DE60120785T2

DE60120785T2 - Verfahren zur herstellung von blechen aus 6xxx aluminium legierungen

Info

Publication number: DE60120785T2
Application number: DE60120785T
Authority: DE
Inventors: Alcoa Technical Center Paul E. Alcoa Center MAGNUSEN; Alcoa Technical Center Dhruba J. Alcoa Center CHAKRABARTI
Original assignee: Alcoa Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: EP1392878B1; CA2448611A1; RU2276696C2; WO2002099151A2; BR0117033A; US20030127165A1; EP1392878A2; RU2003134625A; US6613167B2; DE60120785D1; US6911099B2; AU2001288662A1; WO2002099151A3; US20020192493A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft relativ feste Aluminiumlegierungsprodukte, die für wichtige Anwendungen, wie z.B. Flugzeugrumpfplatten oder -bauteile und andere Anwendungen geeignet sind sowie verbesserte Herstellungsverfahren zur Herstellung derselben.
Vergütbare Aluminiumlegierungen werden in vielen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Festigkeit und ein niedriges Gewicht erwünscht sind. Die 7XXX-Serie der Aluminiumlegierungen (wie bekannt, kennzeichnet die Aluminum Association die Serien oder Familien der Aluminiumlegierungen nach Nummern) weist eine sehr hohe Festigkeit mit typischen Umformfestigkeitswerten (UF) von 70 oder 80 ksi (482 oder 551 MPa) oder höher auf. Der Begriff "ksi" bezieht sich dabei auf Tausende von Pfund pro Quadratzoll; 80 ksi bedeutet daher 80000 Pfund pro Quadratzoll (551 MPa). Die 6XXX-Serie der vergütbaren Aluminiumlegierungen ist zwar nicht so fest wie die 7XXX-Legierungen, weist jedoch trotzdem ein sehr gutes Festigkeits-/Gewichtsverhältnis, eine ziemlich gute Härte und Korrosionsbeständigkeit, zusammen mit einer guten Schweißbarkeit vieler der 6XXX-Legierungen auf, sodaß die 6XXX-Legierungen nach dem Schweißen eine gute Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften, beispielsweise im Schweißbereich eine höhere Beibehaltung ausgedrückt in Prozent, aufweisen, als die häufig verwendeten 2XXX- oder 7XXX-Legierungen. Vergütbare Legierungen werden bei relativ hohen Temperaturen lösungsgeglüht, durch z.B. Eintauchen in Wasser oder durch Sprays abgeschreckt und künstlich gealtert, um ihre Festigkeit wie bekannt zu entwickeln. Die Produkte können nach dem Quenchen und vor dem künstlichen Altern in einer Mischung des Typs 4 (Lösungsglühen, Quenchen und Stehenlassen, bis sie einen stabilen, natürlich gealterten Grad der Eigenschaften erreicht hat) verkauft werden. Der Zustand des Typs T4 ermöglicht ein leichteres Biegen und Formen, als die wesentlich festere, künstlich (durch Erwärmen) gealterte T6-Mischung. Die 6XXX-Serie der Legie rungen enthält Magnesium (Mg) und Silikon (Si) als deren Hauptlegierungsbestandteile und enthält oft auch geringere Mengen an Elementen, beispielsweise eines oder mehrere aus Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Chrom (Cr) oder anderen Elementen. Die Legierung 6061 wird gewöhnlich für Bleche, Platten und Schmiedeteile verwendet, und 6063 ist eine alte Extrusionslegierung der 6XXX-Familie. Jüngste Legierungen sind 6009 und 6010 und sind im U.S.-Patent 4,082,578, erteilt an Evancho, beschrieben, und die noch neuere Legierung 6013 ist im U.S.-Patent 4,589,932, erteilt an Park, beschrieben. Legierung 6013 wurde bisher für Fahrzeug- und Flugzeuganwendungen sowohl als auch für andere eingesetzt. Sie ist gemäß dem Stand der Technik dafür bekannt, gute Festigkeit, Härte, Verarbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute Schweißbarkeit bereitzustellen und ist somit bei vielen Anwendern beliebt. Gemäß der von der Aluminum Association festgelegten Grenzwerte enthält die Legierung 6013 Aluminium sowie 0,6 bis 1% Si; 0,8 bis 1,2% Mg; 0,6 bis 1,1% Cu; 0,2 bis 0,8% Mn; 0,5% max. Fe; 0,1% max. Cr; 0,25% max. Zn; 0,1% max. Ti; jeweils nicht mehr als 0,05% der anderen Elemente (0,15% insgesamt der anderen Elemente), wobei wenn nicht anders angegeben, sämtliche Prozentsätze der hier bezeichneten Aluminiumlegierungs-Zusammensetzungen nach Gewicht gelten. Legierung 6013 wird normalerweise durch Homogenisieren bei einer sehr hohen Temperatur hergestellt, wie z.B. etwa 560°C (1040°F), mit anschließendem Warmwalzen und im Falle von dünneren Metalldicken, Kaltwalzen, dann Lösungsglühen bei einer hohen Temperatur, wie z.B. von etwa 560°C (1040°F), Quenchen und künstlichem Altern.
Legierung 6013 wird zur Verwendung als große Blech- oder Plattenbauteile in sehr großen gewerblichen Düsenmaschinen als Flugzeugrumpfbauteile in Erwägung gezogen, insbesondere als Flugzeugrumpfmittelstückbauteile (Mittelstückbauteile befinden sich bekanntlich auf der Unterseite des Flugzeugrumpfes) und möglicherweise sogar als größere Flugzeugrumpfabschnitte, wie z.B. für die meisten Bereiche oder sogar den gesamten Flugzeugrumpf. Diese potentielle Anwendung kann jedoch durch einen Zustand in dem 6013 Blech- und Plattenprodukten verhindert werden, der als mikroskopische Merkmale unter einer 500-fachen Vergrößerung zeigt und ähnlich wie Poren, aber nicht wie Hohlräume aussehen (Poren sind Hohlräume). Diese Merkmale können ebenfalls in weiteren 6XXX-Legierungen angetroffen werden. Diese Merkmale haben normalerweise eine Größe von etwa 1 oder 2 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer oder höher (meistens 2 bis 5 Mikrometer) in Bezug auf deren Hauptachse und können durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) festgestellt werden, wobei sie als mikroskopische "Merkmale" oder Taschen von reduzierter Dichte erscheinen, weil sie eine geringere Reflexion oder Rückstreuung von Elektronen verursachen, als das umgebende Metall, das mit einer normalen Dichte erscheint. Die Merkmale können daher auf den ersten Blick wie Poren oder Hohlräume aussehen, nach eingehender Analyse erscheinen sie jedoch als reduzierte oder veränderte Dichtheitsmerkmale, d.h. relativ fest, jedoch mit geringerer Dichte als das umgebende Metall. Unter der REM erscheinen die Merkmale als dunkle Flecken, wodurch eine niedrigere Dichte oder zumindest eine geringere Reflexion der Elektronen im Vergleich zum umgebenden Metall angenommen wird, das mehr Elektronen reflektiert. In Bezug auf die hier genannten reduzierten Dichtheitsmerkmale, beziehen sich diese auf die Erscheinung unter REM-Untersuchung bevorzugt bei einer Beschleunigungsspannung von etwa 15 Kiloelektronenvolt (keV oder in der REM Nomenklatur kurz kV genannt), wobei die Merkmale deutlich zu sehen sind. (Bei 5 keV sind die Merkmale schwieriger zu sehen). Die eingesetzten Vergrößerungen können von 500-fach bis 10.000-fach variieren, obwohl 500-fach sehr hilfreich ist. Die Rückstreuungs-Elektronendarstellung wird der sekundären Elektronendarstellung vorgezogen, um einen höheren Kontrast zwischen den Merkmalen und dem umgebenden Metall bereitzustellen. Diese REM-Verfahren sind gemäß dem REM-Stand der Technik wohl bekannt. Unter der REM-Untersuchung mit Rückstreuungs-Elektronendarstellung reflektiert eine Stelle mit höherer Dichte (wie z.B. eine mit Elementen mit einem hohen Atomgewicht) mehr Elektronen (sieht heller aus), als eine Stelle mit niedriger Dichte, wie z.B. der hier beschriebenen Merkmale reduzierter Dichte, die als dunkle Flecken erscheinen. Magnesiumsilicidpartikel (Mg₂Si) können unter REM ebenfalls als dunkle Flecken erscheinen, weil das Atomgewicht von Magnesium niedriger ist, als das von Aluminium, kann jedoch von zuvor erwähnten Stellen mit reduzierter Dichte durch Untersuchung der Röntgen-Strahlen unterschieden werden, die von der Probe im REM unter Anwendung von standardmäßigen energiedispersiven Röntgenspektroskopieverfahren ausgestrahlt werden, die alle gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Die Zusammensetzung der Merkmale mit reduzierter Dichte unterscheidet sich sehr wesentlich von Mg₂Si unter Röntgen-Spektroskopie und ist vielmehr wie die Zusammensetzung des umgebenden Me talls, wenngleich auch bei niedrigerer Dichte. Bei einem gewerblich hergestellten 6013-T6-Produkt kann die Anzahl dieser Merkmale typischerweise von rund etwa 100 bis über 250 Merkmale oder Körperchen pro Quadratzoll (6,25 cm²) unter 500-facher Vergrößerung in einer metallographisch polierten Probe betragen, die für die REM geeignet ist. Die Probe kann an oder in der Nähe der Mitteldickenebene entnommen werden, dies ist jedoch nicht notwendig.
