DE1558491C3 - Use of aluminum-magnesium-lithium alloys as non-oxidizing materials in the air - Google Patents
Use of aluminum-magnesium-lithium alloys as non-oxidizing materials in the airInfo
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- DE1558491C3 DE1558491C3 DE19671558491 DE1558491A DE1558491C3 DE 1558491 C3 DE1558491 C3 DE 1558491C3 DE 19671558491 DE19671558491 DE 19671558491 DE 1558491 A DE1558491 A DE 1558491A DE 1558491 C3 DE1558491 C3 DE 1558491C3
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Legierungen auf Aluminiumgrundlage als an der Luft nicht oxydierende Werkstoffe. Legierungen dieser Art können auf vielen Gebieten der Technik, bei denen es auf die Vereinigung hoher Festigkeit mit hoher Oxidationsbeständigkeit, mit niedrigem spezifischem Gewicht und hohem Elastizitätsmodul ankommt, verwendet werden.The invention relates to the use of aluminum based alloys rather than in air non-oxidizing materials. Alloys of this type can be used in many areas of technology in which there is on the combination of high strength with high resistance to oxidation and a low specific weight and high modulus of elasticity can be used.
Es sind Legierungen des Systems Aluminium-Magnesium-Lithium mit verschiedenen Verhältnissen der Komponenten bekannt. So wurden Legierungen aus Aluminium mit Magnesium und Lithium im Bereich fester Lösung nach 5 Strahlschnitten untersucht, welche den Aluminiumwinkel in einem Mg: Li-Verhältnis von 69,5 : 1 bis 1: 2,1 Gewichtsprozent schneiden. Für jeden der Schnitte wurden Legierungen in einem Bereich der Summe der Magnesium- und Lithiumkonzentrationen von 3 bis 15% untersucht. Das spezifische Gewicht der Legierungen von Aluminium mit dem Magnesium und Lithium schwankte in einem Bereich von 2,697 bis 2,487 g/cm3.Alloys of the aluminum-magnesium-lithium system with different component ratios are known. Alloys of aluminum with magnesium and lithium in the area of solid solution were examined after 5 beam cuts, which cut the aluminum angle in an Mg: Li ratio of 69.5: 1 to 1: 2.1 percent by weight. For each of the sections, alloys in a range of the sum of the magnesium and lithium concentrations from 3 to 15% were examined. The specific gravity of the alloys of aluminum with the magnesium and lithium varied in a range from 2.697 to 2.487 g / cm 3 .
Die mechanischen Eigenschaften der Legierungen von Aluminium mit Magnesium und Lithium im Bereich der festen Lösung von Aluminium sind etwas besse: im Vergleich zu den entsprechenden Legierungen von Aluminium mit Magnesium derselben Konzentrationen. Der Einfluß der Wärmebehandlung auf die Legierung von Aluminium mit Magnesium und Lithium wie auch auf die Legierung von Aluminium nur mit Magnesium ist nicht stark ausgeprägt, jedoch werden durch Abschrecken und natürliche Alterung deren plastische Eigenschaften etwas erhöht. So weisen die Legierungen von Aluminium mit Magnesium und Lithium mit 3 bis 13% der Summe von Magnesium und Lithium nach dem Schnitt Mg: Li = 69,5 : 1 %The mechanical properties of the alloys of aluminum with magnesium and lithium in the range the solid solution of aluminum are somewhat better: compared to the corresponding alloys of aluminum with magnesium of the same concentration. The influence of heat treatment on the alloy of aluminum with magnesium and lithium as well as the alloy of aluminum only with magnesium is not very pronounced, however, it is caused by quenching and natural aging their plastic properties are somewhat increased. So exhibit the alloys of aluminum with magnesium and Lithium with 3 to 13% of the sum of magnesium and lithium after the cut Mg: Li = 69.5: 1%
ίο nach dem Abschrecken und nach der Kaltaushärtung eine 0,2-Grenze von 25 bis 31 % und eine Zugfestigkeit von 29 bis 39 kp/mm2 auf (siehe F. I. Schamrei »Lithium und dessen Legierungen«, Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Moskau 1952).ίο after quenching and after cold hardening a 0.2 limit of 25 to 31% and a tensile strength of 29 to 39 kp / mm 2 (see FI Schamrei »Lithium and its alloys«, publishing house of the Academy of Sciences of the USSR, Moscow 1952).
