(57)【要約】【課題】常温で変質することのないアルミニウム合金から７４７５−Ｔ７３５１のアルミニウム合金を得るようにする。また、時効処理時間を短縮して７４７５−Ｔ７３５１のアルミニウム合金を得るようにする。【解決手段】溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法であって、人工時効硬化処理を施して得られたアルミニウム合金を、１７６℃以上１７８℃以下の温度に８時間以上１４時間以下保持することにより、ＳＡＥで規定された７４７５−Ｔ７３５１と同等の機械的性質を満足するアルミニウム合金が得られる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金に、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法であって、
（１）Ｔ≧−４．６７×ｔ＋２０５．０
（２）Ｔ≧−０．７３７×ｔ＋１８１．４
（３）Ｔ≦２１５．９１×ｔ（−０．０７２３）
（４）Ｔ≦１９１．０
（５）ｔ≦２４時間
但し、
Ｔ：温度（℃）
ｔ：時間
の条件をすべて満足するように、前記人工時効硬化処理を施して得られたアルミニウム合金を、Ｔの温度に、ｔの時間保持することを特徴とするアルミニウム合金の熱処理方法。
【請求項２】
重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金に、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法であって、
前記人工時効硬化処理を施して得られたアルミニウム合金を、１７６℃以上１７８℃以下の温度に、８時間以上１４時間以下保持することを特徴とするアルミニウム合金の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金に、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルミニウム合金として、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ等を含有するものが、航空機の機体、スポーツ用品等に用いられている。特に、Ａ．Ａ．（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格の合金番号が７４７５のアルミニウム合金（以下、７４７５という。）は、高い強度と靱性を有することが知られている。この７４７５のＺｎ、Ｍｇ、Ｃｕの各成分は、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％となっている。
【０００３】
また、この７４７５に、Ａ．Ａ．規格の記号がＴ７３５１の調質となるような処理、すなわち、溶体化処理した後に、引張加工により残留応力を除去し、耐応力腐食割れ性を改善するよう過時効処理する方法が知られている。このような処理が施された７４７５（以下、７４７５−Ｔ７３５１という。）は、強度、疲労強度等の機械的性質、及び耐蝕性に優れ、航空機の主翼外板等に適している。
【０００４】
ところで、この７４７５−Ｔ７３５１を得る条件としては、米国のＳＡＥ（Ｔｈｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｉｎｇ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｌａｎｄ  Ｓｅａ  Ａｉｒ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ）にて規定された条件が周知である。すなわち、この規定によれば、７４７５に溶液化処理を施し、７４７５−Ｗ５１と呼ばれるアルミニウム合金を得た後、これを１２１℃の温度に４時間保持することにより人工時効処理を行い、この後さらに、１６３℃の温度に２７時間保持することにより人工時効処理を行うことにより、７４７５−Ｔ７３５１が得られる。
【０００５】
尚、この７４７５−Ｔ７３５１は、ＳＡＥの「Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙ  Ｐａｒｔｓ」の規定（ＡＭＳ２７７０）の条件によって得ることが一般的であるが、先行技術文献等は見当たらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記アルミニウム合金の熱処理方法では、７４７５−Ｗ５１が常温で自然時効するため、自然時効しないように冷凍状態で輸送及び保管をしなければならず、７４７５−Ｗ５１の品質管理が極めて面倒であった。
また、人工時効処理を２段階行う必要があるばかりか、２段目の時効処理は２７時間と長時間であるため、生産性が極めて悪いという問題点もある。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、常温で変質することのないアルミニウム合金から機械的性質の優れたアルミニウム合金を得ることができるアルミニウム合金の熱処理方法を提供することにある。また、時効処理時間を短縮して機械的性質の優れたアルミニウム合金を得ることができるアルミニウム合金の熱処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金に、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法であって、
（１）Ｔ≧−４．６７×ｔ＋２０５．０
（２）Ｔ≧−０．７３７×ｔ＋１８１．４
（３）Ｔ≦２１５．９１×ｔ（−０．０７２３）
（４）Ｔ≦１９１．０
（５）ｔ≦２４時間