Es wird angenommen, daß diese Merkmale sich scheinbar wie Schwachstellen während der Ausbreitung einer Bruchstelle verhalten, wie z.B. bei einem Bruchwiderstandstest oder eher noch bei einem Dauerrißwachstumsratentest oder sich anderweitig nachteilig verhalten und es wird als äußerst wünschenswert erachtet, diese Merkmale oder Defekte zu eliminieren oder zu reduzieren. Obwohl demnach ein Legierungsblech und eine Legierungsplatte des Typs 6013 als gute Produkte gelten, könnten diese wesentlich verbessert werden, indem diese Merkmale eliminiert und dadurch die Eigenschaften verbessert werden, insbesondere durch das Reduzieren der Dauerrißwachstumsrate.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Blech- oder Plattenprodukts bereitgestellt, umfassend:

(a) Bereitstellen einer Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,5 bis 1,8% Si, 0,5 bis 1,5% Mg und bis zu 1,2% Cu; bis zu 1% Mn, bis zu 1% Zn, bis zu 0,4% Cr, bis zu 0,5% Ag, bis zu 0,3% Sc, bis zu 0,2% V, bis zu 0,2% Hf, bis zu 0,2% Zr, wobei der Rest Aluminium und Kontaminationsverunreinigungen sind;
(b) Erwärmen der Legierung;
(c) Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke um wenigstens 30% zu vermindern;
(d) Thermisches Behandeln der in (c) warmgewalzten Legierung bei 543°C (1010°F) oder höher;
(e) Weiteres Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke weiter zu vermindern;
(f) Lösungsglühen der Legierung bei 543°C (1010°F) oder höher;
(g) Quenchen der Legierung.

Nach dem Quenchen kann das Produkt einer künstlichen Alterung unterzogen werden. Ein Walzvorgang, wie z.B. das Biegen oder Formrecken kann zwischen den Quench- und künstlichen Alterungsvorgängen eingesetzt werden. Die durch diese Verfahren hergestellten, verbesserten Produkte weisen eine wesentliche Freiheit, oder zumindest weit verminderte Beträge von den unerwünschten, verminderten Dichtheitsmerkmalen sowie erheblich verbesserte (d.h. verminderte) Dauerrißwachstumsraten auf.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines wie in Anspruch 35 angegebenen Flugzeughautbauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung eines wie in Anspruch 39 angegebenen Flugzeugrumpfbauteils bereit.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind das Ziel des abhängigen Anspruchs.
Die Erfindung ist insbesondere für 6013, eine bevorzugte Legierung, sowie für ähnliche Legierungen, geeignet. Zu Zwecken dieser Erfindung besteht Legierung 6013 im Wesentlichen aus 0,8–1,2% Mg; 0,6–1% Si; 0,6–1,1% Cu; 0,20–0,8% Mn; wobei der Rest im wesentlichen Aluminium sowie gelegentlich auftretende Elemente und Kontaminationsverunreinigungen sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält Legierungen des Typs 6013, oder dieser ähnliche Legierungen mit Ausnahme des Mn-Gehalts, wie z.B. im Wesentlichen bestehend aus etwa 0,5 bis 1,3% Si, 0,6 bis 1,3% Mg, 0,5 bis 1,1% Cu, bis zu 0,8% Mn, bis zu 0,9% Zn, bis zu 0,2% Zr, wobei der Rest im wesentlichen Aluminium sowie gelegentlich auftretende Elemente und Kontaminationsverunreinigungen sind. Im wesentlich weiteren Sinne wird die Erfindung als auf Aluminiumlegierungen anwendbar erachtet, im wesentlichen bestehend aus 0,5 bis 1,5% Mg; 0,5 bis 1,8% Si, bis zu 1,2% Cu, bis zu 1% Mn, bis zu 1% Zn (Zink); bis zu 0,4% Cr (Chrom); bis zu 0,5% Ag (Silber), bis zu 0,3% Sc (Scandium); bis zu 0,2% V (Vanadium); bis zu 0,2% Zr (Zirconium); bis zu 0,2% Hf (Hafnium); wobei der Rest im wesentlichen Aluminium sowie gelegentlich auftretende Elemente und Kontaminationsverunreinigungen sind. In Bezug auf ein Element schließt der Begriff "bis zu" auch Null ein, außer wenn ein Element als vorhanden angegeben wird, was eine Null ausschließt, da das Element als vorhanden angegeben worden ist.
Innerhalb der zuvor erwähnten weiteren Beschränkungen: (1) ist Silicon bevorzugt in Beträgen von 0,6% oder höher, jedoch bevorzugt von nicht weit über 1,5 oder 1,6%, mehr bevorzugt von nicht über 1,3% vorhanden; (2) ist Magnesium bevorzugt in Beträgen von 0,6% oder höher, bevorzugt von 0,7 oder 0,8%, jedoch nicht weit über 1,3 oder 1,4% vorhanden; (3) ist Kupfer bevorzugt in der Legierung vorhanden und ist bevorzugt in Beträgen von 0,3 oder 0,4%, eher bevorzugt von 0,5% oder höher, jedoch bevorzugt nicht über etwa 0,9 oder 1% vorhanden; (4) ist Mangan bevorzugt in der Legierung vorhanden und ist bevorzugt in Beträgen von 0,25 oder 0,3% oder höher, jedoch bevorzugt nicht über 0,6 oder 0,7% vorhanden. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der nachfolgenden Gruppen vorhanden sein: 0,1 bis 0,9% Zn, 0,05 bis 0,35% Cr, 0,05 bis 0,4 oder 0,45% Ag, 0,03 bis 0,3% Sc, 0,03 bis 0,2% V, 0,03 bis 0,2% Zr und 0,03 bis 0,2% Hf, wobei manchmal bevorzugt wird, die Elemente der Gruppe auf maximal 2 oder 3 oder 4 zu beschränken.
Die bezeichneten gelegentlich vorhandenen Elemente können relativ geringe Beträge von Ti, B und anderen enthalten. Gelegentlich vorhandene Elemente können in erheblichen Beträgen vorhanden sein und selbst wünschenswerte oder andere Eigenschaften beitragen, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, solange die Legierung auf das Verfahren gemäß der Erfindung zum Entfernen von Körpern oder Merkmalen mit veränderter Dichte anspricht und die Vorteile der Erfindung, wie z.B. das Reduzieren der Dauerrißwachstumsrate, erzielt werden.
Die hier beschriebene Legierung kann von einem Barren abgeleitet sein und kann als ein Barren oder eine Platte durch Gußtechniken bereitgestellt sein, einschließlich der derzeitig gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Gußtechniken. Eine bevorzugte Praktik ist das halbkontinuierliche Gießen von großen Barren, zum Beispiel mit einer Dicke von 35 oder 37,5 cm (14 oder 15 Zoll) oder dicker multipliziert mit 1,2 m (4 Fuß) oder breiter multipliziert mit 4,5 m (15 Fuß) oder länger. Solch große Barren sind für die Ausführung der Erfindung bevorzugt, insbesondere bei der Herstellung von großen Ble chen oder Platten zu Verwendung als große Plattenbauteile für große, gewerbliche Flugzeugrumpfanwendungen.
Der Legierungsbestand wird vor dem ersten Warmwalzvorgang bevorzugt bei einer Temperatur von wenigstens 549°C (1020°F) vorgewärmt oder homogenisiert. Eine bevorzugte Temperatur für die Legierung 6013 oder andere Legierungen mit ähnlichen Beträgen an Elementen ist wenigstens 554°C (1030°F) und eher bevorzugt wenigstens 557°C oder 560°C (1035°F oder 1040°F). Die Verweilzeit der Temperatur für einen gewerblichen Barren kann etwa 2 bis 20 Stunden oder mehr betragen, bevorzugt etwa 2 bis 6 Stunden, obwohl kurze oder sogar gar keine Verweilzeiten unter manchen Bedingungen ausreichend sein können, da sich Diffusions- und Lösungseffekte sehr rasch einstellen können, insbesondere während sich die Temperatur auf über 538°C (1000°F) bewegt. Industrielle Hochöfen, die mehrere große Barren erhitzen, können die Metalltemperatur ziemlich langsam erhöhen, sodaß erhebliche Lösungseffekte auch dann auftreten können, wenn die Temperatur 538°C (1000°F) erreicht hat. Obwohl die Verwendung einer sehr hohen Temperatur von wenigstens 549°C oder 554°C (1020°F oder 1030°F) zum Vorwärmen oder zur Homogenisierung bevorzugt wird, kann es auf einer weniger bevorzugten Basis bei der Ausführung der Erfindung möglich sein, eine niedrigere Temperatur anzuwenden, wie z.B. dem einfachen Erhitzen des Metalls bei einer ziemlich hohen Temperatur zum Walzen, von z.B. etwa 538°C oder 543°C (1000°F oder 1010°F) oder sogar von etwa 527°C oder 510°C (980 oder 950°F) mit anschließendem Warmwalzen. Trotzdem können die sehr hohen Vorwärmungs-/Homogenisierungstemperaturen z.B. dann bevorzugt sein, wenn das Material plattiert werden soll. In Bezug auf die Temperaturen beziehen sich diese auf die Metalltemperaturen, außer anderweitig angegeben.
Der Barren oder die Platte (entsprechend abgezogen, falls nötig) kann falls gewünscht an jeder beliebigen Seite oder an beiden Seiten mit einer per Walze gebundenen Umhüllung bereitgestellt werden. Eine per Walze gebundene Umhüllung ist gemäß dem Stand der Technik bekannt. Dies ergibt einen Verbund mit einem Kern aus einer 6013- oder anderen 6XXX-Legierung gemäß den hier genannten und mit einer Umhüllung an einer Seite oder an beiden Seiten. Jede Umhüllungsschicht macht typischerweise etwa 1/2 oder 1% bis etwa 5% oder mehr der Verbunddicke aus und wird an eine oder beide Walzenflächen des Kernmetalls aufgebracht (d.h. die großen, flachen Walzenflächen). Wie bekannt kann die Umhüllung relativ rein sein oder nicht-legiertes Aluminium darstellen und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch den zusätzlichen Schutz der Kernlegierung dienen. Aluminiumbezeichnungen, die gemäß dem Stand der Technik für Umhüllungen bekannt sind (typischerweise 1 XXX-Legierungen, wie z.B. Legierungen des Typs 10XX, 11XX, 12XX, usw.), die hier zu Zwecken der Erfindung als im Wesentlichen nicht-legiertes Aluminium erachtet werden, können verwendet werden. Andere geeignete Aluminiumumhüllungen können MG und Si enthalten, jedoch bevorzugt zu Beträgen unter denen in der Kernlegierung oder möglicherweise Zn. Alle diese Umhüllungslegierungen sollten jedoch wenig oder gar kein Cu enthalten. Dem Umhüllungsvorgang kann ein Warmwalzen des Kernmetalls vorausgehen, beispielsweise zum Ausweiten des Metalls über die Breite des Gußbarrens hinaus. Das Warmwalz-Umhüllungsverfahren kann die Dicke des Kernmetalls vermindern. Die Erfindung kann auch ohne Umhüllung verwendet werden, da die 6XXX-Legierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen sollen. Die Umhüllung kann jedoch zusätzlich zu dieser Korrosionsbeständigkeit beitragen.