Es wurden die mechanischen Eigenschaften der Legierungen von Aluminium mit einem Magnesiumgehalt bis 2,5% und einem Lithiumgehalt bis 3% untersucht. Diese Legierungen weisen im warm ausgehärteten Zustand eine Zugfestigkeit bis 36 kp/mm2 und ein spezifisches Gewicht von 2,5 g/cm3 auf. Die wichtigsten Nachteile der Legierungen sind eine geringe Verlängerung (2 bis 3 %) sowie der Umstand, daß die AlLi-Phase — die wichtigste Verfestigungsphase dieser Gruppe der Legierungen — sehr aktiv ist, weshalb der Korrosions- und Oxidationswiderstand sehr niedrig ist (s. The Journal of the Institute of Metals vol 88/June 1960/Nr. 10 W. R. D. J ο η e s and P. P. D a s, p. 435).The mechanical properties of the alloys of aluminum with a magnesium content of up to 2.5% and a lithium content of up to 3% were investigated. In the hot-age hardened state, these alloys have a tensile strength of up to 36 kp / mm 2 and a specific weight of 2.5 g / cm 3 . The main disadvantages of the alloys are a slight elongation (2 to 3%) and the fact that the AlLi phase - the most important solidification phase of this group of alloys - is very active, which is why the corrosion and oxidation resistance is very low (see The Journal of the Institute of Metals vol 88 / June 1960 / No. 10 WRD J ο η es and PP D as, p. 435).
In der DT-AS 11 26 625 sind lithiumhaltige Aluminiumlegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben, die aus 0 bis 10% Magnesium, 0,2 bis 5 % Lithium, 0 bis 3 % Mangan, weniger als 0,3 % Titan, 0 bis 3% Eisen, 0 bis 5% Silizium, 0 bis 5% Kupfer, 0 bis 10% Zink, 0 bis 3% Nickel, 0 bis 0,3% Niob, 0 bis 0,3 % Bor und Rest Aluminium bestehen.In the DT-AS 11 26 625 are lithium-containing aluminum alloys and processes for their production described, which consists of 0 to 10% magnesium, 0.2 to 5% lithium, 0 to 3% manganese, less than 0.3% Titanium, 0 to 3% iron, 0 to 5% silicon, 0 to 5% copper, 0 to 10% zinc, 0 to 3% nickel, 0 to 0.3% Niobium, 0 to 0.3% boron and the remainder aluminum.
Hieraus resultiert eine überaus große Zahl möglicherThis results in an extremely large number of possible ones
Legierungen, denen gemeinsam ist, daß sie eine hohe Festigkeit und andere gute mechanische Eigenschaften in Verbindung mit geringer Dichte aufweisen. Die Korrosionsbeständigkeit, d. h. die Eigenschaft, an Luft nicht zu oxydieren, ist in dieser Entgegenhaltung nicht angesprochen.Alloys which have in common that they have high strength and other good mechanical properties in connection with low density. The corrosion resistance, i.e. H. the property Not to oxidize air is not addressed in this citation.
Auch in dem »Aluminiumtaschenbuch«, 12. Auflage (1963), S. 80, sind eine Reihe von Legierungen beschrieben, die Aluminium und Magnesium als Hauptbestandteile aufweisen und die außerdem noch in gewissen Mengen Silizium, Mangan, Chrom, Eisen, Titan, Zink und Kupfer als Beimengungen enthalten können. Ein Anteil an Lithium und an Zirkonium ist nicht angegeben.A number of alloys are also described in the "Aluminum Pocket Book", 12th edition (1963), p. 80, which have aluminum and magnesium as main components and which also have some Contains quantities of silicon, manganese, chromium, iron, titanium, zinc and copper as admixtures can. A proportion of lithium and zirconium is not specified.
