DE68924710T2

DE68924710T2 - Ultrahochfeste al-cu-li-mg-legierungen.

Info

Publication number: DE68924710T2
Application number: DE68924710T
Authority: DE
Inventors: Frank Heubaum; Lawrence Kramer; Timothy Langan; Joseph Pickens
Original assignee: Martin Marietta Corp
Current assignee: Martin Marietta Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2009-07-29
Also published as: NO180169B; NZ230325A; DK175881B1; NO910609L; AU631137B2; NO910609D0; PT91459B; IL91249A; KR900702066A; ATE129751T1; AU4056889A; DK26491D0; NO180169C; CA1340718C; US5259897A; IL108872A0; DE68924710D1; IL91249A0; EP0432184A1; JP3222124B2

Description

Die vorliegende Erfindung liefert Al-Cu-Li-Mg-Basislegierungen, von denen gefunden wurde, daß sie extrem erwünschte Eigenschaften, wie hohe Festigkeit nach künstlicher Alterung mit und ohne Kaltbearbeitung, starkes Ansprechen auf natürliche Alterung mit und ohne vorherige Kaltbearbeitung, hohe Kombinationen von Festigkeit und Duktilität, niedrige Dichte und hohen Modul, haben. Außerdem besitzen die Legierungen gute Schweißbarkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, gute cryogene Eigenschaften und gute Eigenschaften bei erhöhter Temperatur. Diese Legierungen sind besonders für Raumfahrt-, Luftfahrt-, Waffen- und Panzerfahrzeuganwendungen geeignet, wo spezifische Festigkeit (Festigkeit geteilt durch Dichte) wichtig ist und ein gutes Ansprechen auf natürliche Alterung wegen der Undurchführbarkeit einer vollen Hitzebehandlung in vielen Fällen brauchbar ist. Außerdem erlaubt die Schweißbarkeit der vorliegenden Legierungen ihre Verwendung in Anordnungen, die durch Schweißen miteinanander verbunden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bekommt man stark verbesserte Eigenschaften bei Al- Cu-Li-Mg-Basislegierungen, indem man die Mengen von Cu, Li und Mg in speziellen Bereichen vorsieht. Für Al-Legierungen mit einem Gehalt von 5 bis 7 Gew.-% Cu muß die Li-Menge im Bereich von 0,1 bis 2,5 Gew.-% gehalten werden, während die Mg-Menge auf 0,05 bis 4 Gew.-% begrenzt werden muß. Für Al-Legierungen mit einem Gehalt von 3,5 bis 5 Gew.-% Cu muß der Li-Gehalt auf 0,8 bis 1,8 Gew.-% begrenzt werden, während der Mg-Gehalt im Bereich von 0,25 bis 1,0 Gew.-% gehalten werden muß. Besonderen Vorteil erhält man gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Al-Cu-Li-Mg-Legierung mit einem hohen Gewichtsprozentverhältnis von Cu zu Li.
So bekommt man nach einem Aspekt der Erfindung eine Aluminiumbasislegierung, die aus 3,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 0,8 bis 1,8 Gew.-% Li, 0,25 bis 1,0 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.- % Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, und gegebenenfalls 0,01 bis 1,5 Gew.-% wenigstens eines Ergänzungselementes, das unter Zn, Ge, Be, Sr und Ca ausgewählt ist, besteht, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreinigungen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung bekommt man eine Aluminiumbasislegierung, die aus 5,0 bis 7,0 Gew.-% Cu, 0,1 bis 2,5 Gew.-% Li, 0,05 bis 4 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb,B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, und gegebenenfalls 0,01 bis 1,5 Gew.-% wenigstens eines Ergänzungselementes das unter Zn, Ge, Be, Sr und Ca ausgewählt ist, besteht, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreinigungen ist.
Die erwünschten Eigenschaften von Aluminium und seinen Legierungen, wie niedrige Kosten, niedrige Dichte, Korrosionsbeständigkeit und leichte Herstellung, sind wohl bekannt.
Ein wichtiges Mittel zur Verbesserung der Festigkeit von Aluminiumlegierungen ist die Hitzebehandlung. Üblicherweise werden drei grundsätzliche Stufen in der Hitzebehandlung von Aluminiumlegierungen verwendet:
1. Lösungswärmebehandlung,
2. Abschrecken und
3. Alterung.
Außerdem wird vor der Alterung oftmals eine Kaltbearbeitungsstufe hinzugefügt. Lösungswärmebehandlung besteht darin, daß man die Legierung bei einer genügend hohen Temperatur und während einer genügend langen Zeit durchwärmt, um eine nahezu homogene feste Lösung ausfällungsbildender Elemente in Aluminium zu bekommen. Das Ziel ist es, die maximalen praktischen Mengen der löslichen härtenden Elemente in feste Lösung aufzunehmen. Abschrecken schließt das rasche Kühlen der festen Lösung, die während der Lösungswärmebehandlung gebildet wurde, ein, um eine übersättigte feste Lösung bei Raumtemperatur zu erzeugen. Die Alterungsstufe schließt die Bildung festigender Ausscheidungen aus der rasch gekühlten übersättigten festen Lösung ein. Ausscheidungen können unter Verwendung natürlicher (Umgebungstemperatur) oder künstlicher (erhöhte Temperatur) Alterungstechniken gebildet werden. Bei natürlichem Altern wird die abgeschreckte Legierung auf Temperaturen im Bereich von -20 bis 50 ºC, typischerweise bei Raumtemperatur während relativ langer Zeitdauer gehalten. Für bestimmte Legierungszusammensetzungen erzeugt die Ausscheidungshärtung, die aus natürlichem Altern allein resultiert, brauchbare physikalische und mechanische Eigenschaften. Bei künstlicher Alterung wird die abgeschreckte Legierung auf Temperaturen typischerweise im Bereich von 100 bis 200 ºC während einer Zeitdauer von typischerweise etwa 5 bis 48 h gehalten, um eine Ausscheidungshärtung zu erhalten.
Das Ausmaß in welchem die Festigkeit von Al-Legierungen durch Hitzebehandlung gesteigert werden kann, steht in Beziehung zu der Art und Menge der verwendeten legierenden Zusätze. Der Zusatz von Kupfer zu Aluminiumlegierungen bis zu einem bestimmten Punkt verbessert die Festigkeit und in einigen Fällen die Schweißbarkeit. Der weitere Zusatz von Magnesium zu Al-Cu-Legierungen kann die Korrosionsbeständigkeit verbessern, das Ansprechen auf natürliche Alterung ohne vorherige Kaltbearbeitung verstärken und die Festigkeit erhöhen. Bei relativ niedrigen Mg-Gehalten wird jedoch die Schweißbarkeit vermindert.
Eine im Handel erhältliche Aluminiumlegierung, die sowohl Kupfer als auch Magnesium enthält, ist die Legierung 2024 mit einer nominalen Zusammensetzung Al - 4,4 Cu - 1,5 Mg - 0,6 Mn. Die Legierung 2024 ist eine weitverbreitet verwendete Legierung mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und guten Eigenschaften bei warmer Temperatur und einem guten Ansprechen auf natürliches Altern. Ihre Korrosionsbeständigkeit ist jedoch in einigen Härtestufen begrenzt, sie liefert nicht die ultrahohe Festigkeit und das außergewöhnlich starke Ansprechen auf natürliches Altern, was mit den Legierungen der vorliegenden Erfindung erreichbar ist, und sie ist nur begrenzt schweißbar. In der Tat werden Schweißverbindungen von 2024 in den meisten Situationen nicht als gewerblich brauchbar angesehen.
Eine andere handelsübliche Al-Cu-Mg-Legierung ist die Legierung 2519 mit einer nominalen Zusammensetzung Al - 5,6 Cu - 0,2 Mg - 0,3 Mn - 0,2 Zr - 0,06 Ti - 0,05 V. Diese Legierung wurde von Alcoa als eine Verbesserung von 2219 entwickelt, welche derzeit bei verschiedenen Raumfahrtanwendungen eingesetzt wird. Obwohl die Zugabe von Mg zu dem Al-Cu- System ein Ansprechen auf natürliche Alterung ohne vorherige Kaltbearbeitung ermöglichen kann, hat 2519 nur eine vernachlässigbar verbesserte Festigkeit gegenüber 2219 in den Härtungsstufen mit höchster Festigkeit.
Die Arbeit von Mondolfo, die sich herkömmlichen Al-Cu-Mg-Legierungen widmete, zeigt, daß die Haupthärtungsmittel Ausscheidungen vom CuAl&sub2;-Typ in Legierungen sind, in welchen das Verhältnis von Cu zu Mg größer als 8 : 1 ist (siehe Aluminum Alloys: Structure and Properties, L. F. Mondolfo, Boston: Butterworths, 1976, Seite 502).
Polmear setzte in der US-Patentschrift 4 772 342 Silber und Magnesium zu dem Al-Cu- System zu, um die Eigenschaften bei erhöhter Temperatur zu verbessern. Eine bevorzugte Legierung hat die Zusammensetzung Al - 6,0 Cu - 0,5 Mg - 0,4 Ag - 0,5 Mn - 0,15 Zr - 0,10 V - 0,05 Si. Polmear bringt die beobachtete Festigkeitssteigerung in Verbindung mit der "omega-Phase", die in Gegenwart von Mg und Ag auftritt (siehe "Development of an Experimental Wrought Aluminum Alloy for Use at Elevated Temperatures", Polmear, Aluminum Alloys: Their Physical and Mechanical Properties, E. A. Starke, jr. und T. H. Sanders, jr., Herausgeber, Band I der Conference Proceedings of International Conference, University of Virginia, Charlottesville, VA, 15. bis 20. Juni 1986, Seiten 661 bis 674, Chameleon Press, London).
Die Zugabe von Lithium zu Al-Mg-Legierungen und zu Al-Cu-Legierungen vermindert bekanntlich die Dichte und steigert den Elastizitätsmodul und erzeugt so wichtige Verbesserungen in der spezifischen Steifheit und verbessert das Ansprechen auf künstliche Alterungshärtung. Herkömmliche Al-Li-Legierungen besitzen jedoch allgemein relativ niedrige Duktilität bei gegebener Festigkeit, und die Zähigkeit ist oftmals geringer als erwünscht, was ihre Verwendung einschränkt.
Schwierigkeiten im Schmelzen und Gießen beschränkten die Akzeptanz von Al-Li-Legierungen. Beispielsweise können, da Li extrem reaktiv ist, Al-Li-Schmelzen mit den hitzebeständigen Materialien in Ofenauskleidungen reagieren. Auch ist die Atmosphäre oberhalb der Schmelze zu steuern, um Oxidationsprobleme zu vermindern. Außerdem senkt Lithium die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium, macht es schwieriger, Wärme während des Gießens mit direktem Abkühlen von einem Barren zu entfernen und senkt dadurch die Gießgeschwindigkeiten. Außerdem gibt es bei Al-Li-Schmelzen, die 2,2 bis 2,7 % Lithium enthalten und die typisch für jüngst in den Handel gebrachte Al-Li-Legierungen sind, eine beachtliche Explosionsgefahr. Bis heute waren die Eigenschaftsvorteile, die diesen neuen Al-Li-Legierungen zuzuschreiben sind, nicht ausreichend, um die Steigerung der durch die oben erwähnten Probleme verursachten Bearbeitungskosten auszugleichen. Als Folge hiervon waren sie nicht in der Lage, herkömmliche Legierungen, wie 2024 und 7075, zu ersetzen. Die bevorzugten Legierungen der vorliegenden Erfindung erzeugen nicht diese Schmelz und Gießprobleme in solch starkem Maße wegen ihres niedrigeren Li-Gehaltes.
Al-Li-Legierungen, die Mg enthalten, sind wohlbekannt, doch leiden sie typischerweise unter niedriger Duktilität und niedriger Zähigkeit. Ein solches System ist die schweißbare Soviet-Legierung 01420 mit niedriger Dichte, die in der britischen Patentschrift 1 172 736 von Fridlyander et al mit einer nominalen Zusammensetzung Al - 5 Mg - 2 Li beschrieben ist.
Al-Li-Legierungen, die Cu enthalten, sind auch bekannt, wie die Legierung 2020, die in den fünfziger Jahren entwickelt wurde, doch wegen der Verarbeitungsschwierigkeiten und niedrigen Duktilität aus der Produktion zurückgezogen wurde. Die Legierung 2020 fällt in den Bereich, der in der US-Patentschrift 2 381 219 von LeBaron beschrieben ist, und diese Patentschrift hebt hervor, daß die Legierungen "magnesiumfrei" sind, d. h. die Legierungen weniger als 0,01 % Mg haben, welches nur als eine Verunreinigung vorhanden ist. Außerdem erfordern die von LeBaron beschriebenen Legierungen das Vorhandensein wenigstens eines Elementes, das unter Cd, Hg, Ag, Sn, In und Zn ausgewählt ist. Die Legierung 2020 hat eine relativ niedrige Dichte, gute Abplatz-Korrosionsbeständigkeit und Spannungs-Korrosionsrißbeständigkeit und behält einen brauchbaren Anteil ihrer Festigkeit bei leicht erhöhten Temperaturen. Sie leidet jedoch unter niedriger Duktilität und niedrigen Bruchzähigkeitseigenschaften in Härtungsstufen hoher Festigkeit, was zu einer begrenzten Brauchbarkeit führt.