Die blanke oder plattierte Legierung wird je nach Anwendung warmgewalzt, um ihre Dicke um wenigstens etwa 20% ihrer Eingangsdicke (vor dem Warmwalzen) zu vermindern, bevorzugt um etwa 40 oder 50% oder mehr, zum Beispiel 60 oder 65% oder mehr oder sogar 75% oder mehr ihrer Dicke bei Anwendung eines großen, gewerblichen Ausgangsbestands (z.B. mit einer Dicke von etwa 15 oder 20 Zoll oder dicker) unter Anwendung eines Reversierwarmwalzwerks, das das Metall hin- und herwalzt, um seine Dicke herunter zu drücken. Demnach kann das anfängliche Warmwalzen in Abständen unter Anwendung verschiedener Walzwerke ausgeführt werden und kann ein Binden einer Umhüllung per Walze an die Legierung einschließen, das diesem Schritt vorausgeht, gefolgt von einem weiteren Warmwalzen. Es kann ebenfalls herkömmliche Vorwärmverfahren um etwa 454°C (850°F) einschließen, um den Hitzeverlust zu ersetzen.
Nach der oben beschriebenen Warmwalzphase wird der Legierungsbestand (der eventuell auf Raumtemperatur abgekühlt ist) auf wenigstens 543°C (1010°F) erhitzt, bevorzugt auf 549°C (1020°F) oder höher, eher bevorzugt für die Legierungen des Typs 6013 auf 554°C (1030°F) oder 560°C (1040°F) oder höher, beispielsweise auf 565°C (1050°F) bevorzugt für einen beträchtlichen Zeitraum bei Temperaturen von 543°C (1010°F) oder darüber, bevorzugt für etwa ¼ oder ½ Stunde bis zu etwa 2 Stunden. Die Verweilzeiten bei diesen Temperaturen können bis zu 24 Stunden oder länger betragen. Bei einem plattierten Produkt jedoch sind die Zeiten über 543°C oder 549°C (1010°F oder 1020°F) vorzugsweise kürzer, wie z.B. etwa 10 oder 15 oder 20 Minuten bis zu etwa 1 Stunde, und es wird bevorzugt eine höhere Erhitzungsrate verwendet, wobei der Zweck der kürzeren Zeiten darin liegt, die Diffusion zwischen dem Kern und der Umhüllung zu reduzieren. Der Zweck dieser thermalen Behandlung zwischen den Rollen liegt darin, die groben Mg₂Si-Partikel aufzulösen, die eventuell während vorheriger Vorgänge, wie z.B. dem Warmwalzen, grober geworden sind oder sogar vom Gießen zurückgeblieben sind und das Erhitzen wird bevorzugt bei einer Temperatur ausgeführt, die ausreichend ist, um das gesamte oder im Wesentlichen gesamte oder wenigstens das meiste (z.B. wenigstens 90%, bevorzugt 95% oder mehr) des Partikelvolumens im Wesentlichen aufzulösen, das bei der angewendeten Behandlungstemperatur aufgelöst werden kann, wobei man nicht vergessen darf, das ein perfektes Entfernen nicht unbedingt praktisch oder wirtschaftlich sein kann. Es ist wünschenswert, bei dieser Behandlung die Solvustemperatur oder höher zu erreichen, d.h. die Temperatur, bei der sich im Wesentlichen alle löslichen Bestandteile lösen lassen. Diese Temperatur variiert innerhalb der Legierungszusammensetzung zwischen rund 538°C (1000°F) und rund 571°C (1060°F), ein höherer Legierungsgehalt bedarf normalerweise einer höheren Temperatur. Falls das Erhitzen vor dem anfänglichen Warmwalzen bei einer sehr hohen Temperatur, z.B. bei der Solvustemperatur oder höher über einen längeren Zeitraum hinaus stattfindet, kann dies einer geringeren Zeit bei einer hohen Temperatur bei der thermalen Behandlung zwischen Walzen Rechnung tragen, insbesondere falls das Metall rasch gewalzt wird.
Bei der Verwendung von gewerblichen Metallhochöfen, die mehrere große Metallplatten erhitzen, ermöglicht die Metallerhitzungsrate beträchtliche Beträge an Mg₂Si, um ein un unterbrochenes Auflösen zu gewährleisten während die Metalltemperatur heißer und heißer wird, insbesondere über 538°C (1000°F). Während das Metall über etwa 538°C oder 543°C (1000°F oder 1010°F) erreicht, ist ein erheblicher Betrag an Mg₂Si bereits aufgelöst worden. Daher kann beim Erhitzen auf eine hohe Temperatur von etwa 560°C (1040°F) die Verweilzeit bei 560°C (1040°F) extrem kurz oder sogar praktisch Null sein, weil die Auflösung, die bei eine relativ langsame Bewegung auftritt, insbesondere von etwa 538°C (1000°F) auf die Temperatur, insbesondere angesichts der Tatsache, daß Mg₂Si rasch einer Festkörperauflösung unterzogen wird (insbesondere über etwa 538°C oder 543°C (1000°F oder 1010°F), gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Es sollte erwähnt werden, daß es bei der Herstellung von 6XXX-Legierungen, wie z.B. der 6013-Legierung gängig ist, eine Heißleitungs-Nacherwärmung einzusetzen, dies wird jedoch normalerweise ausgeführt, um den Hitzeverlust beim Walzen zu ersetzen und wird typischerweise bei etwa 454°C (850°F) ausgeführt.
Im Anschluß an die eben beschriebene thermale Behandlung zwischen Rollen wird die Legierung zusätzlich warmgewalzt, um die Metalldicke des zwischen Walzen thermal behandelten Metalls um wenigstens 20%, bevorzugt 50% oder mehr, typischerweise in einem Reversierwarmwalzwerk, zu vermindern. Dies wird als Warmwalz-Nachbehandlung bezeichnet. Das Warmwalzen, insbesondere die Warmwal-Nachbehandlung, wird bevorzugt sehr rasch bei hohen Walzwerk-Eingangstemperaturen ausgeführt, wie z.B. einer Eingangstemperatur des Walzwerks von etwa 538°C (1000°F) und ziemlich rasch, um die Zeit der Aussetzung an Temperaturen innerhalb von etwa 454°C bis 510°C (850°F bis 950°F) zu reduzieren, da diese Temperaturen mit der Zeit das Wachstum von Mg₂Si-Partikel verursachen können, ein kurzes Aussetzen jedoch keinen großen Schaden anrichtet.
Es wird daher bevorzugt, das Metall über längere Zeiträume hinaus liegen zu lassen, bevor mit der Warmwalz-Nachbehandlungsphase (d.h. nach der thermalen Behandlung zwischen Rollen) begonnen wird, wobei das Warmwalzen unmittelbar anschließend der thermalen Behandlung zwischen Walzen bevorzugt wird, um Verzögerungen zweckmäßigerweise zu vermeiden.
Falls es nicht zweckmäßig ist, das Metall unmittelbar nach der thermalen Behandlung zwischen Rollen warm zu walzen, enthält eine weniger bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein ziemlich rasches Abkühlen nach der thermalen Behandlung zwischen Rollen, z.B. durch Luftgebläse oder sogar mildes Wasserspray auf eine kühlere Temperatur, z.B. von etwa 371°C oder 399°C (700°F oder 750°F) für das Warmwalzen oder das weitere, ziemlich rasche Abkühlen auf Raumtemperatur und danach das Erhitzen auf rund 371°C oder 399°C (700°F oder 750°F) für das Warmwalzen. Trotzdem wird es typischerweise bevorzugt, die oben beschriebene Reihenfolge des raschen Warmwalzens bei hohen Temperaturen unmittelbar nach der thermalen Behandlung zwischen Rollen anzuwenden.
Das oben bezeichnete Warmwalzen wird typischerweise in Reversierwarmwalzwerken ausgeführt, die hin- und herwalzen, um dickes Metall dünner zu drücken, um so eine flache Platte herzustellen, die eine Produktdicke darstellen kann (die typischerweise rund 7–5 mm bis 20 mm (0,3 bis 0,8 Zoll) dick ist) oder die, falls gewünscht, kontinuierlich auf einen dünneren, typischerweise wickelbaren warmgewalzten Bestand warmgewalzt werden kann, indem sie durch eine Reihe von mehreren Walzständen durchläuft, wobei das kontinuierliche Warmwalzen typischerweise bei niedrigeren Temperaturen (z.B. 343°C (650°F) oder niedriger) als am Anfang des Reversierwalzwerks liegt. Die kontinuierlich warmgewalzte Legierung kann, falls gewünscht, eine Produktdicke darstellen, z.B. eine Dicke von rund 2,5 mm bis 7,5 mm (0,1 bis 0,3 Zoll). Demnach kann das Warmwalzen im Anschluß an die thermale Behandlung zwischen Walzen das Reversierwalzwerkwalzen auf ein flach gewalztes Produkt (z.B. etwa 15–6 mm (5/8 Zoll) oder dicker) beinhalten oder ein anschließendes kontinuierliches Warmwalzen auf ein kontinuierlich warmgewalztes, manchmal wickelbares Produkt (z.B. etwa 3 mm (1/8 Zoll) dick) beinhalten. Im Fall eines relativ dünnen Endproduktes, z.B. 2,5 mm (0,1 Zoll) oder weniger, kann der kontinuierlich warmgewalzte, typischerweise wickelbare Bestand auf eine Blechdicke von z.B. 0,5 mm bis 2,5 mm oder 5 mm (0,02 bis 0,1 oder 0,2 Zoll) oder möglicherweise dicker kaltgewalzt werden. Falls gewünscht, kann das Kaltwalzen vor einem Heißleitungs-Abkühlen stattfinden, obwohl es bevorzugt sein kann, dies zu vermeiden. Die Dicke der gewalzten Blech- oder Plattenprodukte gemäß der Erfindung kann typischerweise in einem Bereich von etwa 0,5 mm (0,02 Zoll) oder sogar weniger, sogar 0,25 mm (0,01, Zoll) oder weniger, bis zu 20 mm (0,8 Zoll) oder dicker, bis zu 25 mm (1 Zoll) oder dicker liegen, obwohl eine Blechdicke von rund 0,75 mm oder 1 mm (0,03 oder 0,04 Zoll) bis etwa 5 mm oder 6,25 mm (0,2 oder 0,25 Zoll) und bei einer leichten Platte von etwa 12 mm oder 16 mm oder 17,5 mm oder 20 mm (1/2 oder 5/8 oder 0,7 oder 0,8 Zoll) manchmal bevorzugt wird.