但し、
Ｔ：温度（℃）
ｔ：時間
の条件をすべて満足するように、前記人工時効硬化処理を施して得られたアルミニウム合金を、Ｔの温度に、ｔの時間保持することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金に、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られるアルミニウム合金の熱処理方法であって、前記人工時効硬化処理を施して得られたアルミニウム合金を、１７６℃以上１７８℃以下の温度に、８時間以上１４時間以下保持することを特徴とする。
【００１０】
ここで、溶体化処理とは、合金を均一固溶体範囲の温度に加熱して合金元素を固溶させ急冷することで、常温における合金元素の固溶化をはかることをいう。
また、人工時効硬化処理とは、溶体化処理の後、合金に応じて人工的に合金の温度を上げ、溶け込んでいる元素の原子運動を容易にしてから冷やすことにより、合金の時効硬化（析出硬化）を人工的に行うことをいう。
また、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施して得られる合金は、Ａ．Ａ．規格の番号でＴ６５１調質と呼ばれるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１から図５は本発明の熱処理方法の一実施形態を示すもので、図１は熱処理におけるアルミニウム合金の温度変化を示すグラフ、図２は熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度及び電気伝導度のデータを示した図、図３は熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度を示すグラフ、図４は熱処理により得られたアルミニウム合金の電気伝導性を示すグラフ、図５は熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度または電気伝導性が、通常のＴ７３５１調質のものと同等以上となる範囲を示したグラフである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法は、アルミニウム合金を、所定の時効温度ｔに、所定の時効時間Ｔだけ保持することにより、調質されたアルミニウム合金を得るものである。
【００１３】
本実施形態においては、Ａ．Ａ．規格の合金番号が７４７５のアルミニウム合金（以下、７４７５という。）を、Ａ．Ａ．規格の記号においてＴ６５１の調質としたアルミニウム合金（以下、７４７５−Ｔ６５１という。）に、熱処理が施される。
【００１４】
ここで、７４７５の化学成分は、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％、Ｃｒの含量が０．１８〜０．２５、Ｓｉの含量が０．１０％以下、Ｆｅの含量が０．１２％以下、Ｍｎの含量が０．０６％以下、Ｔｉの含量が０．０６％以下である。
【００１５】
また、Ｔ６５１の調質とは、合金に溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、人工時効硬化処理を施すことにより得られる合金の調質である。すなわち、まず溶体化処理により、合金を均一固溶体範囲の温度に加熱して合金元素を固溶させ急冷することで、常温における合金元素の固溶化をはかる。そして、引張加工により溶体化処理に起因する残留応力を除去した後、合金に応じて人工的に温度を上げ、溶け込んでいる元素の原子運動を容易にして冷却する。これにより、合金の強度等の機械的性質が向上する。
【００１６】
ところで、このＴ６５１の処理に、さらに時効処理を施すことにより、Ａ．Ａ．規格の記号におけるＴ７３５１の調質が得られる。ここで、Ｔ７３５１の調質とは、溶体化処理を施した後、引張加工によって残留応力を除去し、耐応力腐食割れ性が良好となるよう過時効処理を施すことにより得られる合金の調質である。本実施形態の熱処理方法は、７４７５−Ｔ６５１に時効処理を施して、７４７５におけるＴ７３５１の調質の合金（以下、７４７５−Ｔ７３５１という。）を得るものである。本実施形態においては、予め７４７５−Ｔ６５１に調質された試料体を用いて実験を行った。
【００１７】
ここで、時効温度ｔ及び時効時間Ｔを変化させて実験により取得した、７４７５−Ｔ６５１の時効後の性質を示すデータを図２に示す。尚、実験は、時効温度ｔを１６３℃、１７７℃、１９１℃とし、それぞれ時効時間Ｔを変えて行った。時効温度ｔが１６３℃の条件では、時効時間Ｔが０時間、１２時間、２４時間、３６時間の４つの条件でデータを取得した。また、時効温度ｔが１７７℃の条件では、時効時間Ｔが０時間、６時間、８時間、１０時間、１２時間、２４時間の６つの条件でデータを取得した。また、時効温度ｔが１９１℃の条件では、０時間、４時間、６時間、８時間の４つの条件でデータを取得した。
【００１８】
図３は、図２のデータに基づいて作成した熱処理後のアルミニウム合金の硬度を示すグラフである。図３には、通常の７４７５−Ｔ７３５１の硬度の範囲を、着色部分で示してある。尚、通常の７４７５−Ｔ７３５１とは、米国のＳＡＥ（Ｔｈｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｉｎｇ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｌａｎｄ  Ｓｅａ  Ａｉｒ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ）にて規定されているものである。
【００１９】