Um die höchsten Festigkeiten bei Al-Cu-Li-Legierungen zu bekommen, ist es erforderlich, vor dem Altern eine Kaltbearbeitungsstufe einzuführen, die typischerweise ein Walzen und/oder Strecken des Materials bei Umgebungstemperatur oder nahe Umgebungstemperatur einschließt. Die Spannung, die als ein Ergebnis von Kaltbearbeitung eingeführt wird, ruft Versetzungen in der Legierung hervor, die als Keimbildungsstellen für die festigenden Ausscheidungen dienen. Speziell müssen herkömmliche Al-Cu-Li-Legierungen vor künstlichem Altern kaltbearbeitet werden, um hohe Festigkeiten, d. h. höher als 70 ksi (482 MPa) Zugfestigkeit (UTS) zu erhalten. Kaltbearbeitung dieser Legierungen ist erforderlich, um hohe Volumenanteile an Al&sub2;CuLi (T&sub1;) und Al&sub2;Cu (theta-Grund)-Ausscheidungen zu fördern, die infolge ihres hohen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen weit leichter Keime für Versetzungen bilden, als in der Aluminiummatrix in fester Lösung. Ohne die Kaltbearbeitungsstufe wird die Bildung der plattenartigen Al&sub2;CuLi- und Al&sub2;Cu-Ausscheidungen verzögert, was zu signifikant niedrigeren Festigkeiten führt. Außerdem bilden die Ausscheidungen nicht leicht homogene Keime wegen der großen Energiebarriere, die infolge ihrer großen Oberfläche überwunden werden muß. Kaltbearbeitung ist auch aus einigen Gründen brauchbar, um die höchsten Festigkeiten bei vielen handelsüblichen Al-Cu-Legierungen, wie 2219, zu erzeugen.
Das Erfordernis für Kaltbearbeitung zur Erzeugung der höchsten Festigkeiten in Al-Cu-Li- Legierungen ist besonders beschränkend beim Schmieden, wo es oftmals schwierig ist, Kaltbearbeitung in das geschmiedete Teil nach Lösungsglühen und Abschrecken gleichmäßig einzuführen. Als Ergebnis sind geschmiedete Al-Cu-Li-Legierungen typischerweise auf nichtkaltbearbeitete Härtestufen beschränkt was allgemein zu unzureichenden mechanischen Eigenschaften führt. In jüngster Zeit wurden Al-Li-Legierungen mit einem Gehalt sowohl an Cu als auch an Mg in den Handel gebracht. Diese schließen Legierungen 8090, 2091, 2090 und CP 276 ein. Die Legierung 8090, wie sie in der US-Patentschrift 4 588 553 von Evens et al beschrieben ist, enthält 1,0 bis 1,5 Cu, 2,0 bis 2,8 Li und 0,4 bis 1,0 Mg. Die Legierung wurde mit den folgenden Eigenschaften für Luftfahrtanwendungen bezeichnet: gute Abplatzkorrosionsbeständigkeit, gute Zerstörungstoleranz und eine mechanische Festigkeit größer als oder gleich wie die von 2024 bei den Bedingungen T3 und T4. Die Legierung 8090 zeigt ein Ansprechen auf natürliche Alterung ohne vorherige Kaltbearbeitung, aber bei weitem nicht so stark wie die Legierungen der vorliegenden Erfindung. Außerdem zeigte sich, daß Schmiedeteile aus 8090-T6 eine niedrige Querdehnung von 2,5 % besitzen.
Die Legierung 2091 mit 1,5 bis 3,4 Cu, 1,7 bis 2,9 Li und 1,2 bis 2,7 Mg wurde als eine Legierung mit hoher Festigkeit und hoher Duktilität bezeichnet. Bei hitzebehandelten Bedingungen, die maximale Festigkeit erzeugen, ist jedoch Duktilität relativ gering in der kurzen Querrichtung.
In jüngstvergangenen Arbeiten mit Legierungen 8090 und 2091 berichteten Marchive und Charue über beachtliche hohe Längszugfestigkeiten (siehe "Processing and Properties 4th International Aluminum Lithium Conference, G. Champier, B. Dubost, D. Miannay und L. Sabetay Herausgeber, Proceedings of International Conference, 10. bis 12. Juni 1987, Paris, Frankreich, Seiten 43 bis 49). In der Härtestufe T6 besitzt 8090 eine Umformfestigkeit von 67,3 ksi und eine Zugfestigkeit von 74 ksi, während 2091 eine Umformfestigkeit von 63,8 ksi und eine Zugefestigkeit von 75,4 ksi besitzt. Die Festigkeiten beider Schmiedeteile 8090- T6 und 2091-T6 sind jedoch noch unter jenen, die man in der Härtestufe T8 erhält, z. B. sind für Strangpreßlinge 8090-T851 die Zugeigenschaften 77,6 ksi YS und 84,1 ksi UTS, während für Strangpreßlinge 2091-T851 die Zugeigenschaften 73,3 ksi YS und 84,1 ksi UTS sind. Im Gegensatz dazu besitzen die Al-Cu-Li-Mg-Legierungen der vorliegenden Erfindung stark verbesserte Eigenschaften im Vergleich mit herkömmlichen Legierungen 8090 und 2091 sowohl in kaltbearbeiteten als auch in nichtkaltbearbeiteten Härtestufen.
Die Legierung 2090, die nur kleinere Mengen an Mg enthalten kann, umfaßt 2,4 bis 3,0 Cu, 1,9 bis 2,6 Li und 0 bis 0,25 Mg. Die Legierung wurde als ein Ersatz mit niedriger Dichte für hochfeste Produkte, wie 2024 und 7075, bezeichnet. Sie hat jedoch Schweißfestigkeiten, die geringer als jene herkömmlicher schweißbarer Legierungen sind, wie 2219, welches Schweißfestigkeiten von 25 bis 40 ksi (241 bis 276 MPa) besitzt. Wie in der folgenden Literaturstelle aufgeführt ist, kann in der Härtestufe T6 die Legierung 2090 nicht gleichbleibend die Festigkeit, Zähigkeit und Spannungs-Korrosionsrißbeständigkeit von 7075-T73 erreichen (siehe "First Generation Products - 2090", Bretz, Alithalite Alloys: 1987 Update, J. Kar. S. P. Agrawal, W. E. Quist, Verleger, Conference Proceedings of International Aluminum- Lithium Symposium, Los Angeles, CA, 25. und 26. März 1987, Seite 1 bis 40). Folglich sind die Eigenschaften derzeitiger Schmiedestücke von Al-Cu-Li-Legierung 2090 nicht genügend hoch, um ihre Verwendung anstelle der existierenden Schmiedelegierungen 7XXX zu rechtfertigen.
Es sollte bemerkt werden, daß die Mg-Zugabe zu dem Al-Cu-Li-System nicht von sich aus eine Erhöhung der Legierungsfestigkeit in hochfesten Härtestufen bewirkt. Beispielsweise hat die Legierung 8090 (nominale Zusammensetzung Al - 1,3 Cu - 2,5 - Li - 0,7 Mg) keine signifikant größere Festigkeit im Vergleich mit nominal Mg-freier Legierung 2090 (nominale Zusammensetzung Al - 2,7 Cu - 2,2 Li - 0,12 Zr). Außerdem ist Mg-freie Legierung 2020 der nominalen Zusammensetzung Al - 4,5 Cu - 1,1 Li - 0,4 Mn - 0,2 Cd sogar etwas stärker als Mg-haltige Legierung 8090.
Es gibt mehrere Patentdokumente bezüglich Al-Cu-Li-Mg-Legierungen. Die europäische Patentschrift 158 571 von Dubost, übertragen auf Cegedur Societe de Transformation de l'Aluminum Pechiney, betrifft Al-Legierungen mit 2,75 - 3,5 Cu, 1,9 bis 2,7 Li, 0,1 bis 0,8 Mg, Rest Al und Kornfeinungsmittel. Die Legierungen, die im Handel als CP 276 bekannt sind, sollen hohe mechanische Festigkeit in Kombination mit einer Dichteabnahme von 6 bis 9 % im Vergleich mit herkömmlichen Legierungen 2xxx (Al-Cu) und 7xxx (Al-Zn-Mg) besitzen. Die von Dubost beschriebenen Zusammensetzungsbereiche liegen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung. Speziell ist der Li-Gehalt von Dubost höher als der Li-Gehalt der Legierungen der vorliegenden Erfindung mit einem Gehalt von weniger als etwa 5 % Cu. Solch hohe Li-Gehalte sind bei Dubost erforderlich, um die Dichte gegenüber jener herkömmlicher Legierungen zu senken. Außerdem ist der maximale Cu-Gehalt von 3,5 %, der von Dubost angegeben ist, unter dem bevorzugten Cu-Gehalt der vorliegenden Erfindung. Der beschränkende Cu- Gehalt von maximal 3,5 % dient auch dazu, die Dichte in den Legierungen von Dubost zu minimieren. Obwohl Dubost hohe Umformfestigkeiten von von 498 bis 591 MPa (72 bis 85 ksi) für diese Legierungen in dem Zustand T6 aufführt, sind die erreichten Dehnungen relativ niedrig (2,5 bis 5,5 %).
Die US-Patentschrift 4 752 343 von Dubost et al, übertragen auf Cegedur Societe de Transformation de l'Aluminum Pechiney, betrifft Al-Legierungen, die 1,5 bis 3,4 Cu, 1,7 bis 2,9 Li, 1,2 bis 2,7 Mg, Rest Al und Kornfeinungsmittel umfassen. Das Verhältnis von Mg zu Cu muß zwischen 0,5 und 0,8 sein. Die Legierungen sollen mechanische Festigkeit und Duktilitätseigenschaften äquivalent herkömmlichen Legierungen 2xxx und 7xxx besitzen. Die von Dubost et al beschriebenen Zusammensetzungsbereiche liegen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise ist der maximale Cu-Gehalt, der von Dubost et al aufgeführt ist, geringer als der kleinste Cu-Gehalt der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist der kleinste Mg-Gehalt nach Dubost et al höher als der maximale Mg-Gehalt, der bei den vorliegenden Legierungen mit einem Gehalt von weniger als etwa 5 % Cu zugelassen ist. Außerdem ist das Mindestverhältnis von Mg zu Cu von 0,5, das von Dubost et al zugelassen wird, weit oberhalb des Mg/Cu-Verhältnisses der vorliegenden Legierungen. Obwohl es die Absicht von Dubost et al ist, Legierungen mit mechanischen Festigkeiten und Duktilitäten zu erzeugen, die mit herkömmlichen Legierungen vergleichbar sind, wie mit 2024 und 7475, sind die tatsächlich erreichten Kombinationen von Festigkeit und Duktilität unter jenen, die man mit den Legierungen der vorliegenden Erfindung erzielt.
Die US-Patentschrift 4 652 314 von Meyer, die auf Cegedur Societe de Transformation de l'Aluminum Pechiney übertragen wurde, ist auf ein Verfahren zur Hitzebehandlung von Al- Cu-Li-Mg-Legierungen gerichtet. Das Verfahren soll dem Endprodukt einen hohen Duktilitäts- und Isotropiewert verleihen. Obwohl Meyer lehrt, daß seine Hitzebehandlungsmethode auf Al- Cu-Li-Mg-Legierungen anwendbar ist, liegen die speziellen von Meyer beschriebenen Zusammensetzungen außerhalb der Zusammensetzungsbereiche der vorliegenden Erfindung. Auch die Eigenschaften, die Meyer erreicht, liegen unter jenen der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise ist die höchste von Meyer erreichte Umformfestigkeit 504 MPa (73 ksi) für eine kaltbearbeitete, künstlich gealterte Legierung in der Längsrichtung, was wesentlich unter den Umformfestigkeiten liegt, die man bei den Legierungen der vorliegenden Erfindung in dem kaltbearbeiteten, künstlich gealterten Zustand erzielt.
Die US-Patentschrift 4 526 630 von Field, die auf Alcan International Ltd. übertragen wurde, betrifft ein Verfahren zur Hitzebehandlung von Al-Li-Legierungen mit einem Gehalt von Cu und/oder Mg. Das Verfahren, welches eine Modifizierung herkömmlicher Homogenisierungstechniken darstellt, schließt ein Erhitzen eines Barrens auf eine Temperatur von wenigstens 530 ºC und Halten der Temperatur, bis die in der Legierung vorhandenen festen intermetallischen Phasen in feste Lösung eintreten, ein. Der Barren wird dann unter Bildung eines Produktes gekühlt, welches für weitere thermomechanische Behandlung, wie Walzen, Strangpressen oder Schmieden, geeignet ist. Das beschriebene Verfahren soll unerwünschte Phasen aus dem Barren ausschließen wie die grobe kupferhaltige Phase, die bei bekannten Al-Li-Cu-Mg-Legierungen vorliegt. Field lehrt, daß seine Homogenisierungsbehandlung auf Al- Li-Legierungen mit Zusammensetzungen in spezifizierten Bereichen beschränkt ist. Für bekannte Al-Li-Cu-Mg-Basislegierungen sind die Zusammensetzungen auf 1 bis 3 Li, 0,5 bis 2 Cu und 0,2 bis 2 Mg beschränkt. Für herkömmliche Al-Li-Mg-Basislegierungen sind die Zusammensetzungen auf 1 bis 3 Li, 2 bis 4 Mg und unter 0,1 Cu beschränkt. Für bekannte Al-Li-Cu-Basislegierungen sind die Zusammensetzungen auf 1 bis 3 Li, 0,5 bis 4 Cu und bis zu 0,2 Mg beschränkt. Die Legierungen der vorliegenden Erfindung fallen nicht in irgendeinen dieser Zusammensetzungsbereiche, die von Field beschrieben sind. Außerdem besitzen die vorliegenden Legierungen überlegene Eigenschaften, wie erhöhte Festigkeit, im Vergleich mit den von Field beschriebenen Eigenschaften.