Nach dem Walzen wird die Legierung lösungsgeglüht, bevorzugt bei hohen Temperaturen von wenigstens 543°C (1010°F) oder 549°C (1020°F), eher bevorzugt von wenigstens 554°C oder 560°C (1030°F oder 1040°F) für die Legierung 6013 oder andere 6XXX-Legierungen, die diese Temperaturen aushalten können. Die Temperaturen nähern sich an oder übersteigen bevorzugt die Solvustemperatur. Dies löst Magnesiumsilicid (Mg₂Si) auf, das sich eventuell gebildet hat oder grober geworden ist sowie andere Phasen, die bei Behandlungstemperaturen löslich sind. Typischerweise kann das Lösungsglühen 1/4 bis 1 oder 2 Stunden lang für Platten (z.B. 6 mm (1/4 Zoll) bis 25 mm (ein Zoll) oder dicker) durchgeführt werden und kann in einem ziemlich kurzen Zeitraum für kontinuierlich warmgewalzte, wickelbare Bleche (etwa 0,5 mm bis 3,75 mm (0,02 bis 0,15 Zoll) dick) durchgeführt werden, zum Beispiel etwa 3 oder 4 Minuten lang bei Lösungsglühtemperaturen. Danach wird die Legierung rasch durch z.B. Quenchen in Wasser, das gesprüht werden kann oder durch Eintauch-Quenchen abgekühlt. Die Legierung kann dann gestreckt werden, um eventuelle Verformungen zu begradigen, die z.B. durch das Quenchen verursacht worden sind. Das Strecken von etwa 1 oder 2 oder 3% ist für diesen Zweck bekannt. Falls gewünscht, kann das Legierungsblech oder die platte durch Biegen, Walzformen, Profilwalzen, Streckformen oder durch andere Metallformungsverfahren nach dem Quenchen (und typischerweise nach dem natürlichen Altern auf einen stabilen Stand der mechanischen Eigenschaften, d.h. Zustand T4) geformt werden, da das Metall in diesem Zustand weicher und schwächer ist, als in dem künstlich gealterten Zustand T6, und daher leichter zu formen ist. Weiterhin kann das verbesserte Blech oder die Platte altersgeformt werden, d.h. durch einen Formvorgang während dem Erhitzen oder dem Beibehalten von künstlichen Alterungstemperaturen geformt werden.
Nach dem Quenchen wird die Legierung (mit oder ohne Formen nach dem Quenchen) künstlich gealtert, damit sie ihre gewünschte hohe Festigkeit entwickeln kann. Dies kann durch Erhitzen auf etwa 149 oder 177 oder 204°C (300 oder 350 oder 400°F) oder höher, bevorzugt etwa 177 bis 191°C (350 bis 375°F) etwa 8 bis 4 Stunden lang durchgeführt werden. Typische erwünschte Alterungsbehandlungen liegen bei etwa 4 Stunden bei 190°C (375°F) oder 8 Stunden bei 177°C (350°F). Das künstliche Altern wird anhand der Zeit zur Temperatur beschrieben, wie bekannt kann das künstliche Altern jedoch auch in programmierten Öfen ausgeführt werden, um die künstlichen Alterungseffekte des Erhitzens und Abkühlens innerhalb von Aushärtungstemperaturen zu berücksichtigen. Solche Effekte sind bekannt und im U.S.-Patent 3,645,804, erteilt an Ponchel, beschrieben. Dementsprechend umfaßt die hier verwendete Bezeichnung der künstlichen Alterungszeit zur Temperatur auch äquivalente Aushärtungseffekte beim Erhöhen oder Reduzieren der effektiven künstlichen Alterungstemperaturen, welche eine Verweilzeit bei einer beliebigen Temperatur verkürzen oder gar eliminieren kann. Wie oben angegeben, kann das verbesserte Blech oder die Platte auch durch Formen während des künstlichen Alterungsprozesses altersgeformt werden. Altersformungstechniken sind gemäß dem Stand der Technik bekannt. Es kann von Vorteil sein, zwei oder drei Phasen einer künstlichen Alterungsbehandlung einzusetzen, z.B. bei rund etwa 171°C (340°F), dann über 204°C (400°F), mit oder ohne einer dritten Phase bei rund etwa 171°C (340°F), wodurch sich die Korrosionsbeständigkeit ohne übermäßige Nachteile, wie z.B. einen übermäßigen Festigkeitsverlust, erhöhen kann.
Die resultierenden Produkte weisen eine erheblich reduzierte Anzahl von mikrostrukturellen verminderten/veränderten Dichtheitsmerkmalen der weiter oben beschriebenen Art auf. Bei Untersuchung unter REM, wie oben beschrieben, weist das verbesserte 6013-Legierungsprodukt eine erhebliche Freiheit von den beschriebenen Merkmalen mit niedriger Dichte oder wenigstens eine stark verminderte Anzahl dessen auf. Eine erhebliche Freiheit von den Merkmalen, wie hier verwendet, bedeutet nicht mehr als 50 Merkmale mit niedriger Dichte mit 1 Mikrometer oder mehr an Hauptdimension in einem äquivalenten Quadratzoll (6,25 cm²). Im weiteren Sinne weisen typische verbesserte Produkte jedoch nicht mehr als etwa 80 solcher Merkmale unter einer zuvor erwähnten REM-Untersuchung pro Quadratzoll (6,25 cm) auf, bevorzugt nicht mehr als etwa 65 oder 60 solcher Merkmale pro Quadratzoll (6,25 cm²), was im erheblichen Gegensatz zum 6013-Produkt des Stands der Technik steht, das typischerweise rund etwa 10 bis 200 solcher Merkmale pro Quadratzoll aufweist. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, können fünf tatsächliche Messungen bei 500-facher Vergrößerung zusammen einen Bereich von etwa 1 cm² (0,1575 Quadratzoll) ergeben. Die Merkmale, die in den fünf tatsächlichen Zählungen gezählt wurden, treffen somit auf den 1 cm² (0,1575 Quadratzoll) Gesamtbereich zu. Dies wird dann der Einfachheit halber auf einen Quadratzoll (6,25 cm²) umgerechnet. Demnach soll dies in bezug auf eine Anzahl von Merkmalen pro Quadratzoll oder äquivalenten Quadratzoll auch das Messen von weniger (oder möglicherweise mehr) als einem Gesamtquadratzoll (typischerweise in einem sehr kleinen Sichtbereich) und das Umrechnen auf einen Quadratzoll durch Kalkulation umfassen.
Die gemäß der Erfindung hergestellten verbesserten Produkte weisen verbesserte Ermüdungseigenschaften auf, insbesondere eine verminderte Rate der Rißausbildung unter Ermüdungsbedingungen (vermindertes Dauerrißwachstum). Ebenso signifikant ist die Tatsache, daß diese Verbesserung ohne übermäßige Nachteile erreicht wird, wie z.B. eine Minderung der Festigkeit oder Härte oder Korrosionsbeständigkeit. Das verbesserte Material in Legierungen des Typs 6013 weist im wesentlichen die gleiche gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und die gleichen oder bessere Bruchwiderstandseigenschaften, wie die Produkte vor dem Typ 6013 auf. Bei einem Material mit guter Bruchfestigkeit kann sich die Aufmerksamkeit eines Konstrukteurs bezüglich Beschädigungstoleranzen auf die Dauerrißwachstumsrate verlagern.
Die Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildung durch Ermüdung ist eine sehr erwünschte Eigenschaft. Der hier erwähnte Ermüdungsbruch findet aufgrund der wiederholten Belastungs- und Entlastungszyklen statt oder aufgrund des Wechsels zwischen einer hohen und einer niedrigen Beanspruchung, z.B. wenn der Flugzeugrumpf durch den Druckausgleich anschwillt und sich bei Drucknachlaß wieder zusammenzieht. Die Beanspruchungen während der Ermüdung liegen unter statischen Bruch- oder Zugfestigkeit des Materials, gemessen in einer Zugprüfung, und sie liegen typischerweise unterhalb der Fließfestigkeitswerte des Materials. Falls ein Riß oder ein rißartiger Defekt in einer Struktur existiert, kann die wiederholte, zyklische oder Ermüdungsbeanspruchung das Ausweiten des Risses verursachen. Dies wird als Ermüdungsrißausbreitung bezeichnet. Die Ausweitung eines Risses durch Ermüdung kann zu einem Riß führen, der groß genug ist, um sich katastrophal auszubreiten, wenn die Kombination der Rißgröße und der Beanspruchungen ausreichend ist, um die Bruchfestigkeit des Materials zu übersteigen. Dadurch bietet die Erhöhung der Festigkeit eines Materials in Bezug auf Rißausbreitung durch Ermüdung erhebliche Vorteile für die Langlebigkeit und Sicherheit einer Flugzeugstruktur. Je langsamer sich ein Riß ausbreitet, desto besser. Ein sich rasch ausbreitender Riß in einem strukturellen Flugzeugbauteil kann zu einem katastrophalen Ausfall ohne ausreichende Zeit zur Erkennung führen, wohingegen ein sich langsam ausbreitender Riß genügend Zeit zur Erkennung und für Korrekturmaßnahmen oder Reparatur läßt. Der Dauerrißwachstumsratentest ist gemäß dem Stand der Technik wohl bekannt. ASTM E647-99, zum Beispiel, beschreibt einen solchen Test.