この実験データを、硬度を縦軸に時間を横軸にしてプロットし、黒く塗られた７０７５−Ｔ７３５１の硬度範囲とともに図３に示す。時効温度が１９１℃のときは５．７時間以内、時効温度１７７℃のときは１６．８時間以内で７０７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質され、１６３℃のときは３６時間を経過してもなお７０７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質される。そして、下限値はなく、Ｔ６５１の状態でＴ７３５１の硬度が満足されている。
【００２０】
これらの点を、横軸に時間（ｔ（ｈｒ））、横軸に温度（Ｔ（℃））を採った図５に示すと、硬度の上限は下に凸の曲線で表すことができる。例えば、Ｔ＝２１５．９１×ｔ（−０．０７２３）と表される式Ｒ１で近似することができる。式Ｒ１は、温度１９１℃では時間５．４ｈｒ、温度１７７℃では１５．６ｈｒの時間を与え、これらの値は図３から求めた時間よりも少ない値であり、調質条件の上限より狭い範囲を与える。
【００２１】
一方、電気伝導度を縦軸に時間を横軸にしてプロットし、黒く塗った７０７５−Ｔ７３５１の電気伝導度範囲とともに示した図４によれば、時効温度１９１℃のときは３．０〜１１時間、時効温度１７７℃のときは６．０〜３３時間、時効温度１６３℃のときは２５時間以上で７０７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質されることがわかる。
【００２２】
これらの値を図５にプロットすると、電気伝導度の上限は、硬度の調質条件の範囲を超えた位置にあり、下限（臨界温度（下））は硬度の調質条件範囲内にある。そして、その下限は硬度と同様に下に凸の曲線で示されることがわかる。
【００２３】
従って、図５において７４７５−Ｔ７３５１の硬度と電気伝導度を与える調質条件は、硬度の上限と電気伝導度の下限に囲まれる範囲にある。
【００２４】
ところで、図５のＬ１はＴ（℃）＝−４．６７×ｔ（ｈｒ）＋２０５．０で表される直線であり、電気伝導度の下限である、点（３．０ｈｒ、１９１℃）と点（６．０ｈｒ、１７７℃）とを通る。Ｌ２はＴ＝−０．７３７×ｔ＋１８１．４で表される直線で、電気伝導度の下限である、点  （６．０ｈｒ、１７７℃）と点（２５．０ｈｒ、１６３℃）とを通る。電気伝導度の下限が点（３．０ｈｒ、１９１℃）、点（６．０ｈｒ、１７７℃）及び点（２５．０ｈｒ、１６３℃）を通り、下に凸の曲線であることから、直線Ｌ１は点（３．０ｈｒ、１９１℃）と（６．０ｈｒ、１７７℃）との間において、直線Ｌ２は（６．０ｈｒ、１７７℃）と（２５．０ｈｒ、１６３℃）との間に置いて、それぞれ下限以上の範囲にある。
【００２５】
このように、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、
Ｔ≦２１５．９１×ｔ（−０．０７２３）（４時間≦ｔ≦２４時間）
Ｔ≦１９１．０
但し、
Ｔ：温度（℃）
ｔ：時間
を満たすように、７４７５−Ｔ６５１を処理することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。これに加えて、
Ｔ≧−４．６７×ｔ＋２０５．０（ｔ≦６時間）
Ｔ≧−０．７３７×ｔ＋１８１．４（６時間＜ｔ≦２４時間）
を満たすように、７４７５−Ｔ６５１を処理することにより、前述の硬度に加えて、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００２６】
また、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、７４７５−Ｔ６５１を１７９℃以下の温度に８時間以上１４時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。さらに、７４７５−Ｔ６５１を１７４．５℃以上１８５℃以下に８時間以上１４時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
従って、７４７５−Ｔ６５１を、１７４．５℃以上１７９℃以下に８時間以上１４時間以下保持することにより、ＳＡＥにおける硬度及び電気伝導度を満足する７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００２７】
特に、Ｔ７４７５−Ｔ６５１を、１７６℃以上１７８℃以下に８時間以上１４時間以下保持することにより、硬度及び電気伝導度がともに良好な７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。この場合、ＳＡＥの硬度及び電気伝導度を満たす温度範囲の臨界温度（１７４．５℃〜１７９℃）まで余裕があるので、７４７５−Ｔ７３５１を生成する際の雰囲気環境等が多少変化したとしても問題ない。例えば、製造工場等にて試料体の温度管理にて誤差が生じたとしても、確実に良質な７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、７４７５−Ｔ６５１を、１７１℃以上１８６℃以下の温度に４時間以上１２時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。ここで、時効時間Ｔが１２時間のときは電気伝導度についても通常の７４７５−７３５１と同等なるし、時効時間Ｔが８時間のときであっても時効温度ｔが１７４℃以上であれば、電気伝導度についても通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等となる。
【００２９】