Die folgenden Literaturstellen beschreiben weitere Al, Cu, Li und Mg enthaltende Legierungen mit Zusammensetzungsbereichen, die außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung liegen: US-Patentschrift 3 306 717 von Lindstrand et al, US-Patentschrift 3 346 370 von Jagaciak et al, US-Patentschrift 4 584 173 von Gray et al, US-Patentschrift 4 603 029 von Quist et al, US-Patentschrift 4 626 409 von Miller, US-Patentschrift 4 661 172 von Skinner et al, US-Patentschrift 4 758 286 von Dubost et al, europäische Offenlegungsschrift 0 188 762 von Hunt et al, europäische Offenlegungsschrift 0 149 193, japanische Patentschrift J6- 0 238 439, japanische Patentschrift J6-1 133 358 und japanische Patentschrift J6-1 231 145.
Es gibt eine begrenzte Anzahl von Literaturstellen bezüglich Al-Cu-Li-Mg-Legierungen, welche Cu-Mengen von bis zu 5 % beschreiben. Weder offenbart eine dieser Literaturstellen die speziellen Legierungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, noch beschreiben sie die äußerst erwünschten Eigenschaften, die die Legierungen der vorliegenden Erfindung besitzen, wie gefunden wurde. Außerdem beschreibt keine dieser Literaturstellen die Erwünschtheit eines großen Verhältnisses von Cu zu Li. Obwohl jede der folgenden Literaturstellen breite Bereiche von Cu, Li und Mg beschreibt, die mit Al legiert werden können, offenbart keine dieser Literaturstellen die kritischen Bereiche und Kombinationen von Cu, Li und Mg der vorliegenden Erfindung, welche Legierungen mit physikalischen und mechanischen Eigenschaften erzeugen, welche bisher nicht erreicht wurden.
Die US-Patentschrift 4 648 913 von Hunt et al, die auf Alcoa übertragen wurde, betrifft ein Verfahren zur Kaltbearbeitung von Al-Li-Legierungen, wobei unter Lösungsglühen und Abschrecken erhaltene Legierungen mehr als 3 % bei Raumtemperatur gestreckt werden. Die Legierung wird dann künstlich gealtert, um ein Legierungsendprodukt zu erzeugen. Die durch das Verfahren von Hunt et al ausgeübte Kaltbearbeitung soll die Festigkeit erhöhen, während nur eine geringe oder keine Abnahme der Bruchzähigkeit der Legierungen verursacht wird. Die speziellen von Hunt et al benutzten Legierungen werden so ausgewählt, daß sie auf die beschriebene Kaltbearbeitung und Alterungsbehandlung ansprechen. Das heißt, die Legierungen müssen verbesserte Festigkeit mit minimalem Verlust an Bruchzähigkeit zeigen, wenn sie der beschriebenen Kaltbearbeitungsbehandlung (Strecken von mehr als 3 %) im Gegensatz zu dem mit der gleichen Legierung erhaltenen Ergebnis, wenn weniger als 3 % kaltbearbeitet wird, unterzogen werden. Hunt et al nennen breit ausgedrückt Bereiche von Legierungselementen, die bei Vereinigung mit Al Legierungen erzeugen können, die auf eine größere Streckung als 3 % ansprechen. Die beschriebenen Bereiche sind 0,5 bis 4,0 Li, 0 bis 5,0 Mg, bis zu 5,0 Cu, 0 bis 1,0 Zr, 0 bis 2,0 Mn, 0 bis 7,0 Zn, Rest Al. Obwohl Hunt et al sehr breite Bereiche mehrerer Legierungselemente beschreiben, gibt es nur einen begrenzten Bereich von Legierungszusammensetzungen, die tatsächlich die erwünschte Kombination verbesserter Festigkeit und beibehaltener Bruchzähigkeit zeigen würden, wenn sie einem Strecken von mehr als 3 % unterzogen würden. Besonders zeigen Legierungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nicht das Ansprechen auf Kaltbearbeitung, welches von Hunt et al gefordert wird. Vielmehr bleiben die in Legierungen der vorliegenden Erfindung erreichten Festigkeiten im wesentlichen konstant, wenn man sie unterschiedlichen Streckmengen unterzieht. So sind Legierungen der vorliegenden Erfindung verschieden von den von Hunt et al betrachteten Legierungen und besitzen gegenüber diesen Vorteile, da starke Kaltbearbeitung nicht erforderlich ist, um verbesserte Eigenschaften zu erzielen. Außerdem liegen die Umformfestigkeiten, die Hunt et al in den beschriebenen Legierungszusammensetzungen erreichen, wesentlich unter jenen, die in Legierungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Außerdem zeigen Hunt et al, daß es in ihrem Verfahren bevorzugt ist, die Legierung nach Kaltbearbeitung künstlich zu altern, statt sie natürlich zu altern. Im Gegensatz dazu zeigen Legierungen der vorliegenden Erfindung ein extrem starkes Ansprechen auf natürliches Altern und ergeben hohe Dehnungen und nur geringfügig kleinere Festigkeiten als bei den künstlich gealterten Härtestufen.
Die auf Alcoa übertragene US-Patentschrift 4 795 502 von Cho ist auf ein Verfahren zur Herstellung nichtrekristallisierter Al-Li-Knetlegierungs-Blechprodukte mit verbesserten Werten der Festigkeit und Bruchzähigkeit gerichtet. In dem Verfahren von Cho wird ein homogenisierter Aluminiumlegierungsbarren wenigstens einmal heißgewalzt, kaltgewalzt und einer gesteuerten Wiedererhitzungsbehandlung unterzogen. Das wiedererhitzte Produkt wird dann lösungsgeglüht, abgeschreckt, kaltbearbeitet, um das Äquivalent von mehr als 3 % Streckung zu erzeugen, und künstlich gealtert, um ein im wesentlichen nichtrekristallisiertes Blechprodukt mit verbesserten Werten der Festigkeit und Bruchzähigkeit zu bekommen. Das Endprodukt ist durch eine stark bearbeitete Mikrostruktur gekennzeichnet, welcher gut entwickelte Körnung fehlt. Die Literaturstelle von Cho scheint eine Modifizierung der oben aufgeführten Literaturstelle von Hunt et al zu sein, indem eine gesteuerte Wiedererhitzungsbehandlung vor dem Lösungsglühen hinzugefügt wird, was eine Rekristallisation in dem gebildeten Endprodukt verhindert. Cho beschreibt, daß Aluminiumbasislegierungen in den folgenden Zusammensetzungsbereichen für das genannte Verfahren geeignet sind: 1,6 bis 2,8 Cu, 1,5 bis 2,5 Li, 0,7 bis 2,5 Mg und 0,03 bis 0,2 Zr. Diese Bereiche liegen außerhalb der Zusammensetzungsbereiche der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise ist der von Cho aufgeführte maximale Cu- Wert von 2,8 % wesentlich unter dem Cu-Mindestwert der vorliegenden Erfindung. Cho geht dann jedoch so weit, breit festzustellen, daß die Legierung seiner Erfindung 0,5 bis 4,0 Li, 0 bis 5,0 Mg, bis zu 5,0 Cu, 0 bis 1,0 Zr, 0 bis 2,0 Mn und 0 bis 7,0 Zn enthalten kann. Wie in der Literaturstelle von Hunt et al werden die von Cho benutzten speziellen Legierungen offensichtlich derart ausgewählt, daß sie eine Kombination verbesserter Festigkeit und Bruchzähigkeit zeigen, wenn sie einer stärkeren als 3 %igen Kaltbearbeitung unterzogen werden. Die Legierungen von Cho müssen weiterhin empfindlich für die beschriebene Wiedererhitzungsbehandlung sein. Wie oben diskutiert, erhalten Legierungen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen die gleiche ultrahohe Festigkeit mit variierenden Mengen von Streckung und erfordern keine Kaltbearbeitung, um ihre extrem hohen Festigkeiten zu bekommen. Obwohl Cho ein Verfahren liefert, welches die Festigkeit in bekannten Al-Li-Legierungen, wie 2091, verbessern soll, liegen die erhaltenen Festigkeiten wesentlich unter jenen, die man in Legierungen der vorliegenden Erfindung erzielt. Cho gibt auch an, daß künstliche Alterung in seinem Verfahren verwendet werden sollte, um vorteilhafte Eigenschaften zu erzielen. Im Gegensatz dazu erfordern Legierungen der vorliegenden Erfindung keine künstliche Alterung. Stattdessen zeigen die vorliegenden Legierungen ein extrem starkes Ansprechen auf natürliche Alterung, was ihre Verwendung auf Anwendungsgebieten erlaubt, wo künstliche Alterung unpraktisch ist. Es ist daher ersichtlich, daß Legierungen der vorliegenden Erfindung verschieden von den Legierungen sind, die nach dem von Cho gelehrten Verfahren erhältlich sind.
Die europäische Offenlegungsschrift 227 563 von Meyer et al, die auf Cegedur Societe de Transformation de l'Aluminum Pechiney übertragen wurde, betrifft ein Verfahren zur Hitzebehandlung herkömmlicher Al-Li-Legierungen, um die Abplatzkorrosionsbeständigkeit zu verbessern, während hohe mechanische Festigkeit beibehalten wird. Das Verfahren schließt die Stufen einer Homogenisierung, eines Strangpressens, eines Lösungsglühens und einer Kaltbearbeitung einer Al-Li-Legierung, gefolgt von einer Temperungsendstufe ein, welche der Legierung größere Abplatzkorrosionsbeständigkeit verleihen soll, während hohe mechanische Festigkeit und gute Zerstörungsbeständigkeit beibehalten werden. Der Behandlung unterzogene Legierungen haben Empfindlichkeit gegenüber dem EXCO-Abplatztest von weniger als oder gleich wie EB (entsprechend einem guten Verhalten in natürlicher Atmosphäre) und eine mechanische Festigkeit, die mit Legierungen 2024 vergleichbar ist. Meyer et al listen breite Bereiche von Legierungselementen auf, die in Vereinigung mit Al Legierungen erzeugen können, die der beschriebenen Temperungsendbehandlung unterzogen werden können. Die aufgelisteten Bereiche schließen 1 bis 4 Li, 0 bis 5 Cu und 0 bis 7 Mg ein. Obwohl die Literaturstelle sehr breite Bereiche von Legierungselementen auflistet, sind die tatsächlichen Legierungen, die Meyer et al benutzen, die herkömmlichen Legierungen 8090, 2091 und CP276. So lehren Meyer et al keine Bildung neuer Legierungszusammensetzungen, sondern nur ein Verfahren zur Bearbeitung bekannter Al-Li-Legierungen. Die höchste gemäß dem Verfahren von Meyer et al erzielte Umformfestigkeit ist 525 MPa (76 ksi) für Legierung CP276 (2,0 Li, 3,2 Cu, 0,3 Mg, 0,11 Zr, 0,04 Fe, 0,04 Si, Rest Al) in dem kaltbearbeiteten, künstlich gealterten Zustand. Diese von Meyer et al aufgeführte maximale Umformfestigkeit liegt unter den Umformfestigkeiten, die in Legierungen der vorliegenden Erfindung im kaltbearbeiteten, künstlich gealterten Zustand erreicht werden. Außerdem soll die Endtemperungsmethode von Meyer et al die Abplatzkorrosionsbeständigkeit in Al-Li-Legierungen verbessern, wobei die Empfindlichkeit gegenüber dem EXCO-Abplatzkorrosionstest auf einen Wert von weniger als oder gleich wie EB verbessert wird. Im Gegensatz dazu besitzen Legierungen der vorliegenden Erfindung einen Abplatzkorrosionsbeständigkeitswert geringer als oder gleich EB ohne Verwendung einer Endtemperungsstufe. Die vorliegenden Legierungen sind daher verschieden von den von Meyer et al betrachteten Legierungen und gegenüber diesen vorteilhaft, da eine Endtemperungsbehandlung nicht erforderlich ist, um günstige Abplatzkorrosionsbeständigkeiten zu erreichen.
