JPH0623423B2 - Ａｌ―Ｃｕ―Ｍｇ系合金軟質材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム合金展伸材の製造方法に関する
もので、更に詳しくは、Al-Cu-Mg系合金軟質材の製造方
法に関するものである。

（従来の技術） 一般に高力アルミニウム合金は成形加工性が劣るため軟
質材の状態で加工し施し、その後、溶体化、焼入れ処理
を行なう。本願発明の対象であるAl-Cu-Mg系合金、たと
えばJIS A 2024,2017,2014なども、その例にもれない。

この軟質材の製造法として従来からバッチ炉による焼鈍
が行なわれてきたが、この場合加熱速度が遅い（50℃/H
r未満）ために軟質材の結晶粒は粗大化し、成形性は低
下する。さらに、焼入処理後焼入処理による歪を矯正す
るために若干の加工を行なう際にも、結晶粒が大きいと
肌荒れや微小な割れが発生する。特に軟質材で加工率10
〜30％の低加工を受けた部分は、その後の溶体化・焼入
れ工程で著しく粗大な再結晶粒組織となりこの歪矯正の
際に肌荒れ、微小割れがおこり製品の外観品質上大きな
問題となる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記したようなAl-Cu-Mg系合金の軟質材の成形
性、及び溶体化処理時の結晶粒粗大化等について、軟質
材の製造法の点から解決を図らんとするものである。

すなわち、軟質材の状態で結晶粒が微細であり、かつ伸
び、エリクセン値等で表わされる成形性が良好でさらに
この状態でどんな加工率の冷間加工を受けてもその後の
溶体化処理によって再結晶粒が粗大にならないAl-Cu-Mg
系合金材の製造法を提供するものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明におけるAl-Cu-Mg系合金軟質材の製造法は、軟質
への調質に、パッチ炉でなく、いわゆる連続焼鈍炉を用
いることを念願においてもので、 １．Cu1.0〜6.0％（重量％、以下同じ）、Mg0.1〜2.0
％、必要に応じてさらにMn0.01〜1.2％、Si0.01〜1.2
％、Cr0.005〜0.3％、Ti0.005〜0.15％、Zr0.005〜0.20
％のうち１種または２種以上を含有し、残部不可避的不
純物とAlとよりなる合金鋳塊を常法に従って塑性加工し
所定の寸法とした材料を、325〜430℃の温度に平均11℃
／min （分の意味以下同じ）よりはやい昇温速度で急速
に加熱し軟化させ、その後平均30℃/Hr （時間の意味、
以下同じ）未満の冷却速度で冷却することを特徴とする
成形性の優れたAl-Cu-Mg系合金軟質材の製造方法。

２．Cu1.0〜6.0％、Mg0.1〜2.0％、必要に応じてさらに
Mn0.01〜1.2％、Si0.01〜1.2％、Cr0.005〜0.3％、Ti0.
005〜0.15％、Zr0.005〜0.20％のうち１種または２種以
上を含有し、残部不可避的不純物とAlとよりなる合金鋳
塊を常法に従って塑性加工し所定の寸法とした材料を、
325〜430℃の温度に平均11℃／min よりはやい昇温速度
で急速に加熱し軟化させ、その後平均30℃/Hr 以上の冷
却速度で冷却し、さらに250〜430℃に加熱し24時間以内
保持し平均30℃/Hr 未満の冷却速度で冷却することを特
徴とする成形性の優れたAl-Cu-Mg系合金軟質材の製造方
法。

である。

（作用） 以下本願発明の構成についてその作用とともに詳述す
る。

対象となる合金は、硬化要素としてθ相(CuAl₂)、ｓ相
(CuMgAl₂)を含むAl-Cu-Mg系合金であり、前述のJIS A 2
024,2117,2014などが含まれるがこれらに限定しれるも
のではない。

組成範囲を具体的に示せば、必須成分として、Cu1.0〜
6.0％（重量％、以下同じ）、Mg0.1〜2.0％、必要に応
じてさらにMn0.01〜1.2％、Si0.01〜1.2％、Cr0.005〜
0.3％、Ti0.005〜0.15％、Zr0.005〜0.20％のうち１種
または２種以上を含有し、残部不可避的不純物とAlとよ
りなる合金である。