また、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、７４７５−Ｔ６５１を、１８４℃以下の温度に６時間以上９時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。さらに、７４７５−Ｔ６５１を、１７７℃以上１９３℃以下の温度に６時間以上９時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
従って、７４７５−Ｔ６５１を、１７７℃以上１８４℃以下の温度に６時間以上９時間以下保持することにより、ＳＡＥにおける硬度及び電気伝導度の要求を満足する７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、７４７５−Ｔ６５１を、１８１℃以下の温度に９時間以上１２時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。さらに、７４７５−Ｔ６５１を、１７３．５℃以上１８６℃以下の温度に９時間以上１２時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
従って、７４７５−Ｔ６５１を、１７３．５℃以上１８１℃以下の温度に９時間以上１２時間以下保持することにより、ＳＡＥにおける硬度及び電気伝導度の要求を満足する７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００３１】
また、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、７４７５−Ｔ６５１を、１７９℃以下の温度に１２時間以上１４時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の硬度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。さらに、７４７５−Ｔ６５１を、１７１℃以上１８５℃以下の温度に１２時間以上１４時間以下保持することにより、通常の７４７５−Ｔ７３５１と同等の電気伝導度に調質された７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
従って、７４７５−Ｔ６５１を、１７１℃以上１７９℃以下の温度に１２時間以上１４時間以下保持することにより、ＳＡＥにおける硬度及び電気伝導度の要求を満足する７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。
【００３２】
以上総括すると、本実施形態のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、４時間以上１４時間以下という比較的短い時効時間で、硬度、電気伝導度等の機械的性質の優れた７４７５−Ｔ７３５１を得ることができる。すなわち、従来のように、２７時間という長い時効時間を要することなく、７４７５−Ｔ７３５１の生産性を格段に向上することができる。
また、既に時効処理された７４７５−Ｔ６５１を用いて、７４７５−Ｔ７３５１に調質するようにしたので、７４７５−Ｔ６５１の管理を容易に行うことができる。すなわち、７４７５−Ｔ６５１は常温にて自然時効することはないので、例えば、７４７５−Ｗ５１のように冷凍状態で輸送及び保管する必要はない。また、７４７５−Ｔ６５１は７４７５−Ｗ５１と比較し、強度、切削性、耐蝕性等に優れており、エイジフォーミングのような成形を実施する前に切削加工等を施すことができ、実用に際して極めて有利である。
【００３３】
尚、前記実施形態においては、熱処理が施されるアルミニウム合金として、７４７５を用いたが、少なくとも、重量％で、Ｚｎの含量が５．２％〜６．２％、Ｍｇの含量が１．９％〜２．６％、Ｃｕの含量が１．２％〜１．９％のアルミニウム合金であれば、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム合金の熱処理方法によれば、既に時効処理されたアルミニウム合金を用いて調質するようにしたので、熱処理前のアルミニウム合金の管理を容易に行うことができる。すなわち、時効処理後のアルミニウム合金は常温にて自然時効することはないので、冷凍状態で輸送及び保管する必要はない。また、時効処理後のアルミニウム合金は、強度、切削性等の機械的性質に優れており、エイジフォーミングの前に切削加工等を施すことができ、実用に際して極めて有利である。
また、従来に比べて短い時効時間で、硬度、電気伝導度等の機械的性質の優れたアルミニウム合金を得ることができる。すなわち、アルミニウム合金の生産性を格段に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、アルミニウム合金の温度変化を示すグラフである。
【図２】熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度及び電気伝導度のデータである。
【図３】熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度を示すグラフである。
【図４】熱処理により得られたアルミニウム合金の電気伝導性を示すグラフである。
【図５】熱処理により得られたアルミニウム合金の硬度または電気伝導性が、通常のＴ７３５１調質のものと同等以上となる範囲を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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