Die UK-Patentanmeldung 2 134 925, die auf Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. übertragen wurde, ist auf Al-Li-Legierungen mit hohem elektrischen Widerstand gerichtet. Die Legierungen sind für eine Verwendung in Bauteilanwendungen, wie Linearmotorfahrzeugen und Kernfusionsreaktoren, wo starke induzierte elektrische Ströme entwickelt werden, geeignet. Die Primärfunktion von Li in den Legierungen von Sumitomo ist die Erhöhung des elektrischen Widerstandes. Die Literaturstelle listet breite Bereiche von Legierungselementen auf, die in Vereinigung mit Al Bauteillegierungen mit erhöhtem elektrischem Widerstand erzeugen können. Die beschriebenen Bereiche sind 1,0 bis 5,0 Li, ein oder mehrere unter Ti, Cr, Zr, V und W ausgewählte Kornfeinungsmittel und der Rest Al. Die Legierung kann weiterhin 0 bis 5,0 Mn und/oder 0,05 bis 5,0 Cu und/oder 0,05 bis 8,0 Mg enthalten. Sumitomo beschreibt spezielle Al-Li-Cu- und Al-Li-Mg-Basislegierungszusammensetzungen, die verbesserte elektrische Eigenschaften besitzen sollen. Außerdem beschreibt Sumitomo eine Al-Li-Cu- Mg-Legierung der Zusammensetzung 2,7 Li, 2,4 Cu, 2,2 Mg, 0,1 Cr, 0,06 Ti, 0,14 Zr, Rest Aluminium, welche die erwünschte Steigerung des elektrischen Widerstandes besitzt. Die für diese Legierung angegebenen Li- und Cu-Werte liegen außerhalb der Li- und Cu-Bereiche der vorliegenden Erfindung. Außerdem liegt der angegebene Mg-Wert außerhalb des bevorzugten Mg-Bereiches der vorliegenden Erfindung. Die von Sumitomo beschriebenen Festigkeiten liegen weit unter jenen, die man bei der vorliegenden Erfindung erzielt. Beispielsweise ergibt in den aufgelisteten Al-Li-Cu-Basislegierungen Sumitomo Zugfestigkeiten von 17 bis 35 kg/mm² (24 bis 50 ksi = 165 bis 345 MPa). In den aufgelisteten Al-Li-Mg-Basislegierungen beschreibt Sumitomo Zugfestigkeiten von etwa 43 bis 52 kg/mm² (61 bis 74 ksi = 421 bis 510 MPa). Bei Sumitomo ist es erwünscht, Legierungen mit den höchstmöglichen Festigkeiten zu erzeugen, um Legierungen für die beschriebenen Bauteilanwendungen zu erzeugen. Da jedoch die in der Literaturtelle tatsächlich erreichten Festigkeiten unter den in Legierungen der vorliegenden Erfindungen erhaltenen Festigkeiten liegen, ist es ersichtlich, daß Sumitomo die speziellen Legierungen der vorliegenden Erfindung weder gefunden, noch in Betracht gezogen hat.
Es sollte bemerkt werden, daß bekannte Al-Cu-Li-Mg-Legierungen die Cu-Menge fast unveränderlich auf maximal 5 Gew.-% infolge der bekannten schädlichen Wirkungen eines höheren Cu-Gehaltes, wie erhöhte Dichte, beschränkt haben. Gemäß Mondolfo steigern Cu- Mengen oberhalb 5 Gew.-% die Festigkeit nicht, neigen dazu, die Bruchzähigkeit zu senken und die Korrosionsbeständigkeit zu reduzieren (Mondolfo, Seiten 706 und 707). Es wird gelehrt, daß diese Wirkungen auftreten, da in Al-Cu-Konstruktionslegierungen die praktische Grenze für feste Löslichkeit von Cu etwa 5 Gew.-% ist und da oberhalb etwa 5 Gew.-% vorhandenes Cu die weniger erwünschte primäre theta-Phase bildet. Außerdem stellt Mondolfo fest, daß in dem quaternären System Al-Cu-Li-Mg die Cu-Löslichkeit weiter reduziert wird. Er zieht die Schlußfolgerung: "Die Festlöslichkeiten von Cu und Mg werden durch Li vermindert, und die Festlöslichkeiten von Cu und Li werden durch Mg vermindert, so daß die erhältliche Alterungshärtung und das UTS reduziert werden." (Mondolfo, Seite 641). So sollte das zusätzliche Cu während des Lösungsglühens nicht in feste Lösung genommen werden und kann die Ausscheidungsfestigung nicht verbessern, und das Vorhandensein der unlöslichen theta-Phase vermindert die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Eine Literaturstelle, die die Verwendung von mehr als 5 % Cu lehrt, ist die US-Patentschrift 2 915 391 von Criner, die auf Alcoa übertragen wurde. Die Literaturstelle lehrt Al-Cu- Mn-Basislegierungen, die Li, Mg und Cd mit bis zu 9 Gew.-% Cu enthalten. Criner lehrt, daß Mn wesentlich für die Entwicklung hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen ist und daß Cd in Verbindung mit Mg und Li wesentlich für die Festigung des Al-Cu-Mn-Systems ist. Criner erreicht keine Eigenschaften, die mit jenen der vorliegenden Erfindung vergleichbar sind, d. h. ultrahohe Festigkeit, starkes Ansprechen auf natürliche Alterung, hohe Duktilität bei verschiedenen technologisch brauchbaren Festigkeitswerten, Schweißbarkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosionsrisse usw.
Unsere schwebende europäische Patentanmeldung 88 908 055.2 (EP-A-0 377 640) beschreibt eine Al-Cu-Mg-Li-Ag-Legierung mit Zusammensetzungen in dem folgenden Breitenbereich: 0 bis 9,79 Cu, 0,05 bis 4,1 Li, 0,01 bis 0,8 Mg, 0,01 bis 2,0 Ag, 0,05 bis 1,0 Kornfeinungsmittel und Rest Al. Spezielle Legierungen in diesen Bereichen besitzen extrem hohe Festigkeiten, welche teilweise infolge der Anwesenheit silberhaltiger Ausscheidungen auftreten.
Die schwebende US-Patentanmeldung Serial No. 07/233 705 von Pickens et al, angemeldet am 18. August 1988, von welcher diese Anmeldung die Priorität beansprucht, beschreibt Al-Cu-Mg-Li-Legierungen mit Zusammensetzungen in dem folgenden Breitenbereich: 5,0 bis 7,0 Cu, 0,1 bis 2,5 Li, 0,05 bis 4 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel und Rest Al. Die vorliegende Erfindung schließt die in jener Anmeldung beschriebenen Bereiche ein. Außerdem schließt die vorliegende Erfindung Legierungen ein, welche geringere Mengen an Cu, d. h.3,5 bis 5,0 %, umfassen und in welchen die Gehalte an Li und Mg in engen Grenzen gehalten werden. Die Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung mit geringerem Cu-Gehalt repräsentiert eine Gruppe von Legierungen, von denen gefunden wurde, daß sie stark verbesserte Eigenschaften gegenüber bekannten Al-Cu-Li-Mg-Legierungen besitzen. So umfaßt die vorliegende Erfindung eine Legierungsfamilie, die verbesserte Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Legierungen zeigt. Beispielsweise besitzen diese Legierungen verbesserte Festigkeiten sowohl in kaltbearbeiteten als auch in nichtkaltbearbeiteten Härtestufen. Außerdem zeigen diese Legierungen ein extrem starkes Ansprechen auf natürliches Altern. Weiterhin haben diese Legierungen Kombinationen hoher Festigkeit und hoher Duktilität, niedrige Dichte, hohen Modul, gute Schweißbarkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, verbesserte cryogene Eigenschaften und verbesserte Eigenschaften bei erhöhter Temperatur.
Wie nachfolgend beschrieben, ist die Erfindung in der Lage, zu bekommen:
a) eine Al-Li-Legierung mit ungewöhnlichen Eigenschaften natürlicher Alterung mit (T3) und ohne (T4) Kaltbearbeitung einschließlich hoher Duktilität, Schweißbarkeit, ausgezeichneter cryogener Eigenschaften und guter Eigenschaften bei erhöhter Temperatur,
b) eine Al-Li-Legierung mit ungewöhnlichen T8-Eigenschaften, wie ultrahoher Festigkeit in Kombination mit hoher Duktilität, Schweißbarkeit, ausgezeichneten cryogenen Eigenschaften, guten Hochtemperatureigenschaften und guter Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrisse,
c) eine Al-Li-Legierung mit wesentlich verbesserten Eigenschaften in der nichtkaltbearbeiteten, künstlich gealterten T6-Härtestufe, wie ultrahoher Festigkeit in Verbindung mit hoher Duktilität, Schweißbarkeit, ausgezeichneten cryogenen Eigenschaften und guten Hochtemperatureigenschaften,
d) eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung mit einer Zusammensetzung in folgenden Bereichen: 3,5 bis 5 Cu, 0,8 bis 1,8 Li, 0,25 bis 1,0 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel ausgewählt aus Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Kombinationen hiervon und Rest Aluminium,
e) eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung mit einer Zusammensetzung in den folgenden Bereichen: 5 bis 7 Cu, 0,1 bis 2,5 Li, 0,05 bis 4 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel ausgewählt unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Kombinationen hiervon und Rest Aluminium,
f) eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung mit einer Zusammensetzung in folgenden Bereichen: 3,5 bis 7 Cu, 0,8 bis 1,8 Li, 0,25 bis 1,0 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel ausgewählt unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Kombinationen hiervon und Rest Aluminium und
g) eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung, worin das Gewichtsprozentverhältnis von Cu zu Li größer als 2,5 und vorzugsweise größer als 3,0 ist.
Wenn nichts anderes angegeben ist, liegen alle Zusammensetzungen in Gewichtsprozenten vor.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 Warmtorsionswerte für die Zusammensetzung I,
Fig. 2 Alterungskurven von Rockwell-B-Härte für die Zusammenetzung I mit verschiedenen Streckungsstärken,
Fig. 3 eine Alterungskurve der Festigkeit und Duktilität gegen die Zeit für die Zusammensetzung I in einer T6-Härtestufe,
Fig. 4 eine Alterungskurve der Festigkeit und Duktilität gegen die Zeit für die Zusammensetzung I in einer T8-Härtestufe,
Fig. 5 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 6,3 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T3-Härtestufe,
Fig. 6 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 6,3 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T4-Härtestufe,
Fig. 7 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 6,3 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T6-Härtestufe,
Fig. 8 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 6,3 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T8-Härtestufe,
Fig. 9 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T3-Härtestufe,
Fig. 10 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T4-Härtestufe,
Fig. 11 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T6-Härtestufe (nahe Spitzenalterung),
Fig. 12 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T6-Härtestufe (untergealtert),
Fig. 13 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Mg-Gehalt in Legierungen, die Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr enthalten, in der T8-Härtestufe,
Fig. 14 Alterungskurven von Härte gegen die Zeit für Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti enthalten, mit variierenden Cu-Mengen in dem T8- Zustand,
Fig. 15 Alterungskurven der Härte gegen die Zeit für Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti enthalten, mit variierenden Cu-Mengen in dem T6- Zustand,
Fig. 16 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Cu-Gehalt in Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti enthalten, in der T3-Härtestufe,
Fig. 17 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Cu-Gehalt in Legierungen, die Al - 1,3 Li 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti enthalten, in der T4-Härtestufe,
Fig. 18 Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Cu-Gehalt in Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti enthalten, in der T6-Härtestufe,
Fig. 19 die Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften mit dem Cu-Gehalt in Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0, 14 Zr - 0,05 Ti enthalten, in der T8-Härtestufe,
Fig. 20 Niedertemperaturfestigkeits- und Dehnungseigenschaften der Zusammensetzung I in der T8-Härtestufe und