Die Rate, bei welcher sich ein Riß in einem Material während einer zyklischen Beanspruchung ausbreitet, wird durch die Länge des Risses beeinflußt. Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Unterschied zwischen den Maximal- und Minimalbeanspruchungen, zwischen denen die Struktur zyklisch gewechselt wird.
Eine Messung, die die Effekte der Rißlänge und des Unterschieds zwischen den Maximal- und Minimalbeanspruchungen enthält, wird mit Dauerbeanspruchungsintensitätsfaktorbereich oder ΔK mit Einheiten in MPa√m oder ksi√in bezeichnet, ähnlich dem Beanspruchungsintensitätsfaktor, der zum Messen der Bruchfestigkeit verwendet wird. Der Beanspruchungsintensitätsfaktorbereich (ΔK) ist der Unterschied zwischen den Beanspruchungsintensitätsfaktoren bei den Maximal- und Minimalbeanspruchungen. Ein weiteres Maß, das die Ermüdungsrißausbreitung beeinflußt, ist das Verhältnis zwischen den Minimal- und Maximalbeanspruchungen während dem Wechseln, dies wird als Beanspruchungsverhältnis bezeichnet und mit R angegeben, wobei ein Verhältnis von 0,1 bedeutet, daß die Minimalbeanspruchung ein Zehntel der Maximalbeanspruchung ist.
Die Ermüdungsrißausbreitungsrate kann für ein Material mit Hilfe eines Testabschnitts gemessen werden, der einen Riß enthält. Eine typische Testprobe oder ein typischer Testabschnitt ist ein rechteckiges Blech mit einer Kerbe oder einem Schlitz in der Mitte, die/der sich in einer kreuzförmigen Richtung erstreckt (über die Mitte der Breite; normal zur Länge), wobei der Schlitz spitze oder scharfe Enden aufweist. Der Testabschnitt wird einer zyklischen Beanspruchung unterzogen und der Riß wächst am Ende/an den Enden des Schlitzes. Nachdem der Riß eine vorher festgelegte Länge erreicht hat, wird die Länge des Risses in regelmäßigen Abständen gemessen. Die Rißwachstumsrate kann für jeden beliebigen Zuwachs der Rißausbreitung gemessen werden, indem die Veränderung der Rißlänge (genannt Δa) durch die Anzahl der Beanspruchungszyklen (ΔN) geteilt wird, was den Betrag des Rißwachstums ergibt. Die Rißausbreitungsrate wird durch Δa/ΔN oder 'da/dN' dargestellt und weist Meter-/Zyklus-(oder Zoll-/Zyklus-)Einheiten auf.
Bei einem Dauerlast-Auslenkungstest sind die Zugbeanspruchung oder die Zuglasten für eine hohe Beanspruchung und eine niedrige Beanspruchung die gleichen während dem Ermüdungszyklus. Dies führt dazu, daß sich das ΔK-Niveau in Bezug auf die Beanspruchungsintensität (MPa√m) (ksi√in) erhöht, während sich der Riß während des Tests ausbreitet. Diese Erhöhung wird im Verlauf des Tests immer schneller und die Präzision kann dadurch in späteren Phasen darunter leiden, während sich der Riß in seiner Länge erheblich ausbreitet.
Noch eine weitere Testtechnik ist die Verwendung eines konstanten ΔK-Gradienten. Bei dieser Technik wird die ansonsten konstante Auslenkungsbeanspruchung zu den späteren Phasen des Tests hin reduziert, um die Rate der ΔK-Erhöhung zu verlangsamen. Dies fügt ein gewisses Maß an Präzision durch das Verlangsamen der Zeit hinzu, während welcher der Riß wächst, um eine bessere Meßpräzision nahe dem Ende des Tests bereitzustellen, an welchem der Riß sich tendenziell schneller ausbreitet. Diese Technik ermöglicht es dem ΔK, sich bei einer eher konstanten Rate zu entwickeln, als bei einem herkömmlichen Dauerlast-Auslenkungstest erreicht wird.
Der hier verwendete Dauerrißwachstumsratentest wird mit einer 400 mm (15,75 Zoll) breiten M (T) (mittlere Rißspannung) Probe gemäß ASTM E647-99 durchgeführt. Die probenfreie Länge zwischen den Probenhaltern beträgt mindestens 60 cm (24 Zoll) und die anfängliche Kerbenlänge beträgt 2a_f = 34 mm (1,417 Zoll) („A" ist die Hälfte des „Risses" oder der Schlitzlänge; „2a" ist die gesamte Länge). Die endgültige Rißlänge beträgt etwa 2a_f = 126 mm (5,2 Zoll). Die Probe wird über ihre gesamte Breite mit festgeschraubten Keilhaltern gehalten. Es werden Beanspruchungen bei einem Streßverhältnis, R, von 0,1 unter Anwendung eines ΔK-steigenden Gradienten beaufschlagt, was einen Dauerbeanspruchungs-Auslenkungstest an einer 39,4 cm (15,75 Zoll) breiten Probe mit einem Riß- oder Schlitzlängenbereich von 2a = 3,5 mm bis 130 mm (0,142 Zoll bis 5,2 Zoll) unter Anwendung einer maximalen Beanspruchung über die gesamte 39,4 cm (15,75 Zoll) Probe von 120 MPa (7,4 ksi) simuliert. Der Rißlängenbereich der Testprobe wird linear zum Rißlängenbereich eines Dauerbeanspruchungs-Auslenkungstests abgebildet und ΔK wird auf die Testprobe auf dem gleichen Niveau ausgeübt, das auf die Dauerbeanspruchungs-Auslenkungsprobe bei äquivalent abgebildeter Rißlänge ausgeübt werden würde. Mit anderen Worten, der Test wird unter Kontrolle des K-Gradienten genau so durchgeführt, wie er auch bei einem Dauer-K-Gradienten-Test durchgeführt würde, mit Ausnahme, daß der Gradient kontinuierlich verändert wird, um dem K-Gradienten zu entsprechen, der wie oben beschrieben bei einem Dauerbeanspruchungs-Auslenkungstest erreicht würde.
Der durch diesen Test abgedeckte ΔK-Bereich beträgt von etwa 8,5 bis etwa 55 MPa √m (7,7 bis etwa 50 ksi √in). Es gibt zwar keinen spezifischen vorherigen Rißschritt, aber die Daten von ungefähr dem ersten 1 mm (0,040 Zoll) des Rißwachstums von der maschinell bearbeiteten Kerbe werden nicht bei der Feststellung der Rißwachstumsrate verwendet. Dadurch sind sämtliche vorherigen Rißanforderungen der ASTM B647-99 erfüllt.
Die Rißlänge wird unter Anwendung des Einhaltungsverfahrens gemessen und der Test wird mit einem gewerblich erhältlichen Ermüdungsrißwachstumssystem kontrolliert, das so modifiziert wurde, um die Fähigkeit bereitzustellen, ΔK als eine Funktion der Rißlänge wie oben beschrieben anzuwenden. Der Test wurde bei einer Frequenz von 8 Hz gestartet; um jedoch ein hohes Maß an Beanspruchungskontrolle beizubehalten, wird die Frequenz auf 4 Hz reduziert, sobald die Wachstumsrate 9,75 × 10^–5/Zyklus (3,9 × 10^–5 Zoll/Zyklus) erreicht hat und wiederum auf 2 Hz, sobald die Rißwachstumsrate 6,75 × 10^–4 cm/Zyklus (2,7 × 10^–4 Zoll/Zyklus) erreicht hat. Die Tests werden in Laborluft durchgeführt, die innerhalb eines Temperaturbereichs von 18°C bis 27°C (64°F bis 80°F) und bei einem relativen Luftfeuchtigkeitsbereich von 20 bis 55 Prozent gehalten wird.
Die Einhaltungsmessungen und die Zyklusanzahl werden automatisch während des Tests eingetragen. Am Ende des Tests wird die Probe auseinander gezogen und visuelle Rißlängenmessungen werden von der Mittellinie bis zu beiden Enden des Risses genommen. Der zulässige Unterschied zwischen den einzelnen endgültigen Rißlängenmessungen gemäß ASTM E647-99 beträgt 0,025 W oder etwa 0,985 cm (0,394 Zoll). Falls der gemessene Unterschied diesen Grenzwert überschreitet, wird eine lineare Schätzung unternommen, um festzustellen, bei welcher Rißlänge der Grenzwert überschritten wurde. Falls die Rißlänge die Schätzung an einem beliebigen Ermüdungsrißwachstumsratenpunkt übersteigt, werden die Daten nicht verwendet.
Die Einhaltungsmessungen werden wie im ASTM E647-99 beschrieben angepaßt, sodaß die anfänglichen und endgültigen Einhaltungsrißlängen mit den anfänglichen und endgültigen visuellen Durchschnittsrißlängen übereinstimmen. Das Sieben-Punkte-Inkremental-Polynomverfahren gemäß ASTM E647-99 wird verwendet, um die Ermüdungsrißwachstumsrate (da/dN) an verschiedenen Rißlängen zu errechnen. Eine tabellarische Aufstellung der Zyklusanzahl, angewendeter Beanspruchung, Rißlänge, da/dN und ΔK wird erstellt, von welcher standardmäßige Protokollpläne (da/dN) als eine Funktion des Protokolls (ΔK) erarbeitet werden können.
