JPH0713275B2

JPH0713275B2 - 高強度耐応力腐食割れ性アルミニウム基粉末冶金合金

Info

Publication number: JPH0713275B2
Application number: JP61160773A
Authority: JP
Inventors: 喜介浅田; 武宜土公; 重則浅見
Original assignee: アルミニウム粉末冶金技術研究組合
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS6318034A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は粉末冶金法によるアルミニウム基合金材に関
し、さらに詳しくは、本発明は引張強さおよび耐応力腐
食割れ性にすぐれたアルミニウム基粉末冶金合金材料に
関する。

（従来の技術）従来高強度アルミニウム合金としてはAl−Cu−Mg系（20
00系）およびAl−Zn−Mg−Cu系（7000系）合金が良く知
られている。これら合金に含まれるCu、Mg、ZnはAlに対
して高温で固溶度が比較的大きく、低温で小さいため析
出硬化元素として有効であることが知られており、各種
の熱処理により望みの機械的性質を有する材料を得てい
る。またアルミニウム合金の強度を高めるもう１つの方
法として高温で固溶度が小さく、かつ拡散しにくい化合
物を形成する元素（Zr、Cr、Mnなど）を添加し、それら
の化合物による分散強化あるいは再結晶粒の粗大化防止
をはかる方法がある。

一方、航空、宇宙分野の機器に用いられる構造材におい
ては単に高強度であるばかりでなく、腐食性環境下で応
力を受けた時に割れにくい特性が重要な材料特性として
要求される。

従って、以上述べたような２つの特性、すなわち高強度
で耐応力腐食割れ性に優れる材料として、これまではAl
−Zn−Mg−Cu系の7075、7475、7050、7150合金が使用さ
れてきた。

ところでこのようなアルミニウム合金の製造は従来行わ
れているアルミニウム合金の溶湯から鋳塊を作り、これ
を加工して素材とする方法を用いるが、このような方法
では、鋳塊の凝固時の冷却速度が小さいため比較的大き
な結晶粒および金属間化合物が形成され、その後の加
工、熱処理工程までその影響が残るため最終的に得られ
る材料の特性向上は限界がある。例えば7000系合金は最
高強度が得られる熱処理条件では剥離腐食あるいは応力
腐食割れが発生しやすいため、強度をある程度犠牲にし
て過時効処理を施した材料とする必要があった。

一方、強度および耐応力腐食割れ性を向上させるため、
Al−Zn−Mg−Cu合金の溶湯をアトマイズし、熱間加工、
溶体化、急冷および二段の人工時効処理する方法が提案
されている。（米国特許第3,563,814号）。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら近年、構造部材の軽量化に伴い材料特性の
より一層の向上が望まれ、従来品以上の強度及び耐応力
腐食割れ性を有する素材が要求されている。

したがって本発明は強度および耐応力腐食割れ性が優れ
た組成の新規な高強度耐応力腐食割れ性アルミニウム基
粉末冶金合金材を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは従来のアルミニウム合金材の欠点を克服す
べく鋭意研究を重ねた結果、Al−Zn−Mg−Cu系粉末冶金
合金材においてZrを0.3〜１％添加し、平均結晶粒径を3
0μｍ以下、金属間化合物粒径を５μｍ以下にそれぞれ
規制することにより強度および耐応力腐食割れ性を向上
しうることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに
いたった。

すなわち、本発明はZn5〜10％、Mg2〜５％、Cu0.5〜３
％、Zr0.3〜１％（以上重量％、以下同様）を含有し、
残部がAlと不可避不純物からなる合金組成を有し、かつ
30μｍ以下の平均結晶粒径および５μｍ以下の金属間化
合物粒径を有することを特徴とするアルミニウム基粉末
冶金合金材料を提供するものである。

本発明においてアルミニウム合金材料中の各成分組成を
限定した意義は次の通りである。

Znは５〜10％とする。合金組成中のZnはアルミニウム中
に固溶または時効析出することにより合金の強度を高め
るが、５％未満ではその効果が少なく、10％を越えると
金属間化合物が粗大となり材料の延性が低下する。

Mgは２〜５％とする。Mgもアルミニウム中に固溶または
時効析出することにより合金の強度を向上させるが、２
％未満ではその効果が少なく、５％を越えると金属間化
合物が粗大となり材料の延性が低下する。

Cuは0.5〜３％とする。Cuもアルミニウム中に固溶また
は時効析出することにより合金の強度を向上させるが、
0.5％未満ではその効果が少なく、３％を越えると材料
の耐食性が低下する。

Zrは0.3〜１％とする。Zrはアルミニウム中での固溶度
が小さく、化合物として析出するので、これを微細均一
に分散させることによる分散強化効果として、強度が向
上し、さらには再結晶による結晶粒粗大化防止効果とし
て耐応力腐食割れ性改善が得られる。0.3％以下ではこ
れらの効果が少なく１％以上では初晶として粗大結晶が
晶出するため材料の延性が低下する。