Fig. 21 die Zugfestigkeit und Dehnung gegen die Temperatur für die Zusammensetzung I in der T8-Härtestufe.
Die Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben.
Die Legierungen der vorliegenden Erfindung enthalten die Elemente Al, Cu, Li, Mg und ein Kornfeinungsmittel oder eine Kombination von Kornfeinungsmitteln ausgewählt unter Zr, Ti, Cr,, Mn, B, Nb, V, Hf und TiB&sub2;.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung eine Zusammensetzung in den folgenden Bereichen: 5,0 bis 7,0 Cu, 0,1 bis 2,5 Li, 0,05 bis 4 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel, wobei der Rest aus Al plus beiläufigen Verunreinigungen besteht. Bevorzugte Bereiche sind: 5,0 bis 6,5 Cu, 0,5 bis 2,0 Li, 0,2 bis 1,5 Mg, 0,05 bis 0,5 Kornfeinungsmittel und Rest Al plus beiläufige Verunreinigungen. Stärker bevorzugte Bereiche sind: 5,2 bis 6,5 Cu, 0,8 bis 1,8 Li, 0,25 bis 1,0 Mg, 0,05 bis 0,5 Kornfeinungsmittel. Die am meisten bevorzugten Bereiche sind: 5,4 bis 6,3 Cu, 1,0 bis 1,4 Li, 0,3 bis 0,5 Mg, 0ß,08 bis 0,2 Kornfeinungsmittel und der Rest Al plus beiläufige Verunreinigungen (siehe Tabelle I)
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat eine Al-Cu-Li-Mg-Legierung eine Zusammensetzung in den folgenden Bereichen: 3,5 bis 5,0 Cu, 0,8 bis 1,8 Li, 0,25 bis 1,0 Mg, 0,01 bis 1,5 Kornfeinungsmittel, wobei der Rest aus Al plus beiläufigen Verunreinigungen besteht. Bevorzugte Bereiche sind: 3,5 bis 5,0 Cu, 1,0 bis 1,4 Li, 0,3 bis 0,5 Mg, 0,05 bis 0,5 Kornfeinungsmittel und der Rest Al plus beiläufige Verunreinigungen. Die stärker bevorzugten Bereiche sind: 4,0 bis 5,0 Cu, 1,0 bis 1,4 Li, 0,3 bis 0,5 Mg, 0,08 bis 0,2 Kornfeinungsmittel mit dem Rest Al. Die am meisten bevorzugten Bereiche sind: 4,5 bis 5,0 Cu, 1,0 bis 1,4 Li, 0,3 bis 0,5 Mg, 0,08 bis 0,2 Kornfeinungsmittel und der Rest Al plus beiläufige Verunreinigungen (siehe Tabelle Ia). Wie oben festgestellt, sind hier alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, wenn nichts anderes angegeben ist.
Mit dem Aluminium verbundene beiläufige Verunreinigungen, wie Si und Fe, können vorhanden sein, besonders wenn die Legierung gegossen, gewalzt, geschmiedet, stranggepreßt, gepreßt oder anderweitig bearbeitet und dann hitzebehandelt wurde. Ergänzungselemente, wie Ge, Be, Sr, Ca und Zn, können einzeln oder in Kombination miteinander in Mengen von etwa 0,01 bis etwa 1,5 Gew.-% zugegeben werden, um beispielsweise die Keimbildung und Reinigung der Ausscheidungen zu unterstützen. Tabelle I Zusammensetzung (hoher Kupferbereich) Kornfeinungsmittel Gew.-%* breit bevorzugt stärker bevorzugt am meisten bevorzugt Rest * auszuwählen aus einem oder mehreren der folgenden Elemente allein oder in Kombination miteinander: Zr, Ti, Cr, Hf, Nb, B, TiB&sub2;, V und Mn. Tabelle Ia Zusammensetzung (niedriger Kupferbereich) Kornfeinungsmittel Gew.-%* breit bevorzugt stärker bevorzugt am meisten bevorzugt Rest * auszuwählen aus einem oder mehreren der folgenden Elemente allein oder in Kombination miteinander: Zr, Ti, Cr, Hf, Nb, B, TiB&sub2;, V und Mn.
Gemäß den Parametern der vorliegenden Erfindung wurden mehrere Legierungen mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt, die in der Tabelle II aufgeführt sind. Tabelle II Nominale Zusammensetzungen experimenteller Legierungen (Gew.-%) Zusammensetzung Rest
Alle Legierungen ließen sich extrem gut ohne Brüche oder Oberflächeneinrisse mit einer Druckkolbengeschwindigkeit von 2,5 mm/sec bei etwa 370 ºC (700 ºF) strangpressen. Tabelle IIa Nominale Zusammensetzungen experimenteller Legierungen (Gew.-) Zusammensetzung Zusatz Rest (Die Zusammensetzung XVI liegt außerhalb der Erfindung)
Mehrere Legierungen wurden mit niedrigeren Cu-Konzentrationnen als oben aufgeführt hergestellt. Diese Legierungen sind in Tabelle IIb angegeben. Tabelle IIb Nominale Zusammensetzungen experimenteller Legierungen (Gew.-%) Zusammensetzung Rest
Von den in Tabelle IIb aufgelisteten Legierungen werden die Zusammensetzungen XlX, XX und XXI, die 4,5, 4,0 und 3,5 % Cu enthalten, als innerhalb des Gedankens der vorliegenden Erfindung angesehen, während Zusammensetzungen XXII und XXIII, die 3,0 und 2,5 % Cu enthalten, als außerhalb der Zusammensetzungsbereiche der vorliegenden Erfindung fallend angesehen werden. Es wurde gefunden, daß Cu-Konzentrationen unterhalb etwa 3,5 % nicht die signifikant verbesserten Eigenschaften ergeben, wie ultrahohe Festigkeit, welche in Legierungen erzielt werden, die größere Cu-Mengen enthalten.
So führt gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Cu in relativ hohen Konzentrationen, d. h. 3,5 bis 7,0 %, zu erhöhten Zug- und Umformfestigkeiten gegenüber herkömmlichen Al-Li-Legierungen. Außerdem ist die Verwendung von mehr als etwa 3,5 Cu erforderlich, um die Schweißbarkeit der Legierungen zu fördern, wobei die Schweißbarkeit extrem gut oberhalb etwa 4,5 % Cu ist. Konzentrationen oberhalb etwa 3,5 % Cu sind erforderlich, um genügend Cu zu liefern, um hohe Volumenanteile an T&sub1; (Al&sub2;CuLi)-Festigungsausscheidungen in den künstlich gealterten Härtestufen zu bilden. Diese Ausscheidungen wirken so, daß sie die Festigkeit in den Legierungen der vorliegenden Erfindung wesentlich über die Festigkeiten steigern, die man mit herkömmlichen Al-Li-Legierungen erhält.
Die Verwendung von Li in den Legierungen der vorliegenden Erfindung gestattet eine signifikante Abnahme der Dichte gegenüber herkömmlichen Al-Legierungen. Auch steigert Li die Festigkeit und verbessert den Elastizitätsmodul. Es wurde gefunden, daß die Eigenschaften der vorliegenden Legierungen in einem erheblichen Grad in Abhängigkeit von dem Li-Gehalt variieren. Bei den Ausführungsformen mit hohem Cu-Gehalt (5,0 bis 7,0 %) der vorliegenden Erfindung werden wesentlich verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften mit Li-Konzentrationen zwischen 0,1 und 2,5 % mit einer Spitze bei etwa 1,2 % erzielt. Unter 0,1 % werden signifikante Dichteverminderungen nicht realisiert, während oberhalb 2,5 % die Festigkeit bis zu einem unerwünschten Grad abnimmt. In den Ausführungsformen mit niedrigem Cu-Gehalt (3,5 bis 5,0 %) der vorliegenden Erfindung werden wesentlich verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften mit Li-Konzentrationen zwischen etwa 0,8 und 1,8 % mit einer Spitze bei etwa 1,2 % erzielt. Außerhalb dieses Bereiches neigen Eigenschaften, wie die Festigkeit, dazu, zu einem unerwünschten Wert abzunehmen.
Das hohe Gewichtprozentverhältnis von Cu zu Li in den Legierungen der vorliegenden Erfindung, welches vorzugsweise wenigstens 2,5 und stärker bevorzugt größer als 3,0 ist, ist erforderlich, um einen hohen Volumenanteil an T&sub1;-Festigungsausscheidungen in den erzeugten Legierungen zu bekommen.
Die Verwendung von Mg in den Legierungen der vorliegenden Erfindung steigert die Festigkeit und gestattet eine geringe Verminderung der Dichte gegenüber herkömmlichen Al- Legierungen. Mg verbessert auch die Beständigkeit gegen Korrosion und das Ansprechen auf natürliche Alterung ohne vorherige Kaltbearbeitung. Es wurde gefunden, daß die Festigkeit der vorliegenden Legierungen in einem wesentlichen Grad in Abhängigkeit von dem Mg-Gehalt variiert. In den Ausführungen mit hohem Cu-Gehalt (5,0 bis 7,0 %) der vorliegenden Erfindung werden wesentlich verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften mit Mg-Konzentrationen zwischen 0,05 und 4 % mit einer Spitze bei etwa 0,4 % erzielt. In den Ausführungsformen mit niedrigem Cu-Gehalt (3,5 bis 5,0 %) der vorliegenden Erfindung werden wesentlich verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften mit Mg-Konzentrationen zwischen etwa 0,25 und 1,0 % mit einer Spitze bei etwa 0,4 % erreicht. Außerhalb der obigen Bereiche werden signifikante Verbesserungen der Eigenschaften, wie der Zugfestigkeit, nicht erzielt.
Besonders vorteilhafte Eigenschaften wurden beobachtet, wenn die Li-Gehalte in dem Bereich von 1,0 bis 1,4 % und die Mg-Gehalte in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 % liegen, was zeigt, daß die Art und das Ausmaß festigender Ausscheidungen je nach den Mengen dieser beiden Elemente kritisch sind.
Zur Erleichterung des Bezugs wurden die Härtestufebezeichnungen für die verschiedenen Kombinationen von Alterungsbehandlung und Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Kaltbearbeitung in Tabelle III zusammengestellt. Tabelle III Härtestufenbezeichnungen Härtestufe* Beschreibung Lösungsglühbehandlung kaltbearbeitet** bis zu im wesentlichen stabilem Zustand natürlich gealtert künstlich gealtert * Wo zusätzliche Zahlen nach der Standard-Härtestufenbezeichnung erscheinen, wie T81, zeigt dies einfach eine spezielle Art von T8-Härtestufe an, wie bei einer bestimmten Alterungstemperatur oder während einer bestimmten Zeitdauer. ** Während eine Härtestufe T4 oder T6 Kaltbearbeitung haben kann, um geometrische Unversehrtheit zu bewirken, beeinflußt diese Kaltbearbeitung die betreffenden gealterten Eigenschaften nicht wesentlich .
Eine Legierung der Zusammensetzung I wurde unter Verwendung der folgenden Techniken gegossen und stranggepreßt. Die Elemente wurden unter einer inerten Argonatmosphäre induktionsgeschmolzen und zu Barren von 160 mm (6 ¼ in) Durchmesser, 23 kg (50 lb) gegossen. Die Barren wurden unter Verwendung einer zweistufigen Homogenisierungsbehandlung homogenisiert, um die Zusammensetzungsgleichmäßigkeit des Barrens zu beeinflussen. In der ersten Stufe wurde der Barren 16 h auf 454 ºC (850 ºF) erhitzt, um Phasen mit niedriger Schmelztemperatur in feste Lösung zu bringen, und in der zweiten Stufe wurde er 8 h auf 504 ºC (940 ºF) erhitzt. Die Stufe I wurde unterhalb des Schmelzpunktes von Nichtgleichgewichtsphasen mit niedriger Schmelztemperatur durchgeführt, die sich in dem Gefüge, wie es gegossen ist, bilden, da ein Schmelzen solcher Phasen Barrenporosität und/oder schlechte Bearbeitbarkeit hervorrufen kann. Die Stufe II wurde bei der höchsten praktischen Temperatur ohne Schmelzen durchgeführt, um eine rasche Diffusion zur Homogenisierung der Zusammensetzung zu gewährleisten. Die Barren wurden geschält und dann bei einer Druckkolbengeschwindigkeit von 25 mm/sec bei etwa 370 ºC (700 ºF) stranggepreßt, um rechteckige Stäbe mit Querschnitten von 10 x 102 mm (3/8 x 4 in) zu bilden.