これらの合金成分の添加理由を説明する。

Cu：Cuは強度を付与する元素であり、含有量が、1.0％
未満ではT4，T6処理後の強度が低下し、また6.0％をこ
えて含有されると晶出物が増加しT4，T6処理後の靭性や
伸びが低下する。よってCu含有量は1.0〜6.0％とする。

Mg：Mgは強度を付与する元素であり、含有量が、0.1％
未満ではT4，T6処理後の強度が低下し、また2.0％をこ
えて含有されるとT4，T6処理後の靭性や伸びが低下す
る。よってMg含有量は0.1〜2.0％とする。

以下は、必要に応じて含有する成分である。

Mn：Mnは組織を安定化する元素であり、かつ強度を付与
する元素である。含有量が0.01％未満ではこの効果がな
く、また1.2％をこえて含有されると効果が飽和し、か
つ巨大晶出物を生じる。よってMn含有量は0.01〜1.2％
とする。

Si：Siは強度を付与する元素であり、含有量が、0.01％
未満ではこの効果がなく、1.2％をこえて含有される
と、T4・T6処理後の靭性が低下する。よってSi含有量
は、0.01〜1.2％とする。

ただし、それほどの強度を必要としない場合や他の元素
の含有で強度レベルを維持できる場合には、Siの含有は
必須ではなく、この場合不可避的不純物として扱う。

Cr：Crは組織を安定化する元素であり、かつ強度を付与
する元素である。含有量が0.005％未満ではこの効果が
なく、また0.3％をこえて含有されると巨大晶出物を生
じる。よってCr含有量は、0.005〜0.3％とする。

Ti：Tiは鋳塊組織を微細化する元素であり、含有量が0.
005％未満ではこの効果がなく、0.15％をこえて含有さ
れると巨大晶出物を生じる。よってTi含有量は、0.005
〜0.15％とする。

Zr：Zrは鋳塊組織を微細化し組織を安定化する元素であ
り、含有量が0.005％未満ではこの効果がなく、0.20％
をこえて含有されると巨大晶出物を生じる。よってZr含
有量は、0.005〜0.20％とする。

尚、不可避的不純物としてのFe，Siは0.5％まで許容さ
れる。

次に、上記組成を有する合金鋳塊を常法に従って塑性加
工し所定の寸法とする。

すなわち、鋳塊に熱間加工を施し、あるいはその後さら
に冷間加工を施すことにより所定の寸法にするわけであ
るが、熱間加工のために鋳塊を加熱し、あるいはその前
にさらに均熱処理をすることが多い。この均熱処理は、
Cu，Mg，Siの固溶及びMn，Cr，Zr，Tiの析出を目的とす
るもので、塊鋳を400〜520℃で２〜48時間熱処理する。
400℃未満の温度では効果が充分でなく、520℃をこえる
と局部溶解が発生する。また、加熱も 400℃未満では熱
間加工性が低下し、520℃をこえると局部溶解が発生す
るので、 400〜520℃で熱処理する。

また、冷間加工を施す場合、冷間加工前又は冷間加工の
途中で、350〜500℃で中間焼鈍しても本願発明の効果は
変わらない。

このように所定寸法に塑性加工された材料を、325〜430
℃の温度に平均11℃/minよりはやい昇温速度で急速に加
熱し軟化させる。

加熱温度は、325℃未満では急速加熱時に再結晶が終了
せず加工組織が残るため成形性が低下する。430℃をこ
えた温度では、Mg，Cu，Siの固溶量が多くなり、その後
の冷却により不均一な析出がおこるため、軟質材での成
形性が低下し、さらに加工を受けた部分で次の工程の溶
体化処理時に結晶粒が粗大化してしまう。

また昇温速度が、平均11℃/minより小さい場合には、結
晶粒が粗大化して、軟質材での成形性が低下してしま
う。

次に、本願第１発明では平均30℃／Hr未満の冷却速度で
冷却する。冷却速度が平均30℃／Hr未満の場合には、完
全な軟質材（０材）が得られるので素材の成形性は良好
であるが、冷却速度がこれより大きくなると、焼きが入
り時効硬化するため成形性は低下する。なお、実際には
250℃未満では移行硬化がおこらないから、冷却速度の
管理はこの温度まででよい。