なお、本発明のアルミニウム基合金材料にMn、Cr、Co、
Fe、Ni、Ｖ、Mo、Ｗなどを添加する必要はないが１種ま
たは２種以上少量（0.5％以下）添加しても何ら特性を
損ねるものではない。

次に、本発明のアルミニウム基合金材料において平均結
晶粒径を30μｍ以下、金属間化合物径を５μｍ以下とす
る。平均結晶粒径が30μｍを越えると耐応力腐食割れ性
の改善が十分でなく、金属間化合物粒径が５μｍを越え
ると延性が劣化する。

本発明のアルミニウム基合金材料の製造の際、目標の平
均結晶粒径および金属間化合物径を有する粉末合金はア
ルミニウム合金の溶湯を、好ましくは冷却速度500℃/se
c以上においてガスアトマイズ法その他の方法により処
理し急冷凝固させることにより製造することができる。

本発明においてアトマイズ法により処理して得られるア
ルミニウム合金粉末の粒径は150μｍ以下である。

通常、この粉末を真密度の70〜90％の密度になるよう予
備成形し、300〜450℃で真空脱ガスを行った後、同温度
で真密度になるよう圧縮成形しビレットとする。さらに
このビレットに熱間加工（押出、鍛造または圧延）を施
し目的の素材とする。そしてさらに常法による溶体化、
急冷、時効の熱処理を順次行い、所望の材料特性を有す
る素材とする。

（実施例）次に実施例により本発明を詳細に説明する。

実施例１〜８第１表に示す合金No.1〜８の組成の合金を下記に示す工
程により加工して棒状素材を作製し、それぞれ実施例の
試料１〜８とした。

〔試料作製工程〕

１）合金調整、溶解２）アルゴンガス下アトマイズ冷却速度1000℃/sec以上粉末の平均粒径100μｍ３）予備成形真密度の80％４）脱ガス 400℃で真空脱ガス５）熱間プレス 400℃で真密度まで圧縮成形してビレットとする。

６）押出 400℃、押出比14で直径30mmの棒材とする。

７）熱処理 488℃で１時間溶体化処理後水冷する。

次いで120℃で24時間さらに163℃で24時間時効処理す
る。

得られた各試料について結晶粒径（ST面で測定）、化合
物粒径の測定および引張試験、耐応力腐食割れ試験を行
った。その結果を第２表に示す。

〔耐応力腐食割れ性試験方法〕

試験条件 ASTN G47による。

（１）応力負荷；押出丸棒の円周方向。

（２）サイクル;NaCl溶液に10分間浸漬、50分間乾燥。

（３）NaCl溶液；濃度3.5％、pH6.4〜7.2、温度25±３
℃、試料表面／dm²あたり3.2l以上の量使用、溶液は１
週間毎に更新。

（４）乾燥；温度27±１℃、温度45±６％（５）試験期間;20日間比較例第１表に示すNo.9、10、11、12の組成の合金を用いて下
記に示す工程により棒状素材を調製し、それぞれ比較例
としての試料９、10、11、12とし、これらの試料につい
て実施例の場合と同様の測定および試験を行った。その
結果も第２表に示す。

〔試料作製工程〕

１）合金調製、溶解、鋳造直径80mmのビレットとする。

２）均質化処理ビレットを470℃で24時間均質化処理する。

３）押出 400℃、押出比14、直径30mmの棒材とする。

４）熱処理合金No.9;466℃×1.5時間溶体化処理後水冷する。次い
で、107℃×７時間と177℃×７時間の時効処理を行う。

合金No.10;477℃×1.5時間溶体化処理後水冷する。次い
で、121℃×５時間と163℃×17時間の時効処理を行う。

合金No.11、12;488℃で１時間溶体化処理後水冷する。
次いで120℃で24時間さらに163℃で24時間時効処理を行
う。

これらの試料について実施例の場合と同様の試験を行っ
た。その結果を第２表に示した。

これらの結果から明らかなように、試料１〜８は従来合
金試料９、10に比べ機械的性質が同等またはそれ以上で
あり、かつ耐応力腐食割れ性が非常に改善されている。

また試料11、12は本発明の範囲内の成分の合金である
が、平均結晶粒径および金属間化合物粒径が大きいため
機械的性質および耐応力腐食割れ性に劣る。

（発明の効果）本発明の高強度耐応力腐食割れ性アルミニウム基粉末冶
金合金材は強度および耐応力腐食割れ性の点ですぐれた
構造材を与える。したがって航空機材などに代表される
高度な材料特性が要求される部材用として特に好適であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Zn5〜10％、Mg2〜５％、Cu0.5〜３％、Zr
0.3〜１％（以上重量％）を含有し、残部がAlと不可避
不純物からなる合金組成を有し、かつ平均30μｍ以下の
結晶粒径および５μｍ以下の金属間化合物粒径を有する
ことを特徴とする高強度耐応力腐食割れ性アルミニウム
基粉末冶金合金。