Durch Warmtorsionstesten wurde bestimmt, daß diese Legierung unter Verwendung einer herkömmlichen Aluminiumbearbeitungseinrichtung in praktischen Deformationstemperatur- und Dehngeschwindigkeitsbereichen leicht bearbeitbar ist. Beispielsweise wurden die Heißbearbeitungsparameter für stärker beanspruchende Operationen, wie Walzen, bestimmt. Testproben mit einem Durchmesser von 6,1 mm (0,24 in) und einer Meßlänge von 50 mm (2 in) wurden aus stranggepreßtem Material maschinell hergestellt und wieder homogenisiert. Warmtorsionstesten erfolgte mit einer äquivalenten Zugverformungsgeschwindigkeit von 0,06 S&supmin;¹ bei Temperaturen im Bereich von 370 bis 510 ºC (700 bis 950 ºF). Die äquivalente Zug- Fließspannung und äquivalente Zugverformung bis zum Versagen wurde über diesen Temperaturbereich bewertet, wie in Fig. 1 erläutert ist. Die Verformung bis zum Versagen wird über einen Breitenbereich von Heißbearbeitungstemperaturen von unter 427 ºC (800 ºF) bis gerade über 482 ºC (900 ºF) maximiert, was ausreichende Flexibilität bei der Auswahl der Temperaturen zum Walzen und Schmieden erlaubt. Entmischung erfolgt bei 508 ºC (946 ºF), wie durch Differentialabtastkalorimetrie (DSC) und Abkühlkurvenanalyse bestimmt wurde, und dies zeigt den scharfen Abfall der Heißduktilität bei 510 ºC (950 ºF). Die Fließspannungen über dem optimalen Heißbearbeitungstemperaturbereich sind niedrig genug, so daß ein Bearbeiten leicht auf Pressen oder Mühlen mit Kapazitäten erfolgen kann, die mit herkömmlicher Aluminiumlegierungsherstellung vereinbar sind. Vom gewerblichen Standpunkt ist es interessant festzustellen, daß ähnliche Untersuchungen unter Verwendung des Materials in Zusammensetzung I im gegossenen Zustand und homogenisiert die gleichen Trends zeigen.
Die rechteckigen stranggepreßten Stäbe, die nicht in dem Warmtorsionstest verwendet wurden, wurden anschließend einer Lösungsglühbehandlung bei 503 ºC (938 ºF) während 1 h unterzogen und mit Wasser abgeschreckt. Einige Segmente jedes Strangpreßlings wurden durch etwa 3 %iges Strecken innerhalb von 3 h Abkühlung gerichtet. Dieses Streckrichten richtet den Strangpreßling aus und führt auch Kaltbearbeitung ein. Einige der Segmente mit und ohne Kaltbearbeitung wurden bei etwa 20 ºC (68 ºF) natürlich gealtert. Andere Segmente wurden bei 160 ºC (320 ºF), wenn kaltbearbeitet, oder bei 180 ºC (356 ºF), wenn nicht kaltbearbeitet, künstlich gealtert.
Die überlegenen Eigenschaften der Zusammensetzung I im Vergleich mit herkömmlichen Legierungen 2219 und 2024 sind in Tabelle IV gezeigt. Insbesondere sollte bemerkt werden, daß die natürlich gealterten (T3 und T4) Zustände für die Zusammensetzung I mit der Härtestufe T8 mit optimal hoher Festigkeit für die herkömmlichen Legierungen verglichen werden. TAbelle IV Zugeigenschaften Legierung Härtestufe Dehnung (%) Zusammensetzung I Minima typisch (1 ksi = 6,895 MPa)
Tabelle V zeigt natürlich gealterte Zugeigenschaften für verschiedene Legierungen der vorliegenden Erfindung. Tabelle V Natürlich gealterte Zugeigenschaften Legierungszusammensetzung Härtestufe Alterungszeit (h) Dehnung (%) (1 ksi = 6,895 PMa)
Zusammensetzung I zeigt ein phänomenales Ansprechen auf natürliches Altern. Die Zugeigenschaften der Zusammensetzung I in dem natürlich gealterten Zustand ohne vorherige Kaltbearbeitung, Härtestufe T4, sind sogar jenen der Legierung 2219 in dem künstlich gealterten Zustand mit vorherigem Kaltbearbeiten, d. h. in dem vollhitzebehandelten Zustand oder der Härtestufe T81, überlegen. Die Zusammensetzung I in der Härtestufe T4 hat 61,9 ksi YS, 85,0 ksi UTS und 16,5 % Dehnung. Im Gegensatz dazu sind die Eigenschaftsminima gemäß Handbuch für Strangpreßlinge von 2219-T81, der derzeitigen Standardlegierung, 44,0 ksi YS 61,0 ksi UTS und 6 % Dehnung (siehe Tabelle IV). Die Härtestufe T81 ist die Standardhärtestufe mit höchster Festigkeit für 2219-Strangpreßlinge ähnlicher Geometrie wie bei der Legierung der Zusammensetzung I. Die Zusammensetzung I in den natürlich gealterten Härtestufen hat auch überlegene Eigenschaften gegenüber der Legierung 2024 in der Härtestufe T81 mit hoher Festigkeit, einer der führenden Flugzeuglegierungen, welche 58 ksi YS, 66 ksi UTS und 5 % Dehnung als Handbuchminima hat. Die Legierung 2024 zeigt auch ein Ansprechen auf natürlich Alterung, d. h. T42, ist aber wesentlich geringer als jene der Zusammensetzung I (siehe Tabelle IV).
Um die geeigneten Temperaturen für künstliche Alterung zu bestimmen, wurden Alterungsstudien durchgeführt und zeigten an, daß Festigkeiten nahe der Spitze in technologisch praktischen Zeiträumen wie folgt erhalten werden konnten: 160 ºC für gestrecktes Material oder 180 ºC für ungestrecktes Material. Die niedrigere Temperatur wurde für das gestreckte Material ausgewählt, da die durch die Kaltbearbeitung eingeführten Versetzungen die Alterungskinetik beschleunigen.
In dem künstlich gealterten Zustand erhält die Zusammensetzung I ultrahohe Festigkeit. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß Spitzenzugfestigkeiten (UTS) nahe 100 ksi und Dehnungen von 5 % in beiden Härtestufen T8 und T6 erhalten werden können. Dies zeigt, daß Kaltbearbeitung nicht erforderlich ist, um ultrahohe Festigkeiten in den Legierungen der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wie in herkömmlichen Legierungen 2XXX typisch ist. Dies wird in Fig. 2 graphisch erläutert, welche zeigt, daß die Rockwell-B-Härte (ein Maß für die Legierungshärte, das etwa 1 : 1 dem UTS für diese Legierungen entspricht) den gleichen Höchstwert ungeachtet der Menge an Kaltbearbeitung (Streckung) nach genügend Alterungszeit erreicht. Dies sollte beachtliche Freiheit in den Herstellungsverfahren ergeben, die mit Flugzeug- und Raumfahrtgerätschaften verbunden sind. Außerdem wurden Dehnungen bis zu 25 % in stark untergealterten, d. h. umgekehrten Härtestufen erreicht (siehe Tabelle VI) für Eigenschaften von Zusammensetzungen I, Vi, XI und XII und Tabelle VI für weitere Eigenschaften von gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Legierungen). Härtestufen mit hoher Duktilität, wie sie extrem brauchbar bei der Herstellung von Bauteilen für die Raumfahrt sein können, treten wegen der intensiven Kaltformungsgrenzen auf. Die Kurven in den Fig. 3 und 4 zeigen, wie die Kombination von Festigkeit und Duktilität mit den Zeiten künstlicher Alterung für nichtkaltbearbeitete und kaltbearbeitete Legierungen variieren. Tabelle VI Künstlich gealterte Zugeigenschaften Legierungszusammensetzung Härtestufe Härtestufenbeschreibung Alterungszeit (h) Alterungstemperatur (ºC) Dehnung (%) nahe der Spitze untergealtert Umkehr übergealtert untergealtert nahe der Spitze Umkehr * Messungen erfolgten bei 0,375 in (95 mm) extrudiertem Stab. (1 ksi = 6,895 MPa) Tabelle VIa Künstlich gealterte Zugeigenschaften Legierungszusammensetzung Härtestufe Härtestufenbeschreibung Alterungszeit (h) Alterungstemperatur (ºC) Dehnung (%) untergealtert nahe der Spitze untergealtert nahe der Spitze untergealtert nahe der Spitze Umkehr (1 ksi = 6,895 MPa)
Es wird festgestellt, daß obwohl betimmte Bearbeitungsstufen für die Herstellung der Legierungsprodukte der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, diese Stufen modifiziert werden können, um verschiedene erwünschte Ergebnisse zu erzielen. So können die Stufen, die Gießen, Homogenisierung, Bearbeitung, Hitzebehandlung, Alterung usw. einschließen, geändert werden, oder zusätzliche Stufen können hinzugefügt werden, um beispielsweise die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der gebildeten Endprodukte zu beeinflussen. Charakteristika, wie die Type, Größe und Verteilung festigender Ausscheidungen, können so etwas je nach den Bearbeitungstechniken gesteuert werden. Auch kann die Korngröße und Kristallinität des Endproduktes etwas gesteuert werden. Daher können zusätzlich zu den in der vorliegenden Beschreibung gelehrten Bearbeitungstechniken andere herkömmliche Methoden bei der Erzeugung der Legierungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Während die Bildung von Barren oder Rohlingen der vorliegenden Legierungen durch Gießtechniken bevorzugt ist, können die Legierungen auch in Barrenform aus Feinstoffen gepreßt vorgesehen werden. Das Pulver oder feinteilige Material kann durch Verfahren, wie Atomisierung, mechanisches Legieren und Schmelzspinnen, erzeugt werden.
Eine Untersuchung wurde bezüglich der Wirkung des Mg-Gehaltes auf die Zugeigenschaften von Legierungen durchgeführt, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden waren. Fig. 5 zeigt daß Legierungen der Zusammensetzung Al - 6,3 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr mit verschiedenen Mg-Mengen eine Spitze in der natürlich gealterten Festigkeit bei 0,4 Gew.-% Mg in der Härtestufe T3 haben, und Fig. 6 zeigt eine ähnliche Spitze in der Härtestufe T4. Außerdem wird die höchste Festigkeit in den künstlich gealterten Härtestufen T6 und T8 auch bei 0,4 Gew.-% Mg erzielt, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Es ist in herkömmlichen Legierungen 2XXX bekannt, daß ein zunehmender Mg-Gehalt steigende Festigkeit erzeugt, z. B. enthalten Legierungen 2024, 2124 und 2618 allgemein 1,5 Gew.-% Mg. Es ist somit überraschend, daß eine Spitze bei den vorliegenden Legierungen bei einem solch niedrigen Mg-Gehalt erhalten werden soll und daß gesteigerter Mg-Gehalt über etwa 0,4 Gew.-% die Festigkeit nicht erhöht.
Die Situation ist ähnlich in Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,14 Zr-Legierungen mit variierendem Mg- Gehalt. Beispielsweise ist die natürlich gealterte Festigkeit um 0,4 Gew.-% Mg am höchsten mit einer allmählichen Abnahme der Festigkeit bei 1,5 und 2,0 Gew.-% Mg in beiden Härtestufen T3 und T4, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist. In der Härtestufe T6 (sowohl nahe der Spitze als auch unter gealterten Bedingungen) ist die Festigkeit wiederum um 0,4 Gew.-% Mg am höchsten. Siehe Fig. 11 (nahe der Spitze gealtert) und Fig. 12 (untergealtert). In der Härtestufe T8 (Fig. 13) ist die Festigkeit auch bei 0,4 Gew.-% Mg am höchsten, obwohl die Spitze weniger dramatisch als in den Härtestufen T3, T4 und T6 ist.
Die Zugeigenschaften der Legierungen der vorliegenden Erfindung sind stark vom Li-Gehalt abhängig. Spitzenfestigkeiten erhält man mit Li-Konzentrationen von etwa 1,1 bis 1,3 % mit signifikanten Abnahmen oberhalb etwa 1,4 % und unterhalb etwa 1,0 %. Beispielsweise zeigt ein Vergleich zwischen den Zugeigenschaften von Legierung mit der Zusammensetzung VI der vorliegenden Erfindung (Al -5,4 Cu - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr) und Legierung mit der Zusammensetzung VII (Al - 5,4 Cu - 1,7 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr) eine Abnahme von über 8 ksi sowohl der Umformfestigkeit als auch der Zugfestigkeit (siehe Tabellen VI und VIa).
Im allgemeinen wurde gefunden, daß die vorteilhaftesten Eigenschaften, wie Festigkeit und Dehnung, in Legierungen mit einer Kombination relativ enger Mg- und Li-Bereiche erreicht wurden. Für eine spezielle Härtestufe besitzen Legierungen der vorliegenden Erfindung im Bereich 4,5 bis 7,0 Cu, 1,0 bis 1,4 Li, 0,3 bis 0,5 Mg, 0,05 bis 0,5 Kornfeinungsmittel und Rest Al extrem brauchbare Längsfestigkeiten und Dehnungen. Beispielsweise in der Härtestufe T3 zeigen Legierungen in den oben erwähnten Zusammensetzungsbereichen einen YS-Bereich von etwa 55 bis etwea 65 ksi, einen UTS-Bereich von etwa 70 bis etwa 80 ksi und einen Dehnungsbereich von etwa 12 bis etwa 20 %. In der Härtestufe T4 zeigen Legierungen mit diesem Zusammensetzungsbereich einen YS-Bereich von etwa 56 bis etwa 68 ksi, einen UTS- Bereich von etwa 80 bis etwa 90 ksi und einen Dehnungsbereich von etwa 12 bis etwa 20 %. Außerdem zeigen in der Härtestufe T6 diese Legierungen einen YS-Bereich von etwa 80 bis etwa 100 ksi, einen UTS-Bereich von etwa 85 bis etwa 105 ksi und einen Dehnungsbereich von etwa 2 bis etwa 10 %. Weiterhin zeigen in der Härtstufe T8 Legierungen in dem oben angegebenen Zusammensetzungsbereich eine YS-Bereich von etwa 87 bis etwa 100 ksi, einen UTS-Bereich von etwa 88 bis etwa 105 ksi und einen Dehnungsbereich von etwa 2 bis etwa 11 %.