In der CH-PS 2 30110 ist ein Verbundwerkstoff beschrieben, der aus zwei Aluminiumlegierungen besteht, wobei als Kernwerkstoff eine Aluminiumlegierung mit 0,5 bis 10% Magnesium und 0,5 bis 10% Zink und als Deckschicht eine unedlere Aluminium-Lithium-Legierung mit einem Gehalt bis zu 5,2% Lithium vorgesehen ist. Für die dieser Patentschrift zugrunde liegende Erfindung bestand die Aufgabe, die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen der Gattung Al — Mg — Zn durch Plattieren mit einer geeigneten Aluminiumlegierung zu verbessern. Der Plattierwerkstoff muß für diesen Zweck geeignet sein, eine gute Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, und zwar soll er auch eine gute Spannungskorrosionsbeständigkeit aufweisen; sein Potential muß unedler sein als das des Kernwerkstoffes. Als Deckschicht wird deshalb sine binäre Aluminium-Lithium-In CH-PS 2 30110 a composite material is described which consists of two aluminum alloys, where the core material is an aluminum alloy with 0.5 to 10% magnesium and 0.5 to 10% Zinc and, as a top layer, a less noble aluminum-lithium alloy with a lithium content of up to 5.2% is provided. For the invention on which this patent specification is based, the task was the corrosion resistance of aluminum alloys of the type Al - Mg - Zn by plating with a suitable aluminum alloy to improve. The cladding material must be suitable for this purpose be to ensure good corrosion resistance, namely it should also have good stress corrosion resistance; its potential must be less noble than that of the core material. A binary aluminum-lithium-
Legierung vorgeschlagen, die gegebenenfalls noch bis 2% Mangan und bis höchstens 6% Magnesium enthält. Alle Gehaltsangaben gelten in Gewichtsprozent.Proposed alloy that may contain up to 2% manganese and up to a maximum of 6% magnesium. All contents are given in percent by weight.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von 'dieser bekannten Verwendung dadurch, daß die Legierung als weiteren Bestandteil noch Zirkonium oder Titan oder Chrom enthält.The present invention differs from this known use in that the alloy contains zirconium or titanium or chromium as a further component.
Der vorliegenden Erfindung lag nämlich die Aufgabe zugrunde, verformbare Legierungen zu entwickeln, die neben hohen mechanischen Eigenschaften ein niedriges spezifisches Gewicht und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen müssen und insbesondere an der Luft nicht oxidieren dürfen.The present invention was based on the object of developing deformable alloys, which in addition to high mechanical properties, a low specific weight and a high Must have a modulus of elasticity and, in particular, must not oxidize in air.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen angegebenen Legierungen verwandt. The alloys specified in the claims are used to solve this problem.
Für die Entwicklung der erfindungsgemäß verwendeten Legierung wurden Legierungen in verschiedenen Phasenbereichen des Systems Aluminium-Magnesium-Lithium untersucht. Die Phasenzusammensetzungen der Legierungen von Aluminium mit Magnesium und Lithium übt einen starken Einfluß auf deren mechanische Eigenschaften aus.For the development of the alloy used according to the invention, alloys in various Phase areas of the aluminum-magnesium-lithium system investigated. The phase compositions the alloys of aluminum with magnesium and lithium exert a strong influence their mechanical properties.
Die Legierungen von Aluminium mit Magnesium und Lithium, die im Bereich der festen Aluminiumlösung sowie im Bereich liegen, der dem Gleichgewicht der festen Aluminiumlösung mit der Phase der Verbindung Mg2Al3 (/?-Phase) entspricht, weisen eine Festigkeit auf, die nicht höher ist als bei den Legierungen von Aluminium mit Magnesium und lassen sich thermisch nicht verfestigen.The alloys of aluminum with magnesium and lithium, which are in the range of the solid aluminum solution and in the range that corresponds to the equilibrium of the solid aluminum solution with the phase of the compound Mg 2 Al 3 (/? Phase), have a strength that does not is higher than with the alloys of aluminum with magnesium and cannot be thermally strengthened.
Die Legierungen, die zum Bereich des Gleichgewichtes der festen Aluminiumlösung mit der Phase der Verbindung AlLi (Ε-Phase )gehören, lassen sich thermisch verfestigen, sind aber im starken Maße bei der Ablagerung an der Luft der Oxydation ausgesetzt.The alloys leading to the equilibrium of the solid aluminum solution with the phase belong to the compound AlLi (Ε-phase), can be thermally solidified, but are to a large extent at exposed to oxidation when deposited in air.