Um einen Wert von da/dN als ein Ziel-ΔK festlegen zu können, werden die tabellarischen da/dN-Daten gegenüber den ΔK-Daten in Reihenfolge abgesucht, bis der letzte ΔK-Punkt gefunden wird, der geringer als das Ziel-ΔK ist. Eine lineare Regression wird an fünf Protokoll-(da/dN)- und Protokoll-(ΔK)-Datenpaaren (der gefundene Punkt, die zwei vorherigen Punkte und die zwei nachfolgenden Punkte) durchgeführt. Der Ziel-ΔK-Wert wird in die sich daraus ergebende Gleichung substituiert, um den da/dN-Wert zum Ziel-ΔK festzustellen. Auf diese Weise kann die tabellarische Aufstellung über den 5-Punkte-Durchschnitts-da/dN an jedem gewählten Ziel-ΔK-Punkt erstellt werden. Diese befinden sich gewöhnlich am ΔK = 11, 16,5, 22, 27, 33, 38,5, 44 und 49,5 MPa√m (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 und 45 ksi √Zoll), andere ΔKs können jedoch auch verwendet werden oder die Ermüdungsrißwachstumsraten anderer ΔKs können aus den vorgenannten ΔKs durch Interpolation kalkuliert werden.
Die Ermüdungsrißwachstumsraten für ein Blech oder eine Platte gemäß der Erfindung sind wesentlich langsamer, als die der bisherigen 6013-T6 Legierungsbleche oder -platten, die durch standardmäßige Produktionsmethoden hergestellt worden sind, wenn mit Hilfe einer Mittellinienrißspannungstafel gemessen und bei zyklischen Beanspruchungsfaktoren von ΔK größer als 22 MPa√m (20 ksi √in.) getestet wird, insbesondere bei einem ΔK von 27,5 oder 33 MPa (25 oder 30 ksi) oder höher. Die Daten zeigen, daß die Ermüdungsrißausbreitungsraten des Produkts gemäß der Erfindung im Vergleich zu bisherigen 6013-T6-Produkten drastisch vermindert werden, insbesondere bei höheren ΔK-Werten. Zum Beispiel, bei ΔK = 44 MPa√m (40 ksi √in) ist die Ermüdungsrißausbreitungsrate des Blechs gemäß der Erfindung im LT weniger als 60% der Rißausbreitungsrate eines standardmäßigen 6013-T6-Legierungsblechs. Das heißt, ein Riß im standardmäßigen 6013-T6-Legierungsblech wächst 69% schneller, als ein Riß im Produktblech gemäß der Erfindung.
Beispiel
Es wurden mehrere 6013-Legierungsbarren der Handelsgröße zum Walzen in ein großes Blech oder eine große Platte gegossen. Die Barren, über 50 cm (20 Zoll) dick, wurden bei etwa 560°C (1040°F) nahezu 8 Stunden lang homogenisiert und danach in einem Reversierwarmwalzwerk unmittelbar aus dem Ofen bei einer anfänglichen Walztemperatur von ungefähr 432°C (810°F) warmgewalzt. Das Metall wurde in der anfänglichen Warmwalzphase ausgeweitet und danach abgezogen, erneut auf etwa 432°C (810°F) erhitzt und mit der Legierung 1145 durch Warmwalzen plattiert und weiter auf eine Dicke von etwa 17,5 cm (7 Zoll) warmgewalzt, mit einer Gesamtverminderung von über 50% der ursprünglichen Barrendicke. Das Metall wurde dann auf 560°C (1040°F) 9 Stunden lang erhitzt und danach unmittelbar in einem Reversierwarmwalzwerk auf eine Dicke von etwa 2,5 cm (1 Zoll) warmgewalzt, danach kontinuierlich auf etwa 6,25 mm (1/4 Zoll) Dicke warmgewalzt und dann auf etwa 4,5 mm (0,18 Zoll) Dicke kaltgewalzt.
Das Metall wurde bei etwa (560°C) (1040°F) etwa 20 Minuten lang lösungsgeglüht, in Wasser abgeschreckt und danach gestreckt, um Verformungen zu entfernen.
Das auf diese Weise gemäß der Erfindung hergestellte Blech wies etwa einen Durchschnitt von 17 verminderten Dichtheitsmerkmalen in einem kalkulierten, äquivalenten Quadratzoll (6,25 cm²) auf, was einer merklichen Erhöhung gegenüber den auf herkömmliche Weise hergestellten 6013-Produkten mit einer Zusammensetzung, die dem verbesserten Material annähernd ähnlich ist, das etwa 279 solcher Merkmale in einem kalkulierten, äquivalenten Quadratzoll aufwies, entspricht. Die meisten oder alle der Merkmale mit verminderter Dichte waren 2 Mikrometer groß oder größer.
In jedem Fall wurden fünf Messungen bei 500-facher Vergrößerung, einschließlich der Merkmale mit verminderter Dichte an oder in der Nähe der Mitteldicke des Blechs für ein Material an der Mittellinie einer Probe mit Blechbreite vorgenommen und zusammengezählt und fünf weitere in der Nähe der Kante wurden ebenfalls zusammengezählt. Der Gesamtbereich fünf dieser Messungen betrug etwa 0,98 cm² (0,1575 Quadratzoll). Die kumulative Zahl der Defekte in jeder der fünf Meßgruppen ist in Tabelle 1 zusammengezählt und in einen Vergleich zu herkömmlich hergestellten 6013-Produkten gestellt. Ebenfalls in Tabelle 1 enthalten ist die Anzahl der äquivalent verminderten Dichtheitsmerkmale pro Quadratzoll (6,25 cm²). Die Anzahl der Merkmale pro äquivalentem Quadratzoll umfaßt auch die Anzahl der einzelnen Zählungen, bei 500-facher Vergrößerung, wie z.B. 3 oder 4 Zählungen auf etwa 20 (oder mehr) und das Umrechnen derer auf einen Quadratzoll durch Kalkulation.
Tabelle 1
Die Festigkeitseigenschaften für ein auf diese Weise hergestelltes Blech gemäß der Erfindung in einer T6-Mischung werden in Tabelle 2 aufgeführt, und die Ermüdungsrißwachstumsraten sind in Tabellen 3A und 3B aufgeführt und werden mit gewerblich hergestellten 6013-T6 plattierten Blechen verglichen. Tabelle 2

Tabelle 3A

{1 ksi√Zoll = 1,1 MPa√m/Zoll/Zyklus = 25,4 mm/Zyklus}
Tabelle 3B
Wie ersichtlich ist, sind die Spannungs- und Kompressions-Fließ- und Bruchfestigkeits-werte zwischen dem Produkt gemäß der Erfindung und dem gewerblichen 6013 ähnlich. Der Bruchwiderstand des Produkts gemäß der Erfindung ist um etwas verbessert (oder wenigstens nicht vermindert) und die Brucheigenschaften sind wesentlich verbessert. Die Ermüdungsrißwachstumsrate ist um so viel wie 25 oder 30% oder mehr, bei den wichtigen, hohen ΔK-Werten im Vergleich zum gewerblich hergestellten 6013-T6, vermindert.
Die Verbesserung der Ermüdungsrißwachstumsrate bei AK-Niveaus von 22 MPa√m (20 ksi √in) oder mehr und insbesondere von 27,5 MPa√m (25 ksi√in) oder mehr sind äußerst beträchtlich. Dementsprechend wird geschätzt, daß das verbesserte Produkt maximale Grenzen (z.B. garantierbar) für Ermüdungsrißwachstumsraten für AK von 22 MPa√m (20 ksi√in) oder mehr so eingestellt werden können, daß ein oder mehrere der Maximalniveaus in Tabelle 4 erfüllt sind. Bei anderen als in Tabelle 4 angegebenen AKs (z.B. AKs, die zwischen den angegebenen Werten liegen), kann das Maximum durch Interpolation festgestellt werden, und wie in den Ansprüchen angegeben, bezieht sich Tabelle 4 auf einen oder mehrere Werte in Tabelle 4, einschließlich einem oder mehreren Werten für AKs zwischen 2 AKs in der Tabelle, die durch Interpolation festgestellt werden.
Tabelle 4 Maximalermüdungsrißwachstumsrate
Durch die Verminderung der mikroskopischen Merkmale mit veränderter oder verminderter Dichte, die sich aus der Praxis der Erfindung und der damit verbundenen Verbesserung der Ermüdungsrißwachstumsrate ergibt, insbesondere im Hinblick auf wenig oder keine Abnahme durch erhebliche nachteilige „Nebenwirkungen" der anderen Eigenschaften, wie z.B. der Korrosionsbeständigkeit oder der Festigkeit sind die verbesserten Produkte besonders für Anwendungen, wie z.B. große Flugzeugrumpfbauteile an dem Flugzeugrumpf großer Flugzeuge, einschließlich für Flugzeugrumpfmittelstückbauteile.
Solche Platten weisen verbesserte Ermüdungseigenschaften in Bezug auf die verminderte Ermüdungsrißwachstumsrate auf. Die verbesserten Legierungsblech- und Plattenbauteile sind verschweißbar, sodaß die Längsträgerelemente an die Blech- oder Plattenbauteile geschweißt werden können, um diese zu verstärken (anstatt die ausge dehnten Längsträger an die Bauteile zu nieten, wie es derzeit zum größten Teil der Fall ist), wodurch ein verbessertes längsträgerverstärktes Bauteil bereitgestellt wird. Die Bauteile können, beispielsweise vor dem Anschweißen der Längsträger, maschinell bearbeitet oder chemisch gefräst werden, um Metall zu entfernen und die Dicke an ausgewählten Streifenbereichen zu vermindern, um aufrecht ausgedehnte Rippen zwischen den ausgedehnten, chemisch gefrästen oder maschinell bearbeiteten Streifenbereichen zu hinterlassen. Die aufrecht stehenden Rippen stellen gute Stellen zum Anschweißen der Längsträger für eine Verstärkung bereit. An den Stellen, an denen ein Flugzeugrumpfbauteil 6013 darstellt, können die Längsträger 6013 oder andere Legierungs-Stangpressprofile des Typs 6XXX oder profilgewalzte Plattenelemente sein. Demzufolge stellt die Erfindung verbesserte, gewalzte Bleche und Platten für Flugzeuganwendungen, wie z.B. Flugzeugrumpfmittelstückbauteile sowie für verbesserte Flugzeugrumpf- und Rumpfabschnitte und Unterbaugruppen für größere Jetflugzeuge, wie z.B. große Passagierflugzeuge und Frachtflugzeuge bereit.