Eine Untersuchung wurde bezüglich der Wirkung des Cu-Gehaltes auf die Härte- und Zugeigenschaften von nach der vorliegenden Erfindung hergstellten Legierungen durchgeführt. Legierungen, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr und 0,05 Ti mit variierenden Konzentrationen an Cu im Bereich von 2,5 bis 5,4 % umfaßten, wurden in ähnlicher Weise, wie sie für die Zusammensetzung I oben diskutiert wurde, gegossen, homogenisiert, geschält, stranggepreßt, Lösungsglühen unterzogen, abgeschreckt, um entweder 0 oder 3 % gestreckt und hitzebehandelt. Fig. 14 zeigt Kurven der Härte gegen die Alterungszeit für Legierungen mit variierendem Cu-Gehalt, welche 3 % Streckung unterzogen und bei 160 ºC gealtert wurden. Wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, nimmt die Härte mit steigendem Cu-Gehalt für Legierungen in dem kaltbearbeiteten, künstlich gealterten Zustand zu. Fig. 15 zeigt Kurven der Härte gegen die Alterungszeit für Legierungen mit variierendem Cu-Gehalt, die einer 0-Streckung unterzogen und bei 180 ºC gealtert wurden. Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist, nimmt die Härte mit steigendem Cu-Gehalt für Legierungen in dem nichtkaltbearbeiteten, künstlich gealterten Zustand zu.
Fig. 16 zeigt, daß Legierungen der Zusammensetzung Al -1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti mit verschiedenen Cu-Mengen die höchsten natürlich gealterten Festigkeiten zwischen etwa 5 und 6 % Cu in der Härtestufe T3 haben. Unter etwa 5 % Cu nehmen die Festigkeiten allmählich ab. Fig. 17 zeigt eine ähnliche Tendenz in der Härtestufe T4. Ähnlich erhält man die höchsten Festigkeiten in den beiden künstlich gealterten Härtestufen T6 und T8 zwischen etwa 5 und 6 % Cu, wie in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist. Wie in den Härtestufen T3 und T4 sinken die Festigkeiten unter etwa 5 % Cu, doch ist die Abnahme stärker in den Härtestufen T6 und T8.
Die Tabelle VII zeigt die Zugeigenschaften von Legierungen der vorliegenden Erfindung, die Al - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,05 Ti mit verschiedenen Cu-Mengen umfassen. Die angegebenen Gewichtsprozentsätze von Cu sind gemessene Werte. Tabelle VII Zugeigenschaften von Legierungen mit steigendem Kupfergehalt Zusammensetzung Alterungszeit (h) Härtestufe Dehnung (%) (1 ksi = 6,895 PMa)
Es wird festgestellt, daß die mit Legierungen der vorliegenden Erfindung erhältlichen oben erwähnten hervorragenden Alterungshärtungsreaktionen und hohen Festigkeiten typischerweise für Legierungen mit sehr hoher Festlöslichkeit von ausscheidungsbildenden Elementen erwartet würden. Die Ergebnisse sind somit recht überraschend im Vergleich mit bekannten Al-Cu-Li-Mg-Legierungen, wo, wie oben angegeben, Mondolfo (Seite 641) folgert, daß die Zugabe von Li zu Al-Cu-Mg-Legierungen die Festlöslichkeit von Cu und Mg vermindert und die Zugabe von Mg zu Al-Cu-Li-Legierungen die Festlöslichkeit von Kupfer und Lithium vermindert und so das Ansprechen auf Alterungshärtung und die erreichbaren UTS-Werte reduziert. Im Gegensatz dazu wurde gefunden, daß ein stark verbessertes Ansprechen auf Alterungshärtung und höhere Festigkeiten als bisher erhältlich bei Legierungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Eine detaillierte Transmissions-Elektronenmikroskopiestudie (TEM) einschließlich ausgewählter Flächenbeugungsmessungen (SAD) zeigte, daß die ultrahohe Festigkeit von Legierungen der vorliegenden Erfindung in der Härtestufe T8 mit der feinen homogenen Verteilung von T&sub1; (Al&sub2;CuLi)-Ausscheidungen eher als mit den anderen festigenden Ausscheidungen, wie delta-Prime (Al&sub3;Li) und theta-Prime (Al&sub2;Cu), die sich gewöhnlich in Al-Li- und Al-Cu-Li-Legierungen finden, verbunden werden kann.
In einer jüngst erschienenen Untersuchung der Legierung 2090 von Huang und Ardell (siehe "Crystal Structure and Stability of T&sub1; [Al&sub2;CuLi] Precipitates in Aged Al-Li-Cu-Alloys", Mat. Sci. and Technology, März, Band 3, Seiten 176 bis 188, 1987) wurde gefunden, daß Legierung 2090 in der Härtestufe T8 sowohl die T&sub1;- als auch die delta-Primephasen enthält, wobei die T&sub1;-Phase ein potenterer Festiger als die delta-Primephase ist. Im Gegensatz dazu zeigt eine ausgewählte Flächenbeugungsbildstudie (SADP) von Legierungen der vorliegenden Erfindung (Zusammensetzung I, Härtestufe T8), daß T&sub1; die vorhandene Hauptfestigungsphase ist und kein delta-Prime beobachtet wird. Die Schlußfolgerung wird durch Vergleich ausgewählter Flächenbeugungsbilder für die [110]-, [112]-, 114]-und [013]-Zonenachsen (ZA) von einer Legierung der Zusammensetzung I in der Härtestufe T8 mit den vorausgesagten Bildern von Huang und Ardell erreicht. Die SADP-Untersuchung zeigt auch, daß der T&sub1;-Plättchenvolumenanteil der Legierung der Zusammensetzung I in der Härtestufe T8 größer und gleichmäßiger verteilt erscheint als in der Legierung 2090 (durch Beobachtung einer zentrierten Dunkelfeldphotographie [CDF], die von dem [1010] T&sub1;-Fleck mit ZA-[114] aufgenommen wurde). Außerdem erfordert die Legierung 2090 Kaltbearbeitung für intensive T&sub1;-Ausscheidung, während in den Legierungen der vorliegenden Erfindung hohe Volumenanteile von T&sub1; unabhängig von der Kaltbearbeitung in künstlich gealterten Härtestufen beobachtet werden.
Die Legierungen der vorliegenden Erfindung ähneln stärker dem von Silcock untersuchten Al-Cu-Li-System (siehe J. M. Silcock "The Structural Aging Characteristics of Aluminum- Copper-Lithium Alloys", J. Inst. Metals, 88, Seiten 357 bis 364, 1959 bis 1960). Bei ähnlichen Kupfer- und Lithiumgehalten zeigte Silcock, daß die in dem künstlich gealterten Zustand vorhandenen Phasen theta-Prime und feste Aluminiumlösung sind. Überraschend wird bei der vorliegenden Erfindung die Ausscheidung von theta-Prime unterdrückt offensichtlich durch die intensive Keimbildung der T&sub1;-Phase, doch ist dieser Effekt nicht vollständig verständlich.
Außer den überlegenen Raumtemperatureigenschaften zeigen Versuche, daß Legierungen der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete cryogene Eigenschaften besitzen. Es werden nicht nur die Zugfestigkeit und Umformfestigkeit behalten, sondern es gibt tatsächlich eine Verbesserung bei niedrigen Temperaturen. Die Eigenschaften sind weit besser als jene von Legierung 2219, wie in Tabelle VIII gezeigt ist. Beispielsweise zeigt die Zusammensetzung in einer Härtestufe T8 bei -196 ºC (-320 ºF) Zugeigenschaften so hoch wie 109 ksi YS und 114 ksi UTS (siehe Fig. 20). Dies hat große Bedeutung für Raumfahrtanwendungen, wo cryogene Legierungen oftmals für Treibstoff- und Oxidationsmimtteltanks erforderlich sind. Tabelle VIII Cryogene Eigenschaften Temperatur (ºF) Härtestufe Dehnung (%) Zusammensetzung I Umkehr untergealtert Zusammensetzung XI Umkehr untergealtert (1 ksi = 6,895 MPa)
Die Legierung der Zusammensetzung I zeigt auch ausgezeichnete Eigenschaften bei erhöhter Temperatur. Beispielsweise erhält sie in der Härtestufe T6 mit Spitzenalterung von 16 h einen großen Teil ihrer Festigkeit und eine brauchbare Menge an Dehnung bei 149 ºC (300 ºF), d. h. 74,4 ksi YS, 77,0 ksi UTS und 7,5 % Dehnung. In der nahe der Spitze gealterten Härtestufe T8 hat die Zusammensetzung I bei 149 ºC (300 ºF) 84,7 ksi YS, 85,1 ksi UTS und 5,5 % Dehnung (siehe Tabelle IX und Fig. 21). Tabelle IX Eigenschaften bei erhöhter Temperatur Temperatur (ºF) Härtestufe Dehnung (%) Zusammensetzung I (1 ksi = 6,895 MPa)
Schweißstudien mit den Legierungen der vorliegenden Erfindung zeigen, daß sie leicht schweißbar sind, wobei sie ausgezeichnete Beständigkeit gegen Heißrisse besitzen, die während des Schweißens auftreten können. Wolfram-Inertgas (TIG)-Stumpfschweißnähte der Zusammensetzung I wurden aus dem stranggepreßten Stab von 10 x 102 mm (3/8 x 4 in) unter Verwendung von Zusatzlegierung 2319 (Al - 6,3 Cu - 0,3 Mn - 0,15 Ti - 0,1 V - 0,18 Zr) hergestellt. Die Platten wurden stark eingespannt, doch wurden noch keine Heißrisse beobachtet. Das Schweißen wurde unter Verwendung von Gleichstromrichtpolarität durchgeführt. Die Stanzendurchgangsparameter waren 240 V, 13,6 A bei 4,2 mm/sec (10 in/min) Vorschubgeschwindigkeit. Die Zusatzlegierung 2319 (Stab mit einem Durchmesser von 1,6 mm [1/16 in]) wurde dem Schweißen mit 7,6 mm/sec (18 in/min) mit 178 V und 19 A zugeführt. Eine quantitative Bewertung der Schweißbarkeit ist schwierig zu erhalten, doch scheint die Schweißbarkeit sehr nahe jener von 2219 zu sein, die eine Bewertung "A" in Mil. Handbook V hat, was anzeigt daß die Legierung allgemein mit allen gewerblichen Verfahren und Methoden schweißbar ist.
Mechanische Eigenschaften wurden an Schweißungen der Zusammensetzung VI mit Zusatzlegierung der Zusammensetzung VI und mit Zusatzlegierung 2319 sowie von Zusammensetzung XI mit Zusatzlegierung der Zusammensetzung XI und mit Zusatzlegierung 2319 gemessen. Die Schweißfestigkeiten von diesen Legierungen in dem natürlich gealterten Zustand sind in mehreren Fällen höher als jene von 2219-T81 und 2519-T87, von Legierungen also, die allgemein als schweißbar angesehen werden (siehe Tabelle X). Tabelle X Eigenschaften experimenteller Legierungen im Zustand wie geschweißt, mit entfernter Schweißraupe, in natürlich gealtertem Zustand Ursprüngliche Metallzusammensetzung Härtestufe vor dem Schweißen Zusatzlegierungszusammensetzung Verfahren Dehnung (%) (ursprüngliches Metall von einem 9,5 mm-Stab genommen) (ursprüngliches Metall von einer 19 mm-Platte genommen) (ursprüngliches Metall von einer 9,5 mm-Platte genommen) (11 ksi = 6,895 MPa)
Bruchfeste Aluminiumlegierungen haben typischerweise geringe Beständigkeit gegen verschiedene Arten von Korrosion, besonders gegen Spannungskorrosionsrisse (SCC), was die Brauchbarkeit vieler hochentwickelter Legierungen beschränkte. Im Gegensatz dazu zeigen Legierungen der vorliegenden Erfindung vielversprechende Ergebnisse aufgrund von SCC- Tests. Für die Zusammensetzung I zeigt ein Test bezüglich der Spannung gegen die Zeit bis zum Versagen (ASTM-Standard G49 mit Testdauer-ASTM-Standard G64), daß Proben 4 LT (lang-quer) belastet mit jedem der folgenden Spannungswerte, 50 ksi, 37 ksi und 20 ksi, alle den 40tägigen alternierenden Eintauchstandardtest überlebten. Dies ist signifikant, da es ausgezichnete SCC-Beständigkeit bei Spannungswerten etwa gleich den Umformfestigkeiten bestehender Luftfahrtlegierungen, wie 2024 und 2014, demonstriert. Außerdem besitzt die Zusammensetzung I in einer Härtestufe T8 SCC-Beständigkeit, die mit künstlich spitzengealtertem 8090 vergleichbar ist, aber bei einem Festigkeitswert 25 bis 30 ksi höher.
Der EXCO-Test (ASTM-Standard G34), ein Test für Abplatzempfindlichkeit für Al-Legierungen 2XXX, zeigt, daß die Legierungszusammensetzung I eine Bewertung EA hat. Dies zeigt nur minimale Empfindlichkeit für Abplatzkorrosion.

