れ発生との関
係を示す図、第２図はアルミニウム合金の状、１図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

重量％で、Ｃｕ；１〜２％、Ｍｇ；２．１〜３．５％、
Ｓｉ及びＦｅをＳｉ；０．０９％以下、Ｆｅ：０．０７
以下、かつＳｉ＋Ｆｅ；０．１４％以下、Ｚｎ；７．２
〜１１．２％かつＺｎ；１２．５％−３２（Ｓｉ＋Ｆｅ
）％以下とし、Ｔｉ；０．１％以下、Ｍｎ；０．３％以
下、及びＺｒ；０．１〜０．３５％とＣｒ；０．１〜０
．３５％のうちの１種又は２種を含み、残部が実質的に
Ａｌからなる耐食性にすぐれた高強度アルミニウム合金
。