Das Ausmaß der Verbesserung gemäß der Erfindung gegenüber herkömmlich hergestellten 6013-T6 gewerblichen Produkten mit verminderter (niedrigerer) Ermüdungsrißwachstumsrate ist deutlich, insbesondere bei mittelmäßigen bis höheren Niveaus an AK, wie z.B. 22 bis 49,5 MPa√m (20 bis 45 ksi√in) oder, noch wichtiger, bei AK-Niveaus von 27,5 MPa√m (25 ksi√in) und mehr, wie z.B. ein AK von 27,5 bis 44 MPa√m (25 bis 40 ksi√n) oder mehr. Die Ermüdungsrißwachstumsrate gemäß der Erfindung stellt eine Verbesserung von wenigstens 10 oder 20% gegenüber herkömmlichen 6013-T6 dar (Riß wächst mindestens 10 bis 20% langsamer, als bei herkömmlichen 6013-T6) und insbesondere bei AK-Niveaus über 20, wobei die Erfindung eine Verbesserung von wenigstens 10% und bis zu 40% oder sogar höher darstellt (bei einer 40%igen Verbesserung wächst ein Riß 40% weniger schnell, als bei herkömmlichen 6013-T6).
Die Verbesserungen gegenüber den 6XXX-Legierungen oder gegenüber den 6013 oder gegenüber den 6013-T6 beziehen sich im allgemeinen und bevorzugt auf ähnliche Legierungen und Produktformen, wie z.B. Platte gegenüber Platte, plattiertes Blech gegenüber plattiertes Blech oder wenigstens auf 6XXX-Legierungen, 6013- Legierungsproduktformen, von denen ähnliche Eigenschaftsniveaus, wie die der zu vergleichenden Produktform, erwartet werden.
Abgesehen von dem offensichtlich sicherheitstechnischen Vorteil, wird durch die Erfindung ein weiterer Vorteil der niedrigeren Wachstumsrate von Rissen durch Ermüdung erreicht, nämlich daß die Verwender von Flugzeugen den Zeitabstand zwischen Inspektionen von Rissen und Defekten verlängern und dadurch die Kosten der Inspektionen sowie die Betriebskosten senken und den Wert des Flugzeugs für den Verwender steigern können. Das Produkt gemäß der Erfindung gewährleistet ebenfalls einen Anstieg der Anzahl der Druckbeaufschlagungs-/Druckminderungs- oder anderer beanspruchender Zyklen, wodurch die Betriebskosten weiter gesenkt werden und das Flugzeug weiter verbessert wird.
Das Messen und Testen der Ermüdung wurde in gewisser Genauigkeit beschrieben, wobei es sich versteht, daß die oben erwähnten Tests dazu vorgesehen sind, die guten Eigenschaftsniveaus der Erfindung hervorzuheben, aber nicht unbedingt eine Beschränkung derselben darstellen. Es können zum Beispiel andere Testverfahren entwickelt werden und die gute Leistung der Erfindung kann auch gut durch diese Verfahren gemessen werden. Es wird angenommen, daß Produkteigenschaften der Erfindung, die im allgemeinen oder im wesentlichen den beschriebenen Testergebnissen entsprechen, mit anderen Testverfahren veranschaulicht werden können.
Die Erfindung stellt Produkte bereit, die zur Verwendung in Großflugzeugen, wie z.B. großen Passagierflugzeugen und Frachtflugzeugen oder anderen Flugzeugen oder Flugfahrzeugen, geeignet sind. Solche Produkte an sich sind typischerweise groß, z.B. 1,5 bis 3 m (5 oder 10 Fuß) bis zu 7,5 oder 9 m (25 oder 30 Fuß) oder sogar 15 m (50 Fuß) oder höher und 0,6 bis 1,8 oder 2,1 m (2 bis 6 oder 7 Fuß) breit oder breiter. Trotzdem erzielen die Produkte gemäß der Erfindung selbst bei diesen großen Größen gute Eigenschaftskombinationen. Dementsprechend stellt ein besonderer Vorteil der Erfindung Produkte von ausreichend großer Größe bereit, die für größere strukturelle Komponenten in Flugzeugen, wie z.B. größeren Flugzeugrumpfkomponenten und möglicherweise anderen Komponenten, geeignet sind. Das Blech- und Plattenprodukt gemäß der Erfindung (insgesamt als gewalzter Bestand bezeichnet), kann in ein Element für ein Flugzeug, wie z.B. eine Flugzeugrumpfkomponente oder -platte geformt werden, und das Flugzeug kann den Vorteil der Erfindung wie beschrieben nutzen. Das genannte Formen kann Biegen, Formrecken, maschinelle Bearbeitung, chemisches Fräsen und andere Formverfahren sowie Kombinationen von Formverfahren, die gemäß dem Stand der Technik zum Formen von Platten oder anderen Elementen für Flugzeuge, die Flugzeugindustrie oder andere Fahrzeuge bekannt sind, beinhalten. Das Formen, das Biegen oder eine anderweitige plastische Umformung beinhaltet, kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, wie z.B. bei rund 93°C bis 204°C (200°F bis 400°F). Falls erhöhte Temperaturen beim Formen verwendet werden, können diese bei einer wie zuvor beschriebenen künstlichen Alterungsbehandlung eingesetzt werden. Die Elemente können ebenfalls befestigte Streben oder Verstärker enthalten, wie z.B. strukturelle Träger, die durch Schweißen oder andere Mittel befestigt werden.
Mit Großjetflugzeugen sind Flugzeuge mit einer Größe ähnlich der Boeing 747, 767, 757, 737, 777 und dem Airbus A319, A320, A318, A340, A380 und den Militärflugzeugen C 17 und KC 135 gemeint. Während die Erfindung speziell für Flugzeughäute an Großjetflugzeugen geeignet ist, bietet sie auch erhebliche Vorteile für kleinere Flugzeuge, wie z.B. regionale oder private/geschäftliche Jets und möglicherweise sogar für kleinere Flugzeuge. Während die Erfindung besonders für Flugzeugrumpfhäute geeignet ist, kann sie auch für andere Anwendungen, wie z.B. als Fahrzeugbauteil, Bahnwaggonbauteil oder für andere Verwendungszwecke eingesetzt werden.
Wenn nicht anders angegeben treffen die nachfolgenden Definitionen hierin zu:

(a) der Begriff „ksi" entspricht Kilopfund pro Quadratzoll.
(b) Prozentzahlen einer Zusammensetzung beziehen sich auf % nach Gewicht.
(c) der Begriff „Barren abgeleitet" bedeutet aus einem Flüssigmetall erstarrt durch ein bekanntes oder anschließend entwickeltes Plattierungsverfahren, anstatt durch Pulver metallurgieverfahren. Dieser Begriff umfaßt, ist jedoch nicht beschränkt auf, unmittelbaren Kokillenguß, elektromagnetischen Strangguß sowie sämtliche Variationen davon.
(d) Bei der Angabe von einem numerischen Bereich für ein Element einer Zusammensetzung oder einer Temperatur oder eines anderen Verfahrensmaterials oder eines Ausmaßes an Verbesserung oder eines anderen hier genannten Gegenstands und abgesehen von und zusätzlich zu den gebräuchlichen Regeln zum Auf- und Abrunden von Zahlen soll dieser jede Zahl spezifisch bezeichnen und offenbaren, einschließlich jedem Bruchteil und/oder jeder Dezimalstelle zwischen den genannten Minimal- und Maximalwerten für den genannten Bereich. (Zum Beispiel, ein Bereich von 1 bis 10 würde 1,1, 1,2 ... 1,9, 2, 2,1, 2,2 ... usw., bis zu 10 offenbaren, einschließlich jeder Zahl und jedes Bruchteils oder Dezimalstelle dazwischen). "Bis zu x" bedeutet z.B. für ein Element, das als in der Legierung oder einem anderen Material als vorhanden angegeben ist oder durchgeführt wird, „x" und jede Zahl kleiner als „x", z.B. würde bis zu 5, 0,01 ... 0,1 ... 1 und so weiter bis 5 offenbaren, wobei "bis zu x" für ein Element oder ein anderes nicht als tatsächlich vorhanden angegebenes Material das selbe zusammen mit Null beinhalten würde. "Wenigstens y" (oder "y oder höher") bedeutet "y" und jede praktische Zahl oder Wert über "y". Zum Beispiel, eine Temperatur von „wenigstens 549°C (1020°F)" (oder 549°C (1020°F) oder höher) bedeutet 549°C (1020°F) und eine höhere Temperatur, jedoch keine destruktiven Temperaturen, wie z.B. der Schmelzpunkt oder andere nachteilige Ausschweifungen.
(e) Ungeachtet des vorstehenden Punkts (d) bezieht sich die Angabe eines Minimums (z.B. für Festigkeit oder Belastbarkeit) oder eines Maximums (z.B. für die Ermüdungsrißwachstumsrate) für ein mechanisches Eigenschaftsniveau, bezieht sich diese auf ein Niveau, bei welchem die Spezifikationen für Materialien aufgeschrieben werden können oder auf ein Niveau, bei welchem ein Material garantiert werden kann oder auf ein Niveau, auf das sich ein Flugzeugteilebauer (vorbehaltlich des Sicherheitsfaktors) mit dem Entwurf verlassen kann. In einigen Fällen kann eine statistische Basis vorhanden sein, z.B. worin 99% des Produktes mit 95%iger Sicherheit unter Anwendung von standardmäßigen Statistikverfahren entsprechen oder erwartet wird, daß es entspricht.