Die Legierungen, die sich im Gleichgewichtsbereich der festen Aluminiumlösung mit der Phase der Verbindung Al2MgLi (S-Phase) befinden, weisen einen beträchtlichen Effekt der thermischen Behandlung (10 bis 11 kp/mm2) auf. Die Phase Al2MgLi ist die Verfestigungsphase der Legierungen von Aluminium mit Lithium. Diese Phase bewirkt den Effekt des Abschreckens sowohl bei der Abkühlung im Wasser als auch an der Luft.The alloys that are in the equilibrium area of the solid aluminum solution with the phase of the compound Al 2 MgLi (S phase) have a considerable effect of the thermal treatment (10 to 11 kp / mm 2 ). The Al 2 MgLi phase is the solidification phase of the alloys of aluminum with lithium. This phase has the effect of quenching both when cooling in water and in air.
Von besonderem Interesse sind Legierungen, welche in dem Zweiphasenbereich oc + S liegen. Die Legierungen
dieses Bereiches weisen hohe mechanische Eigenschaften und eine niedrige Korrosionsbeständigkeit
auf. Für die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Legierungen, welche die Phase Al2MgLi
enthalten, wurde der Einfluß der Zusätze von Zirkonium, Mangan, Titan, Chrom, Eisen und Silizium
untersucht. Ein Zirkoniumzusatz in einer Menge von 0,05 bis 0,2% zu den Legierungen, welche 5 bis 6%
Magnesium und 1,8 bis 2,4% Lithium enthalten, erhöht die mechanischen Eigenschaften und verbessert
die Korrosionsbeständigkeit.
Die Aluminiumlegierung, welche 5 bis 6% Magnesium, 1,8 bis 2,4% Lithium und 0,5 bis 1,0% Mangan
enthält, weist dieselben mechanischen Eigenschaften und dieselbe Korrosionsbeständigkeit wie auch die
Legierung von Aluminium mit Magnesium und Lithium auf, die mit Zirkonium legiert ist. Für die
Erhaltung guter Korrosionsbeständigkeit der Legierung von Aluminium mit Magnesium und Lithium,
welche Mangan enthält, soll der Eisengehalt geringer als der Siliziumgeha-lt sein.Alloys in the two-phase range oc + S are of particular interest. The alloys in this range have high mechanical properties and low corrosion resistance. To improve the corrosion resistance of the alloys which contain the Al 2 MgLi phase, the influence of the addition of zirconium, manganese, titanium, chromium, iron and silicon was investigated. Adding zirconium in an amount of 0.05 to 0.2% to the alloys which contain 5 to 6% magnesium and 1.8 to 2.4% lithium increases the mechanical properties and improves the corrosion resistance.
The aluminum alloy, which contains 5 to 6% magnesium, 1.8 to 2.4% lithium and 0.5 to 1.0% manganese, has the same mechanical properties and the same corrosion resistance as the alloy of aluminum with magnesium and lithium, which is alloyed with zirconium. In order to maintain good corrosion resistance of the alloy of aluminum with magnesium and lithium, which contains manganese, the iron content should be lower than the silicon content.
Die Aluminiumlegierung, welche 5 bis 6% Magnesium und 1,8 bis 2,4% Lithium mit Zusätzen von Zi konium in einer Menge von 0,05 bis 0,2% und von Mangan in einer Menge von 0,2 bis 0,6% enthält, weist hohe mechanische Eigenschaften und eine gute Korrosionsbeständigkeit neben niedrigem spezifischem Gewicht und hohem Elastizitätsmodul auf.The aluminum alloy, which contains 5 to 6% magnesium and 1.8 to 2.4% lithium with additions of zi konium contains in an amount of 0.05 to 0.2% and of manganese in an amount of 0.2 to 0.6%, has high mechanical properties and good corrosion resistance in addition to low specificity Weight and high modulus of elasticity.
Der Zusatz von Titan zu einer Aluminiumlegierung, welche 5 bis 6% Magnesium, 1,8 bis 2,4% Lithium und 0,5 bis 1,0% Mangan enthält, beeinflußt die mechanischen Eigenschaften der Legierung nicht, erhöht jedoch deren Korrosionsbeständigkeit.The addition of titanium to an aluminum alloy, which contains 5 to 6% magnesium, 1.8 to 2.4% lithium and contains 0.5 to 1.0% manganese, does not affect the mechanical properties of the alloy, increases however, their resistance to corrosion.
