(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理型アルミニウム合金板の溶体化処理後の焼入れ過程において、１ｍ３あたり０．３〜７０Ｌ／分の気体を供給した冷却媒体中に焼入れることにより冷却中の板の両表面の温度差を５０℃以下とすることを特徴とする焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理型アルミニウム合金の焼入れ方法に関するものであり、より詳細には焼入れ処理時の板の両表面の温度差を小さくすることで焼入れ時の熱歪みによる反りを改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶体化処理は時効硬化反応を引き起こすために必要な固溶体を得るための熱処理である。焼入れ処理は溶体化処理によって溶質原子が固溶した状態を急冷によって強制的に凍結させ、過飽和固溶体を得るために行われる。この際、冷却速度が十分であること、焼入れ遅れのないことに注意が必要である。焼入れ遅れが生じたりや冷却速度が不十分であると固溶した溶質原子の粒界析出が起こり、強度、延性を低下させることがあるため注意が必要である。また、熱処理型アルミニウム合金では焼入れの際、溶体化温度から急冷されるため、非常に大きな熱応力が発生し、これにより大きく変形することがある。 特に板の幅，長さが大きい板材では焼入れ時の熱応力によって発生して起こる板反りが問題になっており、続いて行うフラット矯正および残留応力除去のための冷間加工時に材料のハンドリングがスムースに実施できない。
【０００３】
残留応力を小さくする方法としては、特許文献1に冷却時に気泡を用いる熱処理方法について示されている。加熱したアルミニウム材、鋼材等の鋳物、鍛造品をトレーとともに冷却水中に浸漬して冷却初期に気泡群により覆い、冷却速度を緩和し、内部温度差を低減することにより残留応力を低減することを特徴としている。しかし、特許文献1では気泡で被熱処理体の表面全体を覆い、表面と内部で温度差を小さくするために冷却速度を非常に遅くさせることが本質であるが、冷却速度が遅いと本来の焼入れ処理ができず、十分な特性が得られない。
【０００４】
また、特許文献1は基本的に気泡は同時に焼入れられるトレーより発生する冷却水の沸騰による気泡であり、被処理体の大きさや厚みに応じた泡を得るためはトレーの熱容量を毎回変えなければならないため複雑な作業を必要とする。
【特許文献１】特許第２８９５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような技術背景から、本発明の課題は、簡便な作業で熱処理型アルミニウム合金板において焼入れ後に反りの少ない板を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、請求項１に記載したとおり、熱処理型アルミニウム合金板の溶体化処理後の焼入れ過程において、１ｍ３あたり０．３〜７０Ｌ／分の気体を供給した冷却媒体中に焼入れることにより冷却中の板の両表面の温度差を５０℃以下とすることを特徴とする焼入れ方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、熱処理型アルミニウム合金板の溶体化処理後の焼入れ過程において、特定量の気体を供給した冷却媒体中に焼入れる等の簡便な方法で冷却中の板の両表面の温度差を５０℃以下としたので、焼入れ後の機械的特性に悪影響を及ぼすことなく、反りの少ない板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
焼入れ時の板反り改善方法に関して本発明では種々検討の結果、板反りの発生原因は冷却中の板表面に温度差が発生することが最も大きな要因であることを見出した。すなわち、通常の浸漬型焼入れにおいて、焼入れ処理を行う場合板表面近傍の冷却媒体が沸騰状態あるいは高温となる。これにより冷却媒体槽内に乱流が発生し、局所的に高温あるいは低温の冷媒によって冷却されることとなり、板表面温度の不均一が発生する。特に二枚以上の板を同時に焼き入れる場合は、隣接する板からも影響を受けるため、板周囲の冷却媒体に温度分布のばらつきが生じ、結果として板両表面に大きな温度差が発生し、大きな歪が生じる。
【００１０】
この板表面の温度差と板反りの関係について調査した結果、板の反りを改善するためには板表面の温度差を５０℃以下にすると著しく改善効果があり、５０℃を超えると板反り改善の効果が急激に低減する。
【００１１】
上記の如く焼入れ時の冷却媒体の温度を均一にする方法としては、冷却媒体を均一に循環させる方法なども考えられるが、実際の焼入れ時には局所的な温度不均一は発生してしまう。このためもっとも効率的に焼入れ時の冷却媒体を均一にする方法として槽の下部より気体を供給することが効果的であることがわかった。供給する気体の流量を1ｍ3あたり０．３〜７０Ｌ（注：リットル、以下同じ）/分としたのは、０．３Ｌ/分未満では板の両表面の温度差を小さくする効果は不十分で板反りの改善効果が得られず、７０Ｌ/分を超えると両表面の温度差を小さくする効果は飽和すると同時に、気泡によって冷却効果が小さくなるため冷却速度が低下し、強度等の性能が低下するからである。
【００１２】
本発明に使用される冷却媒体は通常は水を用いるが、ポリエチレングリコール等の水溶液も用いることが可能である。
【００１３】
気体を水槽中に均一に発生させるために、気体を発生させるノズルは水槽下部に複数設置し、ノズルの間隔は等間隔に配置するのがよい。特に規定するものではないが、板表面を均一に冷却するためには泡の径は小さいほうが効果的であり、ノズル径は１０ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００１４】
本発明の対象となる熱処理型合金は２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系），６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系），７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）などの熱処理型アルミニウム合金である。
【００１５】
板厚に関しては特に規定するものではないが、３ｍｍ以上の板材の焼入れ時に効果的である。特に板厚が３０ｍｍ以下で板幅、長さが大きい板の場合は溶体化時の高温剛性が低くなるため、従来法ではそりが発生しやすく、本発明による改善効果は非常に大きい。
【実施例】
【００１６】
ＪＩＳ６０６１を溶解鋳造、面削した後、均質化処理、熱間加工を施し、幅１８００ｍｍ，長さ５０００ｍｍで板厚を１３、３０ｍｍとした。この圧延板を５３０℃で溶体化処理した後、焼入れ処理を行った。焼入れ槽下部には空気を供給するため５ｍｍ径のノズルを複数配置させた配管を設置し、水中に供給する空気の流量を１ｍ3あたり０、０．１、０．２、０．５、１．０、１．５、１０、６０、８０Ｌ／分とし、従来の焼入れ方法（気体の供給無し）と本発明の焼入れ方法で焼入れた。いずれの場合も複数枚同時に焼入れを行い、その中の一枚で冷却中の板両表面の温度を測定し、焼入れ処理後に反り量を測定した。反り量は定盤上に置いたときの最大変形量を測定し、引張り特性はLT方向で実施した。反り量を測定後、引張り矯正および人工時効（Ｔ６５１）処理を施し引張り特性を調査した。表１に各条件で焼入れした合金板について調査した結果を示す。表中には各流量における板反り量と板両表面の温度差の最大値を示した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１より板表面の板両表面の温度差が５０℃以下であると板の反りが大幅に改善されることがわかる。各板厚で従来の焼入れ方法（流量が０Ｌ／分）では反り量が大きく、流量が０．１、０．２  Ｌ／分でも反りはほとんど改善しない。しかし、板両表面の温度差の最大値が５０℃以下となる流量１．５  、１０、６０Ｌ／分で焼入れすると、反りが大幅に改善されている。板厚が小さいほど本発明を用いない場合の反り量が大きいため本発明の効果が大きくなっている。また、流量が８０Ｌ／分と本発明の範囲を超えると、反り量は改善するが特性が低下している。それに対し、本発明の範囲では流量を変えても引張り特性はほとんど変わらず、問題ないことが示された。