(f) Bei der Erörterung von Legierungen nach spezifischen Zahlen, wie z.B. 6013, bezieht sich diese auf die Legierungen der Aluminium Association (AA). Bei der Bezugnahme auf eine Klassenbezeichnung von Legierungen, bezieht sich diese auf die AA-Klasse; 6XXX oder Legierungen des Typs 6XXX beziehen sich z.B. auf die Aluminiumlegierungen, die Magnesium und Silikon als Hauptlegierungszusätze enthalten, ob die Legierung mit der Aluminium Association registriert ist oder nicht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Blech- oder Plattenprodukts, umfassend: (a) Bereitstellen einer Aluminiumlegierung, die aus 0,5 bis 1,8% Si, 0,5 bis 1,5% Mg, bis zu 1,2% Cu, bis zu 1% Mn, bis zu 1% Zn, bis zu 0,4% Cr, bis zu 0,5% Ag, bis zu 0,3% Sc, bis zu 0,2% V, bis zu 0,2% Hf, bis zu 0,2% Zr besteht, wobei der Rest Aluminium und Kontaminationsverunreinigungen sind; (b) Erwärmen der Legierung; (c) Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke um wenigstens 30% zu vermindern; (d) thermisches Behandeln der in (c) warmgewalzten Legierung bei 543°C (1.010°F) oder höher; (e) weiteres Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke weiter zu vermindern; (f) Lösungsglühen der Legierung bei 543°C (1.010°F) oder höher; (g) Quenchen der Legierung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung Mn enthält und bis zu 1% Mn vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 0,4 bis 1% Cu enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 0,5 bis 1,4% Si, 0,7 bis 1,4% Mg, 0,5 bis 1,1% Cu und 0,2 bis 0,8% Mn enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 0,6 bis 1,2% Si, 0,8 bis 1,2% Mg, 0,6% bis 0,621% Cu, 0,5 bis 0,9% Zn und 0,2 bis 0,4% Cr enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 0,6 bis 1% Si, 0,8 bis 1,2% Mg, 0,6 bis 1,1% Cu und 0,2 bis 0,8% Mn enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe, die aus bis zu 1% Mn, bis zu 1% Zn, bis zu 0,4% Cr, bis zu 0,5% Ag, bis zu 0,3% Sc, bis zu 0,2% V, bis zu 0,2% Hf und bis zu 0,2% Zr besteht, in der Legierung vorliegt bzw. vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe, die aus 0,2 bis 1% Mn, 0,1 bis 0,9% Zn, 0,1 bis 0,35% Cr, 0,05 bis 0,5% Ag, 0,03 bis 0,3% Sc, 0,03 bis 0,2% V, 0,03 bis 0,2% Zr und 0,03 bis 0,2% Hf besteht, vorliegt bzw. vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung in (b) auf 543°C (1.010°F) oder höher für eine Zeit von wenigstens zwei Stunden erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Legierung in (b) auf 557°C (1.035°F) oder höher für eine Zeit von wenigstens einer Stunde erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Warmwalzen in (c) die Legierungsdicke um wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 50%, bevorzugter wenigstens 60% vermindert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die thermische Behandlung in (d) bei 548°C (1.020°F) oder höher ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die thermische Behandlung in (d) bei 554°C (1.030°F) oder höher ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei anschließend an das Warmwalzen in (e) die Legierung kaltgewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung durch ein Formen nach dem Quenchen jedoch vor einer künstlichen Alterungsbehandlung geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung auf einer oder beiden Walzoberflächen mit einer unterschiedlichen Metallzusammensetzung bevorzugt vor der thermischen Behandlung in (d) plattiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Warmwalzen von (e) die Metalldicke um wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 40%, vermindert.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen eines Blech- oder Plattenprodukts, umfassend: (a) Bereitstellen einer Aluminiumlegierung, die 0,6 bis 1,6% Si, 0,6 bis 1,4% Mg und 0,3 bis 1% Cu umfaßt; (b) Erwärmen der Legierung auf 1.020°F oder höher; (c) Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke um wenigstens 40% zu vermindern; (d) thermisches Behandeln der in (c) warmgewalzten Legierung bei 548°C (1.020°F) oder höher; (e) weiteres Warmwalzen der Legierung, um ihre Dicke um wenigstens 30% zu vermindern; (f) Lösungsglühen der Legierung bei 548°C (1.020°F) oder höher; (g) Quenchen der Legierung.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Legierung 0,25 bis 0,8% Mn enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Legierung 0,5 bis 0,9% Zn und 0,2 bis 0,35% Cr enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das hergestellte Produkt ein Blech von nicht über 6 mm (0,25 Inch) Dicke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das hergestellte Produkt ein leichtes Zieheisen von nicht mehr als etwa 20 mm (0,8 Inch) Dicke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierung 0,5 bis 1,2% Cu umfaßt, und entweder (I) 0,2 bis 0,9% Mn; oder (ii) 0,5 bis 0,9% Zn und 0,2 bis 0,4% Cr; und wobei in Schritt (c) die Legierungsdicke um wenigstens 40% vermindert wird; in Schritt (d) die Legierung thermisch bei 1.020°F oder höher behandelt wird; in Schritt (e) die Dicke weiter um wenigstens 25% vermindert wird; in Schritt (f) die Legierung lösungsgeglüht wird bei 548°C (1.020°F) oder höher.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei anschließend an Schritt (e) die Legierung kaltgewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Schritt (b) die Legierung auf 548°C (1.020°F) oder höher erwärmt wird; in Schritt (c) die Dicke um wenigstens 40% vermindert wird; in Schritt (d) die Legierung thermisch bei 557°C (1.035°F) oder höher behandelt wird; in Schritt (e) die Dicke um wenigstens 30% vermindert wird; und in Schritt (f) die Legierung lösungsgeglüht wird bei 554°C (1.030°F) oder höher und nach (g) die Legierung künstlich gealtert wird.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Legierung durch ein Formen nach dem Quenchen jedoch vor dem künstlichen Altern geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Legierung durch ein Formen nach dem künstlichen Altern geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Schritt (b) die Legierung auf 548°C (1.020°F) oder höher erwärmt wird; in Schritt (c) die Legierung warmgewalzt wird, um ihre Dicke um wenigstens 40% zu vermindern; in Schritt (d) die Legierung bei 554°C (1.030°F) oder höher thermisch behandelt wird; in Schritt (e) die Dicke weiter um wenigstens 30% vermindert wird und in Schritt (f) die Legierung lösungsgeglüht wird bei 1.030°F oder höher.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Legierung ebenfalls wenigstens eines, jedoch nicht mehr als drei Elemente aus der Gruppe enthält, die aus 0,5 bis 0,9% Zn, 0,1 bis 0,35% Cr, 0,05 bis 0,5% Ag, 0,03 bis 0,3% Sc, 0,03 bis 0,2% V, 0,03 bis 0,2% Zr und 0,03 bis 0,2% Hf besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Schritt (b) die Legierung auf 548°C (1.020°F) oder höher erwärmt wird, das Verfahren zusätzlich, nach Schritt (c) und vor Schritt (d), den Schritt (c2) eines Warmwalzbindens der Legierung an eine Plattierungslegierung auf einer oder beiden Walzflächen derselben umfaßt, dann die Schritte (c3) eines weiteren Warmwalzens der Legierung und eines weiteren Verminderns ihrer Dicke, und wobei die Dickeverminderungen in Schritten (c), (c2) und (c3) insgesamt wenigstens 40% sind; und wobei in Schritt (d) die Legierung thermisch bei 548°C (1.020°F) oder höher behandelt wird; in Schritt (e) die Legierung in ihrer Dicke um wenigstens 30% weiter vermindert wird; während in Schritt (f) die Legierung lösungsgeglüht wird bei 554°C (1.030°F) oder höher.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Plattierungslegierung Mg und Si enthält.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Plattierungslegierung nicht-legiertes Aluminium ist.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Plattierungslegierung Zn enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei zum Herstellen eines gewalzten Blechprodukts, umfassend eine Dickenverminderung um wenigstens 50%, der thermische Behandlungsschritt bei 554°C (1.030°F) oder höher ist und die Legierung nach dem weiteren Warmwalzschritt kaltgewalzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines geformten Flugzeughautbauteils, wobei ein Aluminiumblech oder eine -platte in der Produktion des Flugzeughautbauteils geformt wird, wobei das Aluminiumblech oder die -platte durch ein Verfahren bereitgestellt wird, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, wobei die Aluminiumlegierung 0,5 bis 1% Si, 0,5 bis 1,2% Mg, 0,5 bis 1,1% Cu und 0,2 bis 0,8% Mn umfaßt, und wobei in Schritt (c) die Legierung warmgewalzt wird, um ihre Dicke um wenigstens 40% zu vermindern; in Schritt (d) die thermische Behandlung der Legierung bei 548°C (1.020°F) oder höher ist; in Schritt (e) die Dicke weiter um wenigstens 30% vermindert wird und in Schritt (f) die Legierung bei 548°C (1.020°F) oder höher lösungsgeglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Flugzeughautbauteil ein Flugzeugrumpfbauteil ist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Flugzeughautbauteil ein Flugzeugrumpfmittelstückbauteil ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Legierung anschließend an (e) und vor dem Lösungsglühen kaltgewalzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Flugzeugrumpfs, wobei geformte Aluminiumlegierungsblech- oder leichte -plattenbauteile den Flugzeugrumpf umfassen, wobei die Aluminiumblech- oder -plattenbauteile aus Aluminiumblech oder -platte gebildet werden, die durch ein Verfahren bereitgestellt werden, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, wobei die Aluminiumlegierung 0,6 bis 1,2% Si, 0,8 bis 1,2% Mg, 0,5 bis 1,2% Cu und entweder (i) 0,2 bis 0,8% Mn oder (ii) 0,5 bis 0,9% Zn und 0,2 bis 0,4% Cr umfaßt, und wobei in Schritt (c) die Legierung warmgewalzt wird, um ihre Dicke um wenigstens 50% zu vermindern; in Schritt (e) die Legierung weiter warmgewalzt wird, um ihre Dicke um wenigstens 20% weiter zu vermindern und in Schritt (f) die Legierung bei 548°C (1.020°F) oder höher lösungsgeglüht wird.