昇温速度を前記理由から平均11℃/minよりはやくしなく
てはならないので、連続焼鈍炉を用いる場合が多いが、
冷却速度を平均30℃／Hr未満にとるということは通常の
連続焼鈍炉で効率的な生産を行なう場合不可能に近い。
このように冷却速度が平均30℃／Hr以上になってしまう
場合には、本願第２発明の方法をとれば良い。

すなわち、軟化後平均30℃／Hr以上の冷却速度で冷却
し、さらに250〜430℃に再加熱し24時間以内保持して平
均30℃／Hr未満の冷却速度で冷却する。この再加熱の場
合には昇温速度を管理する必要がないバッチ炉が使え、
そのため、冷却速度を平均30℃／Hr未満とすることがで
きる。

このように第１段の軟化後の冷却速度がはやい場合で
も、再加熱しその後の冷却速度を遅くすることにより、
結果として成形性の良好なAl-Cu-Mg系合金軟質材を得る
ことができる。

なおこの再加熱の温度は、１段目の急速加熱温度より低
い方が、成形性にとってより好ましい。

（実施例） 第１表に示すＡ，Ｂ，Ｃの３種類の合金を半連続鋳造
し、その鋳塊に、490℃×10Hr の均熱処理を施した後、
460℃×3Hr の加熱を施し、熱間圧延を施し板厚４mmに
し、バッチ炉で370℃×3Hr の中間焼鈍を施し、冷間圧
延して板厚0.8mmの板材とした。

この材料に対し、本願発明の範囲に入る熱処理又はそれ
以外の熱処理を施し、軟質材にして機械的性質（引張強
さσＢ、耐力σ0.2、伸びδ、エリクセン値、肌荒れの
有無）を測定した。また、この軟質材に15％冷間圧延を
施した後、温度の上昇した炉に投入することにより溶体
化処理し（Ａ合金，Ｂ合金で、493℃×40min，Ｃ合金で
503℃×40min）水焼入れ直後180゜曲げによる肌荒れの
程度を観察した。

これらの熱処理条件、軟質材の機械的性質、軟質材に冷
曲加工し溶体化・水焼入れ後の曲げ性を第２表、第３
表、第４表に示す。

なお、表中、第１段熱処理とは本願第１発明と第２発明
に共通な急速加熱・軟化とその後の冷却をさし、第２段
熱処理とは本願第２発明の第１段熱処理後の再加熱と冷
却をさす。

（発明の効果） 第２表、第３表、第４表から明らかなように、本願発明
の製造法をとった材料は、軟質材の伸び・エリクセン値
が向上し、結晶粒は細かく成形加工時に肌荒れをおこさ
ず、さらに低加工後溶体化処理しても結晶粒の粗大化が
おこらないため、焼入れ後の歪矯正の際、製品外観が良
好である等多くの利点を有する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Cu1.0〜6.0％（重量％、以下同じ）、Mg0.
   1〜2.0％、必要に応じてさらにMn0.01〜1.2％、Si0.01
   〜1.2％、Cr0.005〜0.3％、Ti0.005〜0.15％、Zr0.005
   〜0.20％のうち１種または２種以上を含有し、残部不可
   避的不純物とAlとよりなる合金鋳塊を常法に従って塑性
   加工し所定の寸法とした材料を、325〜430℃の温度に平
   均11℃／min（分の意味以下同じ）よりはやい昇温速度
   で急速に加熱し軟化させ、その後平均30℃／Hr（時間の
   意味、以下同じ）未満の冷却速度で冷却することを特徴
   とする成形性の優れたAl-Cu-Mg系合金軟質材の製造方
   法。
2. 【請求項２】Cu1.0〜6.0％（重量％、以下同じ）、Mg0.
   1〜2.0％、必要に応じてさらにMn0.01〜1.2％、Si0.01
   〜1.2％、Cr0.005〜0.3％、Ti0.005〜0.15％、Zr0.005
   〜0.20％のうち１種または２種以上を含有し、残部不可
   避的不純物とAlとよりなる合金鋳塊を常法に従って塑性
   加工し所定の寸法とした材料を、325〜430℃の温度に平
   均11℃／min よりはやい昇温速度で急速に加熱し軟化さ
   せ、その後平均30℃／Hr 以上の冷却速度で冷却し、さ
   らに250〜430℃に加熱し24時間以内保持し平均30℃/Hr
   未満の冷却速度で冷却することを特徴とする成形性の優
   れたAl-Cu-Mg系合金軟質材の製造方法。