Claims

1. Aluminiumbasislegierung bestehend aus 3,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 0,8 bis 1,8 Gew.-% Li, 0,25 bis 1,0 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, und gegebenenfalls 0,01 bis 1,5 Gew.-% wenigstens eines Ergänzungselementes, das unter Zn, Ge, Be, Sr und Ca ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

2. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 bestehend aus 3,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.-% Mg, 0,05 bis 0,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

3. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 bestehend aus 4,0 bis 6,5 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.-% Mg, 0,08 bis 0,2 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

4. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 bestehend aus 4,5 bis 6,3 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.-% Mg, 0,08 bis 0,2 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

5. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1, die das wenigstens eine Ergänzungselement enthält.

6. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1, welche kaltbearbeitet und natürlich gealtert ist, die aus 4,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.- % Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreingungen ist, besteht und welche in der Härtestufe T3 eine Umformfestigkeit im Bereich von 55 bis 65 ksi (379 bis 448 MPa), eine Zugfestigkeit im Bereich von 70 bis 80 ksi (482 bis 552 MPa) und eine Dehnung im Bereich von 12 bis 20 % hat.

7. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1, die nicht kaltbearbeitet und natürlich gealtert ist, die aus 4,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.- % Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreinigungen ist, besteht und die in der Härtestufe T4 eine Umformfestigkeit im Bereich von 56 bis 68 ksi (386 bis 469 MPa), eine Zugfestigkeit im Bereich von 80 bis 90 ksi (552 bis 621 MPa) und eine Dehnung im Bereich von 12 bis 20 % besitzt.

8. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1, die nicht kaltbearbeitet und künstlich gealtert ist, die aus 4,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.- % Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreinigungen ist, besteht und die in der Härtestufe T6 eine Umformfestigkeit im Bereich von 80 bis 90 ksi (552 bis 621 PMa), eine Zugfestigkeit im Bereich von 85 bis 105 ksi (586 bis 724 MPa) und eine Dehnung im Bereich von 2 bis 10 % besitzt.

9. Aluiminiumbasislegierung nach Anspruch 1, die kaltbearbeitet und künstlich gealtert ist, die aus 4,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, 1,0 bis 1,4 Gew.-% Li, 0,3 bis 0,5 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest Aluminium und beiläufige Verunreinigungen ist, besteht und welche in der Härtestufe T8 eine Umformfestigkeit im Bereich von 88 bis 100 ksi (607 bis 689 Mpa), eine Zugfestigkeit im Bereich von 88 bis 105 ksi (607 bis 724 MPa) und eine Dehnung im Bereich von 2 bis 10 % besitzt.

10. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1, worin der Cu-Gehalt 4,0 bis 7,0 Gew.-% beträgt.

11. Aluminiumbasislegierung bestehend aus 5,0 bis 7,0 Gew.-% Cu, 0,1 bis 2,5 Gew.-% Ll, 0,05 bis 4 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, und gegebenenfalls 0,01 bis 1,5 Gew.-% wenigstens eines Ergänzungselementes, das unter Zn, Ge, Be, Sr und Ca ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

12. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 11, bestehend aus 5,4 bis 6,3 Gew.-% Cu, 0,1 bis 2,5 Gew.-% Li, 0,05 bis 4 Gew.-% Mg, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kornfeinungsmittel, das unter Zr, Cr, Mn, Ti, Hf, V, Nb, B, TiB&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt ist, wobei der Rest aus Aluminium und beiläufigen Verunreinigungen besteht.

13. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Al - 5,0 Cu - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr.

14. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Al - 5,3 Cu - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr.

15. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,03 Ti - 0,25 Zn.

16. Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 mit der Zusammensetzung Al - 5,4 Cu - 1,3 Li - 0,4 Mg - 0,14 Zr - 0,03 Ti - 0,5 Zn.