Mechanische Eigenschaften der LegierungMechanical properties of the alloy
Zustand des MaterialsCondition of the material
Mechanische Eigenschaften gepreßter HalbzeugeMechanical properties of pressed semi-finished products
σι
(kp/mms) σι
(kp / mm s )
σ 0,2σ 0.2
(kp/mma) o/ /o (kp / mm a ) o / / o
Mechanische Eigenschaften
der BlecheMechanical properties
of the sheets
σισι
(kp/mm*)(kp / mm *)
σ 0,1σ 0.1
(kp/mma)(kp / mm a )
δ %δ %
1. Warmgepreßter Zustand1. Hot-pressed condition
2. Geglühter Zustand 2. Annealed condition
3. Abschrecken von einer
Temperatur von 4500C an3. Quenching one
Temperature of 450 0 C.
a) Abkühlung im Wassera) Cooling down in the water
b) Abkühlung an der Luftb) Cooling in the air
4. Warmaushärtung bei
1700C im Laufe von
16 Stunden4. Artificial aging at
170 0 C in the course of
16 hours
a) nach dem Abschrecken
im Wasser a) after quenching
in the water
b) nach dem Abschrecken
an der Luft b) after quenching
in the air
c) Pressen und Warmaushärten ohne Abschrekken c) pressing and artificial hardening without quenching
40 bis 45
3640 to 45
36
38
40 bis 4538
40 to 45
45 bis 50
45 bis 5045 to 50
45 to 50
45 bis 5045 to 50
25 bis 1825 to 18
18 25 bis18 25 to
30 bis 30 bis30 to 30 to
30 bis 6 bis 9
1630 to 6 to 9
16
16
1016
10
36
4036
40
45
4545
45
15
2515th
25th
28 2828 28
20
1620th
16
5 65 6
Die Aluminiumlegierung, welche 5 bis 6% Magne- Die mechanischen Eigenschaften der Legierung sindThe aluminum alloy, which is 5 to 6% magne- The mechanical properties of the alloy
sium, 1,8 bis 2,4% Lithium enthält, sowie mit Mangan in der Tabelle aufgeführt.sium, containing 1.8 to 2.4% lithium, and with manganese in the table.
und Zirkonium einzeln oder gemeinsam legiert ist, Die Aluminiumlegierung, welche 5 bis 6% Magneweist folgende physikalische Eigenschaften auf: sium, 1,8 bis 2,4% Lithium enthält sowie mit Manganand zirconium is alloyed singly or collectively, the aluminum alloy which is 5 to 6% magnetic the following physical properties: sium, containing 1.8 to 2.4% lithium and with manganese
5 und Zirkonium in Mengen von 0,2 bis 0,6% bezie-5 and zirconium in quantities of 0.2 to 0.6%
Spezifisches Gewicht 2,4 bis 2,5 g/cm3 hungsweise 0,05 bis 0,2% legiert ist, weist einenSpecific gravity 2.4 to 2.5 g / cm 3, i.e. 0.05 to 0.2%, has a
Elastizitätsmodul 7500 bis 7700 kp/mm2 spezifischen Elastizitätsmodul auf, welcher um 15 bisYoung's modulus 7500 to 7700 kp / mm 2 specific modulus of elasticity, which is around 15 to
Spezifischer elektrischer 20 % höher als bei den Standard-AluminiumlegierungenMore specific electrical 20% higher than the standard aluminum alloys
Widerstand ist. Für Konstruktionen, bei denen es gerade auf dieResistance is. For constructions where the
im warmgepreßten io Steifigkeit ankommt, verspricht das einen großenarrives in the hot-pressed io stiffness, that promises a great deal
Zustand 0,119 Ω mm2/m technischen und wirtschaftlichen Effekt.Condition 0.119 Ω mm 2 / m technical and economic effect.
im warm ausgehärteten Zustand .. 0,107 Ω mm2/min the warm, hardened state .. 0.107 Ω mm 2 / m
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
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- 1967-04-05 DE DE19671558491 patent/DE1558491C3/en not_active Expired
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |